Tài liệu hệ thống cơ điện điện tử 2.CHƯƠNG 1 pptx

1
CHƯƠNG 1: ĐIỀU KHIỂN LOGIC
1.1. KHÁI NIỆM QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
“Điều khiển” là quá trình của một hệ thống, trong đó dưới tác động của một hay
nhiều đại lượng vào thi đại lượng ra sẽ thay đổi theo một quy luật nhất định.
1.1.1. Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển bao gồm thiết bị điều khiển và đối tượng điều khiể
n, được thể
hiện như sơ đồ hình 1.1.






Đối tượng điều khiển: Thiết bị, máy móc trong kỹ thuật.
Thiết bị điều khiển: Các phần tử truyền tín hiệu, phần tử xử lý và điều khiển, cơ cấu
chấp hành, thể hiện như sơ đồ hình 1.2.



Trong đó:
Phần tử truyền tín hiệu: nh
ận những giá trị của đại lượng vậy lý và là đại lượng
vào...
Ví dụ: công tắc, nút bấm, công tắc hành trình, cảm biến, …
Phần tử xử lý tín hiệu và điều khiển: xử lý tín hiệu vào theo một quy tắc logic, làm
thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển, điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu để
làm thay đổi trạng thái của cơ cấu chấp hành.
Ví d

ụ: van đảo chiều, van chắn (van một chiều, van logic OR, van logic AND), van
tiết lưu, van áp suất, rơle, phần tử khuếch đại, phần tử chuyển đổi tín hiệu, …
Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của
mạch điều khiển.
Ví dụ: xilanh, động cơ, bộ biến đổi áp lực.v.v.
P/tử truyền tín hiệu
Phần tử xử lý và
điều khiển
Cơ cấu chấp hành
Hình 1.2. Các phần tử của hệ thống điều khiển
Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển
Thiết bị điều khiển
Đối tượng điều khiển
Tín hiệu nhiễu z
Dây chuyền sản xuất
x
e1
x
e2
x
e
x
a
Tín hiệu điều khiển

2
Tín hiệu điều khiển: đại lượng ra x
a
của thiết bị điều khiển và đại lượng vào x
e

của đối
tượng điều khiển.
Tín hiệu nhiễu z: đại lượng được tác động từ bên ngoài vào hệ thống và gây ảnh hưởng
xấu đến hệ thống điều khiển.
1.1.2. Các loại tín hiệu điều khiển
Thông tin (tín hiệu vào x
e
và tín hiệu ra x
a
) để cho mạch điều khiển hoạt động theo
một quy luật định sẵn có thể thực hiện được như tín hiệu áp suất, giá trị áp suất được
gọi là thông số tín hiệu. Tín hiêu tương tự (liên tục) và tín hiệu rờI rạc được thể hiện
qua hình 1.3.








Hình 1.3. Phân loại tín hiệu
1.2. CÁC PHẦN TỬ LOGIC
Trong điều khiển logic có hai trạng thái, đó là trạng thái “0” và trạng thái “1”.
Ví dụ 1:
Nếu a = 0 thì L = 0
Nếu a = 1 thì L = 1
Ta có thể viết L = a
Trong đó: a là nút ấn thường mở; L là đèn tín hiệu.
Ví dụ 2:

Nếu b = 0 thì L = 1
Nếu b = 1 thì L = 0
Ta có thể viết
−
= bL

Trong đó: b là nút ấn thường đóng;
−
= bL là phủ định của b







a
L
b
L
Tương tự

Tín hiệu số
Tín hiệu nhị phân Tín hiệu bộ ba

Rời rạc

3
Ví dụ 3:
Một phần tử và sơ đồ mạch điều khiển logic khí nén thể hiện như hình 1.3.

Khi 1.1 (0)
⇒
1.2 lùi về
Khi 1.1 (1)
⇒
1.2 duỗi thẳng

R
P
0 1
A
R
P
0 1
A
R
P
01
A B
R
P
0 1
S
A
R

P
0 1
B
S
B
R
P
01
A
S
Z
XY
A B
R
P
ab
A
R
P
01
R P
0
1
S
2
S
1
1.1
1.2
Hình 1.4. Sơ đồ logic khí nén

4

















Khi 1.1 (0) (có tín hiệu A
-
)
⇒
1.2 lùi về
Khi 1.1 (1) (có tín hiệu A
+
)
⇒
1.2 duỗi thẳng
Các phần tử logic cơ bản được ký hiệu như ở bảng sau (tiêu chuẩn EU và USA):

S
2
S
1
1.2
Hình 1.5. Sơ đồ logic điện khí nén
R
P
01
S
A

+
A
-
1.1

Số TT
K
ý hiệuTên gọi
1
2
3
4
5
6
NOT
AND
NAND
OR
NOR
XOR
(EXC-OR)
Theo tc EU Theo tc USA
1
Theo tc EU Theo tc USA
&
Theo tc EU Theo tc USA
&
Theo tc EU Theo tc USA
≥1
Theo tc EU Theo tc USA

≥1
Theo tc EU Theo tc USA
=1

5
1.2.1. Phần tử logic NOT (Phủ định)
Ta có phương trình logic
aL =

Phần tử NOT được biểu diễn: khi ấn nút a, rơle c mất điện
⇒
bóng đèn L tắt; ngược lại
khi nhả nút a, rơle c có điện
⇒
bóng đèn L sáng.







