Thiết kế hệ thống điều khiển cho mô hình khoan tự động - Bao cao đồ án tốt nghiệp chuyên ngành tự động hóa BKHN (20)

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “thiết kế hệ thống điều khiển cho mơ
hình khoan tự động” do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của giảng viên cô Th.s
Phan Thị Huyền Châu. Các số liệu và kết quả hoàn toàn đúng với thực tế.
Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu ghi trong danh mục tài
liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu phát hiện
có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Hà Nội, tháng 06 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trường Xuân


MỤC LỤC

1.1. Mô tả công nghệ khoan ................................................................................... 2
Đặc điểm công nghệ................................................................................. 2
Khoan bằng phương pháp thủ công ......................................................... 2
Khoan cỡ nhỏ ........................................................................................... 3
Khoan cỡ trung (Máy khoan bàn) ............................................................ 4
Máy khoan CNC ...................................................................................... 4
Một số mơ hình hệ thống máy khoan tự động thực tế ............................. 5
1.2. Mơ hình cơng nghệ khoan tự động .................................................................. 6
Kết cấu cơ khí .......................................................................................... 6

2.1. Phương pháp Grafcet ....................................................................................... 8
Định nghĩa ................................................................................................ 8
Một số ký hiệu dùng trong Grafcet .......................................................... 9

Quy tắc hoạt động của Grafcet............................................................... 10
Xây dựng lưu đồ GRAFCET I (GI) ....................................................... 11
Xây dựng lưu đồ GRAFCET II (GII) .................................................... 12


Grafcet và hàm logic tương ứng ............................................................ 12
Các dạng mạch đặc biệt ......................................................................... 13
Trình tự thiết kế của phương pháp Grafcet ............................................ 16
2.2. Thiết kế mơ hình khoan bằng phương pháp Grafcet ..................................... 16
Mơ tả cơng nghệ mơ hình máy khoan tự động ...................................... 16
Xác định tín hiệu điều khiển và cơ cấu chấp hành ................................ 18
Phân tích cơng nghệ máy khoan tự động ............................................... 18
Sử dụng phương pháp GRAFCET để thiết kế mơ hình khoan tự động . 19
Grafcet I (GI) ......................................................................................... 21
Grafcet II (GII) ....................................................................................... 22
Xác định các hàm điều khiển cho mơ hình máy khoan tự động ............ 23

3.1. Tổng quan về hệ điều khiển .......................................................................... 25
Khái quát chung ..................................................................................... 25
Cấu trúc của một hệ thống điều khiển ................................................... 25
3.2. Tổng quan về PLC ......................................................................................... 25
Giới thiệu về PLC .................................................................................. 25
Vị trí của PLC trong hệ thống điều khiển .............................................. 26
Khả năng của PLC ................................................................................. 28
Các ưu điểm và ứng dụng của PLC ....................................................... 29
3.3. Kết luận ......................................................................................................... 32
3.4. PLC MITSUBISHI FX3GA-24MT............................................................... 32
3.5. Phân cổng vào ra PLC ................................................................................... 33
Phân cổng vào PLC ................................................................................ 33
Phân cổng ra PLC .................................................................................. 34

3.6. Sơ đồ đấu dây ................................................................................................ 35
Sơ đồ đấu dây PLC ................................................................................ 35
Sơ đồ mạch lực....................................................................................... 36
Sơ đồ mạch điều khiển ........................................................................... 37
3.7. Chương trình điều khiển cho PLC................................................................. 37
Phần mềm lập trình GX Developer ........................................................ 37
Chương trình điều khiển ........................................................................ 38

4.1. Các yêu cầu trong thiết kế hệ điều khiển cho mơ hình khoan tự động ......... 43
4.2. Lựa chọn các thiết bị mạch lực...................................................................... 43
Xy lanh khí nén ...................................................................................... 43
Van tiết lưu............................................................................................. 45
Nguồn 24VDC ....................................................................................... 46
Aptomat .................................................................................................. 47
Động cơ .................................................................................................. 48
Dây dẫn khí ............................................................................................ 49
4.3. Lựa chọn thiết bị mạch điều khiển ................................................................ 50
Van phân phối khí nén ........................................................................... 50
Cảm biến ................................................................................................ 51
Nút nhấn ................................................................................................. 53
Rơ le ....................................................................................................... 54
Tính chọn PLC ....................................................................................... 56
4.4. Xây dựng mơ hình thực nghiệm .................................................................... 58
Các bộ phận cụ thể của mơ hình ............................................................ 58


