Bài giảng Điều khiển logic và PLC: Bài 3 - ĐH Bách Khoa Hà Nội

ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ
PLC

Nội dung
1.
2.
3.
4.
5.

Bo mon TDH Bach Khoa

Cơ sở cho Điều khiển logic
Tổng hợp và tối thiểu hóa mạch logic tổ hợp
Tổng hợp mạch logic tuần tự
Tổng quan về PLC
Kỹ thuật lập trình PLC

DKLG&PLC 2019

1


3. Tổng hợp mạch logic tuần tự
3.1. Khái niệm mạch logic tuần tự
Định nghĩa
Tính chất
Phân loại
Biểu diễn bằng đồ thị thời gian

3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự

 Phương pháp ma trận trạng thái
 Phương pháp GRAFCET

3. Tổng hợp mạch logic tuần tự
3.1. Khái niệm mạch logic tuần tự
Định nghĩa
Tính chất
Phân loại
Biểu diễn bằng đồ thị thời gian

3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự
 Phương pháp ma trận trạng thái
 Phương pháp GRAFCET

Bo mon TDH Bach Khoa

DKLG&PLC 2019

2


3.1. Khái niệm về mạch logic tuần tự
• Định nghĩa: Mạch logic tuần tự là mạch logic mà tín hiệu ra
của mạch không những phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào, mà
còn phụ thuộc vào thứ tự, thời gian tác động của tín hiệu vào
• Tính chất
– Có nhớ
– Có yếu tố thời gian
– Cùng 1 tín hiệu vào, tín hiệu ra có thể khác nhau (các trạng thái
trong hay trạng thái làm việc)

– Mạch vòng kín (có phản hồi)
tín hiệu vào

Mạch logic
tổ hợp

tín hiệu ra

Mạch nhớ

3.1. Khái niệm về mạch logic tuần tự
• Phân loại
– Mạch logic tuần tự đồng bộ: việc chuyển trạng thái
trong mạch không những chỉ phụ thuộc vào tín
hiệu đầu vào, trạng thái trong trước đó, mà còn
phụ thuộc vào xung đồng bộ
• Dùng phổ biến trong máy tính (môn ĐT số)

– Mạch logic tuần tự không đồng bộ: việc chuyển
trạng thái trong mạch chỉ phụ thuộc vào tín hiệu
đầu vào, trạng thái trong trước đó
• Không có tín hiệu đồng bộ
• Thường gặp trong công nghệ của các máy sản xuất công
nghiệp

Bo mon TDH Bach Khoa

DKLG&PLC 2019

3

3.1. Khái niệm về mạch logic tuần tự
• Biểu diễn bằng đồ thị thời gian
+

a1

a2

Y

Y
a2

_

Y

Z

a1
a2
Y
Z
1

2

1

2

3

2

1

4

5

2 1

3. Tổng hợp mạch logic tuần tự
3.1. Khái niệm mạch logic tuần tự





Định nghĩa
Tính chất
Phân loại
Biểu diễn bằng đồ thị thời gian

3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự
 Phương pháp ma trận trạng thái
 Phương pháp GRAFCET

Bo mon TDH Bach Khoa

DKLG&PLC 2019

4


3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự

• Phương pháp ma trận trạng thái
Yêu cầu công nghệ

Chuyển các quá trình
công nghệ thành các
biến logic

Mã hóa bài toán

Lập bảng chuyển trạng thái
Tối thiểu hóa hàm
logic
Rút gọn bảng chuyển
Thực hiện mạch nhớ
Mã hóa biến trung gian
Xác định các hàm logic cho
biến trung gian và biến ra

• Ví dụ 1:

a0

a1

P
T

• Xác định các biến vào ra:
• Graph chuyển trạng thái:

•

Vào a0a1
=
Ra
PT

10
10
1

01
01
3

00
01
4

Lập bảng chuyển trạng thái MI

Trạng thái

Tín hiệu vào:a0a1
a1
a0
00
01
11
10

Tín hiệu
ra
P

T

1 (sang phải)

1

0

2 (trên đường sang phải)

1

0

0

1

0

1

3

(sang trái)

4 (trên đường sang trái)

Bo mon TDH Bach Khoa

00
10
2

DKLG&PLC 2019

5


• Điền bảng chuyển trạng thái MI: các đỉnh
10
10
1

00
10

2

Trạng thái

01
01
3

00
01
4

Tín hiệu vào:a0a1
a1
a0
00
01
11
10

1 (sang phải)

1

2 (trên đường sang phải)
3

2
3

(sang trái)

4 (trên đường sang trái)

