Thiết kế mạch điều khiển bơm nước vào một tháp nước nhờ hai bơm P1 và P2.

Đề 15 : Thiết kế mạch điều khiển bơm nước vào tháp nước nhờ hai bơm P1 P2 Cả hai bơm P1 P2 mở ( bơm nước ) nước mức mở đến nước chưa đạt tới mức Khi nước vừa đạt tơi mức bơm P1 ngắt (khơng bơm nước ) , P2 bơm P1 ngắt nước lại mức P2 mở , nước đạt tới mức P2 ngắt P2 ngắt , mở nước lại xuống mức I Phân tích lý thuyết Bài tốn phân tích ngắn gọn sau :  Ban đầu bể chưa có nước : - P1 bơm ,khi mực nước mức ( B=0) P1 tắt nước đạt tới mức ( B=1) - P2 bơm ,khi mực nước mức (C=0) P2 tắt mực nước đạt tới mức (C=1)  Khi bể đầy nước : Nước xả ; P1 P2 không hoạt động mức nước xả mức ( A=0) *Quy ước: nước mức A mức logic tương ứng A nước đạt đến mức A mức A mức logic tương ứng A ( tương tự với mức B mức C )  Nhận xét :Ta thấy khoảng làm việc P1 mức đến mức Của P2 từ mức đến mức Hai bơm P1, P2 hoạt động độc lập quy tắc , ta xét tốn phụ có bơm sau : - P bơm nước mức bơm nước vừa đạt đến mức P bơm lại nước vừa đạt mức Cách 1: Giả sử ban đầu nước mức 1, trạng thái S0 ứng với A=B=0 trạng thái S1 ứng với A=1; B=0 trạng thái S2 ứng với A=B=1 i) Đồ hình trạng thái: Z= S0 Z=1 S1 Z= Z=1 S2 ii) Ta có bảng trạng thái P sau ( Dựa vào đồ hình trạng thái ): (1) S0 (2) S1 A B 0 Zn Zn+1 1 lập nhớ / lập (3) S2 1 xóa Bảng Do mạch có tính nên ta sử dụng Trigơ để điều khiển bơm P.Chú ý trạng thái (2) S1 0 nhớ / xóa S0; S1; S2 trạng thái lấy từ đầu (1) S0 0 lập Q trigger mà trạng thái hiểu trạng thái tương ứng mực nước, mặt khác có trạng thái Z để diều khiển bơm P tắt mở nên ta cần dùng trigger để mã hóa trạng thái  Ta sử dụng trigger RS để giải tốn trên, đương nhiên ta sử dụng trigger JK hay trigger D; T  Từ bảng ta suy ra: (1) A=0; B=0 tổ hợp lập (2) A=1; B=0 tổ hợp nhớ (3) A=1; B=1 tổ hợp xóa Ta có bảng Các-nô sau: Set= f(A,B) B A 1 x 0 S= A Reset= f(A,B) B R= B Vì ta đưa A vào chân S (set) B vào chân R (reset) trigger Mặt khác điều dễ dàng suy cách trực tiếp từ (1)(2)(3) A x Ta có bảng trạng thái kiểm tra hoạt động sau : Bơm Xả   A A B 0 P 1 1 1 0 0 1 Bảng Bảng trạng thái thứ thứ thu kết giống  Vậy toán giải Để điều khiển máy bơm P ta mắc thêm 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 toán ban đầu : Một cách hoàn toàn tương tự ta sử dụng Trigơ RS để điều khiển máy bơm P1 P2 P1 điều khiển A ( Set1 ) B ( Reset 1) P2 điều khiển A ( Set 2) C ( Reset 2) Ta có bảng trạng thái mạch : Bảng Bảng trạng thái mơ tả xác u cầu hoạt động thực tế hai máy bơm P1 P2 Như ta tìm cách giải toán nêu Cách Để giải tốn phụ , ngồi việc dùng mạch ta dùng mạch logic khác Điều quan trọng xác định trạng thái bể nước bơm hay xả Gọi T1 trạng thái nước mức (A=0) T2 trạng thái nước đạt tới mức (B=1) nT1 biến đếm số lần nước đạt trạng thái T1, tức A=0 nT1 đếm lên lần nT2 biến đếm số lần nước đạt trạng thái T2, tức B= nT2 đếm lên lần Đầu tiên nT1 = nT2 = - Giả sử ban đầu bể cạn nước( nước mức 1): máy bơm P chạy, bể bơm Lúc đó: A= B = → nT1= 0+1=1 => nT1 > nT2 nT2 = - Khi bể bơm đầy ( nước đạt tới mức ) : máy bơm P ngắt, bể xả Lúc đó: A = B = → nT1= nT2 = 0+1=1 => nT1 = nT2 Khi bể cạn, vòng lặp lặp lại Từ ta rút kết luận sau: Khi nT1 > nT2 , nước chưa đạt tới mức 2, bơm P chạy Khi nT1 = nT2 , nước đạt tới mức 2, bơm P tắt ! Nếu chọn trạng thái đầu bể đầy ta có cách làm tương tự, ngược với phần giả sử bên trên, tức n T1 < nT2, bơm P tắt, nT1 = nT2 , bơm P chạy Dựa vào thuật toán trên, ta thiết kế mạch so sánh n T1 nT2 , từ đưa hàm điều khiển bơm P hoạt động Khi f > = 1, bơm P chạy, f= = hay f >= bơm P tắt Ta có mạch sau: ( phân tích ) Để reset cho hai đếm, nước đầy, nT1 = nT2= 1, ta reset cho hai đếm 0, tức nT1 = nT2= 0, bể giữ trạng thái