Mơ hình tổng thể .................................................................................... 60
4.5. Thiết kế giao diện điều khiển ........................................................................ 60

4.6. GT-Designer .................................................................................................. 61
Định nghĩa .............................................................................................. 61
Dùng GT-Designer để thiết kế chương trình ......................................... 61
4.7. Thiết kế giao diện điều khiển cho mơ hình khoan tự động ........................... 63


Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Khoan thủ cơng. .............................................................................................. 3
Hình 1.2. Máy khoan sử dụng điện. ................................................................................ 3
Hình 1.3. Khoan tay sử dụng Pin. ................................................................................... 4
Hình 1.4. Máy khoan bàn. ............................................................................................... 4
Hình 1.5. Máy khoan CNC. ............................................................................................ 5
Hình 1.6. Mơ hình hệ thống máy khoan thực tế. ............................................................ 5
Hình 1.7. Mơ hình cơng nghệ.......................................................................................... 6
Hình 1.8. Mơ hình thí nghiệm thực tế. ............................................................................ 6
Hình 2.1. Lưu đồ trạng thái làm việc. ........................................................................... 10
Hình 2.2. Lưu đồ tổng quát Grafcet I. ........................................................................... 11
Hình 2.3. Lưu đồ tổng quát của Grafcet II. ................................................................... 12
Hình 2.4. Mạch rơ le tiếp điểm. .................................................................................... 13
Hình 2.5. Mạch phân kỳ “Hoặc”. .................................................................................. 13
Hình 2.6. Mạch hội tụ “Hoặc”. ..................................................................................... 14
Hình 2.7. Mạch phân kỳ “Và”. ...................................................................................... 15
Hình 2.8. Mạch hội tụ “Và”. ......................................................................................... 15
Hình 2.9. Trình tự thiết kế theo phương pháp Grafcet.................................................. 16
Hình 2.10. Mơ hình máy khoan tự động. ...................................................................... 16
Hình 2.11. Sơ đồ Grafcet I. ........................................................................................... 21
Hình 2.12. Sơ đồ Grafcet II. .......................................................................................... 22

Hình 3.1. Cấu trúc của PLC. ......................................................................................... 26
Hình 3.2. Các khối của hệ điều khiển truyền thơng. ..................................................... 27

i


Danh mục hình vẽ
Hình 3.3. Các khối của hệ điều khiển dùng PLC. ......................................................... 28
Hình 3.4. Dây truyền sản xuất nước đóng chai. ............................................................ 30
Hình 3.5. Bãi đỗ xe tự động. ......................................................................................... 31
Hình 3.6. Dây truyền sản xuất giấy. .............................................................................. 31
Hình 3.7. PLC FX3GA – 24MT.................................................................................... 32
Hình 3.8. Sơ đồ đấu nối với PLC. ................................................................................. 35
Hình 3.9. Sơ đồ đấu nối xylanh. .................................................................................... 36
Hình 3.10. Sơ đồ điều khiển động cơ khoan. ................................................................ 36
Hình 3.11. Sơ đồ mạch điều khiển. ............................................................................... 37
Hình 3.12. Cài đặt trong GX Developer. ...................................................................... 38
Hình 3.13. Chương trình điều khiển ............................................................................. 42
Hình 4.1. Xylanh STNC 20*100. .................................................................................. 44
Hình 4.2. Ký hiệu xy lanh kép. ..................................................................................... 45
Hình 4.3. Van tiết lưu một chiều. .................................................................................. 45
Hình 4.4. Ký hiệu của van tiết lưu một chiều. .............................................................. 46
Hình 4.5. Nguồn 24VDC. ............................................................................................. 47
Hình 4.6. Aptomat LS BKN 2P, 10A (6KA). ............................................................... 47
Hình 4.7. Sơ đồ nguyên lý Aptomat. ............................................................................ 48
Hình 4.8. Động cơ một chiều. ....................................................................................... 49
Hình 4.9. Sơ đồ đấu nối động cơ. .................................................................................. 49
Hình 4.10. Dây dẫn khí. ................................................................................................ 49
Hình 4.11. Van phân phối 5/2 Airtac. ........................................................................... 51
Hình 4.12. Sơ đồ nguyên lý van phân phối. .................................................................. 51