4

Tín hiệu
ra
P

T

1

0

1

0

0

1

0

1

• Điền bảng chuyển trạng thái MI: các cung có hướng
10

10
1

00
10
2

Trạng thái

00
01
4

Tín hiệu vào:a0a1
a1
a0
00
01
11
10

Tín hiệu
ra
P

T

1 (sang phải)

2

1

0

2 (trên đường sang phải)

2

3

1

0

4

3

0

1

0

1

3

(sang trái)

4 (trên đường sang trái)

Bo mon TDH Bach Khoa

01
01
3

1

4

DKLG&PLC 2019

1

6


• Graph chuyển trạng thái:
00
10
2

10
10
1

•

00
01
4

Lập bảng chuyển trạng thái MI
Trạng thái

Tín hiệu vào:a0a1
a1
a0
00
01
11
10

Tín hiệu
ra
P

T

1 (sang phải)

2

1

0

2 (trên đường sang phải)

2

3

1

0

4

3

0

1

0

1

3

(sang trái)

4 (trên đường sang trái)

•

01
01
3

1

4

1

Lập bảng chuyển trạng thái M II: nhập hàng của M I
 Quy tắc nhập hàng
 Không quan tâm đến giá trị biến đầu ra, nhưng ưu tiên nhập
các hàng có đầu ra giống nhau.
 Trên cùng 1 cột biến vào, các hàng phải có cùng số ký hiệu
trạng thái hoặc là giá trị trống.
 Số hàng nhập nhiều nhất có thể
 Trạng thái ổn định nhập với không ổn định sẽ ghi trạng thái
ổn định.
 Trạng thái (/không) ổn định nhập với 1 ô trống sẽ ghi trạng
thái (/không) ổn định

Bo mon TDH Bach Khoa

DKLG&PLC 2019

7


Bảng M I

Trạng thái

Tín hiệu vào:a0a1
a1
a0
00
01
11
10

Tín hiệu
ra
P

T

1 (sang phải)

2

1

0

2 (trên đường sang phải)

2

3

1

0

4

3

0

1

0

1

(sang trái)

3

4 (trên đường sang trái)

1

1

4

a1

Bảng M II
1

+

2

2

3

+

4

4

10

a0

3

01

3

1
01

10

1

• Xác định và mã hóa biến trung gian

– Số lượng biến trung gian tối thiểu Smin
S min
2
N
(N: số hàng của M II)

– N = 2  Smin = 1  chọn biến trung gian X:
X
1

2

3

4

– Xác định hàm điều khiển cho biến trung gian X:
a1

2
X

4

0
1

1
3
3

a1

a0
1

1

1

0
0

X

0

1

0

1

1

0

=

Bo mon TDH Bach Khoa

a0

DKLG&PLC 2019

+

.

8


• Xác định hàm logic điều khiển các biến ra
Cho biến P:
a1
2
X

4

1

10

1

01

3

Cho biến T

0

X

a1

0

a0
1

0

=

a0
0

1

X

a0

10
01

a1

=

1

• Sơ đồ nguyên lý
+

_

a1
a0
X

X

X

Nếu thay X bằng T,
chuyện gì xảy ra?
P

X
T

Trong các hàng của M II, các trạng thái ổn định đều có cùng
giá trị đầu ra, có thể cho phép dùng biến ra làm biến trung gian

Bo mon TDH Bach Khoa

DKLG&PLC 2019

9


• Ví dụ 2: 2 nút ấn m và d, 1 thiết bị điện T
– Ấn nút m: đóng điện cho T
– Ấn nút d: cắt điện của T
Vào md
=
Ra
T

• Chọn các biến vào ra:

• Graph chuyển trạng thái
00
0
1

10
1
2

00
1
3

01
0
4

11
0
5

00
0
1

10
1
2

00
1
3

01
0
4

11
0

5

Bảng M I
Trạng thái

Tín hiệu vào: md
00

Bo mon TDH Bach Khoa

11

10

4

5

2

0

2

3

4

5

2

1

3

3

4

5

2

1

4

1

4

5

2

0

5

1

4

5

2

0

1

1

01

Tín hiệu ra
T

DKLG&PLC 2019

10


• Bảng chuyển trạng thái M I & M II
Bảng M I
Trạng thái

Tín hiệu vào: md

1

00

01

11

1

+

10

4

5

2

0

2

3

4

5

2

1

3

3

4

5

2

1

4

1

4

5

2

0

5

1

4

5

2

0

d

Bảng M II
1

Tín hiệu ra
T

+

4

+

2

1

5
3

0

4

1

3

m

0

5

0
4

0

5

0

2

2

1
1

• Xác định và mã hóa biến trung gian:
– Smin = 1, chọn biến trung gian là biến ra X = T
T
1

