Giáo trình Tự động khống chế và PLC - Chương 4: Tổng hợp tự động khống chế không tiếp điểm
CHƯƠNG 4
TỔNG HỢP HỆ TỰ ĐỘNG KHỐNG CHẾ KHÔNG TIẾP ĐIỂM
4.1- KHÁI NIỆM CHUNG
4.1.1- SƠ ĐỒ CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG TĐKC GIÁN ĐOẠN CÁC MÁY SẢN
XUẤT
Các máy sản xuất hiện đại thường được điều khiển bằng hệ thống tự động tác động gián đoạn.
Tín hiệu vào và ra của hệ thống chỉ là những giá trị tới hạn, nghĩa là các tín hiệu này rời rạc theo
thời gian . Các hệ thống tác động không liên tục tác động chắn chắn, minh bạch, ít bị ảnh hưởng của
sự dao động các thông số của các phần tử cũng như của nguồn cung cấp . Vì vậy việc truyền tín hiệu
trong hệ thống ít bị tạp âm (nhiễu n) .
Sơ đồ chức năng tổng quát của hệ thống TĐKC tác động gián đoạn như sau: (Hình 4.1 H)
Thiết bị
khuếch đại
Cơ cấu
chỉ huy
Bộ phận
chức năng
Cơ cấu
chấp hành
Hình 4-1
Cơ cấu chỉ huy nhận và đưa vào hệ thống các lệnh chỉ huy . Nó có thể là các khí cụ điều khiển
như: nút ấn, bộ khống chế chỉ huy, đát tríc (cảm biến c) , công tắc hành trình, v.v...
Bộ phận chức năng (hay còn gọi là phần tử trung gian h) . Bộ phận này bao gồm các rơ le, các
phần tử lôgic,... Đây là bộ phận phức tạp nhất của hệ thống TĐKC . Bộ phận chức năng làm nhiệm
vụ biến đổi, xử lý các tín hiệu chỉ huy và truyền lệnh đến cơ cấu chấp hành . Trong hệ thống khống
chế gián đoạn, phần lớn các thao tác được thực hiện bởi bộ phận chức năng .
Thiết bị khuếch đại: Dùng để khuếch đại tín hiệu ra của bộ phận chức năng khi chúng chưa
đủ công suất để khống chế cơ cấu chấp hành . Thiết bị khuếch đại có thể là công tắc tơ, cuộn kháng
làm việc trong chế độ rơ le, các thiết bị chuyển mạch bằng dụng cụ bán dẫn công suất ( tiristor ) , ...
Cơ cấu chấp hành: Thường là các máy điện, khí cụ điện và các thiết bị khác thực hiện những
chuyển động cơ học . Cơ cấu chấp hành được dùng để biến đổi dạng năng lượng cấp cho máy sản
xuất .
4.1.2- ĐÁNH GIÁ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA THIẾT BỊ KHÔNG TIẾP ĐIỂM VÀ CÓ TIẾP
ĐIỂM
4.1.2.1- Thiết bị rơ le có tiếp điểm
Máy sản xuất càng hiện đại, mức độ tự động hoá càng cao thì hệ thống tự động khống chế càng
phức tạp, hệ thống TĐKC có tiếp điểm sẽ trở nên rất cồng kềnh, làm việc thiếu tin cậy và thời gian
hỏng hóc, sửa chữa càng nhiều .
4.1.2.2- Thiết bị không tiếp điểm
Khác với các thiết bị có tiếp điểm, trong thiết bị không tiếp điểm việc đóng mở các tiếp điểm
được thay thế bằng sự thay đổi trạng thái đầu ra khi tín hiệu đầu vào thay đổi . Chính vì vậy mà
41
trong thiết bị không tiếp điểm không xuất hiện tia lửa điện, tần số chuyển mạch cho phép và thời
gian phục vụ dài hơn nhiều . Mặt khác các phần tử không tiếp điểm có kết cấu rất gọn nhẹ, tác động
nhanh .
Hệ thống khống chế không tiếp điểm cũng được tổng hợp hoàn toàn tương tự như hệ có tiếp
điểm. Các hệ thống khống chế gián đoạn bao gồm các phần tử tác động theo kiểu rơ le có hai trạng
thái ngược nhau ứng với hai khái niệm “ đúng “ và “ sai “ . Chính vì vậy mà để phân tích cũng như
tổng hợp các hệ thống này người ta sử dụng phương pháp toán lôgic - Đại số lôgic - Biểu thị sự
tương quan lôgic bằng các công thức trong đó các biến số và hàm số chỉ lấy các giá trị “ 0 “ và “ 1 “
.
So với các thiết bị có tiếp điểm thì thiết bị không tiếp điểm có các ưu điểm như sau :
- Thiết bị không tiếp điểm không có sự mòn, dính tiếp điểm .
- Thông số đầu ra (dòng điện d, điện áp, thời gian, ... ) không phụ thuộc vào tác động cơ học .
- Tuổi thọ cao .
- Lắp ráp thành từng khối rất thuận tiện cho việc kiểm tra, lắp đặt, sửa chữa, thay thế .
- Gọn nhẹ, vận hành đơn giản, không cần kiểm tra, theo dõi thường xuyên .