Hình 4.13. Cảm biến LJ8A3-2-Z/BY............................................................................ 52
Hình 4.14. Sơ đồ đấu dây cảm biến LJ8A3-2-Z/BY..................................................... 52
ii


Danh mục hình vẽ
Hình 4.15. Cảm biến Airtac CS1-S. .............................................................................. 53
Hình 4.16. Sơ đồ đấu dây cảm biến CS1-S. .................................................................. 53
Hình 4.17. Nút nhấn sử dụng trong mơ hình. ............................................................... 54
Hình 4.18. Sơ đồ đấu nối nút nhấn................................................................................ 54
Hình 4.19. Rơ le. ........................................................................................................... 55
Hình 4.20. Sơ đồ nguyên lý của rơ le ........................................................................... 56
Hình 4.21. PLC FX3GA – 24MT. ................................................................................ 57
Hình 4.22. Bộ van vân phối 5/2. ................................................................................... 58
Hình 4.23. Nguồn 24VDC. ........................................................................................... 58
Hình 4.24. Nút nhấn. ..................................................................................................... 58
Hình 4.25. Động cơ. ...................................................................................................... 59
Hình 4.26. Xylanh khí nén. ........................................................................................... 59
Hình 4.27. PLC và rơ le. ............................................................................................... 60
Hình 4.28. Mơ hình tổng thể. ........................................................................................ 60
Hình 4.29. Thanh toolbar .............................................................................................. 61
Hình 4.30. Thanh cơng cụ object .................................................................................. 62
Hình 4.31. Thanh cơng cụ figule................................................................................... 63
Hình 4.32. Giao diện điều khiển mơ hình khoan tự động. ............................................ 63

iii


Danh mục bảng biểu

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Lựa chọn sơ bộ thiết bị ................................................................................. 17
Bảng 2.2. Tín hiệu đầu vào. .......................................................................................... 19
Bảng 2.3. Tín hiệu đầu ra. ............................................................................................. 20
Bảng 3.1. Tín hiệu vào PLC. ......................................................................................... 33
Bảng 3.2. Tín hiệu ra PLC. ........................................................................................... 34
Bảng 4.1. Thông số cơ bản của xylanh STNC. ............................................................. 44
Bảng 4.2. Thông số cơ bản của bộ nguồn. .................................................................... 46
Bảng 4.3. Thông số cơ bản của aptomat. ...................................................................... 47
Bảng 4.4. Thông số cơ bản của van phân phối AIRTAC 4V210-08. ........................... 50
Bảng 4.5. Thông số cơ bản của cảm biến LJ8A3-2-Z/BY. ........................................... 52
Bảng 4.6. Thông số cơ bản của nút nhấn. ..................................................................... 53
Bảng 4.7. Thông số cơ bản của rơ le. ............................................................................ 55
Bảng 4.8. Thông số cơ bản của PLC FX3GA – 24MT. ................................................ 57

iv


Danh mục từ viết tắt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

GRAFCET

Graphe fonctionnel de Com-mande Etape transition

PLC

Programmable Logic Controller

CPU

Central Processing Unit

v


Lời mở đầu

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày này, các ngành công nghiệp phát triển mạnh địi hỏi quy trình làm việc
nhanh và hiệu quả, trong các nhà máy đã đưa máy móc tự động vào làm việc để thay
thế sức lao động của con người và cho năng suất làm việc cao hơn từ đó sản phẩm sản
xuất ra mới có tính cạnh tranh cao trên thị trường. Quy trình cơng nghệ khoan tự động
mà em thực hiện sau đây chỉ là ứng dụng một phần nhỏ trong công nghiệp hiện đại hóa
ngày nay.
Trong q trình thực hiện đồ án, mặc dù em đã cố gắng rất nhiều nhưng do hiểu
biết và năng lực cịn yếu nên chắc chắn sẽ khơng tránh khỏi những sai sót. Vì vậy rất
mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cơ và các bạn.
Em xin cảm ơn nhà trường, bộ mơn tự động hóa công nghiệp đã tạo điều kiện
cho em được học tập, nghiên cứu tại phịng thí nghiệm và em chân thành gửi lời cảm
ơn tới cô Th.s Phan Thị Huyền Châu đã hướng dẫn và giúp đỡ để em hoàn thành đồ
án này một cách tốt nhất.
Nội dung quyển đồ án “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MƠ
HÌNH KHOAN TỰ ĐỘNG “gồm có 4 chương sau:
 Chương 1. Mơ tả cơng nghệ khoan và mơ hình máy khoan tự động.
 Chương 2. Thiết kế mô hinh khoan sử dụng phương pháp Grafcet.
 Chương 3. Thiết kế mạch điều khiển sử dụng PLC.

