Tự động hoá thiết bị điện Chương 5: thiết kế mạch điều khiển không tiếp điểm

Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 1 Một số sơ đồ điều khiển có nhớ Thiết kế mạch tạo trễ bằng phần tử số Chuyển đổi từ sơ đồ dùng tiếp điểm sang dùng phần tử không tiếp điểm. Sử dụng bảng chân li vμ bảng Cacnô để thiết kế mạch lôgic. Chuyển đổi từ sơ đồ thuật toán sang sử dụng các phần tử lôgic. Ch−ơng 5: thiết kế mạch điều khiển không tiếp điểm Mạch tạo nhớ cơ bản. Mạch chốt R-S. Mạch chốt R-S ba đầu vμo. Mạch chốt D. một số sơ đồ điều khiển có nhớ Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 2 Ph−ơng trình đầu ra lôgic của cuộn hút K nh− sau: K = (M + K)*D Mạch tạo nhớ cơ bản D M K K K M D Rút gọn sơ đồ trên ta đ−ợc K M D Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 3 Mạch chốt RS lμ mạch lật 2 trạng thái ổn định. Khi hai tín hiệu S vμ R đều ở mức lôgic thấp, đầu ra sẽ đ−ợc chốt lại (có nhớ) Mạch chốt RS ứng dụng mạch chốt RS cho dừng vμ khởi động cuộn hút K. D M K K M S R Q Q K D Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 4 Mạch chốt RS ba đầu vμo, sử dụng đầu vμo cho phép nh− một điều kiện cần đối với các tín hiệu đầu vμo. Mạch chốt RS ba đầu vμo ứng dụng mạch chốt ba đầu vμo RS D M K K E M S R Q Q K D E E Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 5 Mạch chốt D cải tiến mạch chốt RS. – Không xảy ra tr−ờng hợp cấm nh− đối với mạch chốt RS – Có thêm đầu vào E (cho phép) để chốt trạng thái Mạch chốt D Lí thuyết cơ bản lμ dựa vμo mạch chia tần để tạo trễ, với thời gian bất kì. – Ví dụ với tần số xung nhịp là 100Hz, nếu chia đôi ta đ−ợc 50 Hz (ứng với chu kì 0.02s), chia đôi tiếp ta đ−ợc 25Hz (ứng với 0.04s), chia đôi tiếp ta đ−ợc 12.5 Hz (ứng với 0.08s)... thiết kế mạch tạo trễ bằng phần tử số Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 6 Ví dụ: mạch đếm nhị phân 4 bít, sử dụng bộ chốt JK. Với giản đồ xung nh− sau Thiết kế mạch tạo trễ (dùng IC 4017) Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 7 Tạo thời gian trễ – Bằng cách thay đổi độ rộng xung nhịp ta sẽ có các thời gian trễ khác nhau. – Lựa chọn các đầu ra Q phù hợp, ta cũng có các thời gian trễ khác nhau. Mạch tạo trễ hoμn chỉnh Qx CLK ENA RST IC4017 14 13 15 R S Rtg Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 8 Nguyên tắc: – Xây dựng các ph−ơng trình hàm lôgic cho các cuộn hút đầu ra. – Từ ph−ơng trình hàm tiến hành áp dụng các hàm lôgic cơ bản để xây dựng mạch điều khiển không tiếp điểm. – Tiến hành tối giản hàm lôgic nếu cần. Chuyển sơ đồ điều khiển có tiếp điểm sang không tiếp điểm Chuyển đổi các tiếp điểm thời gian sau sang dùng phần tử lôgic Ví dụ 1: – Để chuyển đổi tiến hành xây dựng ph−ơng trình hàm cho R1, Rtg, R2 R1 = RA.RB.RC Rtg = R1 + LĐ R2 = Rtg.R1 RA BR RC R1 R1 Rtg LĐ 1R Rtg R2 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 9 Dựa vμo ph−ơng trình hμm ta có sơ đồ mạch điều khiển sau: CR RB AR LĐ Rtg R1 2R Ví dụ 2: Chuyển đổi sơ đồ mạch điều khiển sau: K K MD K K K1 K2 Rtg Rtg Rtg K = (M+K)*D Rtg = K K1 = Rtg*K K2 = Rtg*K Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 10 Từ ph−ơng trình hμm ta xây dựng đ−ợc sơ đồ điều khiển sau: D M K tgR K1 K2 Đây lμ ph−ơng pháp dựa vμo sự mô tả công nghệ nhờ bảng chân li, sau đó thiết kế mạch nhờ tối −u bằng bảng CácNô Xét ví dụ: Thiết kế mạch xử lí chất thải bệnh viện bằng ph−ơng pháp đốt. Thiết kế mạch bằng bảng chân lí vμ tối −u nhờ bảng cácnô nhiên liệu Cấp liệu Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 11 Trong hệ thống nμy ta cần thiết kế mạch điều khiển sao cho có thể giám sát sự tồn tại của ngọn lửa vμ chỉ cho phép chất thải vμo buồng đốt khi lửa đang cháy. Cấp liệu nhiên liệu Sau khi bố trí ba cảm biến nhiệt, ta có đ−ợc ba biến đầu vμo vμ tạo ra 8 khả năng tín hiệu. Trong đó khả năng cuối cùng sẽ đủ điều kiện để mở van cấp liệu. Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 12 Dựa vμo bảng chân lí, ta nhận thấy có thể sử dụng hμm AND để thiết kế. Cấp liệu nhiên liệu Với hệ thống vừa thiết kế ta có thể sử dụng hai trong số ba tín hiệu để điều khiển van cấp liệu, mμ vẫn đảm bảo đ−ợc yêu cầu. Ta có bảng chân lí sau. Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 13 Từ bảng chân lí ta có ph−ơng trình hμm nh− sau, viết d−ới dạng minterm. Từ ph−ơng trình ta xây dựng đ−ợc mạch lôgic sau: ABCCABCBABCAOutput +++= Tuy nhiên ta có thể tiến hμnh tối −u nhờ bảng Cácnô. 111 1 )00(CB )01(CB )11(BC )10(CB )0(A )1(A Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 14 sử dụng sơ đồ thuật toán để thiết kế mạch điều khiển lôgic Những khái niệm cơ bản về cấu trúc SFC (grafcet) – Hoạt động theo một tuần tự hoặc nhiều tuần tự. – Trong mỗi tuần tự có nhiều b−ớc, mỗi một b−ớc thể hiện một trạng thái của hệ. – Giữa các b−ớc là các điều kiện. các phần tử cơ bản B−ớc: Thể hiện những hoạt động của hệ tại trạng thái đó B−ớc đ−ợc đánh theo số thứ tự Hμnh động: Thể hiện hành động gắn liền với từng b−ớc Hành động đ−ợc kí hiệu bằng chữ cái A kèm với chỉ số (th−ờng trùng với chỉ số b−ớc) 1 0 B−ớc ban đầu A11 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 15 Các điều kiện: Là một tổ hợp các yêu cầu lôgíc, khi thoả mãn đầy đủ các yêu cầu này, hệ thống có thể chuyển đổi từ b−ớc này sang b−ớc khác Các điều kiện đ−ợc kí hiệu bằng chữ cái T kèm với chỉ số. Đ−ợc thể hiện bằng nét gạch ngang trên sơ đồ Điều kiện luôn đúng A11 T2 T1 = 1 Các liên hệ có h−ớng: Đ−ợc thể hiện bằng đ−ờng mũi tên trên sơ đồ, cho biết mối liên hệ qua lại giữa trạng thái và điều kiện, ngoài ra chúng cũng cho biết đ−ợc chiều h−ớng vận động của hệ thống mạng 1 2 T2 T1 T3 1 2 T2 T1 T3 S1 T3 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 16 Chú ý: Nếu không chỉ ra các liên hệ có h−ớng thì hệ thống vận hành từ trên xuống d−ới Với một hệ thống tại một thời điểm nào đó sẽ có một hoặc nhiều b−ớc tích cực và các b−ớc khác là không tính cực. Để thể hiện sự tích cực của b−ớc ng−ời ta dùng dấu chấm đặt bên trong b−ớc đó. 1 2 T2 T1 T3 Chuyển b−ớc Hệ thống chuyển từ b−ớc này sang b−ớc khác phải thoả mãn đồng thời 2 yếu tố – B−ớc tr−ớc đó đang tích cực – Điều kiện phải tích cực Khi xảy ra chuyển b−ớc thì b−ớc mới đ−ợc xác lập và b−ớc cũ bị xoá bỏ. Các quy tắc vận động của SFC Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 17 Khảo sát ví dụ sau: B−ớc 1 tích cực (hành động đ−ợc thực thi). Khi xảy ra điều kiện T1 (ON). B−ớc 2 chuyển sang tích cực. B−ớc 2 còn tích cực cho đến khi xảy ra điều kiện T2. Điều kiện có thể d−ới dạng xung. T1 T2 1 2 T2 1 T1 2 T2 1 T1 2 ba c 0 1 0 0 0 1 1 1 S1 T1 S2 T2 Điều kiện: Điều kiện dạng xung Điều kiện dạng s−ờn xung T1 T2 2 T2 T1 2 T2 T1 2 Tr−ớc khi b−ớc 2 tích cực b−ớc 2 tích cực Sau khi b−ớc 2 tích cực 0 0 0 1 1 1 T1 S2 T2 T1 T2 2 T2 T1 2 T2 T1 2 ↑A and B C and D ↑ ↑A