Các nhược điểm cơ bản của thiết bị không tiếp điểm là:
- Rất nhạy với các nhiễu điện .
- Chịu ảnh hưởng lớn của nhiệt độ .
- Số lượng các phần tử trong hệ thống không tiếp điểm thường nhiều hơ cỡ ( 3 5 ) lần so với sơ
đồ có tiếp điểm .
Sử dụng sơ đồ khống chế không tiếp điểm chỉ có lợi trong các trường hợp :
- Nếu số lượng rơ le, công tắc tơ lớn hơn 50 .
- Nếu số tín hiệu vào hệ thống nhiều hơn số tín hiệu ra từ 5 lần trở lên .
- Nếu số lượng khí cụ chuyển đổi lôgic lớn hơn số lượng cơ cấu chấp hành 5 lần .
4.2- KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ CÁC LUẬT CỦA ĐẠI SỐ LÔGIC
4.2.1- HÀM SỐ LÔGIC
4.2.1.1- Biến số lôgic: Là đại lượng chỉ lấy hai giá trị 0 và 1 . Biến số lôgic thường được ký
hiệu bằng chữ cái la tinh .
4.2.1.2- Hàm số của đại số lôgic: Là hàm số của các biến số lôgic và cũng chỉ lấy hai giá trị 0
và 1 .
Tập hợp các giá trị khác nhau của biến số trong hàm số lôgic được gọi là tổ hợp . Tuỳ thuộc vào
số biến số mà ta chia ra hàm 1, 2 , 3 , ... hay nhiều biến .
Hàm số được gọi là xác định nếu ở tất cả các tổ hợp giá trị của biến số hàm số đều xác định .
Ví dụ:
- Cho hàm một biến: có thể có hai tổ hợp là 0 và 1 ( m1 = 2 ) .
- Cho hàm 2 biến: có thể có 4 tổ hợp: 00 ; 01 ; 10 ; 11 ( m2 = 2.2 = 22 = 4 ).
- Cho hàm n biến: có thể có 2n tổ hợp ( mn = 2n ).
- Cho hàm của 3 biến số thì có thể có 8 tổ hợp biểu thị 8 cách kết hợp khác nhau của 2 giá trị
“0“ và “ 1 “ của 3 biến số:
Với hàm 3 biến này có 8 tổ hợp: 000 ; 001 ; 010 ; 100 ; 011 ; 101 ; 110 ; 111 ( m3 = 23 = 8 ).
42
Biến a
Biến b
Biến c
Hàm f (a,b,c)
0
0
0
1
0
1
1
1
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
1
0
0
Việc khảo sát hàm số lôgic bằng bảng như trên chỉ thuận tiện khi biến số ít ( 3 ) , trường hợp số
biến lớn ta áp dụng nguyên lý xếp chồng .
4.2.1.3- Xếp chồng hàm lôgic
Nhờ việc thay thế trong hàm số lôgic một hàm số mới cùng với argument của nó, ví dụ: Có hai
hàm f (a,b) và a = (c,d) có thể tạo nên hàm 3 biến nhờ việc thay a = (c,d) , tức là: f[(c,d),b] .
Nhờ nguyên lý xếp chồng ta có thể xây dựng được hàm số với số biến lớn hơn từ hàm số có số
biến số nhỏ . Vì vậy khi khảo sát các hàm số lôgic ta cần đặc biệt chú ý đến các hàm cơ bản (hàm có
1 h, 2 biến số) .
4.2.2- CÁC LUẬT CƠ BẢN CỦA ĐẠI SỐ LÔGIC
Đại số lôgic là một phần của toán lôgic . Trong kỹ thuật số, đại số lôgic thường được dùng để
nghiên cứu sự phụ thuộc giữa các biến chỉ có hai giá trị 1 và 0 . Giá trị 1 của biến còn có nghĩa là sự
kiện đang xét có xẩy ra và tương ứng với câu trả lời là “ phải “ hay “ đúng “ . Giá trị 0 của biến còn
có nghĩa là sự kiện đang xét không xẩy ra và tương ứng với câu trả lời là “ sai “ hoặc “ không “.
Trong đại số lôgic chỉ có 3 phép tính cơ bản: tuyển, hội và phủ định còn gọi là cộng lôgic, nhân
lôgic và nghịch đảo . Phép tuyển (hay cộng lôgic h) được ký hiệu: , còn phép hội (hay nhân lôgic)
được ký hiệu: . Trong trường hợp không sợ bị nhầm lẫn người ta có thể dùng các ký hiệu đại số
thông thường . Thí dụ:
X1 X2 được thay bằng: X1 + X2
X1 X2 được thay bằng: X1 . X2
Phép phủ định được ký hiệu bằng nét gạch ngang ở trên đại lượng xét . Ví dụ: phủ định của X1
là X1 . Trong đại số lôgic cũng sử dụng dấu ngoặc ( ) như trong đại số thông thường, ví dụ:
((X1X2) X3) (X4 X5) hay có thể viết: ((X1. X2) + X3) . (X4 + X5) .
Hai biểu thức lôgic là bằng nhau nếu các hàm mà chúng biểu diễn nhận cùng một giá trị theo tất
cả các giá trị của đối số .
