Giáo trình:
điều khiển lập trình


Chương 1: lý thuyết cơ sở
Chương 2: Một số ứng dụng mạch logic
trong điều khiển
Chương 3: Lý luận chung về điều khiển
logic lập trình PLC
Chương 4: Bộ điều khiển PLC - CPM1A
Chương 5: Bộ điều khiển PLC - S5 (Siemen)
Chương 6: Bộ điều khiển PLC - S7-200
Chương 7: Bộ điều khiển PLC - S7-300
Chương 8: CáC ứNG DụNG TRONG CN
Next
Các chương
Chương 1: lý thuyết cơ sở

1.1. Những khái niệm cơ bản
1.2. Các phương pháp biểu diễn hàm logic
1.3. Các phương pháp tối thiểu hoá hàn logic
1.4. Các hệ mạch logic
1.5.Grafcet để mô tả mạch trình tự trong
công nghiệp

Next
Nội dung C1
Back

1.1. Những khái niệm cơ bản

1.1.1. Khái niệm về logic hai trạng thái
1.1.2. Các hàm logic cơ bản
1.1.3. Các phép tính cơ bản
1.1.4. Tính chất và một số hệ thức cơ
bản

Next
C1 T1
Back
điều khiển lập trình
Chương 1: Lí Thuyết Cơ Sơ
1.1. Những khái niệm cơ bản
1.1.1. Khái niệm về logic hai trạng thái
Trong cuộc sống các sự vật và hiện tượng thể ở hai trạng thái như: sạch và bẩn, đắt và rẻ, giỏi và dốt, tốt và xấu...
Trong kỹ thuật có khái niệm về hai trạng thái: đóng và cắt như đóng điện và cắt điện, đóng máy và ngừng máy...

Next
C1 T1
Back

Trong toán học ta dùng hai giá trị: 0 và 1, ta gọi các giá trị 0 hoặc 1 đó là các giá trị logic.
Các nhà bác học đã xây dựng các cơ sở toán học để tính toán các hàm và các biến chỉ lấy hai giá trị 0 và 1 này, hàm và biến đó được gọi là hàm và biến logic, cơ sở toán học để tính toán hàm và biến logic gọi là đại số logic cũng có tên là đại số Boole.
Next
C1 T1
Back
1.1.2. Các hàm logic cơ bản
Một hàm với các biến x1, x2, ... xn chỉ nhận hai giá trị: 0 hoặc 1 và hàm y cũng chỉ nhận hai giá trị: 0 hoặc 1 thì gọi là hàm logic.
1.1.2.1. Hàm logic một biến:
Với biến x sẽ nhận hai giá trị: 0 hoặc 1, nên hàm y có 4 khả năng hay thường gọi là 4 hàm y0, y1, y2, y3.
Các khả năng và các ký hiệu mạch rơle và điện tử của hàm một biến như trong bảng 1.1.
Next
C1 T1
Back
.
Next
Back
C1 T1
1.1.2.2. Hàm logic hai biến
Với hai biến logic x1, x2, mỗi biến nhận hai giá trị 0 và 1, như vậy có 16 tổ hợp logic tạo thành 16 hàm. Các hàm này được thể hiện trên bảng1.2.
Next
Back
C1 T1

Next
Back
C1 T1


Next
Back
C1 T1

Next
Back
C1 T1
Next
Back
C1 T1
1.1.2.3. Hàm logic n biến
Với hàm logic n biến, mỗi biến nhận một trong hai giá trị 0 hoặc 1 nên ta có 2n tổ hợp biến, mỗi tổ hợp biến lại nhận hai giá trị 0 hoặc 1, do vậy số hàm logic tổng là:

Ta thấy:
1 biến có 4 khả năng tạo hàm,
2 biến có 16 khả năng tạo hàm,
thì 3 biến có 256 khả năng tạo hàm,
như vậy, khi số biến tăng thì số hàm có khả năng tạo thành rất lớn
Next
Back
C1 T1
1.1.3. Các phép tính cơ bản

Phép phủ định (đảo):
ký hiệu bằng dấu "-" phía trên ký hiệu của biến.
Phép cộng (tuyển):
ký hiệu bằng dấu "+" (song song)
Phép nhân (hội):
ký hiệu bằng dấu "." (nối tiếp).
Next
Back
C1 T1
1.1.4. Tính chất và một số hệ thức cơ bản
1.1.4.1. Các tính chất
Tính chất của đại số logic được thể hiện ở bốn luật cơ bản là:
+ luật hoán vị,
+ luật kết hợp,
+ luật phân phối
+ luật nghịch đảo.
Next
Back
C1 T1
+ luật hoán vị