Bảng chân lý Ký hiệu
a L
0 1
1 0
1.2.2. Phần tử AND (Và)
Phương trình logic L = a.b
Phần tử AND (và) được biểi diễn: khi ấn nút a đồng thời ấn nút b, rơle c có điện
⇒

bóng đèn L sáng.








Bảng chấn lý Ký hiệu
a b L
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
1.2.3. Phần tử logic NAND (Và - Không)
Phương trình logic
bab.aL +==
Phần tử logic NAND được biểu diễn: khi ấn nút a đồng thời ấn nút b, rơle c mất điện
⇒ bóng đèn L tắt.
Theo tc EU Theo tc USA
1
a LL a
a

c
c

L

b

Sơ đồ tín hiệu
0
0
1
b
a
tín hiệu vào
0
1
L
tín hiệu ra
tín hiệu vào
1
a

c
c

L
0
1
0
1
L
a
Sơ đồ tín hiệu
tín hiệu vào
tín hiệu ra

Theo tc EU Theo tc USA
&
a
b
a
b
LL

6











Bảng chân lý Ký hiệu
a b L
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
1.2.4. Phần tử logic OR (Hoặc)
Phương trình logic L = a + b
Phần tử hoặc được biểu diễn: khi ấn nút a hoặc b, rơle c có điện ⇒ bóng đèn L sáng.

Bảng chân lý Ký hiệu
a b L
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

1.2.5. Phần tử logic NOR (Hoặc - Không)
Phương trình logic
b.abaL =+=

a

c
c

L
b

Sơ đồ tín hiệu
0
0
1

b
a
tín hiệu vào
0
1
L
tín hiệu ra
tín hiệu vào
1
Theo tc EU
Theo tc USA
&
a
b
a
b
LL
c
c

L
a

b

Sơ đồ tín hiệu
0
0
1
b

a
tín hiệu vào
0
1
L
tín hiệu ra
tín hiệu vào
1
Theo tc EU Theo tc USA
≥1
a
b
L
a
b
L

7
Phần tử logic NOR được biểu diễn: khi một trong 2 nút ấn a hoặc b được thực hiện, thì
đèn L tắt. Đèn L sang khi không có tín hiệu nào thực hiện.









Bảng chân lý Ký hiệu

a b L
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
1.2.6. Phần tử logic XOR (EXC - OR)
Phương trình logic
b.ab.aL +=

Phần tử logic XOR được biểu diễn: khi ấn nút a hoặc b, rơle c
1
hoặc c
2
có điện ⇒ đèn
L sáng; khi ấn cả 2 nút đồng thời ⇒ đèn L tắt.







Bảng chân lý Ký hiệu
a b L
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
1.2.7. Phần tử logic OR/NOR
Phương trình logic: L

1
= a + b;
b.abaL
2
=+=

a

c
c

L
b

Sơ đồ tín hiệu
0
0
1
b
a
tín hiệu vào
0
1
L
tín hiệu ra
tín hiệu vào
1
Theo tc EU Theo tc USA
≥1
a

b
LL
a
b
Theo tc EU Theo tc USA
=1
a
b
L
a
b
L
Sơ đồ tín hiệu
0
0
1
b
a
tín hiệu vào
0
1
L
tín hiệu ra
tín hiệu vào
1
a

c
1

c
2
c
1
L
c
2
c
2
c
1

8
Phần tử OR/NOR có hai tín hiệu ra L
1
, L
2
được biểu diễn: khi chưa ấn nút a hoặc b,
rơle c chưa có điện ⇒ bóng đèn L
1
tắt, L
2
sáng; khi ấn nút a hoặc b, rơle c có điện ⇒
bóng đèn L
1
sáng, L
2
tắt.

Bảng chân lý Ký hiệu
a b L
1
L
2
0 0 0 1
0 1 1 0
1 0 1 0
1 1 1 0
1.2.8. Phần tử logic AND - NAND
Phương trình logic: L
1
= a.b;
bab.aL
2
+==

Phần tử logic AND - NAND có hai tín hiệu ra L
1
, L
2
và được biểu diễn: khi chưa tác
động nút ấn a và b ⇒ L

1
tắt, L
2
sáng; khi ấn a đồng thời ấn b, rơle c có điện ⇒ S
1

sáng, L
2
tắt.