Đại số lôgic có một số định luật cơ bản như sau:
4.2.2.1- Định luật phủ định hai lần
X = X
4.2.2.2- Định luật giao hoán đối với cộng và nhân lôgic
X1 + X2 = X2 + X1
X1 . X2 = X2 . X1
43
4.2.2.3- Định luật kết hợp đối với cộng và nhân lôgic
X1 + ( X2 + X3 ) = ( X1 + X2 ) + X3
X1 . ( X2 . X3 ) = ( X1 . X2 ) . X3
4.2.2.4- Định luật phân phối
X1 . ( X2 + X3 ) = X1 . X2 + X1 . X3
X1 + X2 . X3 = ( X1 + X2 ) . ( X1 + X3 )
4.2.2.5- Định luật nghịch đảo ( De - Morgan )
X1 X2
X1.X2
=
X1
X1
.
X2
X2
=
+
4.2.2.6- Định luật hấp thụ
X1 . ( X1 + X2 ) = X1
X1 . ( X1 + X2 ) . ( X1 + X3 ) . ... . ( X1 + Xi ) = X1
4.2.2.7- Luật dính
X1 . X2 + X1 . X2 = X1
( X1 + X2 ) . ( X1 + X2 ) = X1
4.2.2.8- Qui tắc tính đối với các hằng số 0 và 1
0
= 1
1 = 0
X . 1 = X
X + 0 = X
X . 0 = 0
X + 1 = 1
4.2.2.9- Qui tắc tính đối với biến và phủ định của nó
X +
X .
X
X
= 1
= 0
4.2.2.10- Luật đồng nhất
X + X = X
X . X = X
4.2.2.11- Kết hợp luật phân phối và phép biến đổi đồng nhất
X1 + X1 . X2 = X1 + X2
4.2.3- PHÉP BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG TRONG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC RƠ LE
4.2.3.1- Khái niệm chung
Do đặc tính làm việc của các rơ le có hai trạng thái: Cuộn dây rơ le có điện hay mất điện; tiếp
điểm của rơ le, công tắc tơ, công tắc hành trình đóng hay mở . Vì vậy ta có thể đặc trưng hai trạng
thái này bằng hai mức lôgic:
Đối với cuộn dây rơ le hoặc công tắc tơ thì trạng thái có điện đặc trưng bằng mức lôgic 1;
trạng thái mất điện đặc trưng bằng mức lôgic 0 .
Đối với các tiếp điểm của rơ le, công tắc tơ, công tắc hành trình thì trạng thái đóng ứng với
mức lôgic 1, trạng thái hở ứng với mức lôgic 0 .
Từ sơ đồ cấu trúc của các phần tử trong mạch khống chế rơ le ta thấy rằng có thể thay thế các
trạng thái của phần tử bằng các biến lôgic và sử dụng đại số lôgic để biến đổi sơ đồ, tạo ra các sơ đồ
tương đương khác nhau, từ đó có thể lựa chọn được sơ đồ hợp lý nhất . Để thực hiện việc này trước
tiên ta đặc trưng các phần tử bằng các biến và hàm lôgic:
44
Một tiếp điểm thường mở được đặc trưng bằng một biến lôgic và có thể biểu diễn bằng ký hiệu
viết tắt của rơ le, công tắc tơ, công tắc hành trình .
Một tiếp điểm thường đóng được đặc trưng bằng một biến lôgic với phép phủ định và có thể
biểu diễn bằng ký hiệu viết tắt của rơ le, công tắc tơ, công tắc hành trình .
Cuộn dây của rơ le, công tắc tơ được xem là lượng ra (hàm h) . Lượng ra ở mức lôgic 1 khi cuộn
dây của rơ le, công tắc tơ có điện . Ngược lại lượng ra ở mức lôgic 0 khi cuộn dây của rơ le, công
tắc tơ mất điện .
Ví dụ: Ta xét mạch điện sau:
M
D
R2
R1
R1
Hình 4-2
Phần tử R1 có thể được biểu diễn dưới dạng biểu thức lôgic như sau:
R1 =
D . ( M + R1 ) . R2
Để sử dụng được đại số lôgic phục vụ cho việc phân tích và tổng hợp mạch điện, ta xét một số
hàm lôgic cơ bản dạng đơn giản với sơ đồ rơ le tương đương như sau:
4.2.3.2- Một số hàm lôgic cơ bản
a/ Hàm không: f(0) = 0 .
Giá trị của hàm không phụ thuộc giá trị của biến số và không bao giờ lấy giá trị 1
Kí hiệu lôgic:
K
Tương đương với sơ đồ có tiếp điểm (hình 4h-3 ) :
a
a
W
W
Hoặc:
a
a
b
b
Hình 4-3
b/ Hàm đơn vị: f = 1 , là hàm số hằng, luôn lấy giá trị bằng 1 không phụ thuộc giá trị biến số
Sơ đồ tiếp điểm tương đương:
a
a
a
a
Hoặc
W
W
b
b
Hình 4-4
45
c/ Hàm nghịch đảo: f(w) =
các biến số khác .
a , là hàm số lấy giá trị ngược với biến số, không phụ thuộc giá trị
a
W
W
a
Kí hiệu lôgic trên sơ đồ:
hoặc
Hình 4-5
Sơ đồ tiếp điểm tương đương
a
a
b
b
a
W
W
Hình 4-6
d/ Hàm cấm: f(a,b) =a . b
Hàm này sẽ lấy giá trị 0 trong trường hợp biến a (đầu vào a) có giá trị 1 mà không phụ thuộc vào
giá trị biến b (đầu vào b) ; hàm sẽ lấy giá trị trùng với giá trị biến b khi biến a có giá trị bằng 0 .