+ luật kết hợp


+ luật phân phối


Kiểm tra tính đúng đắn của luật phân phối
Next
Back
C1 T1
Next
Back
C1 T1
Next
Back
C1 T1
+ Luật nghịch đảo tổng quát:
(định lý De Morgan)

Next
Back
C1 T1
1.1.4.2. Các hệ thức cơ bản
Một số hệ thức cơ bản thường dùng trong đại số logic được cho ở bảng 1.5:

Next
Back
C1 HếtT1

1.2. Các phương pháp biểu diễn hàm logic

1.2.1. Phương pháp biểu diễn bằng
bảng trạng thái
1.2.2. Phương pháp biểu diễn hình học
1.2.3. Phương pháp biểu diễn bằng biểu
thức đại số
1.2.4. Phương pháp biểu diễn bằng bìa
Karnaugh

Next
C1 T2
Back
Next
Back
C1 T2
1.2.2.Phương pháp biểu diễn hình học
+ Hàm n biến được biểu diễn trong không gian n chiều,
+ tổ hợp biến được biểu diễn thành một điểm trong không gian.
+ Phương pháp này rất phức tạp khi số biến lớn nên ít dùng.
Next
Back
C1 T2
1.2.3. Biểu diễn bằng biểu thức đại số
Một hàm logic n biến bất kỳ bao giờ cũng có thể biểu diễn thành các hàm tổng chuẩn đầy đủ và tích chuẩn đầy đủ.
+ Hàm tổng chuẩn là hàm chưa tổng các tích mà mỗi tích có đủ tất cả các biến của hàm.
Ví dụ:
+ Hàm tích chuẩn là hàm chưa tích các tổng mà mỗi tổng đều có đủ tất cả các biến của hàm.
Ví dụ:
Next
Back
C1 T2
1.2.4. Biểu diễn bằng bảng Karnaugh (bìa canô)
Nguyên tắc xây dựng bảng Karnaugh là:
Để biểu diễn hàm logic n biến cần thành lập một bảng có 2n ô, mỗi ô tương ứng với một tổ hợp biến. Đánh số thứ tự các ô trong bảng tương ứng với thứ tự các tổ hợp biến.
Các ô cạnh nhau hoặc đối xứng nhau chỉ cho phép khác nhau về giá trị của 1 biến.
Trong các ô ghi giá trị của hàm tương ứng với giá trị tổ hợp biến.
Next
Back
C1 T2
Ví dụ : bảng Karnaugh cho hàm ba biến trên như bảng 1.7 sau:



Next
Back
C1 Hết T2
1.3. Các phương pháp tối thiểu hoá hàm logic
Phải quan tâm đến vấn đề tối thiểu hoá hàm logic. Bởi vì:
+ Cùng một giá trị hàm logic có thể có nhiều hàm khác nhau, nhiều cách biểu diễn khác nhau,
+ Nhưng chỉ tồn tại một cách biểu diễn gọn nhất, tối ưu về số biến và số số hạng hay thừa số được gọi là dạng tối thiểu.
Tối thiểu hoá hàm logic mang ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật lớn.
Next
Back
C1 T3
Ví dụ: Hai sơ đồ hình 1.3 đều có chức năng như nhau.






Có hai nhóm phương pháp là:
Phương pháp biến đổi đại số
Phương pháp dùng thuật toán.
Next
Back
C1 T3
1.3.1.Phương pháp tối thiểu hoá hàm logic bằng
biến đổi đại số
ở phương pháp này ta phải dựa vào các tính chất và các hệ thức cơ bản của đại số logic để thực hiện tối giản các hàm logic. Nhưng do tính trực quan của phương pháp nên nhiều khi kết quả đưa ra vẫn không khẳng định rõ được là đã tối thiểu hay chưa. Như vậy, đây không phải là phương pháp chặt chẽ để cho phép tự động hoá quá trình tối thiểu hoá.
Ví dụ: cho hàm:
Next
Back
C1 T3
1.3.2.Phương pháp tối thiểu hoá hàm logic dùng
thuật toán
Phương pháp dùng bảng Karnaugh: Đây là phương pháp thông dụng và đơn giản nhất, nhưng chỉ tiến hành được với hệ có số biến.
Phương pháp Quine Mc. Cluskey: Đây là phương pháp có tính tổng quát, cho phép tối thiểu hoá mọi hàm logic với số lượng biến vào lớn
Next
Back
C1 Hết T3
1.4. Các hệ mạch logic
Các phép toán và định lý của đại số Boole giúp cho thao tác các biểu thức logic. Trong kỹ thuật thực tế là bằng cách nối cổng logic của các mạch logic với nhau (theo kết cấu đã tối giản nếu có).
Để thực hiện một bài toán điều khiển phức tạp, số mạch logic sẽ phụ thuộc vào số lượng đầu vào và cách giải quyết bằng loại mạch logic nào, sử dụng các phép toán hay định lý nào. Đây là một bài toán tối ưu nhiều khi có không chỉ một lời giải.
Next
Back
C1 T3
C1 T4
Tuỳ theo loại mạch logic mà việc giải các bài toán có những phương pháp khác nhau. Về cơ bản các mạch logic được chia làm hai loại:
+ Mạch logic tổ hợp
+ Mạch logic trình tự.