and B C and D ↑ ↑A and B C and D ↑ 0 0 0 1 1 1 T1 S2 T2 0 1 0 1A B 1 0 1 0D C Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 18 Điều kiện thời gian Điều kiện thời gian kết hợp T1 T2 2 0 0 0 1 1 1 T1 S2 T2 100 giây ΔT/S2/100s T1 T2 2 0 0 0 1 1 1 T1 S2 ấn nút 100 giây ΔT/S2/100s and ấn nút 0 1 0 1 T2 Các kiểu tác động đi kèm các b−ớc: Tác động lôgíc: Kiểu tác động này gắn với các biến lôgíc, giá trị của biến tồn tại hoặc thay đổi ngay khi b−ớc trở nên tích cực. T1 T2 2 0 0 0 1 1 1 Động cơ 1 0 1 0 1T1 S2 0 1 0 1 T2 (Tác động lôgíc) Động cơ 1 /Động cơ 2 Van điện từ 3 (S) Van điện từ 4 (R) Động cơ 2 Van điện từ 3 Van điện từ 4 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 19 Khảo sát ví dụ: Start Reset Đèn 1 Đèn 2 1 giây 1 giây Đèn 2 Đèn Enable Đèn 1 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 20 Cấu trúc hệ SFC (Grafcet) rẽ nhánh – Cấu trúc phân kỳ OR vμ hội tụ OR: Phân kì OR Điều kiện nào đến tr−ớc (1 hoặc 2) thì tuần tự đó đ−ợc thực hiện Hội tụ OR Thực hiện hội tụ tuần tự đang đ−ợc thực hiện – Cấu trúc phân kỳ AND hoặc hội tụ AND: Phân kì and Điều kiện T1 đến thì cả hai b−ớc S40 và S50 cùng tích cực Hội tụ and Điều kiện T2 đến thì hệ hội tụ từ S41 và S51 về S10 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 21 Bμi toán điều khiển khoan cần ví dụ áp dụng Giới hạn nâng Giới hạn hạ Hạ khoan Nâng khoan Phần nâng/hạ ĐC khoan ĐC làm mát Phần kẹp Nút nhấn Công tắc cho phần làm mát. Bố trí thiết bị truyền động vμ cảm biến: Truyền động Khoan dùng ĐC KĐB (Chạy khoan) Nâng hạ khoan dùng ĐC KĐB Bơm n−ớc dùng ĐC KĐB cảm biến Nút ấn khởi động (M) (NO) Nút ấn dừng (D) (NC) Giới hạn nâng (GHN) Giới hạn hạ (GHH) Công tắc chạy động cơ bơm Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 22 Phân tích bài toán: – Giai đoạn đầu: Động cơ khoan và động cơ làm mát nghỉ Phần nâng/hạ khoan ở vị trí trên cùng Không có vật liệu trong phần kẹp – Trình tự khoan: Đ−a đối t−ợng vào phần kẹp (bằng tay) Bật công tắc cho phần làm mát (Nếu cần) ấn nút start để chạy ĐC khoan. Vật liệu đ−ợc kẹp với một áp lực đặt tr−ớc Hạ khoan tới vị trí thấp (Khoan) Chờ 0,5s ở vị trí thấp (Khoan) Nâng khoan tới vị trí cao (Dừng khoan, dừng bơm n−ớc) Tháo vật liệu (bằng tay) Lựa chọn các giai đoạn của hệ thống – Chia nhỏ hệ thống thành các b−ớc, xác định cụ thể thứ tự các b−ớc. – Với mỗi b−ớc ta xác định hành động cụ thể gắn với mỗi b−ớc. – Xác định các điều kiện chuyển tiếp các b−ớc liền kề nhau Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 23 Nâng khoan =1 /Hạ khoan Chạy bơm Chạy khoan Hạ khoan Sẵn sμng khoan (b−ớc đầu) GHN Δt/S2/0.5s M.Kẹp vật 4 3 2 1 0 GHH 5 6 Công tắc /D /Chạy khoan /Chạy bơm 7 S0 =1 Xây dựng hệ SFC Thiết kế mạch điều khiển M S S R R Kẹp vật Chạy khoan Hạ khoan M S S R R Kẹp vật Chạy khoan Hạ khoan Công tắc Chạy bơm Từ b−ớc 0 đến b−ớc 1 và 5 Từ b−ớc 5 xuống b−ớc 6 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 24 Từ b−ớc 1 xuống b−ớc 2 Từ b−ớc 2 xuống b−ớc 3 GHH Chạy bơmCông tắc Hạ khoan Chạy khoan Kẹp vật R R S S M Nâng khoan S R tgR GHH Chạy bơmCông tắc Hạ khoan Chạy khoan Kẹp vật R R S S M Từ b−ớc 3 xuống b−ớc 4 GHN Nâng khoan S R tgR GHH Chạy bơmCông tắc Hạ khoan Chạy khoan Kẹp vật R R S S M Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 25 Từ b−ớc 6 và 4 xuống b−ớc 7 M S S R R Kẹp vật Chạy khoan Hạ khoan Công tắc Chạy bơm GHH Rtg R S Nâng khoan GHN D