Sơ đồ tiếp điểm tương đương:
a
b
Hình 4-7
W
e/ Hàm hoặc (tổng t) : W = f(a,b) = a + b
Ký hiệu lôgic
1
Hình 4-8
a
Sơ đồ tiếp điểm tương đương:
Hình 4-9
W
b
g/ Hàm và (tích t) : W = f(a,b) = a . b
Ký hiệu lôgic
&
Hình 4-10
Hình 4-11
a
b
Sơ đồ tiếp điểm tương đương:
W
h/ Hàm nghịch đảo của tổng: W = f(a,b) = a b
Ký hiệu lôgic
= a . b
1
Hình 4-12
Hình 4-13
a
b
Sơ đồ tiếp điểm tương đương:
W
46
i/ Hàm nghịch đảo của tích: W = f(a,b) = a.b
Ký hiệu lôgic
= a + b
&
Hình 4-14
Hình 4-15
Sơ đồ tiếp điểm tương đương:
a
W
b
4.3- PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG SƠ ĐỒ TỰ ĐỘNG KHỐNG CHẾ KHỐNG TIẾP ĐIỂM
4.3.1- GIỚI THIỆU CHUNG
Sơ đồ TĐKC không tiếp điểm khác nhiều so với sơ đồ rơ le tương đương ở chỗ: Các rơ le
thường chỉ có một cuộn dây và có một số tiếp điểm thường hở và thường đóng không liên quan với
nhau về điện . Các phần tử lôgic thường có nhiều đầu vào và chỉ có một hoặc hai mạch ra .
Thông thường khi biểu diễn các sơ đồ mạch không tiếp điểm người ta chỉ vẽ các liên lạc lôgic
mà không biểu diễn nguồn nuôi cho các phần tử . Trong các sơ đồ TĐKC không tiếp điểm có thể có
một số phần tử tiếp điểm như nút ấn, công tắc hành, v.v... Trong trường hợp đó cần phải chú ý đến
sự phù hợp giữa điện áp đầu ra của chúng với mức điện áp vào cần thiết của phần tử lôgic .
Để thiết lập nên các sơ đồ TĐKC không tiếp điểm thường sử dụng một trong hai cách sau:
Chuyển đổi sơ đồ rơ le - công tắc tơ thành sơ đồ không tiếp điểm .
Tổng hợp sơ đồ TĐKC không tiếp điểm từ quá trình công nghệ .
Cả hai phương pháp trên chúng ta đều sử dụng đại số lôgic để tìm ra kết quả đơn giản nhất với
số phần tử là ít nhất .
4.3.2- XÂY DỰNG SƠ ĐỒ TĐKC KHÔNG TIẾP ĐIỂM TỪ SƠ ĐỒ CÓ TIẾP ĐIỂM
4.3.2.1- Phương pháp thành lập công thức cấu trúc theo sơ đồ rơ le - công tắc tơ tương đương
Trong sơ đồ có tiếp điểm thường chứa các tiếp điểm, các cuộn dây của khí cụ điện và máy điện .
Chúng ta có thể phân tích ra:
Các phần tử đầu vào thường là các tiếp điểm và ta ký hiệu bằng các chữ cái viết thường, ví dụ:
a , b, c , ... .
Các phần tử đầu ra (chấp hành c) và các phần tử trung gian được ký hiệu bằng chữ cái in hoa,
ví dụ: X , Y , Z , ... , P . Các phần tử này thường có các tiếp điểm được ký hiệu cùng chữ cái nhưng
viết thường, như: x , y , z ,... , p .
Việc thành lập công thức cấu trúc được tiến hành theo hai bước như sau:
a/ Bước 1: Dựa vào kết quả phân tích sơ đồ rơ le - công tắc tơ ta chia tất cả các tín hiệu tác động
vào sơ đồ thành:
- Tín hiệu đầu vào .
- Tín hiệu đầu ra .
- Các tín hiệu trung gian .
47
Trình tự thực hiện:
*- Giải thích và ký hiệu tất cả các tín hiệu đầu vào (về trạng thái của công tắc điểm cuối v,
công tắc hành trình, nút ấn điều khiển, tín hiệu khống chế, chế độ làm việc, ... ) .
*- Đơn giản hoá số tín hiệu đầu vào bằng cách kết hợp nhiều tín hiệu đơn giản thành một tín
hiệu phức tạp tương đương .
*- Giải thích và phân nhóm tất cả các tín hiệu đầu ra (công tắc tơ c, máy điện, ... ) .
*- Chia tín hiệu trung gian thành: tín hiệu có phản hồi và không có phản hồi .
b/ Bước 2: Viết biểu thức đại số lôgic tương ứng cho các biến đầu ra và biến số trung gian
Trình tự thực hiện:
*- Thành lập phương trình cho tín hiệu đầu ra, tín hiệu trung gian có và không phản hồi .
