tài liệu thực hành điều khiển logic
Bài thí nghiệm Bộ môn Tự Động Đo Lường – Khoa Điện Trường Đại Học Bách Khoa Khoa Điện Bộ môn Tự Động – Đo Lường ♣♣♣♥♣♣♣ BÀI THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN LOGIC LƯU Ý! Trước khi đến PTN yêu cầu mỗi Sinh Viên phải thực hiện thiết kế trước chương trình ở nhà. Biên soạn : Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 190 Bài thí nghiệm Bộ môn Tự Động Đo Lường – Khoa Điện 1. Khởi động động cơ bằng điện trở phụ: Phân địa chỉ vào/ra: Đầu vào (Input) Đầu ra (Output) Start I0.0 Khởi động từ Q0.0 Stop I0.1 K1 Q0.1 Circuit Breaker I0.2 K2 Q0.2 K3 Q0.3 Yêu cầu: Khởi động động cơ → Đóng khởi động từ → Sau 3s → Đóng Relay K1 → Sau 2s → Đóng Relay K2 → Sau 2s → Đóng Relay K3 → Stop → Dừng động cơ, đưa các Relay về trạng thái ban đầu. Nếu động cơ đang hoạt động mà xảy ra sự cố ngắn mạch → Dừng ngay lập tức. Biên soạn : Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 191 Bài thí nghiệm Bộ môn Tự Động Đo Lường – Khoa Điện 2. Mô hình điều khiển máy trộn liệu: Phân địa chỉ vào/ra: Đầu vào (Input) Đầu ra (Output) Start I0.0 K1 Q0.0 Stop I0.1 K1 Q0.1 Reset I0.2 K3 Q0.2 S1 I0.3 K4 Q0.3 S2 I0.4 Đèn Run Q0.4 Đèn Stop Q0.5 Yêu cầu: Khởi động → Đèn RUN sáng lên; K 1 , K 2 khởi động, liệu khác nhau được cung cấp bởi hai băng tải → S 3 tác động → Dừng K1, K2; Khởi động K3 bắt đầu trộn → Sau 15s → Dừng K3; Khởi động K4 để xuất liệu ra khỏi bình trộn → S2 xuống mức thấp → K4 dừng; Qúa trình tự động lặp lại trong 2 lần nữa và tự động dừng hệ thống; Đèn đỏ (đèn stop) sáng lên và xanh tắt đi. Nếu đang làm việc bình thường mà gặp sự cố thì ấn Stop → dừng khẩn cấp hệ thống; sau khi khắc phục xong, trước khi chạy lại phải ấn Reset để xoá giá trị cũ trong thanh ghi tức thời của bộ đếm để bắt đầu lại từ đầu. Biên soạn : Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 192 Bài thí nghiệm Bộ môn Tự Động Đo Lường – Khoa Điện 3. Mô hình điều khiển đèn giao thông: Phân địa chỉ vào/ra: Đầu vào (Input) Đầu ra (Output) Start I0.0 Đèn Xanh 1 Q0.0 Stop I0.1 Đèn vàng 1 Q0.1 Đèn đỏ 1 Q0.2 Đèn Xanh 2 Q0.3 Đèn vàng 2 Q0.4 Đèn đỏ 2 Q0.5 Yêu cầu : Điều khiển các đèn hoạt động theo giản đồ thời gian trên. Biên soạn : Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 193 Bài thí nghiệm Bộ môn Tự Động Đo Lường – Khoa Điện 4. Mô hình điều khiển hoạt động của máy “gắp-đặt”: Phân địa chỉ vào/ra: Đầu vào (Input) Đầu ra (Output) Start I0.0 A1 Q0.0 Stop I0.1 A2 Q0.1 Reset A3 Q0.2 S1 A4 Q0.3 S2 A5 Q0.4 S3 S4 Yêu cầu : Cánh tay máy thực hiện gắp vật trên băng chuyền A bỏ sang băng chuyền B. Trước khi xuất phát, vị trí của cánh tay ở vị trí băng chuyền B (S1 tác động). Ấn nút Start → Cánh tay quay ngược chiều kim đồng hồ → S2 tác động → Dừng quay, băng chuền A hoạt động → S3 tác động → Dừng băng chuyền A, gắp vật (A5 = 1) → S4 tác động → Cánh tay quay cùng chiều kim đồng hồ → S1 tác động → Dừng Quay, nhả vật (A5 = 0; S4 = 0); Sau đó thực hiện lặp lại hành trình như trên. Khi có sự cố bất thường xảy ra, ấn Stop → Dừng hệ thống; sau khi khắc phục xong sự cố → Ấn Reset → Cánh tay tự động quay về lại