 Chương 4. Xây dựng mơ hình thực tế và thiết kế giao diện điều khiển.

Hà nội, ngày 01 tháng 06 năm 2018
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Trường Xuân

1


Chương 1. Mơ tả cơng nghệ khoan và mơ hình khoan tự động

MƠ TẢ CƠNG NGHỆ KHOAN VÀ MƠ HÌNH
KHOAN TỰ ĐỘNG

1.1. Mô tả công nghệ khoan
Đặc điểm công nghệ
Máy khoan được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp và đời sống,
dùng để khoan các bo mạch điện tử, các công xưởng gia công kim loại, hoặc các
xưởng chế biến gỗ... Máy khoan được dùng để gia công các chi tiết với ngun cơng
khoan lỗ trịn hoặc trong chế biến gỗ thì kht các lỗ trịn hoặc dài. Ngày nay với công
nghệ phát triển vượt bậc người ta còn chế tạo ra các loại máy làm việc tự động gần
như hồn tồn và đạt độ chính xác cao như máy CNC cũng có thể dùng để khoan các
chi tiết như các máy khoan thông thường. Các máy khoan cũng được tự động hóa theo
dây chuyền nhằm nâng cao năng suất và giảm sức lao động con người.
Máy khoan làm việc trong môi trường khắc nghiệt như độ ẩm, bụi bẩn, rung
động lớn, tiếng ồn.... Bởi vậy mà vấn đề trang bị điện cũng như các chi tiết dùng cho
máy khoan phải đảm bảo độ bền cơ học cao, chịu được điều kiện môi trường, động cơ
truyền động phải chịu được quá tải. Do máy khoan được tự động hóa nên tần số làm
việc lớn nên yếu tố đảm bảo độ tin cậy cũng phải cao.
Bên cạnh việc máy khoan được sử dụng trong các nhà máy công xưởng thì cịn

rất nhiều loại khoan lớn được sử dụng để thăm dò địa chất, khoan thăm dò và khai thác
dầu khí, khoan nhồi cọc bê tơng trong xây dựng, khoan trong các hầm mỏ....
Khoan bằng phương pháp thủ công
Bằng cách sử dụng các thiết bị khoan bằng tay người ta có thể tạo nên các lỗ
trịn trên chi tiết cần gia công.
Ưu điểm: thiết bị đơn giản dễ chế tạo, giá thành thấp, việc sử dụng đơn giản
không cần đào tạo.
2


Chương 1. Mơ tả cơng nghệ khoan và mơ hình khoan tự động

Nhược điểm: năng suất thấp, tốn nhiều nhân cơng và khả năng cơng nghiệp
khơng có, chỉ sử dụng trong mục đích dân dụng quy mơ nhỏ.

Hình 1.1. Khoan thủ công.
Khoan cỡ nhỏ
a) Máy khoan sử dụng điện
Con người đã chế tạo được những thiết bị khoan điện nhỏ gọn năng suất cao
hơn các thiết bị khoan thủ công. Tính linh động của loại khoan này rất cao có thể thi
cơng trong những vị trí hẹp và có thể di chuyển được. Nhược điểm của loại khoan này
là không thể gia công được những lỗ khoan lớn, năng suất khơng cao, khơng thể cơng
nghiệp hóa được.

Hình 1.2. Máy khoan sử dụng điện.

3


Chương 1. Mơ tả cơng nghệ khoan và mơ hình khoan tự động

b) Máy khoan sử dụng pin
Khoan pin là khoan sử dụng điện áp một chiều được cung cấp năng lượng bằng
một cục PIN 12V. Loại máy khoan pin này có thể thiết kế nhỏ gọn khá tiện lợi, nó có
cơng suất yếu hơn so với khoan điện, hỗ trợ đầu mũi vặn vít, mũi khoan và có chế độ
động lực dùng để khoan bề mặt gỗ hoặc sắt mỏng. Loại máy này có chức năng đảo
chiều, nút tăng giảm tốc độ giúp cho người sử dụng chủ động các mối khoan, loại
khoan này thường được thợ mộc sử dụng nhiều, hoặc các hộ gia đình.