*- Biến đổi phương trình nhận được về dạng đơn giản .
*- Thành lập sơ đồ khống chế không tiếp điểm dựa trên cơ sở biểu thức đại số lôgic nhận
được bằng các phần tử lôgic đơn giản như Và, Hoặc, VÀ-không, HOẶC-không, ...
4.3.2.2- Ví dụ:
a/ Ví dụ 1:
Cho sơ đồ mạch điện có tiếp điểm như hình 4-16
a
b
c
Z
d
z
Hình 4-16
Thiết lập sơ đồ khống chế không tiếp điểm tương đương .
*- Viết công thức cấu trúc cho phần tử chấp hành Z:
Z = ( ( a + d ) . b + z ) .
Công thức cấu trúc toàn phần của mạch là:
F(Z) = ( ( a + d ) . b + z ) . . Z
c
c
Công thức trên tương đương với sơ đồ mạch không tiếp điểm sau (hình 4h-17) :
c
Z
K
V2
a
H2
H1
d
V1
b
Hình 4-17
Trong sơ đồ hình 4-17 : K là phần tử “đảo”; H1 , H2 là các phần tử “hoặc”; V1 , V2 là các phần
tử “và”. Trong thực tế công suất ra của các phần tử lôgic thường nhỏ không đủ để điều khiển cơ cấu
chấp hành nên ở phần cuối thường có thêm bộ khuếch đại để có đủ công suất ra cần thiết .
b/ Ví dụ 2: Cho sơ đồ mạch khống chế có tiếp điểm như hình 4-18, a . Hãy thiết lập sơ đồ khống
chế không tiếp điểm tương đương.
48
RG2
RA
RC
HT
RG1
a
b
c
y
Z
RG2
RN
z
HT
KU
p
c
AD
X
RG1
RN
RG2
p
d
z
Y
P
CN
RC
AD
b
x
e
RN
RN
p
HD
KH
V
U
RG1
RG2
z
y
a
b
Hình 4-18
Giải:
*- Phân tính và ký hiệu các biến:
Các tín hiệu đầu vào gồm:
- a : Rơ le khống chế làm việc tự động RA
- b : Rơ le khống chế chu kỳ làm việc RC
- c : Công tắc hành trình khống chế ăn dao HT
- d : Công tắc hành trình của trạng thái đầu KU
- e : Công tắc hành trình khống chế chạy ngược CN
Các tín hiệu đàu ra:
- Z : Công tắc tơ gia tốc vào dao RG2
- Y : Công tắc tơ gia tốc ra dao RG1
- X : Công tắc tơ khống chế quá trình ăn dao AD
- V : Tín hiệu về trạng thái hộp tốc độ HD
- U : Tín hiệu về trạng thái khớp ly hợp KH
Tín hiệu trung gian:
- P : Rơ le khống chế hành trình ngược RN
Sau khi phân tích và ký hiệu các tín hiệu thay cho các phần tử ta chuyển sơ đồ rơ le sang sơ đồ
tín hiệu và ký hiệu mới cho các phần tử như sơ đồ hình 4-18,b .
*- Thành lập ccông thức cấu trúc: Từ sơ đồ hình 4-18, b ta có công thức cấu trúc các phần tử đầu
ra và trung gian như sau :
f(Z) = a . ( b + z ) .
f(Y) = a . p .
f(X) = a. . c
c . y
d . z
p
49
f(V) = x
f(U) = z + y
f(P) =
b
. ( e + p )
H1
1
V1
a
&
Z
KĐ1
RG2
KH
K1
K2
K3
H2
U
1
KĐ2
KĐ3
KĐ4
V2
&
c
X
AD
HD
K4
K5
V3
&
P
1
e
&
KĐ5
RG1
H3
K6
V34
b
Hình 4-19
Sơ đồ mạch khống chế không tiếp điểm thiết lập được như hình 4-19 . Trong sơ đồ có sử dụng
các bộ khuếch đại KĐ1 KĐ5 để có đủ công suất khống chế công tắc tơ đầu ra .
c/ Sơ đồ rơ le tiếp điểm nối kiểu cầu (loại H l) và công thức cấu trúc của nó:
Trong các sơ đồ khống chế tiếp điểm ta thường gặp 2 cách nối các tiếp điểm, đó là:
- Sơ đồ đấu tiếp điểm loại : Các tiếp điểm mắc nối tiếp hoặc song song . Các sơ đồ này
việc chuyển đổi từ sơ đồ rơ le sang sơ đồ không tiếp điểm tương đối dễ dàng (như đã xét ở phần trên
n) .
- Sơ đồ đấu tiếp điểm loại H: Ta thấy các tiếp điểm mắc theo mạch cầu (hình 4h-20,a ) . Việc
thành lập công thức cấu trúc các phần tử trong sơ đồ này tương đối phức tạp . Trong trường hợp này
ta phải biến đổi sơ đồ về dạng loại tương đương . Để thực hiện các biến đổi này chúng ta có thể
áp dụng biện pháp đơn giản là phần tử đầu tiên hay phần tử cuối cùng . Nội dung của phương pháp
là giữ nguyên phần tử đầu tiên hay cuối cùng rồi thành lập các mạch riêng cung cấp cho các phần tử
đầu ra . Ngoài ra người ta cũng có thể áp dụng phương pháp cắt để biến đổi sơ đồ .