vị trí xuất phát ban đầu và dừng tại đây. Biên soạn : Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 194 Chương 0: Lý thuyết cơ sở Bộ môn Tự Động Đo Lường – Khoa Điện CHƯƠNG 0: LÝ THUYẾT CƠ SỞ (3T) 0.1. Khái niệm về logic trạng thái: + Trong cuộc sống hàng ngày những sự vật hiện tượng đập vào mắt chúng ta như: có/không; thiếu/đủ; còn/hết; trong/đục; nhanh/chậm .hai trạng thái này đối lập nhau hoàn toàn. + Trong kỹ thuật (đặc biệt kỹ thuật điện - điều khiển) Æ khái niệm về logic hai trạng thái: đóng /cắt; bật /tắt; start /stop… + Trong toán học để lượng hoá hai trạng thái đối lập của sự vật hay hiện tượng người ta dùng hai giá trị 0 &1 gọi là hai giá trị logic. Æ Các nhà khoa học chỉ xây dựng các “hàm“ & “biến“ trên hai giá trị 0 &1 này. Æ Hàm và biến đó được gọi là hàm & biến logic. Æ Cơ sở để tính toán các hàm & số đó gọi là đại số logic. Æ Đại số này có tên là Boole (theo tên nhà bác học Boole). 0.2. Các hàm cơ bản của đại số logic và các tính chất cơ bản của chúng: B0.1_ hàm logic một biến: Tên hàm Bảng chân lý Kí hiệu sơ đồ Ghi chú x 0 1 Thuật toán logic kiểu rơle kiểu khối điện tử Y 0 = 0 Hàm không Y 0 0 0 Y 0 = x x Hàm luôn bằng 0 Hàm lặp Y 1 0 1 Y 1 = Hàm đảo Y 2 1 0 Y 2 = x Y 3 = 1 Hàm đơn vị Y 3 1 1 Y 3 = x + x Hàm luôn bằng 1 B 0.2_ Hàm logic hai biến y = f(x 1 ,x 2 ) Hàm hai biến, mỗi biến nhận hai giá trị 0 &1, nên có 16 giá trị của hàm từ y 0 → y 15 . Bảng chân lý Kí hiệu sơ đồ x 1 0 0 1 1 Tên hàm x 2 0 1 0 1 Thuật toán logic Kiểu rơle Kiểu khối điện tử Ghi chú Hàm không Y 0 0 0 0 0 Y 0 = x 1 . x 2 + x 1 .x 2 Hàm luôn bằng 0 Hàm và Y 1 0 0 0 1 Y 1 = x 1 .x 2 Hàm cấm x 1 Y 2 0 0 1 0 Y 2 = x 1 . x 2 Biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 1 Chương 0: Lý thuyết cơ sở Bộ môn Tự Động Đo Lường – Khoa Điện Hàm lặp x 1 Y 3 0 0 1 1 Y 3 = x 1 Hàm cấm x 2 Y 4 0 1 0 0 Y 4 = x 1. x 2 Hàm lặp x 2 Y 5 0 0 1 1 Y 5 = x 2 Y 6 = x 1. x 2 + x 1 . x 2 Hàm hoặc loại trừ Y 6 0 1 1 0 Y 6 =x 1 ⊕ x 2 Cộng module Hàm hoặc Y 7 0 1 1 1 Y 7 = x 1 + x 2 Hàm piec Y 8 1 0 0 0 Y 8 = x 1 . x 2 Hàm cùng dấu Y 9 0 1 1 1 Y 9 = 21 xx ⊕ Hàm đảo x 1 Y 10 1 1 0 0 Y 10 = x 1 Hàm kéo theo x 1 Y 11 1 0 1 1 Y 11 = x 2 + x 1 Hàm đảo x 2 Y 12 1 0 1 0 Y 12 = x 2 Hàm kéo theo x 2 Y 13 1 1 0 1 Y 13 = x 1 + x 2 Hàm cheffer Y 14 1 1 1 0 Y 14 = x 1 + x 2 Hàm đơn vị Y 15 1 1 1 1 Y 15 = x 1 +x 1 x 1 x 2 0 1 0 1 0 1 1 1 Y 13 = x 1 + x 2 x 1 x 2 0 1 0 1 0 1 1 0 Y 12 = x 2 x 1 x 2 0 1 0 1 1 1 1 1 Y 15 = 1 x 1 x 2 0 1 0 1 1 1 1 0 Y 14 = x 1 + x 2 Biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 2 Chương 0: Lý thuyết cơ sở Bộ môn Tự Động Đo Lường – Khoa Điện x 1 x 2 0 1 0 1 1 1 0 1 Y 11 = x 2 + x 1 x 1 x 2 0 1 0 1 1 1 0 0 Y 10 = x 1 x 1 x 2 0 1 0 1 0 1 0 1 Y 9 = 21 xx ⊕ x 1 x 2 0 1 0 1 1 1 0 1 Y 8 = x 1 . x 2 x 1 x 2 0 1 0 0 1 1 1 0 Y 6 =x 1 ⊕ x 2 x 1 x 2 0 1 0 1 1 1 0 1 Y 7 = x 1 + x 2 x 1 x 2 0 1 0 1 1 1 0 1 Y 5 = x 2 x 1 x 2 0 1 0 1 1 1 0 1 Y 4 = x 1. x 2 x 1 x 2 0 1 0 1 1 1 0 1 Y 3 = x 1 x 1 x 2 0 1 0 1 1 1 0 1 Y 2 = x 1 . x 2 x 1 x 2 0 1 0 1 1 1 0 1 Y 1 = x 1 .x 2 x 1 x 2 0 1 0 0 0 1 0 0 Y 0 = 0 * Ta thấy rằng: các hàm đối xứng nhau qua trục (y 7 và y 8 ) nghĩa là: y 0 = y 15 , y 1 = y 14 , y 2 = y 13 * Hàm logic n biến: y = f(x 1 ,x 2 ,x 3 , ,x n ). 