1.4.1.Mạch logic tổ hợp
Mạch logic tổ hợp là mạch mà đầu ra tại bất kỳ thời điểm nào chỉ phụ thuộc tổ hợp các trạng thái của đầu vào ở thời điểm đó.

Next
Back
C1 T3
C1 T4
Như vậy, mạch không
có phần tử nhớ. Theo
quan điểm điều khiển
thì mạch tổ hợp là
mạch hở, hệ không
có phản hồi, nghĩa là
trạng thái đóng mở
của các phần tử trong mạch hoàn toàn không bị ảnh hưởng của trạng thái tín hiệu đầu ra.
Sơ đồ mạch logic tổ hợp như hình 1.4
Next
Back
C1 T3
C1 T4
.
.
.
.
.
.

Với mạch logic tổ hợp tồn tại hai loại bài toán là bài toán phân tích và bài toán tổng hợp.

+ Bài toán phân tích có nhiệm vụ là từ mạch tổ hợp đã có, mô tả hoạt động và viết các hàm logic của các đầu ra theo các biến đầu vào và nếu cần có thể xét tới việc tối thiểu hoá mạch.
Next
Back
C1 T3
C1 T4
+ Bài toán tổng hợp thực chất là thiết kế mạch tổ hợp. Nhiệm vụ chính là thiết kế được mạch tổ hợp thoả mãn yêu cầu kỹ thuật nhưng mạch phải tối giản. Bài toán tổng hợp là bài toán phức tạp, vì ngoài các yêu cầu về chức năng logic, việc tổng hợp mạch còn phụ thuộc vào việc sử dụng các phần tử, chẳng hạn như phần tử là loại: rơle - công tắc tơ, loại phần tử khí nén hay loại phần tử là bán dẫn vi mạch...
Với mỗi loại phần tử logic được sử dụng thì ngoài nguyên lý chung về mạch logic còn đòi hỏi phải bổ sung những nguyên tắc riêng lúc tổng hợp và thiết kế hệ thống.
Next
Back
C1 T3
C1 T4
Ví dụ về mạch logic tổ hợp
Next
Back
C1 T3
C1 T4
x1
x3
x2
x1
x2
x3
1.4.2.Mạch logic trình tự
Mạch trình tự hay còn gọi là mạch dãy (sequential circuits) là mạch trong đó trạng thái của tín hiệu ra không những phụ thuộc tín hiệu vào mà còn phụ thuộc cả trình tự tác động của tín hiệu vào, nghĩa là có nhớ các trạng thái.
Như vậy, về mặt thiết bị thì ở mạch trình tự không những chỉ có các phần tử đóng mở mà còn có cả các phần tử nhớ.
Sơ đồ nguyên lý mạch logic trình tự như hình 1.6
Next
Back
C1 T3
C1 T4
Xét mạch logic trình
tự như hình 1.7. Ta
xét hoạt động của
mạch khi thay đổi
trạng thái đóng mở
của x1 và x2.

Biểu đồ hình 1.7b mô tả hoạt động của mạch, trong biểu đồ các nét đậm biểu hiện tín hiệu có giá trị 1, còn nét mảnh biểu hiện tín hiệu có giá trị 0.

Next
Back
C1 T3
C1 T4
Từ biểu đồ hình 1.7b ta thấy, trạng thái
chỉ đạt được khi thao tác theo trình tự , tiếp theo . Nếu cho trước, sau đó cho
thì cả y và z đều không thể bằng 1.