Sau đây ta xét ví dụ việc biến đổi sơ đồ hình 4-20, a . Ta được các sơ đồ tương đương hình 4-
20,b; 4-20,c ; 4-20,d ; 4-20, e . Các sơ đồ này được biến đổi khi áp dụng phương pháp phần tử đầu
tiên (a và d a) hoặc phần tử cuối cùng (b và e b) :
50
a
b
e
a
b
e
a
b
e
X
X
b
X
c
d
c
c
e
c
a
c
c
e
d
a
d
b
d
b
a
b
e
a
b
e
X
d
X
d
d
a
c
d
a
e
e
d
b
c
c
Hình 4-20
Từ các sơ đồ này ta có các công thức cấu trúc của phần tử đầu ra X như sau:
f(X) = a.b + d.e + a.c.e + d.c.b
hoặc f (X) = a.( b+ c.e ) + d.( e +c.b )
hoặc f (X) = b.( a+ d.c ) + e.( d +c.a )
hoặc f (X) = a.b+ d.e + c.( a. e + d.b )
(hình 4h-20,b ) ;
(hình 4h-20,c )
(hình 4h-20,d )
(hình 4h-20,e )
;
;
.
Ta thấy rằng từ một sơ đồ rơ le có thể có nhiều sơ đồ tương đương phụ thuộc vào phương pháp biến
đổi .T
4.3.3- TỔNG HỢP MẠCH TĐKC KHÔNG TIẾP ĐIỂM TỪ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
Trong lý thuyết thiết bị rơ le, việc tổng hợp mạch điện TĐKC nói chung và mạch TĐKC không
tiếp điểm nói riêng là xây dựng cấu trúc các thiết bị rơ le hoặc các phần tử lôgic theo những yêu cầu
cho trước của quá trình công nghệ .
Quá trình tổng hợp mạch được thực hiện theo hai bước:
-Chuyển tất cả các thao tác từ điều kiện làm việc bằng thuyết minh đến cách mô tả nó bằng
các trạng thái.
-Từ các trạng thái này ta tiến hành xây dựng cấu trúc thiết bị rơ le thực hiện bằng các rơ le
hoặc các phần tử lôgic không tiếp điểm .
Thường thì khi thiết kế các sơ đồ khống chế không tiếp điểm để khống chế các máy công nghiệp
thì bước đầu tiên là thành lập công thức cấu trúc (biểu thức đại số b) cho sơ đồ khống chế từ quá
trình công nghệ . Bước tiếp theo là dùng đại số lôgic để đơn giản công thức cấu trúc để có sơ đồ với
số phần tử ít nhất và cuối cùng xây dựng mạch điện dựa theo công thức cấu trúc tìm được .
Việc tổng hợp sơ đồ cấu trúc có thể thực hiện theo các phương pháp sau:
51
1- Tổng hợp sơ đồ dựa vào bảng chuyển tiếp và biểu đồ Cac -nô .
2- Tổng hợp mạch điện dựa vào bảng đóng - cắt .
3- Tổng hợp mạch điện nhờ biểu đồ chu trình .
Hai phương pháp đầu sử dụng thuận tiện khi sơ đồ có số biến đầu vào ít (không lớn hơn 5 k 6 )
. Trong một số trường hợp người ta sử dụng các thiết bị chuyên dùng để tổng hợp sơ đồ với cấu trúc
tối ưu .
4.3.3.1- Tổng hợp mạch điện dựa vào biểu đồ chu trình
A/ Khái niệm về biểu đồ chu trình
Biểu đồ chu trình là đồ thị biểu diễn trình tự làm việc của các phần tử riêng biệt trong sơ đồ theo
gian . Sự làm việc của các phần tử tác động rời rạc trong sơ đồ khống chế tự động được đặc trưng
bằng sự xuất hiện hay mất đi của tín hiệu .
Trên biểu đồ:
- Phần làm việc của phần tử và sự có mặt của tín hiệu tương ứng được biểu diễn bằng đoạn
thẳng nằm ngang .
- Đường đậm ký hiệu tín hiệu chỉ huy và phần tử chấp hành .
- Đường nét mảnh ký hiệu phần tử trung gian phụ
- Góc bên trái đoạn thẳng biểu diễn sự làm việc của phần tử ghi tên phần tử . Ví dụ:
X
- Trình tự làm việc của các phần tử được xác định nhờ vị trí điểm đầu của đoạn thẳng biểu
diễn quá trình làm việc của nó trên biểu đồ .
- Trong biểu đồ không ghi tỉ lệ vì không chú ý đến thời gian làm việc .
- Trong biểu đồ ta biểu diễn sự thay đổi trạng thái của phần tử và có thể còn biểu diễn cả thời
gian tác động riêng . Tác động của phần tử này lên phần tử khác được biểu diễn bằng một mũi tên
theo hướng tác động trên biểu đồ . Ví dụ:
chu kỳ ấn nút
khởi động
thời gian tác động
riêng khi cắt
X tác động khi xuất hiện tín hiệu a
X ngừng tác động khi xuất hiện tín hiệu b
a
X
chu kỳ ấn nút
dừng
thời gian tác động
riêng khi đóng
Hình 4-21
B/ Thành lập biểu thức đại số theo biểu đồ chu trình
a/ Điều kiện “ làm việc “ và “ không làm việc “:
Như đã biết, biểu thức đại số hay công thức cấu trúc mô tả sơ đồ khống chế, xác định hàm lôgic
cho các phần tử chấp hành, trung gian , ...
