[r]
(1)CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHÍ NÉN - ĐIỆN KHÍ NÉN
Thiết kế mạch điều khiển tự động tốI ưu kinh tế quan trọng Chương giới thiệu phương pháp thiết kế mạch điều khiển khí nén, điện khí nén khí nén phương pháp biểu đồ Karnaugh Trình tự thiết kếđược thể qua ví dụ cụ thể
2.1 THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN CHO QUY TRÌNH VỚI XILANH
Giả sử quy trình làm việc máy khoan gồm hai xilanh: đưa chi tiết vào xilanh A để kẹp chi tiết Sau piston B xuống khoan chi tiết sau khoan xong piston B lùi Sau piston B lùi xilanh A lùi
Ta có sơđồ khí nén biểu đồ thời gian (biểu đồ trạng thái) sau:
Hình 2.1 Sơđồ khí nén biểu đồ trạng thái Từ biểu đồ trạng thái, ta xác định điều kiện để xilanh làm việc:
Bước 1: piston A với tín hiệu điều khiển A+ +
Xilanh A a0
A+
a1
A
-Xilanh B b0
B+
b1
B
-Xilanh A
Xilanh B
bước: 5≡1
a0
a1 a1
a0
A+
b0 b0
b1
B+ B- A- A+
a0 b0
a1 b0
a1 b1
a1 b0
a0 b0
(2)Bước 3: piston B lùi với tín hiệu điều khiển B- B- = a1.b1
Bước 4: piston A lùi với tín hiệu điều khiển A- A- = a1.b0
⇒ Phương trình logic:
A+ = a0.b0 B+ = a1.b0 B- = a
1.b1 A- = a1.b0
So sánh phương trình trên, ta thấy điều kiện để thực B+ A- giống ⇒ Như phương diện điều khiển điều khơng thể thực
Để phận biệt bước thực B+ A- có điều kiện (a
1.b0) phương trình phải thêm điều kiện phụ Trong điều khiển người ta sử dụng phần tử nhớ trung gian (ký hiệu x x tín hiệu phần tử nhớ trung gian)
Phương trình logic viết lại sau:
x b a A b a B x b a B b a A 1 1 0 = = = = − − + +
Để tín hiệu x phần tử nhớ trung gian thực bước (B+), tín hiệu tín hiệu phải chuẩn bị bước thực trước (tức bước thứ 1) Tương tự để tín hiệu x phần tử nhớ trung gian thực bước (A-), tín hiệu phải chuẩn bị bước thực trước (tức bước thứ 3)
Từđó ta viết lại phương trình logic sau:
x b a A x b a B x b a B x b a A 1 1 0 = = = = − − + +
Trong quy trình thêm phần tử nhớ trung gian (Z), ta có tín hiệu để điều khiển phần tử nhớ là:
⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ = = − + x b a X x b a X 0 1
Như ta có phương trình khơng trùng nhau: ≡
Thêm
(3)x b a X
x b a X
x b a A
x b a B
x b a B
x b a A
0
1
0
1
0
0
= = = = = =
− + − − + +
Với phương trình ta có sơđồ mạch logic sau:
Hình 2.2 Sơđồ mạch logic
Rút gọn phương pháp biểu đồ Karnaugh:
Thiết lập biểu đồ Karnaugh: ta có biến a1 phủđịnh a0
b1 phủđịnh b0
x phủđịnh x
⇒ Biểu đồ Karnaugh với biến biểu diễn sau: &
&
S R X+
X
-& &
S R
& &
S R
A+ A-
B+ B- Z
x
a0 a1 b0 b1 x
A+
A
-B+
B
-A+ B+ X+
A -X -X
-3
2
1
b0 b0 b1
a0 a1 a1
x x
b0
b a0 a1 a1
(4)Các cơng tắc hành trình biểu diễn qua trục đối xứng nằm ngang, biến phần tử nhớ trung gian biểu diễn qua trục đối xứng thẳng đứng Trong điều khiển giả thiết rằng, công tắc hành trình (ví dụ a0) bị tác động công tắc hành a1 không tác
động
Không xảy trường hợp công tắc hành trình a0 a1 tác động đồng thời công tắc tác động đồng thời
