Điều khiển logic và PLC - Tổng hợp mạch Logc tuần tự

c tuần tự 3.1. Khái niệm mạch logic tuần tự .Định nghĩa .Tính chất .Phân loại .Biểu diễn bằng đồ thị thời gian 3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự .Phương pháp ma trận trạng thái .Phương pháp GRAFCET Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 2 3.1. 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 tác động của tín hiệu vào • Tính chất – Có nhớ – Có yếu tố thời gian – Cùng 1 tín hiệu vào, tín hiệu ra có thể khác nhau (các trạng thái trong hay trạng thái làm việc) – Mạch vòng kín (có phản hồi) tín hiệu vào Mạch logic tín hiệu ra tổ hợp Mạch nhớ 3.1. Khái niệm về mạch logic tuần tự • Phân loại – Mạch logic tuần tự đồng bộ: việc chuyển trạng thái trong mạch không những chỉ phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào, trạng thái trong trước đó, mà còn phụ thuộc vào xung đồng bộ • Dùng phổ biến trong máy tính (môn ĐT số) – Mạch logic tuần tự không đồng bộ: việc chuyển trạng thái trong mạch chỉ phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào, trạng thái trong trước đó • Không có tín hiệu đồng bộ • Thường gặp trong công nghệ của các máy sản xuất công nghiệp Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 3 3.1. Khái niệm về mạch logic tuần tự • Biểu diễn bằng đồ thị thời gian _ + a1 a2 Y Y a2 Y Z a1 a2 Y Z 1 2 12 3 2 14 5 2 1 3. Tổng hợp mạch logic tuần tự 3.1. Khái niệm mạch logic tuần tự . Định nghĩa . Tính chất . Phân loại . Biểu diễn bằng đồ thị thời gian 3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự . Phương pháp ma trận trạng thái . Phương pháp GRAFCET Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 4 3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự • 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 hiện mạch nhớ Mã hóa biến trung gian Xác định các hàm logic cho biến trung gian và biến ra • Ví dụ 1: a0 a1 P T • Xác định các biến vào ra: 0 1 • Graph chuyển trạng thái: 10Vào a00a 01 00 = 10Ra PT10 01 01 1 2 3 4 • Lập bảng chuyển trạng thái MI Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 Tín hiệu a1 a0 ra 00 01 11 10 P T 1 (sang phải) 1 0 2 (trên đường sang phải) 1 0 3 (sang trái) 0 1 4 (trên đường sang trái) 0 1 Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 5 • Điền bảng chuyển trạng thái MI: các đỉnh 10 00 01 00 10 10 01 01 1 2 3 4 Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 Tín hiệu a1 a0 ra 00 01 11 10 P T 1 (sang phải) 1 1 0 2 (trên đường sang phải)2 1 0 3 (sang trái) 3 0 1 4 (trên đường sang trái)4 0 1 • Điền bảng chuyển trạng thái MI: các cung có hướng 10 00 01 00 10 10 01 01 1 2 3 4 Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 Tín hiệu a1 a0 ra 00 01 11 10 P T 1 (sang phải) 2 1 1 0 2 (trên đường sang phải)2 3 1 0 3 (sang trái) 4 3 0 1 4 (trên đường sang trái)4 1 0 1 Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 6 • Graph chuyển trạng thái: 10 00 01 00 10 10 01 01 1 2 3 4 • Lập bảng chuyển trạng thái MI Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 Tín hiệu a1 a0 ra 00 01 11 10 P T 1 (sang phải) 21 1 0 2 (trên đường sang phải)2 3 1 0 3 (sang trái) 43 0 1 4 (trên đường sang trái)4 1 0 1 • Lập bảng chuyển trạng thái M II: nhập hàng của M I  Quy tắc nhập hàng  Không quan tâm đến giá trị biến đầu ra, nhưng ưu tiên nhập các hàng có đầu ra giống nhau.  