Bài giảng Điều khiển logic và PLC - Bài 3: Tổng hợp mạch logic tuần tự

Khái niệm về mạch logic tuần tự • Định nghĩa: Mạch logic tuần tự là mạch logic mà tín hiệu ra của mạch không những phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào, mà còn phụ thuộc vào thứ tự, thời gian [r]

ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ PLC Nội dung Bo mon TDH Bach Khoa Cơ sở cho Điều khiển logic Tổng hợp và tối thiểu hóa mạch logic tổ hợp Tổng hợp mạch logic Tổng quan PLC Kỹ thuật lập trình PLC DKLG&PLC 2019 Tổng hợp mạch logic 3.1 Khái niệm mạch logic Định nghĩa Tính chất Phân loại Biểu diễn đồ thị thời gian 3.2 Tổng hợp mạch logic  Phương pháp ma trận trạng thái  Phương pháp GRAFCET Tổng hợp mạch logic 3.1 Khái niệm mạch logic Định nghĩa Tính chất Phân loại Biểu diễn đồ thị thời gian 3.2 Tổng hợp mạch logic  Phương pháp ma trận trạng thái  Phương pháp GRAFCET Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 3.1 Khái niệm mạch logic • Định nghĩa: Mạch logic là mạch logic mà tín hiệu mạch không phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào, mà còn phụ thuộc vào thứ tự, thời gian tác động tín hiệu vào • Tính chất – Có nhớ – Có yếu tố thời gian – Cùng tín hiệu vào, tín hiệu có thể khác (các trạng thái hay trạng thái làm việc) – Mạch vòng kín (có phản hồi) tín hiệu vào Mạch logic tổ hợp tín hiệu Mạch nhớ 3.1 Khái niệm mạch logic • Phân loại – Mạch logic đồng bộ: việc chuyển trạng thái mạch không phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào, trạng thái trước đó, mà còn phụ thuộc vào xung đồng • Dùng phổ biến máy tính (môn ĐT số) – Mạch logic không đồng bộ: việc chuyển trạng thái mạch phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào, trạng thái trước đó • Không có tín hiệu đồng • Thường gặp công nghệ các máy sản xuất công nghiệp Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 3.1 Khái niệm mạch logic • Biểu diễn đồ thị thời gian + a1 a2 Y Y a2 _ Y Z a1 a2 Y Z 2 Tổng hợp mạch logic 3.1 Khái niệm mạch logic     Định nghĩa Tính chất Phân loại Biểu diễn đồ thị thời gian 3.2 Tổng hợp mạch logic  Phương pháp ma trận trạng thái  Phương pháp GRAFCET Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 3.2 Tổng hợp mạch logic • Phương pháp ma trận trạng thái Yêu cầu công nghệ Chuyển các quá trình công nghệ thành các biến logic Mã hóa bài toán Lập bảng chuyển trạng thái Tối thiểu hóa hàm logic Rút gọn bảng chuyển Thực mạch nhớ Mã hóa biến trung gian Xác định các hàm logic cho biến trung gian và biến • Ví dụ 1: a0 a1 P T • Xác định các biến vào ra: • Graph chuyển trạng thái: • Vào a0a1 = Ra PT 10 10 01 01 00 01 Lập bảng chuyển trạng thái MI Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 a1 a0 00 01 11 10 Tín hiệu P T (sang phải) (trên