Hình 1.3. Khoan tay sử dụng Pin.
Khoan cỡ trung (Máy khoan bàn)
Máy được sử dụng rộng rãi trong các xưởng sản xuất vừa và nhỏ. Kích thước
vừa phải dễ dàng bố trí ở vị trí thích hợp, sử dụng dễ dàng, năng suất thấp nhưng độ
chính xác cao, kích thước mũi khoan đa dạng, có thể phục vụ trong cơng nghiệp.

Hình 1.4. Máy khoan bàn.
Máy khoan CNC
Sự phát triển của công nghệ thông tin, con người đã đưa máy tính vào để tính
tốn và thực hiện các cơng việc đã được lập trình sẵn một các nhanh chóng và chính

4


Chương 1. Mơ tả cơng nghệ khoan và mơ hình khoan tự động

xác. Do sự phát triển và tính cơng nghiệp ngày càng cao nên việc đưa máy tính vào kết
hợp với các máy khoan là sự cần thiết bởi vậy mà máy khoan CNC đã ra đời.
-

Ưu điểm: tính công nghiệp cao, là một khâu quan trọng trong các xưởng

gia công các nhà máy gia công chế tạo. Máy khoan CNC tính tự động
hóa cao nên sử dụng ít nhân công, giảm thiểu sức lao động cho công
nhân, năng suất lớn, tính chính xác cao.

-

Nhược điểm: chế tạo khó khăn, giá thành cao, người công nhân vận hành
máy cần phải được đào tạo.

Hình 1.5. Máy khoan CNC.
Một số mơ hình hệ thống máy khoan tự động thực tế

Hình 1.6. Mơ hình hệ thống máy khoan thực tế.

5


Chương 1. Mơ tả cơng nghệ khoan và mơ hình khoan tự động

1.2. Mơ hình cơng nghệ khoan tự động
Kết cấu cơ khí

Hình 1.7. Mơ hình cơng nghệ.

Hình 1.8. Mơ hình thí nghiệm thực tế.
Ở hình 1.8 là mơ hình về máy khoan tự động với các bộ phận chính là:
6


Chương 1. Mơ tả cơng nghệ khoan và mơ hình khoan tự động

-

Xylanh A thực hiện truyền động đẩy vật cần khoan vào vị trí và kẹp vật
cố định vào một vị trí.

-

Xylanh B thực hiện hạ động cơ khoan xuống, động cơ hoạt động và
khoan vật, sau khi đã khoan xong Xylanh B tiếp tục nâng động cơ khoan
lên vị trí ban đầu.

-

Xylanh C thực hiện truyền động đẩy vật ra khỏi vị trí vừa khoan.

-

Động cơ M thực hiện việc khoan vật.

-

Các cảm biến 𝑎1 , 𝑏0 , 𝑏1 , 𝑐0 xác định vị trí của xylanh tương ứng.

7


Chương 2. Thiết kế mơ hình khoan sử dụng phương pháp Grafcet

THIẾT KẾ MƠ HÌNH KHOAN SỬ DỤNG

PHƯƠNG PHÁP GRAFCET

Trong thực tế các dây chuyền sản xuất hoạt động theo một trình tự logic chặt chẽ
đảm bảo về chất lượng sản phẩm cũng như đảm bảo được các yếu tố an toàn cho người
vận hành. Cấu trúc làm việc của dây chuyền sản xuất ln ln địi hỏi phải có một hệ
thống điều khiển phù hợp và tối ưu, đó là yêu cầu cấp thiết đặt ra đối với những người
thiết kế. Để đáp ứng được yêu cầu công nghệ người thiết kế phải nắm bắt được các điều
kiện ảnh hưởng đến q trình cơng nghệ, cụ thể là các điều kiện vào ra của hệ thống.
Khi tổng hợp hàm điều khiển cho hệ thống mà chỉ dựa trên hiểu biết về q trình cơng
nghệ thì chưa đủ, muốn có một hệ thống điều khiển tối ưu thì người thiết kế phải biết
vận dụng các phương pháp phù hợp để tổng hợp hàm điều khiển.
Hiện nay có nhiều phương pháp để tổng hợp hàm điều khiển góp phần đơn giản
hóa quá trình thiết kế. Các phương pháp thường được sử dụng đó là: phương pháp “ma
trận trạng thái”, phương pháp “GRAFCET”, phương pháp “phân tầng”.