Với mạch logic trình tự ta cũng có bài toán phân tích và bài toán tổng hợp.
Next
Back
C1 T3
C1 Hết T4

1.5. Grafcet để mô tả mạch trình tự trong
công nghiệp
1.5.1. Định nghĩa Grafcet
1.5.2. Một số ký hiệu trong Grafcet
1.5.3. Cách xây dựng mạng Grafcet


Next
C1 T5
Back
1.5.1. Định nghĩa Grafcet
Grafcet là từ viết tắt của tiếng Pháp "Graphe fonctionnel de commande étape transition" (chuỗi chức năng điều khiển giai đoạn - chuyển tiếp), do hai cơ quan AFCET (Liên hợp Pháp về tin học, kinh tế và kỹ thuật) và ADEPA (tổ chức nhà nước về phát triển nền sản xuất tự động hoá) hợp tác soạn thảo tháng 11/1982 được đăng ký ở tổ chức tiêu chuẩn hoá Pháp.
Next
Back
C1 T5
Như vậy, mạng grafcet đã được tiêu chuẩn hoá và được công nhận là một ngôn ngữ thích hợp cho việc mô tả hoạt động dãy của quá trình tự động hoá trong sản xuất.
Mạng grafcet mô tả thành chuỗi các giai đoạn trong chu trình sản xuất. Mạng grafcet cho một quá trình sản xuất là một hình khép kín từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối và từ trạng thái cuối về trạng thái đầu.

Next
Back
C1 T5
1.5.2.Một số ký hiệu trong grafce
Một trạng thái (giai đoạn) được biểu diễn bằng một hình vuông có đánh số thứ tự chỉ trạng thái. Gắn liền với biểu tượng trạng thái là một hình chữ nhật bên cạnh, trong hình chữ nhật này có ghi các tác động của trạng thái đó hình 1.8a và b. Một trạng thái có thể tương ứng với một hoặc nhiều hành động của quá trình sản xuất.
Trạng thái khởi động được thể hiện bằng 2 hình vuông lồng vào nhau, thứ tự thường là 1 như hình 1.18c

Next
Back
C1 T5
Trạng thái hoạt động (tích cực) có thêm dấu "." ở trong hình vuông trạng thái hình 1.8d.
Next
Back
C1 T5
Việc chuyển tiếp từ trạng thái này sang trạng thái khác chỉ có thể được thực hiện khi các điều kiện chuyển tiếp được thoả mãn.
Chẳng hạn, việc chuyển tiếp giữa các trạng thái 3 và 4 hình 1.9a được thực hiện khi tác động lên biến b,
chuyển tiếp giữa trạng thái 5 và 6 được thực hiện ở sườn tăng của biến c hình 1.9b,
ở hình 1.9c là tác động ở sườn giảm của biến d.
Next
Back
C1 T5
Chuyển tiếp giữa trạng thái 9 và 10 hình 1.9d sẽ xảy ra sau 2s kể từ khi có tác động cuối cùng của trạng thái 9 được thực hiện
Next
Back
C1 T5
Ký hiệu phân nhánh như hình 1.10: Có hai loại là rẽ nhánh và song song.
Sơ đồ rẽ nhánh là phần sơ đồ có hai điều kiện liên hệ giữa ba trạng thái như hình 1.10a và b.
Sơ đồ song song là sơ đồ chỉ có một điều kiện liên hệ giữa 3 trạng thái như hình 1.10c và d.
ở hình 1.10a, khi trạng thái 1 đang hoạt động, nếu chuyển tiếp t12 thoả mãn thì trạng thái 2 hoạt động; nếu chuyển tiếp t13 thoả mãn thì trạng thái 3 hoạt động.
Next
Back
C1 T5
ở hình 1.10b nếu trạng thái 7 đang hoạt động và có t79 thì trạng thái 9 hoạt động, nếu trạng thái 8 đang hoạt động và có t89 thì trạng thái 9 hoạt động.
ở hình 1.10c nếu trạng thái 1 đang hoạt động và có t123 thì trạng thái 2 và 3 đồng thời hoạt động.
ở hình 1.10d nếu trạng thái 7 và 8 đang cùng hoạt động và có t789 thì trạng thái 9 hoạt động.
Next
Back
C1 T5
Next
Back
C1 T5
Ký hiệu bước nhảy như hình 1.11.
+ Khi trạng thái 2 đang hoạt động nếu có điều kiện a thì quá trình sẽ chuyển hoạt động từ trạng thái 2 sang trạng thái 5 bỏ qua các trạng thái trung gian 3 và 4, nếu điều kiện a không được thoả mãn thì quá trình chuyển tiếp theo trình tự 2, 3, 4, 5.
+ Hình 1.11b khi trạng thái 8 đang hoạt động nếu thoả mãn điều kiện f thì quá trình chuyển sang trạng thái 9, nếu không thoả mãn điều kiện 8 thì quá trình quay lại trạng 7.
Next
Back
C1 T5
Next
Back
C1 T5
1.5.3.Cách xây dựng mạng grafcet
Để xây dựng mạng grafcet cho một quá trình nào đó thì ta phải:
+ Mô tả mọi hành vi tự động bao gồm các giai đoạn và các điều kiện chuyển tiếp,
+ Lựa chọn các dẫn động và các cảm biến rồi mô tả chúng bằng các ký hiệu,
+ Sau đó kết nối chúng lại theo cách mô tả của grafcet.
Next
Back
C1 T5
Ví dụ: để kẹp chặt chi tiết c và khoan trên đó một lỗ hình 1.12 thì trước tiên người điều khiển ấn nút khởi động d để khởi động chu trình công nghệ tự động, quá trình bắt đầu từ giai đoạn 1:

+ Giai đoạn S1: píttông A chuyển động theo chiều A+ để kẹp chặt chi tiết c. Khi lực kẹp đạt yêu cầu được xác định bởi cảm biến áp suất a1 thì chuyển sang giai đoạn 2.

Next
Back
C1 T5
Next
Back
C1 T5
+ Giai đoạn S2: đầu khoan B đi xuống theo chiều B+ và mũi khoan quay theo chiều R thì quá trình chuyển sang giai đoạn 3.
+ Giai đoạn S3: khi khoan đủ sâu, xác định bằng nút b1 thì kết thúc động tác khoan và mũi khoan đi lên theo chiều B- và ngừng quay. Khi mũi khoan lên đủ cao, xác định bằng b0 thì khoan dừng và chuyển sang giai đoạn 4.
+ Giai đoạn S4: píttông A trở về theo chiều A- nới lỏng chi tiết, vị trí trở về được xác định bởi a0, khi đó píttông ngừng chuyển động, kết thúc một chu kỳ gia công.

Next
Back
C1 T5
Mạng Grafcet
như hình 1.13
Next
Back
C1 T5
1.5.4. Phân tích mạng grafcet
1.5.4.1.Qui tắc vượt qua, chuyển tiếp
Một trạng thái trước chỉ chuyển tiếp sang trạng thái sau khi nó đang hoạt động (tích cực) và có đủ điều kiện chuyển tiếp.
Khi quá trình đã chuyển tiếp sang trạng thái sau thì giai đoạn sau hoạt động (tích cực) và sẽ khử bỏ hoạt động của trạng thái trước đó (giai đoạn trước hết tích cực).
Next
Back
C1 T5
Với các điều kiện hoạt động như trên thì có nhiều khi sơ đồ không hoạt động được hoặc hoạt động không tốt.
Người ta gọi:
+ Sơ đồ không hoạt động được là sơ đồ có nhánh chết. (Sơ đồ có nhánh chế có thể vẫn hoạt động nếu như không đi vào nhánh chết).
+ Sơ đồ không sạch là sơ đồ mà tại một vị trí nào đó được phát lệnh hai lần.
Next
Back
C1 T5
Ví dụ 1: (sơ đồ có nhánh chết, sơ đồ sạch và sơ đồ không sạch)
Sơ đồ hình 1.14 là sơ đồ có nhánh chết. Sơ đồ này không thể làm việc được do S2 và S4 không thể cùng tích cực vì giả sử hệ đang ở trạng thái ban đầu S0 nếu có điều kiện 3 thì S0 hết tích cực và chuyển sang S3 tích cực. Sau đó nếu có điều kiện 4 thì S3 hết tích cực và S4 tích cực.
Nếu lúc này có điều kiện 1 thì S1 cũng không thể tích cực được vì S0 đã hết tích cực. Do đó không bao giờ S2 tích cực được nữa mà để S5 tích cực thì phải có S2 và S4 tích cực kèm điều kiện 5 như vậy hệ sẽ nằm im ở vị trí S4.
Next
Back
C1 T5