1 biến nhận 2 1 giá trị → n biến nhận 2 n giá trị; mà một tổ hợp nhận 2 giá trị n → Do vậy hàm có tất cả là 2 . 2 Ví dụ: 1 biến → tạo 4 hàm 2 2 biến → tạo 16 hàm 2 3 biến → tạo 256 hàm 2 1 2 2 2 3 2 → Khả năng tạo hàm rất lớn nếu số biến càng nhiều. Tuy nhiên tất cả khả năng này đều được hiện qua các hàm sau: Tổng logic Nghịch đảo logic Tích logic Biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 3 Chương 0: Lý thuyết cơ sở Bộ môn Tự Động Đo Lường – Khoa Điện ∞ Định lý - tính chất - hệ số cơ bản của đại số logic: 0.2.1. Quan hệ giữa các hệ số: 0 .0 = 0 0 .1 = 0 1 .0 = 0 0 +0 = 0 0 +1 = 1 1 +0 = 1 1 +1 = 1 0 = 1 1 = 0 → Đây là quan hệ giữa hai hằng số (0,1) → hàm tiên đề của đại số logic. → Chúng là quy tắc phép toán cơ bản của tư duy logic. 0.2.2. Quan hệ giữa các biến và hằng số: A.0 = 0 A .1 = A A+1 = 1 A +0 = A A . A = 0 A + A = 1 0.2.3. Các định lý tương tự đại số thường: + Luật giao hoán: A .B =B .A A +B =B +A + Luật kết hợp: ( A +B) +C =A +( B +C) ( A .B) .C =A .( B .C) + Luật phân phối: A ( B +C) =A .B +A .C 0.2.4. Các định lý đặc thù chỉ có trong đại số logic: A .A =A A +A =A Định lý De Mogan: BA. = A + B BA + = A . B Luật hàm nguyên: A = A . 0.2.5. Một số đẳng thức tiện dụng: A ( B +A) = A A + A .B = A A B +A . B = A A + A .B = A +B Biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 4 Chương 0: Lý thuyết cơ sở Bộ môn Tự Động Đo Lường – Khoa Điện A( A + B ) = A .B (A+B)( A + B ) = B (A+B)(A + C ) = A +BC AB+ A C + BC = AB+ A C (A+B)( A + C )(B +C) =(A+B)( A + C ) Các biểu thức này vận dụng để tinh giản các biểu thức logic, chúng không giống như đại số thường. Cách kiểm chứng đơn giản và để áp dụng nhất để chứng minh là thành lập bảng sự thật. nhìn và ít nh n lớ ẳ ng0: 0.3. Các phương pháp biểu diễn hàm logic: 0.3.1. Phương pháp biểu diễn thành bảng: * Nếu hàm có n biến thì bảng có n+1 cột .( n cột cho biến & 1 cột cho hàm ) * 2 n hàng tương ứng với 2 n tổ hợp biến. → Bảng này gọi là bảng sự thật hay là bảng chân lý. Ví dụ: Trong nhà có 3 công tắc A,B,C.Chủ nhà muốn đèn chiếu sáng khi công tắc A, B, C đều hở hoặc A đóng B, C hở hoặc A hở B đóng C hở . Với giá trị của hàm y đã cho ở trên ta biểu diễn thành bảng như sau: Công tắc đèn Đèn A B C Y 0 0 0 1 sáng 0 0 1 0 0 1 0 1 sáng 0 1 1 0 1 0 0 1 sáng 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 10 11 01 00 x 1 x 2 * Ưu điểm của cách biểu diễn này là dễ ầm lẫn . * Nhược điểm: cồng kềnh, đặc biệt khi số biế n. 0.3.2. Phương pháp biểu diễn hình học: a) Hàm một biến → biểu diễn trên 1 đường th ng: b) Hàm hai biến → biểu diễn trên mặt phẳ Biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 5 . logic. Æ Đại số này có tên là Boole (theo tên nhà bác học Boole). 0.2. Các hàm cơ bản của đại số logic và các tính chất cơ bản của chúng: B0.1_ hàm logic. nhiên tất cả khả năng này đều được hiện qua các hàm sau: Tổng logic Nghịch đảo logic Tích logic Biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 3 Chương 0: Lý