2.1. Phương pháp Grafcet
Định nghĩa
Grafcet là từ viết tắt của tiếng pháp “ Graphe fronctionnel de commande estape
transition “ là một đồ hình chức năng cho phép mô tả các trạng thái làm việc của hệ
thống và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái chuyển biến từ trạng thái này
sang trạng thái khác.
Grafcet cho một q trình ln ln là một đồ hình khép kín từ trạng thái đầu
đến trạng thái cuối và từ trạng thái cuối đến trạng thái đầu.
Ưu điểm: Dễ bổ xung biến trung gian, các bước tiến hành đơn giản, lưu đồ dễ
nhìn giúp thuận tiện cho việc thiết kế mạch điều khiển, giúp người thiết kế quản lý
chương trình tối ưu và hệ thống hóa những gì cần trình bày. Trong quá trình thiết kế,

8

Chương 2. Thiết kế mơ hình khoan sử dụng phương pháp Grafcet

chạy thử hoặc vận hành, nếu xảy ra sự cố thì người vận hành, người thiết kế có thể tìm
ra lỗi một cách dễ dàng.
Nhược điểm: Phải lập được đồ hình thỏa mãn u cầu cơng nghệ đã cho.
Một số ký hiệu dùng trong Grafcet
Một trạng thái được biểu diễn bằng một hình chữ nhật có đánh số. Gắn liền với
biểu tượng trạng thái có ghi các tác động của trạng thái đó.
 Trạng thái khởi đầu được thể hiện bằng hai hình chữ nhật lồng vào nhau.
 Trạng thái đang hoạt động có thêm dấu “ . “ ở trong hình chữ nhật trạng
thái.
Một chuyển tiếp được biểu diễn bằng đường gạch “ – “ bên cạnh ghi các tác
nhân kích thích (biến vào) liên quan đến chuyển tiếp đó.

9


Chương 2. Thiết kế mơ hình khoan sử dụng phương pháp Grafcet

Xác định trạng thái ban đầu

00

Trạng thái ban đầu
Tác nhân kích thích

11

Trạng thái thứ nhất

ii -- 11

Trạng thái thứ i - 1
Tác nhân kích thích thứ i

ii

Trạng thái thứ i
Tác nhân kích thích thứ i + 1

ii ++ 11

Trạng thái thứ i + 1

Hình 2.1. Lưu đồ trạng thái làm việc.
Quy tắc hoạt động của Grafcet
Một chuyển tiếp là hợp cách (hoặc chuẩn) khi tất cả các trạng thái đầu vào của
nó (các trạng thái có cung định hướng nối theo hướng từ trạng thái đó đến chuyển tiếp)
là hoạt động. Một chuyển tiếp chỉ được vượt qua khi nó là chuẩn và tiếp nhận gắn với
chuyển tiếp là đúng.
Việc vượt qua một chuyển tiếp sẽ làm hoạt động trạng thái kế tiếp (trạng thái
định hướng đi từ chuyển tiếp đến nó) và khử bỏ hoạt động của trạng thái đầu vào của
chuyển tiếp.
10


Chương 2. Thiết kế mơ hình khoan sử dụng phương pháp Grafcet

Xây dựng lưu đồ GRAFCET I (GI)

g

00

Trạng thái ban đầu
Tác nhân kích thích

11

Trạng thái làm việc 1
Tác nhân kích thích 2

22

Trạng thái làm việc 2
Tác nhân kích thích 3

Tác nhân kích thích i

ii

Trạng thái làm việc i
Tác nhân kích thích i + 1

Hình 2.2. Lưu đồ tổng qt Grafcet I.

11


Chương 2. Thiết kế mơ hình khoan sử dụng phương pháp Grafcet

Xây dựng lưu đồ GRAFCET II (GII)

Hình 2.3. Lưu đồ tổng quát của Grafcet II.
Grafcet và hàm logic tương ứng
Sau khi xây dựng xong lưu đồ Grafcet ta sẽ chuyển đổi nó sang các hàm logic
để thực hiện cơng nghệ yêu cầu qua các phần tử logic cơ bản.