Next
Back
C1 T5
Next
Back
C1 T5
1.5.4.2. Phân tích mạng grafcet
Như phân tích ở trên thì nhiều khi mạng grafcet không hoạt động được hoặc hoạt động không tốt. Nhưng đối với các mạng không hoạt động được hoặc hoạt động không tốt vẫn có thể làm việc được nếu như không đi vào nhánh chết. Trong thực tế sản xuất một hệ thống có thể đang hoạt động rất tốt, nhưng nếu vì lý do nào đó mà hệ thống phải thay đổi chế độ làm việc (do sự cố từng phần hoặc do thay đổi công nghệ...) thì có thể hệ thống sẽ không hoạt động được nếu đó là nhánh chết.
Next
Back
C1 T5
Với cách phân tích sơ đồ như trên thì khó đánh giá được các mạng có độ phức tạp lớn. Do đó ta phải xét một cách phân tích mạng grafcet là dùng phương pháp giản đồ điểm.
Để thành lập giản đồ điểm ta đi theo các bước sau:
+ Vẽ một ô đầu tiên cho giản đồ điểm, ghi số 0. Xuất phát từ giai đoạn đầu trên grafcet được coi là đang tích cực, giai đoạn này đang có dấu "*", khi có một điều kiện được thực hiện, sẽ có các giai đoạn mới được tích cực thì:
- Đánh dấu "*" vào các giai đoạn vừa được tích cực trên grafcet.
Next
Back
C1 T5
- Xoá dấu "*" ở giai đoạn hết tích cực trên grafcet.
- Tạo một ô mới trên giản đồ điểm sau điều kiện vừa thực hiện.
- Ghi hết các giai đoạn tích cực của hệ (có dấu "*") vào ô mới vừa tạo.
+ Từ các ô đã thành lập khi một điều kiện nào đó lại được thực hiện thì các giai đoạn tích cực lại được chuyển đổi, ta lại lặp lại bốn bước nhỏ trên.
+ Quá trình cứ như vậy tiếp tục, ta có thể vẽ hoàn thiện được giản đồ điểm (sơ đồ tạo thành mạch liên tục, sau khi kết thúc lại trở về điểm xuất phát) hoặc không vẽ hoàn thiện được.
Next
Back
C1 T5
Nhìn vào giản đồ điểm ta sẽ có các kết luận sau:
- Nếu trong quá trình vẽ đến giai đoạn nào đó không thể vẽ tiếp được nữa (không hoàn thiện sơ đồ) thì sơ đồ đó là sơ đồ có nhánh chết,
- Nếu vẽ được hết mà ở vị trí nào đó có các điểm làm việc cùng tên thì là sơ đồ không sạch
- Nếu vẽ được hết và không có vị trí nào có các điểm làm việc cùng tên thì là sơ đồ làm việc tốt, sơ đồ sạch.
Next
Back
C1 T5
Ví dụ 1: Vẽ giản đồ điểm cho sơ đồ sạch hình 1.17a.
Next
Back
C1 T5
Ví dụ 2: Vẽ giản đồ điểm cho sơ đồ có nhánh chết hình 1.14 được giản đồ hình 1.18
Next
Back
C1 T5
Ví dụ 3: Giản đồ điểm sơ đồ không sạch hình 1.5
Chương 2
Back
Hết C1 T5
Chương 2
Một số ứng dụng mạch logic trong điều khiển
2.1. Các thiết bị điều khiển
2.2. Các sơ đồ khống chế động cơ rôto
lồng sóc
2.3. Các sơ đồ khống chế động cơ
không đồng bộ rôto dây quấn
2.4. Khống chế động cơ một chiều
Next
Back
Nội dung C2
2.1. Các thiết bị điều khiển
2.1.1. Các nguyên tắc điều khiển
Việc điều khiển thường được thực hiện với các động cơ điện, động cơ điện vừa là đối tượng điều khiển, vừa là động lực của mạch điều khiển. Ta xét các nguyên tắc điều khiển để điều khiển động cơ điện.
- Nguyên tắc thời gian: Việc đóng cắt để thay đổi tốc độ động cơ dựa theo nguyên tắc thời gian. Phần tử cảm biến là rơle thời gian.
Next
Back
C2 T1
- Nguyên tắc tốc độ: Việc đóng cắt để thay đổi tốc độ động cơ dựa vào tốc độ tức thời của động cơ. Phần tử cảm biến là rơle tốc độ.
- Nguyên tắc dòng điện: Việc đóng cắt dựa vào dòng điện động cơ điện. Phần tử cảm biến và khống chế cơ bản ở đây là rơle dòng điện.