Trên cùng 1 cột biến vào, các hàng phải có cùng số ký hiệu trạng thái hoặc là giá trị trống.  Số hàng nhập nhiều nhất có thể  Trạng thái ổn định nhập với không ổn định sẽ ghi trạng thái ổn định.  Trạng thái (/không) ổn định nhập với 1 ô trống sẽ ghi trạng thái (/không) ổn định Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 7 Bảng M I Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 Tín hiệu a1 a0 ra 00 01 11 10 P T 1 (sang phải) 21 1 0 2 (trên đường sang phải)2 3 1 0 3 (sang trái) 43 0 1 4 (trên đường sang trái)4 1 0 1 a Bảng M II 1 a0 10 10 1 + 2 2 3 1 01 01 3 + 4 4 3 1 • Xác định và mã hóa biến trung gian – Số lượng biến trung gian tối thiểu Smin 2Smin  N (N: số hàng của M II) – N = 2  Smin = 1  chọn biến trung gian X: X 1 2 3 4 – Xác định hàm điều khiển cho biến trung gian X: a1 a1 a0 a0 0 1 0 0 1 0 2 3 1 1 1 0 1 1 0 X 4 3 1 X = + . Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 8 • Xác định hàm logic điều khiển các biến ra Cho biến P: a a1 1 a a0 0 10 10 1 2 1 1 01 01 0 X 4 3 X 0 Cho biến T a1 = a0 0 0 X 1 1 = • Sơ đồ nguyên lý + _ a1 X X a0 Nếu thay X bằng T, chuyện gì xảy ra? X P X T Trong các hàng của M II, các trạng thái ổn định đều có cùng giá trị đầu ra, có thể cho phép dùng biến ra làm biến trung gian Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 9 • Ví dụ 2: 2 nút ấn m và d, 1 thiết bị điện T – Ấn nút m: đóng điện cho T – Ấn nút d: cắt điện của T • Chọn các biến vào ra: Vào md = Ra T • Graph chuyển trạng thái 00 10 00 01 0 1 1 0 1 2 3 4 11 0 5 00 10 00 01 0 1 1 0 1 2 3 4 11 0 5 Bảng M I Trạng thái Tín hiệu vào: md Tín hiệu ra T 00 01 11 10 1 1 4 5 2 0 2 3 4 52 1 3 3 4 5 2 1 4 14 5 2 0 5 1 45 2 0 Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 10 • Bảng chuyển trạng thái M I & M II Bảng M I Trạng thái Tín hiệu vào: md Tín hiệu ra T 00 01 11 10 1 1 4 5 2 0 2 3 4 52 1 3 3 4 5 2 1 4 14 5 2 0 5 1 45 2 0 Bảng M II d m 0 0 0 1 1 + 4 + 5 1 4 5 2 1 0 0 1 2 + 3 3 4 5 2 • Xác định và mã hóa biến trung gian: – Smin = 1, chọn biến trung gian là biến ra X = T T 1 4 5 2 3 d m 0 0 0 1 1 4 5 2 1 0 0 1 T 3 4 5 2 d m 0 0 0 1 T 1 0 0 1 = ̅ + ̅ = ( + )̅ Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 11 • Sơ đồ rơ le-tiếp điểm + m d _ T T • Ví dụ 3: 3 nút ấn a, b và c, động cơ M – Ấn nút a: động cơ quay thuận – Ấn nút b: động cơ quay ngược – Ấn nút c: động cơ dừng – Đang quay thuận, ấn b: động cơ quay ngược – Đang quay ngược, ấn a: động cơ quay thuận • Chọn các biến vào ra: – Quay thuận: TN = 10 Vào abc = – Quay ngược: TN = 01 Ra TN – Dừng: TN = 00 Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 12 000 100 000 001 00 10 10 00 1 2 3 4 5 6 010 000 01 01 Bảng M I Bảng M II Xác định và mã hóa biến trung gian: X ; Y Nhận xét: Biến trung gian trùng với biến đầu ra T = X; N = Y 1 4 XY = TN = 00 2 3 XY = TN = 10 5 6 XY = NT = 01 Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 13 Chú ý: Chuyển từ bảng MII sang bảng Các nô TN = 00 TN = 10 TN = 01 abc TN 000 001 011 010 110 111 101 100 00 00 00 01 10 01 01 00 01 10 11 10 10 00 01 10 abc TN 000 001 011 010 110 111 101 100 00 0 0 0 1 01 0 0 0 1 11 10 1 0 0 1 abc TN 000 001 011 =010 +110 . 111. ̅ 101 100 00 0 0 1 0 01 1 0 1 0 11 10 0 0 1 0 = +..̅ Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 14 + _ a T T b c b N N a c _ + T N Đ N T CKĐ • BTVN: • Cho 3 nút ấn A, B, C điều khiển động cơ M1, M2 – A: M1 làm việc – B: M2 làm việc – C: M1, M2 dừng – M1 làm việc trước rồi M2 mới làm việc m b0 b1 m b0 b1 a0 a0 a1 a1 Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 15 • Ví dụ 4: Chu trình làm việc: • A sang phải (A+) • A sang trái (A-) • B đi xuống (B+) • B đi lên (B-) • Nhận xét: – Số biến vào lớn – Có thể rút gọn số biến vào: • Chọn a sao cho a1 là tín hiệu đóng (set) của a, a0 là tín hiệu cắt (reset) của a • Chọn b sao cho b1 là tín hiệu đóng (set) của b, b0 là tín hiệu cắt (reset) của = 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 10 00 01 1000 0100 0010 0001 1 2 3 4 Bảng M I Trạng thái Tín hiệu vào:ab Tín hiệu ra b a 00 01 11 10 A+ A- B+ B- 1 1 2 1 0 0 0 2 32 0 1 0 0 3 3 4 0 0 1 0 4 14 0 0 0 1 b Bảng M II a 1000 0001 1 + 4 1 4 2 0010 0100 2 + 3 3 4 2 Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 17 • Xác định và mã hóa biến trung gian: – Smin = 1, chọn biến trung gian là biến ra X (không thể lấy biến ra là biến trung gian) X 1 4 2 3 b a 0 0 1 1 4 2 1 1 0 X 3 4 2 b a 0 0 1 X 1 0 1 = + • Lập bảng Các nô để xác định hàm logic điều khiển các biến ra Cho biến A+: b b a a 1000 0001 1 0 1 4 0100 0 0 X 0010 X 3 2 Cho biến A- b = a 0 0 X 0 1 = Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 18 Cho biến B+: b b a a 1000 0001 0 0 1 4 0100 1 0 X 0010 X 3 2 Cho biến B- b a = 0 1 0 0 X = Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 19 3. Tổng hợp mạch logic tuần tự 3.1. Khái niệm mạch logic tuần tự . Định nghĩa . Tính chất . Phân loại . Biểu diễn bằng đồ thị thời gian 3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự . Phương pháp ma trận trạng thái . Phương pháp GRAFCET 3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự • Phương pháp GRAFCET – Biểu diễn các quá trình công 0 trạng thái ban đầu nghệ dưới dạng lưu đồ (graph) tác nhân kích thích 0 các trạng thái làm việc – Xây dựng các hàm logic điều 1 trạng thái làm việc 1 khiển và sơ đồ điều khiển từ lưu tác nhân kích thích 1 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 cơ bản Têngọi Kýhiệu Trạng thái ban đầu 0 Trạng thái thông thường k Trạng