Các điều kiện gây nên sự thay đổi trạng thái của phần tử xuất hiện trong chu kỳ đóng của phần
tử được gọi là điều kiện “ làm việc “ và “ không làm việc “ . Điều kiện “làm việc” là điều kiện làm
xuất hiện tín hiệu của phần tử đầu ra hay trung gian và được biểu diễn dạng công thức là: f’ . Điều
kiện “không làm việc" là điều kiện làm mất tín hiệu của phần tử đầu ra hay trung gian và được biểu
diễn dạng công thức là: f”. Kết hợp lại, đối với phần tử đầu ra X nào đó, ta có:
X = f’. f"
Ví dụ: Ta có biểu đồ chu trình hình 4-22 , thành lập công thức cấu trúc cho phần tử đầu ra X:
52
a
Hình 4-22
X
b
Điều kiện “ làm việc “ của phần tử X là sự xuất hiện tín hiệu a, điều kiện “ không làm việc “ là
sự mất đi của tín hiệu b . Tức là: f’ = a ; f” =
Vậy công thức cấu trúc sẽ là:
b
X = f’. f" = a .
b
= a . b
Đối với các sơ đồ mà một phần tử chấp hành hay trung gian có một số chu kỳ đóng và cắt thì
điều kiện “ làm việc “ và “ không làm việc “ có thể thành lập cho mỗi chu kỳ . Khi đó ta ký hiệu
f’1, f”1 ; f’2 ,f”2 ; ... Trường hợp tổng quát có n chu kỳ thì:
X = f’1 . f"1 + f’2 . f"2 + ... + f’n . f"n
Nếu chỉ có các phần tử cơ bản nhiều trường hợp hệ không làm việc được, trong những trường
hợp đó ta phải đưa ra các phần tử trung gian . Để xác định số phần tử trung gian cần thiêt ta tiến
hành kiểm tra biểu đồ . Quá trình kiểm tra được thực hiện riêng biệt cho mỗi chu kỳ đóng .
b/ Kiểm tra công thức cấu trúc:
*-Kiểm tra thứ nhất:
Đây là kiểm tra điều kiện “ làm việc “ f’ . Nếu trong chu kỳ đóng của phần tử mà điều kiện này
không thay đổi thì điều kiện “ làm việc “ cho chu kỳ đóng là đầy đủ . Nếu hàm f’ thay đổi giá trị một
hoặc một số lần trong thời gian chu kỳ đóng của phần tử thì điều kiện “ làm việc “ chưa đầy đủ và ta
phải đưa thêm phần tử phụ p’. Sự thay đổi trạng thái của p’ dẫn đến sự thay đổi của f’ . Nếu đường
biểu diễn f’ và p’ trùng nhau thì chúng sẽ tạo thành một đoạn thẳng tồn tại liên tục trong chu kỳ
đóng của phần tử khảo sát . Một phần tử trung gian phụ thường hay sử dụng là “ mối liên động “ .
Về mặt công thức thì phần tử phụ p’ được phối hợp với điều kiện “ làm việc “ f’ ban đầu ở dạng
tổng vì nó có mặt trong chu kỳ đóng . Công thức cấu trúc của phần tử đầu ra X (theo hình 4t-22 ) khi
có phần tử phụ p’ sẽ là:
X = (f’ + p’) . f" = (a + p’) . b
Khi sử dụng mối liên động ta có
X = (f’ + x) . f" = (a + x) . b
*- Kiểm tra thứ hai:
Khi phân tích điều kiện “ không làm việc “ trong chu kỳ đóng, nếu f” không thay đổi trạng thái
trong chu kỳ này thì điều kiện “ không làm việc “ (điều kiện cắt ®) là đầy đủ . Nếu f” thay đổi trạng
thái trong chu kỳ này thì điều kiện “ không làm việc “ (điều kiện cắt ®) là chưa đầy đủ và ta phải
dẫn ra phần tử phụ p” . Trong trường hợp có p” thì điều kiện “ không làm việc sẽ là:
f" p" = f” . p"
*- Kiểm tra thứ ba:
Với mục đích đảm bảo chắc chắn rằng sau khi cắt phần tử không có khả năng tự đóng lặp lại lần
nữa ta cần kiểm tra các số hạng của tích f’.f”; (f’ + p’).f" ; f’ . p’.f" ; (f’ + p’).f". p” ; ... .Sử dụng
đại số lôgic đưa các công thức này về dạng chuẩn . Nếu tất cả các số hạng của tổ hợp tín hiệu và
53
nghịch đảo của chúng không gặp trong chu kỳ cắt thì công thức cấu trúc là đủ . Trường hợp, nếu
trong các tổ hợp mà có một tổ hợp gặp trong chu kỳ cắt thì cần phải đưa ra phần tử phụ p’’’ .