đường sang phải) 0 1 (sang trái) (trên đường sang trái) Bo mon TDH Bach Khoa 00 10 DKLG&PLC 2019 • Điền bảng chuyển trạng thái MI: các đỉnh 10 10 00 10 Trạng thái 01 01 00 01 Tín hiệu vào:a0a1 a1 a0 00 01 11 10 (sang phải) (trên đường sang phải) 3 (sang trái) (trên đường sang trái) Tín hiệu P T 1 0 1 • Điền bảng chuyển trạng thái MI: các cung có hướng 10 10 00 10 Trạng thái 00 01 Tín hiệu vào:a0a1 a1 a0 00 01 11 10 Tín hiệu P T (sang phải) 2 (trên đường sang phải) 1 (sang trái) (trên đường sang trái) Bo mon TDH Bach Khoa 01 01 DKLG&PLC 2019 • Graph chuyển trạng thái: 00 10 10 10 • 00 01 Lập bảng chuyển trạng thái MI Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 a1 a0 00 01 11 10 Tín hiệu P T (sang phải) 2 (trên đường sang phải) 1 (sang trái) (trên đường sang trái) • 01 01 Lập bảng chuyển trạng thái M II: nhập hàng M I  Quy tắc nhập hàng  Không quan tâm đến giá trị biến đầu ra, ưu tiên nhập các hàng có đầu giống  Trên cùng cột biến vào, các hàng phải có cùng số ký hiệu trạng thái là giá trị trống  Số hàng nhập nhiều có thể  Trạng thái ổn định nhập với không ổn định ghi trạng thái ổn định  Trạng thái (/không) ổn định nhập với ô trống ghi trạng thái (/không) ổn định Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 Bảng M I Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 a1 a0 00 01 11 10 Tín hiệu P T (sang phải) 2 (trên đường sang phải) 1 (sang trái) (trên đường sang trái) 1 a1 Bảng M II + 2 + 4 10 a0 01 01 10 • Xác định và mã hóa biến trung gian – Số lượng biến trung gian tối thiểu Smin S N (N: số hàng M II) – N =  Smin =  chọn biến trung gian X: X – Xác định hàm điều khiển cho biến trung gian X: a1 X 1 3 a1 a0 1 0 X 1 = Bo mon TDH Bach Khoa a0 DKLG&PLC 2019 + • Xác định hàm logic điều khiển các biến Cho biến P: a1 X 10 01 Cho biến T X a1 a0 = a0 X a0 10 01 a1 = • Sơ đồ nguyên lý + _ a1 a0 X X X Nếu thay X T, chuyện gì xảy ra? P X T Trong các hàng M II, các trạng thái ổn định có cùng giá trị đầu ra, có thể cho phép dùng biến làm biến trung gian Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 • Ví dụ 2: nút ấn m và d, thiết bị điện T – Ấn nút m: đóng điện cho T – Ấn nút d: cắt điện T Vào md = Ra T • Chọn các biến vào ra: • Graph chuyển trạng thái 00 10 00 01 11 00 10 00 01 11 Bảng M I Trạng thái 00 01 11 10 Tín hiệu T 2 3 4 5 Bo mon TDH Bach Khoa Tín hiệu vào: md DKLG&PLC 2019 10 • Bảng chuyển trạng thái M I & M II Bảng M I Trạng thái Tín hiệu vào: md 00 01 11 + 10 2 3 4 5 d Bảng M II Tín hiệu T + + m 5 2 1 • Xác định và mã hóa biến trung gian: – Smin = 1, chọn biến trung gian là biến X = T T 1 T 4 d m 5 Bo mon TDH Bach Khoa d T 1 m 0 1 0 DKLG&PLC 2019 = =( ̅+ ̅ + ) ̅ 11 • Sơ đồ rơ le-tiếp điểm + m T _ d T • Ví dụ 3: nút ấn a, b và c, động M – Ấn