1
T

0

1

3

4

4

5

2

d

0

m
5

0
4

0

5

Bo mon TDH Bach Khoa

2

0

d

T

3

2

1
1

m

0

0

0

1

1

0

0

1

DKLG&PLC 2019

=
= (

̅+ ̅
+ ) ̅

11


• Sơ đồ rơ le-tiếp điểm
+

m
T

_

d

T

• Ví dụ 3: 3 nút ấn a, b và c, động cơ M
– Ấn nút a: động cơ quay thuận
– Ấn nút b: động cơ quay ngược
– Ấn nút c: động cơ dừng
– Đang quay thuận, ấn b: động cơ quay ngược
– Đang quay ngược, ấn a: động cơ quay thuận

• Chọn các biến vào ra:
– Quay thuận: TN = 10
– Quay ngược: TN = 01
– Dừng: TN = 00

Bo mon TDH Bach Khoa

Vào abc
=
TN
Ra

DKLG&PLC 2019

12


Bảng M I

000
00

100
10

000
10

001
00

1

2

3

4

5

6

010
01

000
01

Bảng M II

Xác định và mã hóa biến trung gian: X ; Y
Nhận xét: Biến trung gian trùng với biến đầu ra T = X; N = Y

Bo mon TDH Bach Khoa

1

4

2

3

5

6

XY = TN = 00
XY = TN = 10
XY = NT = 01

DKLG&PLC 2019

13


Chú ý: Chuyển từ bảng MII sang bảng Các nô

TN = 00
TN = 10
TN = 01
abc
000
TN
00
00

001
00

01

10

01

00

01

10

10

00

01

10

01

011

010

110

111

101

100

11
10

abc
000
TN
00
0
01

001

011

010

110

111

101

100

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

001

=

11
10

abc
000
TN
0
00
01

011

010

+ . . ̅
110

111

101

100

0

1

0

1

0

1

0

0

0

1

0

11
10

=

Bo mon TDH Bach Khoa

+ . . ̅

DKLG&PLC 2019

14


_

+

a
T

b

c

a

c

T

b
N
+

N
_

T

N
Đ

N

T
CKĐ

• BTVN:
• Cho 3 nút ấn A, B, C điều khiển động cơ M1, M2
–
–
–
–

m

Bo mon TDH Bach Khoa

A: M1 làm việc
B: M2 làm việc
C: M1, M2 dừng
M1 làm việc trước rồi M2 mới làm việc
b0

b1

m

b0

b1

a0

a0

a1

a1

DKLG&PLC 2019

15


• Ví dụ 4:
Chu trình làm việc:
• A sang phải (A+)
• A sang trái (A-)
• B đi xuống (B+)
• B đi lên (B-)

• Nhận xét:
– Số biến vào lớn
– Có thể rút gọn số biến vào:
• Chọn a sao cho a1 là tín hiệu đóng (set) của a, a0 là tín
hiệu cắt (reset) của a

=

+ .

=

+ .

• Chọn b sao cho b1 là tín hiệu đóng (set) của b, b0 là tín
hiệu cắt (reset) của b

Bo mon TDH Bach Khoa

DKLG&PLC 2019

16


Biến vào ra:
Vào
ab
=
Ra
A A B B

=

+ .

=

+ .

Graph chuyển trạng thái
00
1000
1

10
0100
2

00
0010
3

01
0001
4

Bảng M I
Trạng thái

Tín hiệu vào:ab
b
a
00 01 11 10

A+

A-

B+

B-

1

1

2

1

0

0

0

2

3

2

0

1

0

0

3

3

4

0

0

1

0

4

1

4

0

0

0

1

b

Bảng M II

Bo mon TDH Bach Khoa

Tín hiệu ra

1

+

4

1

2

+

3

3

1000

0010

4

0001

4

DKLG&PLC 2019

a
2

2

0100

17


• Xác định và mã hóa biến trung gian:

– Smin = 1, chọn biến trung gian là biến ra X
(không thể lấy biến ra là biến trung gian)
X

1

4

2

b

1
X

3

0

4

1

a

0

2

40

2
b

X

3

1
1

a

0

0

1

1

0

1

=

+

• Lập bảng Các nô để xác định hàm logic điều
khiển các biến ra
Cho biến A+:
b

b

a

a
1

X

3

1000

0001

4

1

0010

2

Cho biến A-

0100

X

X

Bo mon TDH Bach Khoa

0

0

0

=

b
a

0

0

0
1

=

DKLG&PLC 2019

18


Cho biến B+:
b

b
a

a
1
X

3

1000

0001

4

0

0010

2

Cho biến B-

0100

X

Bo mon TDH Bach Khoa

0

0

1

X

=

b
a

0

0

1
0

=

DKLG&PLC 2019

19


3. Tổng hợp mạch logic tuần tự
3.1. Khái niệm mạch logic tuần tự





Định nghĩa
Tính chất
Phân loại

Biểu diễn bằng đồ thị thời gian

3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự
 Phương pháp ma trận trạng thái
 Phương pháp GRAFCET

