Thiết kế mạch điều khiển bơm nước vào một tháp nước nhờ hai bơm p1 và p2

ii Ta có bảng trạng thái của P như sau Dựa vào đồ hình trạng thái :Bảng 1 ta sẽ sử dụng Trigơ để điều khiển bơm P.Chú ý rằng các trạng thái trong S0; S1; S2 không phải là các trạng thái

Thiết kế mạch điều khiển bơm nước vào một tháp nước nhờ hai bơm P1 và P2 Cả hai bơm P1 và P2 được mở ( bơm nước ) khi nước ở dưới mức 1

và vẫn mở đến khi nước chưa đạt tới mức 2 Khi nước vừa đạt tơi mức 2 thì bơm P1 ngắt (không bơm nước ) , chỉ còn P2 vẫn bơm P1 vẫn ngắt cho tới khi nước lại ở dưới mức 1 P2 vẫn mở , chỉ khi nào nước đạt tới mức 3 thì P2 mới ngắt P2 vẫn ngắt , chỉ mở khi nước lại xuống mức 1.

Bài toán có thể được phân tích ngắn gọn như sau :

 Ban đầu khi bể chưa có nước :

- P1 bơm ,khi mực nước dưới mức 2 ( B=0) và

P1 tắt khi nước đạt tới mức 2 ( B=1)

- P2 bơm ,khi mực nước dưới mức 3 (C=0) và

P2 tắt khi mực nước đạt tới mức 3 (C=1)

 Khi bể đầy nước : Nước được xả ra ; P1 và P2 đều không hoạt động cho tới khi mức nước xả về dưới mức 1 ( A=0)

*Quy ước: khi nước ở dưới mức A thì mức logic tương ứng của A là 0

khi nước đạt đến mức A hoặc trên mức A thì mức logic tương ứng của

A là 1 ( tương tự với mức B và mức C )

 Nhận xét :Ta thấy khoảng làm việc của P1 là mức 1 đến mức 2 Của P2 là từ mức

1 đến mức 3 Hai bơm P1, P2 hoạt động độc lập nhau nhưng cùng quy tắc , do đó

ta sẽ xét bài toán phụ chỉ có một bơm như sau :

- P bơm khi nước dưới mức 1 và vẫn bơm cho đến khi nước vừa đạt đến mức 2

P chỉ bơm lại khi nước vừa đạt dưới mức 1

Cách 1:

Giả sử ban đầu nước ở dưới mức 1, trạng thái S0 ứng với A=B=0

trạng thái S2 ứng với A=B=1

i) Đồ hình trạng thái:

Z= 0

Z= 0

ii) Ta có bảng trạng thái của P như sau ( Dựa vào đồ hình trạng thái ):

Bảng 1

ta sẽ sử dụng Trigơ để điều khiển bơm P.Chú ý rằng các trạng thái trong S0; S1; S2 không phải là các trạng thái trong được lấy từ đầu ra

Q của các trigger mà các trạng thái trong này được hiểu là các trạng thái tương ứng của mực nước, mặt khác do chỉ có một trạng thái ra Z để diều khiển bơm P tắt hoặc mở nên ta chỉ cần dùng 1 trigger để

mã hóa trạng thái trên

 Ta sẽ sử dụng trigger RS để giải quyết bài toán trên, đương nhiên ta cũng có thể sử dụng trigger JK hay trigger D; T

Từ bảng 1 ta suy ra:

(1) A=0; B=0 là tổ hợp lập

(2) A=1; B=0 là tổ hợp nhớ

(3) A=1; B=1 là tổ hợp xóa

Ta có bảng Các-nô sau:

Set= f(A,B) A

S= A R= B

Vì vậy ta đưa A vào chân S (set) và B vào

chân R (reset) của trigger Mặt khác điều này có

thể dễ dàng suy ra một cách trực tiếp từ (1)(2)(3)

Reset= f(A,B) A



Ta có bảng trạng thái kiểm tra hoạt động sau :

Bơm

Xả

Bảng 2

Bảng trạng thái thứ nhất và thứ 2 thu được kết quả giống nhau

 Vậy bài toán đã được giải quyết

Để điều khiển máy bơm P ta mắc thêm một Rơle

- P=1 BJT thông bão hòa ; Rơle đóng => máy bơm P chạy

- P=0 BJT ngắt ; Rơle mở => máy bơm P tắt

Quay trở về bài toán ban đầu :