12


Chương 2. Thiết kế mơ hình khoan sử dụng phương pháp Grafcet

Ta nhận thấy với mỗi trạng thái 𝑆𝑖 của hệ sẽ phải có 2 hàm: Hàm đóng – tức là
hàm làm cho trạng thái bắt đầu làm việc, ký hiệu là 𝑆 + 𝑖 hoạt động, nó sẽ khử bỏ hoạt
động của trạng thái 𝑆𝑖 . Do đó ta có hàm cắt:
𝑆𝑖 − = 𝑆𝑖+1
Như vậy ta có thể thành lập được hàm logic của trạng thái 𝑆𝑖 như sau :
− ̅̅̅̅
𝑆𝑖 = (𝑆𝑖 + 𝑆 + 𝑖 )𝑆
𝑖

Từ công thức của hàm logic điều khiển ta xây dựng được thiết bị thực hiện sơ
đồ điều khiển bằng phương pháp Grafcet. Ta có mạch rơ le tiếp điểm như sau:
Si+

SiSi

Si

Hình 2.4. Mạch rơ le tiếp điểm.
Các dạng mạch đặc biệt
Mạch phân kỳ “HOẶC“

Hình 2.5. Mạch phân kỳ “Hoặc”.
Nếu trạng thái 𝑆𝑖 hoạt động và chuyển tiếp 𝑎𝑖+1 (hoặc 𝑎𝑖+1 hoặc 𝑎𝑖+3 đúng thì
hệ chuyển sang trạng thái 𝑠𝑖+1 (hoặc 𝑠𝑖+2 hoặc 𝑠𝑖+3 ).
13


Chương 2. Thiết kế mơ hình khoan sử dụng phương pháp Grafcet

Hàm logic tương ứng: {

𝑠 + 𝑖+1

𝑠 − 𝑖 = 𝑠𝑖+1 + 𝑠𝑖+2 + 𝑠𝑖+3
= 𝑎𝑖+1 𝑠𝑖 ; 𝑠 + 𝑖+2 = 𝑎𝑖+1 𝑠𝑖 ; 𝑠 + 𝑖+3 = 𝑎𝑖+3 𝑠𝑖

Mạch hồi tụ “HOẶC”

Hình 2.6. Mạch hội tụ “Hoặc”.
Nếu trạng thái 𝑠𝑖+1 hoạt động và chuyển tiếp 𝑎𝑖+1 đúng thì hệ chuyển sang hoạt
động ở trạng thái 𝑠𝑖+4 . Tương tự như vậy nếu trangjt hái 𝑠𝑖+2 (hoặc 𝑠𝑖+3 ) hoạt động và
chuyển tiếp 𝑎𝑖+2 (hoặc 𝑎𝑖+3 ) đúng thì hệ chuyển sang trạng thái 𝑠𝑖+4 .
Hàm logic tương ứng:
{

𝑠 − 𝑖+1 = 𝑠 − 𝑖+2 = 𝑠 − 𝑖+3 = 𝑠 − 𝑖+4
𝑠 + 𝑖+4 = 𝑎𝑖+1 𝑠𝑖+1 + 𝑎𝑖+2 𝑠𝑖+2 + 𝑎𝑖+3 𝑠𝑖+3

Mạch phân kỳ “VÀ“:

14


Chương 2. Thiết kế mơ hình khoan sử dụng phương pháp Grafcet

Hình 2.7. Mạch phân kỳ “Và”.
Nếu trạng thái 𝑠𝑖 hoạt động và chuyển tiếp 𝑎𝑖+1 .
Đúng thì tất cả các trạng thái 𝑠𝑖+1 , 𝑠𝑖+2 , 𝑠𝑖+3 đồng thời hoạt động.
Hàm logic tương ứng:

{

𝑠 − 𝑖 = 𝑠 − 𝑖+1 . 𝑠 − 𝑖+2 𝑠 − 𝑖+3
𝑠 + 𝑖+1 = 𝑠 + 𝑖+2 = 𝑠 + 𝑖+3 = 𝑎𝑖+1 𝑠𝑖+1

Mạch hội tụ “VÀ“:

Hình 2.8. Mạch hội tụ “Và”.
Nếu trạng thái 𝑠𝑖+1 , 𝑠𝑖+2 , 𝑠𝑖+3 cùng hoạt động và chuyển tiếp 𝑎𝑖+1 đúng thì
trạng thái 𝑠𝑖+4 sẽ hoạt động, đồng thời trạng thái trên cũng ngừng hoạt động.

15