Bài giảng Điều khiển logic - Hà Thị Kim Duyên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ - BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

Bài giảng môn học

ĐIỀU KHIỂN LOGIC

Giảng viên biên soạn: Th.s Hà Thị Kim Duyên

Hà Nội, T10-2010

Tổng quan về Điều khiển logic

 Môn học cung cấp cho HS/SV phương pháp tư duy khoa

học trước một vấn đề và cách giải quyết vấn đề đó một

cách khoa học, có logic chặt chẽ.

 Hiểu rõ các trạng thái làm việc và nguyên tắc hoạt động

của các phần tử gián đoạn rơle.

 Nắm được những kiến thức cơ bản về thiết kế hệ thống

dựa trên những nguyên tắc tư duy logic phù hợp; từ đó có

thể thiết kế hệ thống ĐKLG với khả năng tự động hóa cao.

 Tài liệu tham khảo:

1. Điều khiển lôgic và ứng dụng – TS. Nguyễn Trọng Thuần

2. Điều khiển tự động Truyền động điện - Trịnh Đình Đề - Võ Trí An

3. Máy điện;

4. Khí cụ điện

5. Trang bị điện (MGCKL, MCNDC)

2

Bài 1: Các kiến thức cơ bản về đại số logic - Đại

số Boole

 Các khái niệm về đối lập và ngưỡng nhảy cấp

 Biến logic và hàm logic

 Các công thức cơ bản của đại số logic

 Các cách biểu diễn hàm logic

- Biểu diễn bằng biểu thức đại số

- Biểu diễn bằng hình học

- Biểu diễn bằng ma trận Cácnô

3

Khái niệm về mức ngưỡng nhảy cấp

 Trong đời sống hình thành nên các nhận xét, đánh giá định

tính dựa theo một khái niệm so sánh.

 Giữa các khái niệm đối lập bao giờ cũng tồn tại ngăn cách,

vượt qua ngăn cách đó sẽ ở một trạng thái hoàn toàn khác

trước.

 Từ những khái niệm về trạng thái bền vững và tính dứt

khoát trong cuộc sống và trong xã hội, các nhà bác học đã

mô tả chúng bằng những khái niệm định tính rõ ràng trong

toán học để mô tả những tư duy trừu tượng.

 Những khái niệm đối lập nhau trong toán học được mô tả

là những biến có hai giá trị 0; 1 tương ứng với khái niệm

Không; Có. Đã được Boole xây dựng thành lý thuyết cơ sở

của lĩnh vực toán ứng dụng là lý thuyết ôtômát

4

Biến Logic và hàm Logic

Biến logic

x: là biến logic (biến nhị phân xX) chỉ nhận hai giá trị là

0 và 1 (2 mức logic) và không thể biến thiên liên tục; x=0

nếu x≠1; x=1 nếu x≠0

Hàm logic

f(x): là một hàm logic xác định mối quan hệ giữa các biến

với nhau, cũng chỉ nhận hai giá trị 0 hoặc 1.

Có hai loại hàm logic: Hàm 1 biến và hàm nhiều biến.

2ⁿ

Hàm n biến: có 2ⁿTổ hợp biến (THB) và hàm logic.

2

xy, xy, xy, x.y

VD: hàm 2 biến x,y: có 4 THB

Có 16 hàm logic từ f₀đến f₁₅

5

Các công thức cơ bản của đại số logic

Tính chất của đại số logic

0 + 0 = 0

0 +1 =1

1+ 0 =1

1+1 =1

0.0 = 0

0.1 = 0

1.0 = 0

1.1 =1

x + 0 = x

x +1 =1

x.0 = 0

x.1 = x

x + x = x x.x = x

x + x =1

x.x = 0

Tính chất giao hoán, kết hợp

a + b = b + a;a.b = b.a;

a + b + c = (a + b) + c = a + (b + c);

a.b.c = (a.b).c = a.(b.c)

Luật phân phối

a.(b+c)=a.b+a.c; a + b.c = (a+b).(a+c)

Định luật Der Morgan

f(x, y,z,+,*) = f(x, y, z,*,+)

6

Biểu diễn hàm logic

❖ Hàm logic n biến: có 2ⁿtổ hợp biến và ₂2ⁿhàm logic.

VD: Số biến logic n=2 có 4THB và 16 Hàm logic.

