Tài liệu Thiết kế sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển. ppt

Chương 1: Thiết kế sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển.

1. Yêu cầu công nghệ:
a.Sơ đồ công nghệ:


2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cân định lượng:
Cân định lượng là một laọi cân được điều khiển tự động dùng trong
nhiều ngành công nghiệp ở các lĩnh vực khác nhau như: hoá chất, xây
dựng, xi măng,.... Cân định lượng dùng để pha chế các loại vật liệu
khác nhau với liều lượng được đặt trước, sau đó được trộn đều để tiếp
tục cho khâu kế tiếp.
Ở sơ đồ công nghệ trên ta sử dụng hệ thống 3 phễu tạo thành 3 tầng có
nhiệm vụ khác nhau. Tầng thứ nhất chứa vật liệu, tầng thứ hai sử dụng
để cân định lượng vật liệu, tầng thứ ba có nhiệm vụ trộn đều vật liệu.
Trên thực tế để quy trình công nghệ có tính ưu việt hơn ta có thể mở
rộng không chỉ với số lượng 3 phễu mà có thể còn nhiều hơn.
Quy trình hoạt động chính: Ban đầu vật liệu được chứa ở các bình
chứa A, B, C, khi có tín hiệu điều khiển mở cửa sẽ trút vật liệu xuống
các phễu D, E, F, được trút cho tới khi các cảm biến d
1
, e
1
, f
1
, có tín
hiệu để đóng các bình A, B, C, lại sau khi các bình này đã đóng lại

a
b c
B C A

d
2

d
1
D
e
2

e
1
D
f
1
D
f
2

g

G
M
hoàn toàn đồng thời có đủ các tín hiệu d
2
, e
2
, f
2
, các phễu D, E, F, sẽ
được mở ra xả vật liệu xuống phễu G, ở đây diễn ra quá trình trộn vật

liệu nhờ việc điều khiển mở động cơ M, sau khi trộn xong có tín hiệu
g mở cửa xả vật liệu đã trộn ra ngoài tiếp tục công việc tiếp theo. Như
thế đã kết thúc một quá trình công nghệ của hệ thống cân định lượng
và quy trình lại bắt đầu lại từ đầu.

3. Đặt các biến logic cho hệ thống:
Vì ta thấy một điểm đặc biệt là sự hoạt động của các phễu A-D, B-E,
C-F, là hoàn toàn như nhau về mặt công nghệ nên ta có thể tách ra
thành 3 nhánh song song riêng biệt và chỉ cần xét một nhánh rồi suy
ra công nghệ cho các nhánh còn lại. Vậy ở đây ta sẽ xét cho nhánh
phễu A-D-G, rồi từ đó suy ra các hàm điều khiển logic cho các nhánh
còn lại vì về logic chúng hoàn toàn như nhau.
- đặt biến đầu vào là:
+ Các biến logic: a, d
2
,g quy định sự xuất hiện hay biến mất của tín
hiệu điều khiển sự đóng mở của các van theo thứ tự lần lượt đóng mở
các cửa của bình A, D, G.
+ Biến logic d
2
quy định sự có hay mất của tín hiệu phát ra từ bộ cảm
biến khối lượng được đặt ở phễu D.
+ Ta quy định sự xuất hiện của các tín hiệu logic nay khi có là giá trị
bằng "1", còn khi mất là giá trị bằng "0".
- Các biến đầu ra: A,D,G, là các biến đầu ra chỉ trạng thái đóng mở
của các van đóng mở hoạt động các cửa của phễu A,D,G. Ta quy
định giá trị logic khi van mở là ="1", và khi van đóng là ="0".
+ Biến M là biến logic chỉ trạng thái làm việc của động cơ, quy định giá
trị logic của M là : khi động cơ hoạt động thì M ="1", còn khi nghỉ là
M="0".

 Quy trình hoạt động của nhánh cân định lượng A-D-G:
Trước khi khởi động hệ thống hệ thống cân định lượng, hệ đang
được xắc lập tại trạng thái ban đầu là: Các tín hiệu a, g, là đang có
cho nên lúc này vật liệu còn ở trong bình chờ A chưa được trút
xuống bình cân D điều đó làm cho chưa thể có tín hiệu d
1
đưa về từ
cảm biến vì cảm biến chưa bị tác động, và lúc này tín hiệu d
2
chưa
có , van cửa D khoá, động cơ chưa hoạt động.
Sau khi cho phép làm việc có tín hiệu mở máy, tín hiệu a mất làm cho
van điều khiển cửa xả A được mở ra trút vật liệu xuống bình cân
định lượng D. đến một lúc nào đó vật liệu đã được trút đủ lượng yêu
cầu ( lượng do người vận hành đặt từ trước ) lập tức cảm biến d
1

được tác động tín hiệu d
1
xuất hiện tiến hành 2 việc: khoá van điều
khiển cửa A lại, mở van điều khiển cửa D ra cho vật liệu được trút
xuống phễu trộn G. Đòng thời với việc van điều khiển cửa D được
mở ra sẽ xuất hiện tín hiệu d
2
làm cho động cơ M bắt đầu làm việc
tiến hành trộn vật liệu ở trong bình trộn G. Sau một khoảng thời gian
cần thiết các tín hiệu d
1
,g mất đi làm cho van điều khiển cửa G mở

ra, cửa D thì đóng lại, vật liệu được xả ra khỏi bình trộn và chu trình
cứ được lặp đi lặp lại như thế. Khi muốn ngừng hệ thống ta cho tác
động ngắt các tín hiệu d
2
và bật tín hiệu g thì hệ thống sẽ quay trở về
trạng thái ban đầu.