Một cách hoàn toàn tương tự ta sẽ sử dụng 2 Trigơ RS để điều khiển 2 máy bơm P1 và P2

P1 được điều khiển bởi A ( Set1 ) và B ( Reset 1)

P2 được điều khiển bởi A ( Set 2) và C ( Reset 2)

Ta có bảng trạng thái của mạch trên :

Bảng 3

Bảng trạng thái trên mô tả chính xác yêu cầu hoạt động thực tế của hai máy bơm P1 và P2

Như vậy ta tìm được cách giải quyết bài toán đã nêu

Cách 2

Để giải quyết bài toán phụ trên , ngoài việc dùng mạch tuần tự ta có thể dùng một mạch logic khác Điều quan trọng nhất là xác định được trạng thái của bể nước là đang được bơm hay đang được xả

Gọi T1 là trạng thái nước ở dưới mức 1 (A=0)

T2 là trạng thái nước đạt tới mức 2 (B=1)

nT1 là biến đếm số lần nước đạt trạng thái T1, tức là chỉ

khi nào A=0 thì nT1 mới được đếm lên 1 lần

nT2 là biến đếm số lần nước đạt trạng thái T2, tức là chỉ

khi B= 1 thì nT2 mới được đếm lên 1 lần

Đầu tiên nT1 = nT2 = 0

- Giả sử ban đầu bể cạn nước( nước ở dưới mức 1): máy bơm P chạy, bể được bơm Lúc đó: A= B = 0 → nT1= 0+1=1 => nT1 > nT2

nT2 = 0

- Khi bể được bơm đầy ( nước đạt tới mức 2 ) : máy bơm P ngắt, bể xả

Lúc đó: A = B = 1 → nT1= 1

nT2 = 0+1=1 => nT1 = nT2

Khi bể cạn, vòng lặp trên sẽ được lặp lại Từ đó ta rút ra được kết luận như sau:

Khi n T1 > n T2 , nước chưa đạt tới mức 2, bơm P chạy.

Khi n T1 = n T2 , nước đạt tới mức 2, bơm P tắt.

! Nếu chọn trạng thái đầu là bể đầy thì ta vẫn có cách làm tương tự, nhưng nó sẽ ngược với phần giả sử bên trên, tức là khi n T1 < n T2 , bơm P tắt, khi n T1 = n T2 , bơm P chạy.

Dựa vào thuật toán trên, ta sẽ thiết kế ra mạch so sánh nT1 và nT2 , từ đó đưa ra hàm điều khiển bơm P hoạt động Khi f > = 1, bơm P chạy, khi f= = 1 hay f >= 0 bơm P tắt

Ta có mạch sau: ( phân tích như trên )

Để reset cho cả hai bộ đếm, khi nước đầy, nT1 = nT2= 1, ta reset cho cả hai bộ đếm

về 0, tức là nT1 = nT2= 0, do đó bể vẫn giữ được trạng thái xả của nó

Quay trở lại bay toán ban đầu Ta xét thêm biến đếm nT3, nT3 được đếm lên chỉ khi nước đạt tới trạng thái C=1

Bơm P1 được điều khiển bởi A,B

Bơm P2 được điều khiển bởi A,C

Ta có mạch sau :

Khi A = B = C= 0 nT2= nT3= 0 → cả 2 bơm đều chạy

nT1 = 1

Khi A = B = 1; C=0 nT1 = nT2= 1 → bơm 1 tắt, bơm 2 vẫn chạy

nT1 > nT3 = 0

Khi A = B = C= 0 nT1 = nT2= nT3= 1 → cả 2 bơm tắt

Đê reset cho cả ba bộ đếm, khi bể đầy nước, tức là C=1, lúc đó nT1 = nT2= nT3= 1, ta reset cho cả ba bộ đếm về 0, tức là nT1 = nT2= nT3= 0, điều này vân đảm bảo điều kiện nT1 = nT2= nT3, do đó cả hai bơm vẫn tắt cho đến khi nước xuống dưới mức 1

II Mô phỏng bằng Proteus.