Mỗi nguyên tắc điều khiển đều có ưu nhược điểm riêng, tùy từng trường hợp cụ thể mà chọn các phương pháp cho phù hợp.
Next
Back
C2 T1
2.1.2. Các thiết bị điều khiển
Để điều khiển sự làm việc của các thiết bị cần phải có các thiết bị điều khiển.
Để đóng cắt không thường xuyên ta thường dùng áptômát.
áptômát là thiết bị đóng cắt bằng tay có bộ phận bảo vệ quá tải.
Để đóng cắt thường xuyên ta dùng công tắc tơ (khởi động từ), công tắc tơ tác dụng nhờ lực hút điện từ.
Next
Back
C2 T1

Để bảo vệ ta dùng các rơ le, tuỳ theo nguyên lý tác động người ta chế tạo nhiều loại thiết bị điều khiển khác nhau như rơle dòng điện, rơle điện áp, rơle thời gian....
Tuỳ theo trạng thái tiếp điểm người ta chia ra các loại tiếp điểm khác nhau.
Một số ký hiệu thường gặp như bảng 2.1.
Next
Back
C2 T1
Next
Back
C2 Hết T1
2.2. Các sơ đồ khống chế động cơ rôto lồng sóc
2.2.1. Sơ đồ khống chế đơn giản
Next
Back
C2 T2
2.2.2. Sơ đồ khống chế đảo chều có giám sát tốc độ
Next
Back
C2 T2
2.2.3. Khống chế động có lồng sóc kiểu đổi nối ?/? có đảo chiều
Next
Back
C2 Hết T2


2.3. Các sơ đồ khống chế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn
Next
Back
C2 T3
2.3.1. Khởi động động cơ rôto dây quấn theo nguyên tắc thời gian

Next
Back
C2 T3
2.3.2. Thay đổi tốc độ động cơ rôto dây quấn bằng thay đổi điện trở phụ
Next
Back
C2 Hết T3
2.4. Khống chế động cơ điện một chiều
Chương 3
Back
Hết C2 T4
Chương 3
lý luận chung về điều khiển logic lập trình PLC

3.1. Mở đầu
3.2. Các thành phần cơ bản của một bộ PLC
3.3. Các vấn đề về lập trình
3.4. Đánh giá ưu nhược điểm của PLC
Next
Back
Nội dung C3
3.1. Mở đầu
Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và công nghệ điều khiển logic khả trình dựa trên cơ sở phát triển của tin học mà cụ thể là sự phát triển của kỹ thuật máy tính.
Kỹ thuật điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) được phát triển từ những năm 1968 -1970. Trong gia đoạn đầu các thiết bị khả trình yêu cầu người sử dụng phải có kỹ thuật điện tử, phải có trình độ cao. Ngày nay các thiết bị PLC đã phát triển mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao.
Next
Back
C2 T1
Các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao cho chương trình điều khiển có thể nhập bằng cách sử dụng ngôn ngữ đơn giản. Người vận hành nhập chương trình vào PLC. Thiết bị điều khiển PLC sẽ giám sát thực hiện các quy tắc điều khiển đã được lập trình.
Các PLC tương tự máy tính, nhưng máy tính được tối ưu hoá cho các tác vụ tính toán và hiển thị, còn PLC được chuyên biệt cho các tác vụ điều khiển và môi trường công nghiệp. Vì vậy PLC được thiết kế bền, có sẵn giao diện vào ra, được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch.
Next
Back
C2 T1
Về cơ bản chức năng của bộ điều khiển logic PLC cũng giống như chức năng của bộ điều khiển thiết kế trên cơ sở các rơle công tắc tơ hoặc trên cơ sở các khối điện tử.
Riêng đối với máy công cụ và người máy công nghiệp thì bộ PLC có thể liên kết với bộ điều khiển số NC hoặc CNC hình thành bộ điều khiển thích nghi. Trong hệ thống trung tâm gia công, mọi quy trình công nghệ đều được bộ PLC điều khiển tập trung.
Next
Back
C2 Hết T1
3.2. Các thành phần cơ bản của một bộ PLC
3.2.1. Cấu hình phần cứng
Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản gồm:
bộ xử lý, bộ nhớ,
bộ nguồn,
giao diện vào/ra
và thiết bị lập trình.
Sơ đồ hệ thống như hình 3.1
Next
Back
C2 T2
Next
Back
C2 T2
3.2.1.1. Bộ xử lý
Bộ xử lý biên dịch các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị ra.
Nguyên lý làm việc của bộ xử lý tiến hành theo từng bước tuần tự. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu vào và đưa kết quả ra đầu ra.
Khống chế sự làm việc tuần tự bằng bộ đếm chương trình.
Một chu kỳ làm việc gọi là thời gian quét (Scan), thời gian quét phụ thuộc dung lượng bộ nhớ, vào tốc độ CPU. Chu kỳ thời gian quét như hình 3.2.
Next
Back
C2 T2







Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn đến một thời gian trễ trong khi bộ đếm của chương trình đi qua một chu trình đầy đủ, sau đó bắt đầu lại từ đầu.