xả Quay trở lại bay tốn ban đầu Ta xét thêm biến đếm n T3, nT3 đếm lên nước đạt tới trạng thái C=1 Bơm P1 điều khiển A,B Bơm P2 điều khiển A,C Ta có mạch sau : Khi A = B = C= nT2= nT3= nT1 = → bơm chạy Khi A = B = 1; C=0 nT1 = nT2= nT1 > nT3 = → bơm tắt, bơm chạy Khi A = B = C= nT1 = nT2= nT3= → bơm tắt Đê reset cho ba đếm, bể đầy nước, tức C=1, lúc n T1 = nT2= nT3= 1, ta reset cho ba đếm 0, tức nT1 = nT2= nT3= 0, điều vân đảm bảo điều kiện nT1 = nT2= nT3, hai bơm tắt nước xuống mức II Mô Proteus Mô mực nước Theo thực tế toán cần gắn với bể bơm nước xả nước, vậy, ta mơ mực nước theo đèn led Khi bể bơm nước, nước đầy lên, ta mô đèn led sáng từ lên bể xả nước, ta cho đèn led tắt dần từ xuống Để làm điều ta nghĩ tới việc sử dụng IC 74192 có khả đếm thuận/nghịch mod 10, tức đếm thuận từ đến 9, đếm nghịch từ Tuy nhiên đầu IC 74192 mã hóa tương ứng với bit nhị phân Từ ta có bảng trạng thái đèn led, tương ứng với cá mức nước sau: QD (Q3) QC (Q3) QB(Q3) QA (Q3) D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0 0 Bật đếm up tắt đếm down 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 Bật đếm down tắt đếm up Từ bảng trạng thái ta lập bảng Các-nơ, sau rút gọn, ta được: D1 = Q D QC Q A  Q D Q B QC Q A  Q D Q A Q B QC D2 = Q D Q B QA  Q D QC  Q D Q A Q B QC D3 = Q D Q C  Q D Q A Q B Q C D4 = Q D Q B QC  Q D Q C Q A  Q D Q A Q B Q C D5 = Q D Q B QC  Q D Q A Q B QC D6 = Q D Q B QC Q A  Q D Q A Q B Q C D7 = Q D Q A Q B Q C Để QDQCQBQA= 0000 bật đếm up tắt đếm down Q DQCQBQA= 1001 bật đếm down tắt đếm up ta kết nối trạng thái với trigger RS để điều khiển rơ-le kép, rơ-le có tác dụng chuyển chế độ đếm thuận - nghịch ngược lại QDQCQBQA= 0000 → ft = Q D Q A Q B QC = 1, d=0 ứng với đếm thuận QDQCQBQA= 1001 → fn = Q D Q A Q B QC = 1, d=1 ứng với đếm nghịch Ta có bảng: ft 0 ftfn = 10 tỏ hợp lập ftfn = 00 tổ hợp nhớ ftfn = 01 tổ hợp xóa fn 0 0 dn 1 0 dn+1 1 0 Lập Nhớ/ lập Xóa Nhớ/ xóa Lập suy ft ứng với chân Set Trigger RS fn ứng với chân Reset Trigger RS Vậy ta có mạch sau: Mơ tốn phụ Kết nối vào mạch mơ Led Các đầu vào mạch điều khiển bơm P kết nối với mực nước tương ứng, chẳng hạn nước mức , giá trị đầu vào mức thấp Chỉ cần nước đạt tới mức giá trị đầu vào mức cao, ta cần kết nối trực tiếp đầu vào vào Anốt Led, led chưa sáng, có mức thấp, ứng với việc nước chưa đạt tới mức đó, led sáng, đầu vào có mức cao, tức nước đạt tới mức Cụ thể ta có cách kết nối toán phụ dùng Trigger vào mạch mô mức nước sau: 3) Mô tập lớn Do điều khiển hai bơm, nhiên hai bơm có nguyên lý làm việc chúng khác khoảng làm việc mà thơi Từ đó, đầu vào mạch điều khiển ứng với bơm nằm mực nước khác Bơm có khoảng làm việc từ mức đến mức 2, bơm có khoảng làm việc từ mức đến mức Dựa vào toán phụ, ta kết nối bơm cách hoàn tồn tương tự vào mạch mơ mực nước Tương tự, tốn hồn tồn mơ mạch đếm ! III Ứng dụng thực tế Mạch hồn tồn ứng dụng vào thực tế, khắc phục tượng bơm xả liên tục bơm phao Tuy nhiên, cách sử dụng Trigger ưu việt nhiều so với cách dùng đếm Ta có mơ hình đơn giản sau : C A A B Mức ( C ) Mức ( B ) Mức ( A ) ... RS Vậy ta có mạch sau: Mơ tốn phụ Kết nối vào mạch mô Led Các đầu vào mạch điều khiển bơm P kết nối với mực nước tương ứng, chẳng hạn nước mức , giá trị đầu vào mức thấp Chỉ cần nước đạt tới... cách kết nối tốn phụ dùng Trigger vào mạch mô mức nước sau: 3) Mô tập lớn Do điều khiển hai bơm, nhiên hai bơm có nguyên lý làm việc chúng khác khoảng làm việc mà thơi Từ đó, đầu vào mạch điều khiển. .. nT2, bơm P tắt, nT1 = nT2 , bơm P chạy Dựa vào thuật toán trên, ta thiết kế mạch so sánh n T1 nT2 , từ đưa hàm điều khiển bơm P hoạt động Khi f > = 1, bơm P chạy, f= = hay f >= bơm P tắt Ta có mạch