1 Mô phỏng mực nước

Theo thực tế bài toán trên cần gắn với một bể được bơm nước và được xả nước, vì vậy, ta sẽ mô phỏng mực nước theo đèn led Khi bể được bơm nước, nước sẽ đầy lên, ta

mô phỏng các đèn led sáng từ dưới lên trên và khi bể xả nước, ta sẽ cho các đèn led tắt dần từ trên xuống

Để làm điều này ta sẽ nghĩ tới việc sử dụng IC 74192 có khả năng đếm thuận/nghịch mod 10, tức là đếm thuận từ 0 đến 9, và đếm nghịch từ 9 về 0 Tuy nhiên do đầu ra của

IC 74192 được mã hóa tương ứng với 4 bit nhị phân Từ đó ta có bảng trạng thái của các đèn led, tương ứng với cá mức nước như sau:

QD (Q3) QC (Q3) QB(Q3) QA (Q3) D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

Từ bảng trạng thái trên ta lập ra các bảng Các-nô, sau đó rút gọn, ta được:

D1 = Q Q Q D C AQ Q Q Q D B C AQ Q Q Q D A B C

D2 = Q Q Q D B AQ Q D CQ Q Q Q D A B C

D3 = Q Q D CQ Q Q Q D A B C

D4 = Q Q Q D B CQ Q Q D C AQ Q Q Q D A B C

D5 = Q Q Q D B CQ Q Q Q D A B C

D6 = Q Q Q Q D B C AQ Q Q Q D A B C

D7 = Q Q Q Q D A B C

Để khi QDQCQBQA= 0000 bật đếm up và tắt đếm down và khi QDQCQBQA= 1001 bật đếm down và tắt đếm up ta sẽ kết nối các trạng thái này với một trigger RS để điều khiển một rơ-le kép, chính rơ-le này có tác dụng chuyển chế độ đếm thuận - nghịch và ngược lại QDQCQBQA= 0000 → ft = Q Q Q Q D A B C= 1, d=0 ứng với đếm thuận

QDQCQBQA= 1001 → fn = Q Q Q Q = 1, d=1 ứng với đếm nghịch. D A B C

Ta có bảng:

ft fn dn dn+1

ftfn = 10 là tỏ hợp lập suy ra ft ứng với chân Set của Trigger RS

ftfn = 00 là tổ hợp nhớ fn ứng với chân Reset của Trigger RS

ftfn = 01 là tổ hợp xóa

Vậy ta có mạch như sau:

2 Mô phỏng bài toán phụ

Kết nối vào mạch mô phỏng bằng Led

Các đầu vào của mạch điều khiển bơm P được kết nối với các mực nước tương ứng, chẳng hạn khi nước ở dưới mức 1 , thì giá trị của đầu vào là mức thấp Chỉ cần nước đạt tới mức 1 thì giá trị của đầu vào là mức cao, vì vậy ta chỉ cần kết nối trực tiếp các đầu vào này vào Anốt của Led, khi led chưa sáng, nó có mức thấp, ứng với việc nước chưa đạt tới mức đó, và khi led sáng, đầu vào có mức cao, tức là nước đã đạt tới mức đó Cụ thể ta có cách kết nối bài toán phụ dùng Trigger vào mạch mô phỏng mức nước như sau:

3) Mô phỏng bài tập lớn

Do chúng ta điều khiển hai bơm, tuy nhiên hai bơm này có cùng nguyên lý làm việc

và chúng chỉ khác nhau về khoảng làm việc mà thôi Từ đó, các đầu vào của mạch điều khiển ứng với mỗi bơm sẽ nằm ở các mực nước khác nhau Bơm 1 có khoảng làm việc từ mức 1 đến mức 2, bơm 2 có khoảng làm việc từ mức 1 đến mức 3 Dựa vào bài toán phụ,

ta kết nối các bơm trên một cách hoàn toàn tương tự vào mạch mô phỏng mực nước

Tương tự, bài toán trên hoàn toàn có thể được mô phỏng bởi mạch đếm !

III Ứng dụng thực tế

Mạch trên có thể hoàn toàn được ứng dụng vào thực tế, nó khắc phục được hiện tượng bơm xả liên tục của bơm phao Tuy nhiên, cách sử dụng Trigger ưu việt hơn rất nhiều so với cách dùng bộ đếm Ta có mô hình đơn giản như sau :

C

A

A

B

Mức 3 ( C )

Mức 2 ( B )

Mức 1 ( A )