Bảng chân lý
a b L
1
L
2
0 0 0 1
0 1 0 1
1 0 0 1
1 1 1 0
c
c

L

1
a

b

c

L
2
0
0
1
b
a
tín hiệu vào
1
L
1
tín hiệu ra
tín hiệu vào
1
Sơ đồ tín hiệu
0
1
L
2
tín hiệu ra
0
Theo tc EU
≥1

a
b
L
1
L
2
c
c

L
1
a

b

c

L
2
0
0
1
b
a
tín hiệu vào
1
L
1
tín hiệu ra
tín hiệu vào

1
Sơ đồ tín hiệu
0
1
L
2
tín hiệu ra
0
Theo tc EU
&
a
b
L
1
L
2
Ký hiệu

9
1.3. LÝ THUYẾT ĐẠI SỐ BOOLE
Trong kỹ thuật điều khiển, giá trị của các tín hiệu vào và tín hiệu ra được viết dưới
dạng biến số của đại số Boole.
1.3.1. Các quy tắc cơ bản của đại số Boole
(ta có thể quy ước để thuận tiện việc tính toán: trong lý thuyết đại số Boole phần tử
logic AND là
"."
hoặc
""∧
; phần tử logic OR là
""+

hoặc
""∨
)
Phép toán liên kết AND (và):
L = a.b.c (hoặc có thể viết
cbaL
∧∧=
)
Cụ thể:
()
()
()
()
()
()
000000.0.0
011001.1.0
010101.0.1
001100.1.1
000100.0.1
111111.1.1
=∧∧=
=∧∧=
=∧∧=
=∧∧=
=∧∧=
=∧∧=

Phép toán liên kết OR (hoặc):
L = a +b +c (hoặc có thể viết

cbaL ∨∨=
)
Cụ thể:
()
()
()
()
()
()
00000000
11011101
11101110
10111011
10011001
11111111
=∨∨=++
=∨∨=++
=∨∨=++
=∨∨=++
=∨∨=++
=∨∨=++

Phép toán liên kết NOT (phủ định):

aS =

Cụ thể:
01
10
=

=

a. Quy tắc hoán vị:
Các toán tử a và b có thể hoán vị cho nhau

()
()
abbaSabbaL
abbaSa.bb.aL
2
1
∨=∨=+=+=
∧=∧===

Ta có thể biểu diễn như ở bảng dưới:
a.b = b.a a + b = b + a
Sơ đồ mạch điện
Sơ đồ logic
Sơ đồ mạch điện
Sơ đồ logic









a b

b a
Theo tc EU
&
a
b
L
Theo tc USA
a
b
L
Theo tc EU
&
b
a
L
Theo tc USA
b
a
L
a
b
b
a
Theo tc EU
≥1
a
b
L
Theo tc USA
a

b
L
Theo tc EU
≥1
b
a
L
Theo tc USA
b
a
L

10
b. Quy tắc kết hợp:
() ( ) ( )(){ }
() () () (){}
cbacbacbaLcbacbacbaL
cbacbacbaLc.b.ac.b.ac.b.aL
2
1
∨∨=∨∨=∨∨=++=++=++=
∧
∧=∧∧=∧∧====
Ta có thể biểu diễn như ở bảng dưới:
(a.b).c = a.(b.c) (a + b) + c = a + (b + c)
Sơ đồ mạch điện
Sơ đồ logic Sơ đồ mạch điện
Sơ đồ logic

c. Quy tắc phân phối:
Phép toán liên kết AND, OR và NOT được kết hợp với nhau
L
1
= (a.b) + (c.d) = (a + c).(a + d).(b + c).(b + d)
L
2
= (a + b).(c + d) = (a.c) + (a.d) + (b.c) + (b.d)
L
3
= a.(b + c) = (a.b) + (a.c)

L
4
= a + (b.c) = (a + b).(a + c)
Ta có thể biểu diễn sơ đồ mạch điện và sơ đồ logic như sau (chỉ biểu diễn S
3
, S
4
):
L
3
= a.(b + c) = (a.b) + (a.c)

L
3
= a.(b + c)

Sơ đồ

mạch điện

Sơ đồ logic













a b c b.c

L
3
00 0 0 0
00 1 1 0
01 0 1 0
01 1 1 0
10 0 0 0
10 1 1 1
11 0 1 1
11 1 1 1

a b c
a b c
&
a
b
L
c
&
&
a
b
L
c
&
a
b
c
≥1
a
b
L
c
≥1
b
c
a
≥1
a
b
L

c
≥1
a b
c
≥1
a
b
L
3
c
&