Sau khi tiến hành đầy đủ ba kiểm tra trên ta được công thức cấu trúc đầy đủ của phần tử . Dựa
theo công thức này hoặc công thức biến đổi rút gọn từ công thức này ta thiết lập được sơ đồ mạch
điện khống chế gián đoạn dạng không tiếp điểm hoặc có tiếp điểm tương đương .
Chú ý: Khi cơ cấu có một số chu kỳ làm việc thì ta thực hiện theo trình tự sau:
1- Thành lập biểu đồ làm việc cho tất cả các phần tử trong mỗi một chu kỳ .
2- Từ biểu đồ chu trình cho một chu kỳ ta thành lập công thức cấu trúc . Thực hiện ba kiểm
tra đã nêu và đưa ra công thức đã được hiệu chỉnh .
3- Thực hiện thêm một kiểm tra thứ tư để xác định tổ hợp các biến số giống nhau không gặp
ở các biểu đồ khác . Nếu có trường hợp tổ hợp các biến số giống nhau gặp ở biểu đồ (chu kỳ c) khác
nhau thì phải đưa thêm phần tử phụ để loại bỏ điều này .
4.3.3.2- Tổng hợp mạch điện theo điều kiện làm việc của máy
Trong trường hợp chỉ cho biết điều kiện làm việc của máy thì việc tổng hợp mạch điện phải tiến
hành theo một số bước: Bước cơ bản ban đầu là phân tích điều kiện làm việc để xây dựng biểu đồ
chu trình; Bước tiếp theo là từ biểu đồ chu trình ta tiến hành thành lập công thức cấu trúc rồi tiến
hành các kiểm tra như đã nêu để hiệu chỉnh công thức và cuối cùng là xây dựng mạch TĐKC có
hoặc không tiếp điểm theo yêu cầu .
Để xây dựng biểu đồ chu trình ta dựa vào quá trình công nghệ để mô tả, chỉ ra trạng thái của cơ
cấu và trình tự chuyển tiếp từ trạng thái này sang trạng thái khác, các phần tử chấp hành, chỉ huy của
sơ đồ điều khiển và ký hiệu chúng bằng các chữ cái .
Thực chất của công việc đã nêu là xác định trình tự xuất hiện hay mất của tín hiệu . Khi thiết lập
ta phải chú ý đến tất cả các yêu cầu công nghệ và điều kiện làm việc . Để làm rõ ta xét ví dụ tổng
hợp sơ đồ điều khiển chuyển động của xà ngang trên máy bào giường:
*- Phân tích công nghệ:
Chuyển động của xà bào gồm hai chu kỳ: Nới lỏng xà để di chuyển và khi đến vị trí xác định thì
kẹp chặt xà .
*- Ký hiệu tín hiệu
+ Tín hiệu chỉ huy:
a : Tín hiệu nút ấn nâng xà .
b : Tín hiệu nút ấn hạ xà .
c : Tín hiệu về công tắc điểm cuối .
d : Tín hiệu về đát tríc dòng điện .
+ Tín hiệu đầu ra từ phần tử chấp hành:
X : Tín hiệu nâng xà .
Y : Tín hiệu hạ xà .
V : Tín hiệu kẹp xà .
U : Tín hiệu nới xà .
Trạng thái bình thường là xà được kẹp chặt trên trụ, công tắc điểm cuối c kín (mức 1 m) . Khi ấn
nút nâng xà ( a = 1 ) thì dẫn đến U = 1 và động cơ được cấp điện và thực hiện nới xà, chú ý trạng
thái nới xà chỉ có khi c = 1 . Khi xà được nới lỏng thì c = 0 , dẫn đến ngừng truyền động nới xà
(U=0) và bắt đầu truyền động nâng xà (X=1) (trường hợp hạ xà t, khi ấn nút hạ xà b =1 , thì Y =1 ) .
Khi xà đến vị trí xác định thì ta nhả nút ấn a = 0 (hoặc b h = 0 khi hạ xà) , xà dừng lại, X = 0 (hoặc
Yh = 0 ) , đồng thời V = 1 và hệ thống chuyển sang thực hiện quá trình kẹp xà . Khi xà được kẹp đủ
54
độ chặt cần thiết thì động cơ bị quá dòng và đát tríc dòng điện d tác động (mất d m) và c = 1 và V =
0 , động cơ được cắt điện hệ thống trở lại trạng thái ban đầu . Trình tự xuất hiện và mất của các tín
hiệu có thể được biểu diễn như sau:
X1
U0
V0
c1
a1 – U1 – c0
a0 – X0 – V1 – d0 –
Y1
U0
V0
c1
b1 – U1 – c0
b0 – Y0 – V1 – d0 –
Từ mô tả trên ta có biểu đồ chu trình cho hai chu kỳ nâng và hạ xà như hình 4-23 :
a
b
U
c
X
V
Y
d
Hình 4-23
Từ biểu đồ này ta có thể thành lập được công thức cấu trúc và thiết lập được mạch điện khống
chế . Quá trình thành lập, kiểm tra và hiệu chỉnh công thức tiến hành như đã nêu ở phần trước .
55
15 trang
17500
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Tự động khống chế và PLC - Chương 4: Tổng hợp tự động khống chế không tiếp điểm", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_tu_dong_khong_che_va_plc_chuong_4_tong_hop_tu_don.doc