II.Tổng hợp mạch điều khiển :
Các biến đầu ra chỉ trạng thái các van điều khiển A, D, B, E, C, F, M,
chỉ phụ thuộc vào các biến đầu vào tương ứng a,b,c,e
1
,d
1
,f
1
,d
2
,e
2
,f
2
, và
g. Như đã xét ở trên vì chúng có cùng hoạt động tương tự như nhau
cho nên việc tổng hợp hàm điều khiển chỉ cần xét cho một nhánh rồi
sau đó sẽ suy ra cho các nhánh còn lại ( ở bài này như trên ta tiến hành
xét nhánh A-D-G).
Các biến đầu vào a, d
1
, d
2

, g, cùng các biến đầu ra A, D, G, ta sẽ tiến
hành xét nhánh này.Có điều đặc biệt là riêng với biến đầu vào M chỉ
cho phép hoạt động khi đã có cả 3 tín hiệu d
2
, e
2
, f
2
, xuất hiện.
- Tính hàm điều khiển các biến:
+ Ma trận chuyển dịch của hệ thống: Từ quy trình công nghệ và cách
đặt biến trên ta có graph trạng thái:


Các biến đầu vào:
a d
1
d
2
g
Các biến đầu ra: ADMG

+ Mô tả các trạng thái:
trạng thái 1: a, g có d
1
, d
2
mất, A,D,M,G đóng.
trạng thái 2: mất a, g có, d
1

, d
2
chưa có van a mở, van d,M,G vẫn
đóng.
trạng thái 3: a vẫn mất d
1
có, d
2
chưa có, g có, van A,D,M,G đóng
trạng thái 4: a, d
1
, g có d
2
chưa có, van D mở van A,M,G đóng.
trạng thái 5: a, d
1
, d
2
, g, đều có, van D,M mở, van A,G đóng
trạng thái 6: a,d
2
đang có d
1
,g mất, van A,D đóng, van M,G mở

-Graph trạng thái:

1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0
0 0 0 0
(1)

1 0 0 0
(2)
0 0 0 0
(3)
0 1 0 0
(4)
0 1 1 0
(5)
0 0 1 1
(6)

- Lập ma trận chuyển dịch trạng thái ta có:
- Bảng1:

Biến vào Biến ra

tt







A

D

M

G
1 2 1 0 0 0 0
2 2 3 1 0 0 0
3 3 4 0 0 0 0
4 45 0 1 0 0
5 5 6 0 1 1 0
6 2 6 0 0 1 1


Nhận xét: Bảng ma trận chuyển dịch xét các hàng ta thấy không có
một điểm nước đôi( là điểm cùng trạng thái đầu vào nhưng đầu ra
khác nhau ) nào. Vì vậy ta có thể nhập cả 6 hàng lại với nhau được
thành một hàng duy nhất nên ta còn:



2 3 4 5 6 1

Vì ma trận chuyển dịch chỉ có một hàng cho nên takhông cần chọn
thêm biến trung gian để mã hoá quá trình hoạt động của hệ thống.
- Hàm điều khiển của các biến đầu ra:
+ Việc tính các hàm điều khiển cho các biến đầu ra được thực hiện
bằng cách từ ma trận chuyển dịch II ta đi xây dựng các ma trận Cac-nô
cho các biến đầu ra.
Với biến đầu ra A: ta có ma trận Cac-nô sau:

1 0 0 0 0 0

Tiến hành dán Cac-nô ta được hàm điều khiển cho biến đầu ra A:
1

d.a)A(f =

Tương tự với biến đầu ra D ta có bảng ma trận Cac-nô:

0 0 1 1 0 0

Thực hiện dán Cac-nô ta được hàm điều khiển cho biến đầu ra D:

f(D)=a.d
1

Tương tự với biến đầu ra M ta có bảng ma trận Cac-nô:

0 0 0 1 1 0

Thực hiện dán Cac-nô ta được hàm điều khiển cho biến đầu ra M:
f(M)=d
2


Tương tự với biến đầu ra G ta có bảng ma trận Cac-nô:

0 0 0 0 1 0

Thực hiện dán Cac-nô ta được hàm điều khiển cho biến đầu ra G:

g)G(f =

- Vậy ta các hàm điều khiển cho nhánh một là:

+
1
d.a)A(f =

+ f(D)=a.d
1

+ f(M)=d
2