∗ Bây ta đơn giản hành trình xilanh A biểu đồ Karnaugh: Theo biểu đồ trạng thái, ta thiết lập biểu đồ Karnaugh cho xilanh A:
Hình 2.4 Biểu đồ Karnaugh cho xilanh A
Bước thực thứ piston A (A+) dừng lại bước thực thứ Sang bước thứ piston A lùi (A-)
Các khối 1, 2, ký hiệu A+ khối 5, ký hiệu A-
Đơn giản hành trình xilanh A (A+) thực cột thứ ( x ) Ta có phương trình logic A+ là:
A+ = a0.b0 x S0 (với S0 nút khởi động) Cột thứ ( x ) gồm khối 1, 2, 4, khối trống
⇒ A+ = a0.b0 x + a1.b0 x + a1.b1 x + a0.b1 x hay: A+ = (a0 + a1).b0 x + (a1 + a0).b1 x = b0 x + b1 x = (b0 + b1) x
⇒ A+= x S0 Tương tự, ta có phương trình logic A-:
A- = a
1.b0.x đơn giản khối
⇒ A- = a1.b0.x + a0.b0.x = (a1 + a0).b0.x
⇒ A- = b0.x
∗ Phương pháp tương tự xilanh A, ta đơn giản hành trình xilanh B biểu đồ Karnaugh:
1 5≡1
A+ B+ B- A- A+ a1
a0 Bước:
A+ A+ A+
A -A+ A
-4
3
2
1
b0 b0 b1 b1
a0 a1 a1 a0 x
x
(5)Hình 2.5 Biểu đồ Karnaugh cho xilanh B Ta có phương trình logic ban đầu B+:
B+ = a1.b0 x đơn giản khối B+ = a1.b0 x + a1.b1 x = (b0 + b1).a1 x
⇒ B+ = a1 x
Và B- = a1.b1.x đơn giản cột x gồm khối 5, 6, 8,
đó khối trống
Ta có: B- = a0.b0.x + a1.b0.x + a1.b1.x + a0.b1.x = (a0 + a1).b0.x + (a1 + a0).b1.x = b0.x + b1.x = (b0 + b1).x
⇒ B- = x
∗Đơn giản phần tử nhớ trung gian (X) biểu đồ Karnaugh: Biểu đồ Karnaugh cho thấy phần tử nhớ trung
gian vị trí SET bắt đầu khối 3, giữ vị trí khối Từ khối bắt đầu vị trí RESET giữ vị trí khối
Phương trình logic ban đầu X+:
X+ = a1.b1.x đơn giản X+ở miền gồm khối 3, 7, 4, 8, ta có:
X+ = a1.b1 x + a1.b1.x + a0.b1 x + a0.b1.x = ( x + x).a1.b1 + ( x + x).a0.b1 = (a1 + a0).b1
⇒ X+ = b1
Phương trình logic ban đầu X-:
X- = a0.b0.x đơn giản X-ở miền gồm khối 1, 5, 8, ta có: X- = a
0.b0 x + a0.b0.x + a0.b1 x + a0.b1.x = ( x + x).a0.b0 + ( x + x).a0.b1 = (b0 + b1).a0
⇒ X- = a
1 5≡1
A+ B+ B- A- A+ b1
b0 Bước:
B -B+ B+
B -B -B
-4
3
2
1
b0 b0 b1 b1
a0 a1 a1 a0 x
x
X -X -X+
X+ X+ X
-4
3
2
1
b0 b0 b1 b1
a0 a1 a1 a0 x
x
(6)∗Đơn giản hành trình xilanh Y+, Y-được biểu diễn:
Hình 2.25 Biểu đồ Karnaugh cho xilanh Y+ Y -Ta có, phương trình logic sau đơn giản:
Y+ = b1 Y- = c0 x
Phương trình logic quy trình sau đơn giản biểu đồ Karnaugh:
A+ = x y S0 B+ = a0.x y C+ = b0.x.y X+ = a1 Y+ = b1 A- = x B- = y C- = x X- = c
1 Y- = c0 x Sơđồ mạch logic sau đơn giản biểu đồ Karnaugh:
Hình 2.26 Sơđồ mạch logic a0
b0
a0 b0
a0 b1
a0 b1
a1 b1
a1 b1
a1 b0
a1 b0 x
x
c0 c1 c1 c0 c0 c1 c0
-
-c1 x
x
y y y y Y+
+ +
+ Y-
+
-S R X+ X-
&
S R
&
S R
A+ A-
B+ B- x
a0 a1 b0 b1 x
S0 y y c1
c0
S R Y+ Y- &
&
S R
(7)Sơđồ nguyên lý mạch điều khiển tín hiệu khí nén:
Hình 2.27 Sơđồ mạch khí nén Xilanh A
a0 a1
A -A+
Xilanh B
b0 b1
B -B+
Xilanh C
c0 c1
C -C+
Y -Y+
b1
a0 b0
S0
c0 X
-X+
a1 c1
x y x y
x
S0
A+ X(R¬le)
a1
x c1
A-x x
y
x
x
a0 y B+
Y(R¬le)
c0
y
b1 y y
y
B-Mạch động lực K1
A+
K2
K3
K4
A-B+