thái đang hoạt động k 0 Cung định hướng và chuyển tiếp • Phương pháp GRAFCET – Mỗi trạng thái ứng với một hoặc một nhóm hành động hoàn chỉnh – Mỗi chuyển tiếp đi kèm với tác nhân kích thích (điều kiện logic) biểu thị điều kiện chuyển trạng thái – Trạng thái đang hoạt động: thực thi các hành động tương ứng với trạng thái đó – Hoạt động của GRAFCET: các trạng thái lần lượt hoạt động theo trình tự quy định (di chuyển token) Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 21 • Quy tắc hoạt động của GRAFCET (quy tắc vượt qua chuyển tiếp) – Chuyển tiếp sẵn sàng: các trạng thái ngay trước chuyển tiếp (đầu vào) là đang hoạt động – Chuyển tiếp được vượt qua: khi chuyển tiếp sẵn sàng và tác nhân kích thích xảy ra (điều kiện logic là đúng) – Khi vượt qua chuyển tiếp: Các trạng thái ngay trước chuyển tiếp ngừng hoạt động, đồng thời các trạng thái ngay sau (đầu ra) hoạt động m a0 a1 Ví dụ 1: P T 0 trạng thái ban đầu Ấn nút m và đang ở đầu hành trình 1 Đi sang phải đã ở cuối hành trình 2 Đi sang trái Đã ở đầu hành trình Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 22 • Xây dựng hàm logic từ GRAFCET – Mỗi trạng thái i ứng với một biến ra Si – Mỗi biến Si sẽ có 2 hàm đóng (set) và hàm cắt (reset) i-1 Si-1 f i-1 i Si = + fi = i+1 S – Cần một tín= hiệu xác lập trạng thái ban i+1 đầu ( ) = + m a0 a1 Ví dụ 2: P T Xác lập trạng thái ban đầu g 0 trạng thái ban đầu 0 S0 Ấn nút m và đang ở đầu hành trình m.a0 1 Đi sang phải 1 S1 = P đã ở cuối hành trình a1 2 Đi sang trái 2 S2 = T Đã ở đầu hành trình a0 Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 23 g 0 S0 = + . m.a0 + . + . ̅ = = 1 S = P 1 = . . a1 ̅ = = . . + 2 S = T 2 = . a0 ̅ = = . + Sơ đồ điều khiển rơ le-tiếp điểm _ + g a 0 S2 S1 S0 S0 m a0 S 0 S2 S1 S1 S a1 1 S0 S2 S2 S1 P S2 T Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 24 – Các dạng mạch đặc biệt • Mạch phân kỳ “HOẶC” i Si fi+1 fi+2 fi+3 i+1 Si+1 i+2 Si+2 i+3 Si+3 = + + = = = • Mạch hội tụ “HOẶC” i+1 Si+1 i+2 Si+2 i+3 Si+3 fi+1 fi+2 fi+3 i+4 Si+4 = = = = + + Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 25 • Mạch phân kỳ “VÀ” i Si fi i+1 Si+1 i+2 Si+2 i+3 Si+3 = . . = = = . • Mạch hội tụ “VÀ” i+1 Si+1 i+2 Si+2 i+3 Si+3 fi+4 i+4 Si+4 = = = = . . . Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 26 b0 b1 • Ví dụ 3 B- Xác định trạng thái ban đầu a0 B+ 0 trạng thái ban đầu A+ A- A+ A- đã ở đầu hành trình đi xuống và cuối hành trình đi ngang a1 1 trạng thái đi xuống đã ở cuối hành trình đi xuống 2 trạng thái đi lên đã ở đầu hành trình đi xuống đã ở đầu hành trình đi xuống và đầu hành trình đi ngang và cuối hành trình đi ngang 3 trạng thái sang phải 4 trạng thái sang trái đã ở cuối hành trình đi ngang đã ở đầu hành trình đi ngang g 0 = + S0 = a0b0 = + + ̅ = + 1 S1=A+ = = ( + + S) ̅ a1 = 2 S2=A- = + = + + = + ̅ ̅ a b a0b1 0 0 = = 3 S3=B+ 4 S =B- 4 = ( + )̅ b1 b0 = = = ( + )̅ Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 27