❖ Biểu diễn bằng biểu thức đại số:

f(a,b) = ab + ab; f(x, y, z) = xy + yz + x.y.z;f(x₁,x₂,x₃) = (x₁+ x₂)(x₁+ x₂+ x₃)

VD:

z

❖ Biểu diễn bằng hình học:

f₃= xyz + x.y.z + x.y.z

1

y

f₂= x.y+ x.y

0

1

x

y

0

f₁= x

1

x

0

1

x

a

c

b

c

❖ Biểu diễn bằng ma trận Các nô:

b

f(x,y)

x

f(a,b,c)

a

1

1 1

d

1 1

1

1 1

1 1 1

c

1

y

e

x x

1

7

Các hàm logic cơ bản - Ký hiệu và bảng chân lý

 Hàm NOT (Không), nghịch đảo

x

1

0

x

0

1

 Hàm AND

 Hàm OR

&

x 0 0 1 1

y 0 1 0 1

1

AND

0 0 0 1

0 1 1 1

1 1 1 0

1 0 0 0

0 1 1 0

 Hàm NAND

 Hàm NOR

 Hàm XOR

OR

&

NAND

NOR

XOR

1

8

Bài 2: Mạch tổ hợp và các phương pháp

tổng hợp mạch tổ hợp

 Là mạch không nhớ

 Tín hiệu đầu ra chỉ phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào,

không phụ thuộc vào thời gian và thứ tự tác động của

tín hiệu đầu vào, hệ chỉ có 1 trạng thái.

 Sử dụng các phần tử phi tiếp điểm để xây dựng mạch

(AND, OR, NAND, NOR, XOR).

 Các phương pháp tổng hợp mạch tổ hợp:

- Phương pháp giải tích

- Phương pháp bìa Các nô

- Phương pháp Qine - Mc Claski

9

Phương pháp bìa Cácnô tổng hợp MTH

 Viết hàm dưới dạng TCTP (hoặc HCTP)

 Vẽ ô ma trận gồm n biến với 2ⁿô; Đánh số 1 ở

trên ô có THB xuất hiện trong hàm, đánh chữ x

đối với THB nhận giá trị tuỳ ý.

 Khoanh các ô lân cận thành vòng lân cận, với

vòng 2^mô khi kết hợp sẽ làm giảm được m biến.

(có thể tuỳ ý đánh số 1 hoặc 0 vào ô có dấu x để

tổng hợp dễ dàng hơn).

– Một vòng lân cận không được phép nằm trọn ở trong

vòng lân cận khác.

– Khoanh vòng các ô lân cận đảm bảo nguyên tắc đối

xứng trục và đối xứng cạnh biến.

 Ghi kết quả hàm đã tối giản bằng cách tổng hợp

hàm của các vòng đã khoanh.

10

Ví dụ áp dụng dùng pp bìa Cácnô

c

b

f₁

1

f₂

f₃

a

1

11

Phương pháp Qine - Mc Claski tổng hợp

mạch tổ hợp

 Viết hàm dưới dạng TCTP hoặc HCTP

 Gộp các nhóm có cùng số chữ số 0 hoặc 1

 Lập bảng gồm các nhóm và tổ hợp biến, tiến hành giản

ước các biến ở 2 nhóm lân cận nhau để đưa về các

nguyên tố cốt yếu (không thể giản ước được nữa), từ đó

lập được hàm thu gọn.

 Lập bảng phủ tối thiểu, tìm hàm tối thiểu (vẽ đường đi

phủ hết các Hội sơ cấp cơ bản nhưng đồng thời đi qua ít

các NTCY nhất).

 Viết hàm tối thiểu.

12

Bài 3: Các thiết bị điều khiển

 Các thiết bị điều khiển bằng tay

- Công tắc

- Cầu dao

- Nút ấn

- Bộ khống chế

 Các thiết bị điều khiển từ xa

- Rơle (RL điện áp,RL dòng điện)

- Công tắc tơ

 Các thiết bị điều khiển khác

13

Bài 4: Điều khiển tự động các chế độ làm việc của

động cơ điện theo các nguyên tắc cơ bản

 Các hệ thống truyền động điện tự động đều được thiết kế tính toán để

làm việc ở những trạng thái hay chế độ xác định.

 Thực chất điều khiển hệ thống là đưa vào hoặc đưa ra khỏi hệ thống

những phần tử, thiết bị nào đó để thay đổi một hoặc nhiều thông số đặc

trưng hoặc để giữ một thông số nào đó không thay đổi khi có sự thay

đổi ngẫu nhiên của thông số khác.

 Quá trình điều khiển hệ thống truyền động điện có thể chia ra những

quá trình sau:

1. Tự động điều khiển quá trình mở máy (đưa tốc độ từ tốc độ bằng 0 lên

tới giá trị danh định hoặc một tốc độ nào đó.