nút a: động quay thuận – Ấn nút b: động quay ngược – Ấn nút c: động dừng – Đang quay thuận, ấn b: động quay ngược – Đang quay ngược, ấn a: động quay thuận • Chọn các biến vào ra: – Quay thuận: TN = 10 – Quay ngược: TN = 01 – Dừng: TN = 00 Bo mon TDH Bach Khoa Vào abc = TN Ra DKLG&PLC 2019 12 Bảng M I 000 00 100 10 000 10 001 00 010 01 000 01 Bảng M II Xác định và mã hóa biến trung gian: X ; Y Nhận xét: Biến trung gian trùng với biến đầu T = X; N = Y Bo mon TDH Bach Khoa XY = TN = 00 XY = TN = 10 XY = NT = 01 DKLG&PLC 2019 13 Chú ý: Chuyển từ bảng MII sang bảng Các nô TN = 00 TN = 10 TN = 01 abc 000 TN 00 00 001 00 01 10 01 00 01 10 10 00 01 10 01 011 010 110 111 101 100 11 10 abc 000 TN 00 01 001 011 010 110 111 101 100 0 0 1 0 001 = 11 10 abc 000 TN 00 01 011 010 + ̅ 110 111 101 100 1 0 11 10 = Bo mon TDH Bach Khoa + ̅ DKLG&PLC 2019 14 _ + a T b c a c T b N + N _ T N Đ N T CKĐ • BTVN: • Cho nút ấn A, B, C điều khiển động M1, M2 – – – – m Bo mon TDH Bach Khoa A: M1 làm việc B: M2 làm việc C: M1, M2 dừng M1 làm việc trước M2 làm việc b0 b1 m b0 b1 a0 a0 a1 a1 DKLG&PLC 2019 15 • Ví dụ 4: Chu trình làm việc: • A sang phải (A+) • A sang trái (A-) • B xuống (B+) • B lên (B-) • Nhận xét: – Số biến vào lớn – Có thể rút gọn số biến vào: • Chọn a cho a1 là tín hiệu đóng (set) a, a0 là tín hiệu cắt (reset) a = + = + • Chọn b cho b1 là tín hiệu đóng (set) b, b0 là tín hiệu cắt (reset) b Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 16 Biến vào ra: Vào ab = Ra A A B B = + = + Graph chuyển trạng thái 00 1000 10 0100 00 0010 01 0001 Bảng M I Trạng thái Tín hiệu vào:ab b a 00 01 11 10 A+ A- B+ B- 1 0 0 3 0 4 0 b Bảng M II Bo mon TDH Bach Khoa Tín hiệu + + 3 1000 0010 0001 DKLG&PLC 2019 a 2 0100 17 • Xác định và mã hóa biến trung gian: – Smin = 1, chọn biến trung gian là biến X (không thể lấy biến là biến trung gian) X b X a 40 b X 1 a 0 1 = + • Lập bảng Các nô để xác định hàm logic điều khiển các biến Cho biến A+: b b a a X 1000 0001 0010 Cho biến A- 0100 X X Bo mon TDH Bach Khoa 0 = b a 0 = DKLG&PLC 2019 18 Cho biến B+: b b a a X 1000 0001 0010 Cho biến B- 0100 X Bo mon TDH Bach Khoa 0 X = b a 0 = DKLG&PLC 2019 19 Tổng hợp mạch logic 3.1 Khái niệm mạch logic     Định nghĩa Tính chất Phân loại Biểu diễn đồ thị thời gian 3.2 Tổng hợp mạch logic  Phương pháp ma trận trạng thái  Phương pháp GRAFCET 3.2 Tổng hợp mạch logic • Phương pháp GRAFCET trạng thái ban đầu tác nhân kích thích trạng thái làm việc tác nhân kích thích … – Biểu diễn các quá trình công nghệ dạng lưu đồ (graph) các trạng thái làm việc – Xây dựng các hàm logic điều khiển và sơ đồ điều khiển từ lưu đồ (graph) các trạng thái làm việc tác nhân kích thích n-1 n trạng thái làm việc n tác nhân kích thích n Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 20 • Phương pháp GRAFCET – Một số ký hiệu Tên gọi Ký hiệu Trạng thái ban đầu Trạng thái thông thường k k Trạng thái hoạt động Cung định hướng và chuyển tiếp • Phương pháp GRAFCET – Mỗi trạng thái ứng với một nhóm hành động hoàn chỉnh – Mỗi chuyển tiếp kèm với tác nhân kích thích (điều kiện logic) biểu thị điều kiện chuyển trạng thái – Trạng thái hoạt động: thực thi các hành động tương ứng với trạng thái đó – Hoạt động GRAFCET: các trạng thái hoạt động theo trình tự quy định (di chuyển token) Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 21 • Quy tắc hoạt động GRAFCET (quy tắc vượt qua chuyển tiếp) – Chuyển tiếp sẵn sàng: các trạng thái trước chuyển tiếp (đầu vào) là hoạt động – Chuyển tiếp vượt qua: chuyển tiếp sẵn sàng và tác nhân kích thích xảy (điều kiện logic là đúng) – Khi vượt qua chuyển tiếp: Các trạng thái trước chuyển tiếp ngừng hoạt động, đồng thời các trạng thái sau (đầu ra) hoạt động Ví dụ 1: m a0 P a1 T trạng thái ban đầu Ấn nút m và đầu hành trình Đi sang phải đã cuối hành trình Đi sang trái Đã đầu hành trình Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 22 • Xây dựng hàm logic từ GRAFCET – Mỗi trạng thái i ứng với biến Si – Mỗi biến Si có hàm đóng (set) và hàm cắt (reset) i-1 Si-1 fi-1 + = = = i i+1 – Cần tín hiệu xác lập trạng thái ban đầu ( ) = Ví dụ 2: m a0 Si fi Si+1 + P a1 T g Xác lập trạng thái ban đầu 0 trạng thái ban đầu m.a0 Ấn nút m và đầu hành trình 1 Đi sang phải Đi sang trái S2 = T a0 Đã đầu hành trình Bo mon TDH Bach Khoa S1 = P a1 đã cuối hành trình S0 DKLG&PLC 2019 23 g = = S0 m.a0 = = S1 = P a1 = = S2 = T a0 + = + = = + Sơ+đồ điều khiển rơ le-tiếp điểm S2 S1 S0 m a0 S0 S2 S1 a1 S1 S0 S2 S1 ̅ + ̅ S0 S1 S2 P S2 Bo mon TDH Bach Khoa ̅ + _ g a0 T DKLG&PLC 2019 24 – Các dạng mạch đặc biệt • Mạch phân kỳ “HOẶC” Si i fi+1 fi+3 fi+2 i+1 Si+1 i+2 Si+2 = = = = + i+3 Si+3 + • Mạch hội tụ “HOẶC” i+1 Si+1 i+2 Si+2 fi+1 i+3 Si+3 fi+3 fi+2 i+4 Si+4 = = Bo mon TDH Bach Khoa = + = DKLG&PLC 2019 + 25 • Mạch phân kỳ “VÀ” Si i fi i+1 Si+1 = = i+2 Si+2 = i+3 Si+3 = • Mạch hội tụ “VÀ” i+1 Si+1 i+3 Si+3 i+2 Si+2 fi+4 i+4 Si+4 = = Bo mon TDH Bach Khoa = DKLG&PLC 2019 = 26 b0 • Ví dụ 3Xác định trạng thái ban đầu a0 b1 BB+ trạng thái ban đầu A+ đã đầu hành trình xuống và cuối hành trình ngang A+ A- A- a1 trạng thái xuống đã cuối hành trình xuống trạng thái lên đã đầu hành trình xuống và cuối hành trình ngang đã đầu hành trình xuống và đầu hành trình ngang trạng thái sang phải trạng thái sang trái đã cuối hành trình ngang g = = = S0 a0b0 S1=A+ a1 = = = S2=A- a0b1 a 0b S3=B+ b1 Bo mon TDH Bach Khoa đã đầu hành trình ngang + + = = =( + + +S ) ̅ + + + S4=Bb0 DKLG&PLC 2019 = = =( ̅ + = = =( = + + + ̅ ̅ ) ̅ ) ̅ 27