3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự

• Phương pháp GRAFCET

0

trạng thái ban đầu
tác nhân kích thích 0

1

trạng thái làm việc 1
tác nhân kích thích 1

…

– Biểu diễn các quá trình công
nghệ dưới dạng lưu đồ (graph)
các trạng thái làm việc
– Xây dựng các hàm logic điều
khiển và sơ đồ điều khiển từ lưu
đồ (graph) các trạng thái làm
việc

tác nhân kích thích n-1

n

trạng thái làm việc n
tác nhân kích thích n

Bo mon TDH Bach Khoa

DKLG&PLC 2019

20


• Phương pháp GRAFCET
– Một số ký hiệu cơ bản
Tên gọi

Ký hiệu

Trạng thái ban đầu

0

Trạng thái thông thường

k
k

Trạng thái đang hoạt động

0

Cung định hướng và chuyển tiếp

• Phương pháp GRAFCET
– Mỗi trạng thái ứng với một hoặc một nhóm hành
động hoàn chỉnh
– Mỗi chuyển tiếp đi kèm với tác nhân kích thích
(điều kiện logic) biểu thị điều kiện chuyển trạng
thái
– Trạng thái đang hoạt động: thực thi các hành động
tương ứng với trạng thái đó
– Hoạt động của GRAFCET: các trạng thái lần lượt
hoạt động theo trình tự quy định (di chuyển token)

Bo mon TDH Bach Khoa

DKLG&PLC 2019

21


• Quy tắc hoạt động của GRAFCET
(quy tắc vượt qua chuyển tiếp)
– Chuyển tiếp sẵn sàng: các trạng thái ngay trước
chuyển tiếp (đầu vào) là đang hoạt động
– Chuyển tiếp được vượt qua: khi chuyển tiếp sẵn
sàng và tác nhân kích thích xảy ra (điều kiện logic
là đúng)

– Khi vượt qua chuyển tiếp: Các trạng thái ngay
trước chuyển tiếp ngừng hoạt động, đồng thời các
trạng thái ngay sau (đầu ra) hoạt động

Ví dụ 1:

m

a0

P

a1

T

0

trạng thái ban đầu
Ấn nút m và đang ở đầu hành trình

1

Đi sang phải
đã ở cuối hành trình

2

Đi sang trái
Đã ở đầu hành trình

Bo mon TDH Bach Khoa

DKLG&PLC 2019

22


• Xây dựng hàm logic từ GRAFCET
– Mỗi trạng thái i ứng với một biến ra Si
– Mỗi biến Si sẽ có 2 hàm đóng (set) và
hàm cắt (reset)





=
=
=

i-1 Si-1

fi-1

+

i
i+1

– Cần một tín hiệu xác lập trạng thái ban
đầu ( )

=

Ví dụ 2:

m

a0

Si
fi
Si+1

+

P

a1

T

g

Xác lập trạng thái ban đầu

0

0

trạng thái ban đầu

m.a0

Ấn nút m và đang ở đầu hành trình

1

1

Đi sang phải

2

Đi sang trái

S2 = T
a0

Đã ở đầu hành trình

Bo mon TDH Bach Khoa

S1 = P
a1

đã ở cuối hành trình

2

S0

DKLG&PLC 2019

23


g
0

=
=

S0
m.a0

1

=
=

S1 = P
a1

2

=
=

S2 = T
a0

+
.

.
.

.

=

+

=

.

.

=

.

+

Sơ+đồ điều khiển rơ le-tiếp điểm
S2

S1

S0
m

a0

S0

S2

S1
a1

S1

S0

S2
S1

̅

+
̅

S0

S1

S2
P

S2

Bo mon TDH Bach Khoa

. ̅

+

_

g

a0

.

T

DKLG&PLC 2019

24


– Các dạng mạch đặc biệt
• Mạch phân kỳ “HOẶC”
Si

i
fi+1

fi+3

fi+2

i+1 Si+1

i+2 Si+2

=
=
=
=

+

i+3 Si+3

+

• Mạch hội tụ “HOẶC”

i+1 Si+1

i+2 Si+2

fi+1

i+3 Si+3
fi+3

fi+2
i+4 Si+4

=
=

Bo mon TDH Bach Khoa

=

+

=

DKLG&PLC 2019

+

25