2. Tự động điều khiển quá trình làm việc: duy trì một thông số nào đó theo

một quy luật cho trước.

3. Tự động điều khiển quá trình hãm và dừng máy.

 Nếu hệ thống điều khiển có tín hiệu phát ra từ phần tử thụ cảm được

dòng điện ta nói hệ điều khiển theo nguyên tắc dòng điện; nếu phần tử

thụ cảm được tốc độ, ta nói hệ điều khiển theo nguyên tắc tốc độ; nếu

có phần tử thụ cảm được thời gian của quá trình, ta nói hệ điều khiển

theo nguyên tắc thời gian.

14

Điều khiển theo nguyên tắc thời gian

Nội dung nguyên tắc

 Dựa trên cơ sở thông số làm việc của mạch động lực biến đổi

theo thời gian. Những tín hiệu điều khiển được phát ra theo

một quy luật thời gian cần thiết để làm thay đổi trạng thái của

hệ thống.

 Những phần tử thụ cảm được thời gian để phát tín hiệu cần

được chỉnh định dựa theo ngưỡng chuyển đổi của đối tượng.

 Những phần tử thụ cảm được thời gian gọi chung là các Rơle

thời gian. Nó tạo ra một khoảng thời gian trễ kể từ lúc có tín

hiệu đưa vào đầu vào đến khi nó phát được tín hiệu ra đưa vào

phần tử chấp hành

 Các loại tiếp điểm của Rơle thời gian:

- Tiếp điểm thường mở mở chậm, đóng chậm

- Thường đóng mở chậm, đóng chậm

- Thường mở, mở đóng chậm.

- Thường đóng, đóng mở chậm.

15

Xét ảnh hưởng của các thông số lên hệ thống theo

nguyên tắc thời gian

 Ảnh hưởng của M_c, J, U_lưới, R_cdcủa Rơle thời gian ,

R_kđ

 Có thể chỉnh được thời gian theo tính toán và độc lập

với thông số của hệ thống động lực

 Ảnh hưởng của các thông số hầu như không đáng kể

đến sự làm việc của hệ thống.

 Thiết bị của sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy cao ngay

cả khi phụ tải thay đổi.

 Có thể dùng đồng loại cho bất kỳ công suất và động

cơ nào, có tính kinh tế cao.

 Được sử dụng rộng rãi trong TĐĐ một chiều cũng như

xoay chiều

16

Điều khiển theo nguyên tắc tốc độ

Nội dung nguyên tắc

 Tốc độ quay trên trục động cơ hay của cơ cấu chấp hành là một

thông số quan trọng xác định trạng thái của hệ thống truyền

động điện (mở máy, làm việc, hãm, dừng).

 Mạch điều khiển phải có phần tử thụ cảm được chính xác tốc độ

làm việc của động cơ - gọi là rơle tốc độ.

 Khi tốc độ đạt được trị số ngưỡng đã đặt thì rơle tốc độ sẽ phát

tín hiệu đến cơ cấu chấp hành để chuyển đổi trạng thái làm việc

của truyền động điện.

 Rơle tốc độ có thể cấu tạo theo nguyên tắc ly tâm, nguyên tắc

cảm ứng, cũng có thể dùng máy phát tốc.

 Với động cơ một chiều có thể gián tiếp kiểm tra tốc độ thông

qua sức điện động của động cơ. Với động cơ xoay chiều có thể

thông qua sức điện động và tần số của mạch rotor để xác định

tốc độ.

17

Mạch khởi động ĐCĐMCKTĐL theo nguyên tắc tốc độ

với 3 cấp r_f

1G

2G

3G

RN

-

+

1Đg

2Đg

Đ

R_f1

R_f2

R_f3

3G

2G

1G

-

+

2CD

1CD

M

Đg

D

RN

Đg

18

Mạch khởi động ĐCKĐB RTDQ theo nguyên tắc

tốc độ

19

Nhận xét về nguyên tắc điều khiển theo tốc độ

 Có ưu điểm là đơn giản và rẻ tiền, thiết bị có thể là

CTT mắc trực tiếp vào mạch động lực không cần

thông qua rơle.

 Nhược điểm là thời gian mở máy và hãm máy phụ

thuộc nhiều vào mômen cản M_c, J, U_lvà R_cd.

 Khi điện áp lưới giảm thấp có thể dẫn đến hiện

tượng đình chỉ khởi động và cháy điện trở khởi

động.

 Thường chỉ dùng nguyên tắc này để hãm động cơ.

20