Next
Back
C2 T2
Đánh giá thời gian trễ bằng việc đo thời gian quét của một chương trình dài 1Kbyte. Thời gian trễ là chỉ tiêu để so sánh các PLC.
Khi thời gian trễ gây ảnh hưởng đến quá trình điều khiển thì phải có biên pháp xử lý như:
+ Lặp nhiều lần gọi quan trọng trong thời gian một lần quét,
+ Điều khiển các thông tin chuyển giao để bỏ bớt đi những lần gọi ít quan trọng,
Nếu các giải pháp trên không thoả mãn thì phải dùng PLC có thời gian quét ngắn hơn.
Next
Back
C2 T2

3.2.1.2.Bộ nguồn

Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho bộ vi xử lý và cho các mạch điện trong các module còn lại. Các điện áp ra thường là 5v để cung cấp cho các vi xử lý, 24v để cấp cho các modul.
Next
Back
C2 T2
3.2.1.3. Thiết bị lập trình
Thiết bị lập trình được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần thiết sau đó được chuyển cho PLC.
Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng,
có thể là thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ,
có thể là phần mềm được cài đặt trên máy tính cá nhân.
Next
Back
C2 T2
3.2.1.4. Bộ nhớ
Bộ nhớ là nơi lưu giữ chương trình sử dụng cho các hoạt động điều khiển. Các dạng bộ nhớ có thể là RAM, ROM, EPROM.
Người ta luôn chế tạo nguồn dự phòng cho RAM để duy trì chương trình trong trường hợp mất điện nguồn, thời gian duy trì tuỳ thuộc vào từng PLC cụ thể.
Bộ nhớ cũng có thể được chế tạo thành module cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau, khi cần mở rộng có thể cắm thêm.
Next
Back
C2 T2
3.2.1.5. Giao diện vào/ra
Giao diện vào là nơi nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi. Tín hiệu vào có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào quang điện....
Tín hiệu ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các van điện từ, các động cơ nhỏ...
Tín hiệu vào/ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic...
Next
Back
C2 T2
Next
Back
C2 T2
Cách ly tín hiệu vào
Mỗi điểm vào ra có một địa chỉ duy nhất được PLC sử dụng.
Các kênh vào/ra đã có các chức năng cách ly và điều hoá tín hiệu sao cho các bộ cảm biến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà không cần thêm mạch điện khác.
Tín hiệu vào thường được ghép cách điện (cách ly) nhờ linh kiện quang như hình 3.4
Next
Back
C2 T2
Dải tín hiệu nhận vào cho các PLC cỡ lớn có thể là 5v, 24v, 110v,
220v. Các PLC
cỡ nhỏ thường
chỉ nhập
tín hiệu 24v
Next
Back
C2 T2
Cách ly tín hiệu ra
Tín hiệu ra cũng được ghép cách ly, có thể cách ly kiểu rơle như hình 3.5a, cách ly kiểu quang như hình 3.5b.
Tín hiệu ra có thể là tín hiệu chuyển mạch 24v, 100mA; 110v, 1A một chiều; thậm chí 240v, 1A xoay chiều tuỳ loại PLC.
Tuy nhiên, với PLC cỡ lớn dải tín hiệu ra có thể thay đổi bằng cách lựa chọn các module ra thích hợp.
Next
Back
C2 T2
Next
Back
C2 T2
3.2.2. Cấu tạo chung của PLC
Các PLC có hai kiểu cấu tạo cơ bản là: kiểu hộp đơn và kiểu modulle nối ghép.
Next
Back
C2 T2
Next
Back
C2 T2
Next
Back
C2 T2
Next
Back
C2 T2
Next
Back
C2 T2
Next
Back
C2 Hết T2
3.3. Các vấn đề về lập trình
3.3.1. Khái niệm chung
Sự khác nhau chính giữa bộ điều khiển khả trình PLC và công nghệ rơle hoặc bán dẫn là ở chỗ kỹ thuật nhập chương trình vào bộ điều khiển như thế nào.
Trong điều khiển rơle, bộ điều khiển được chuyển đổi một cách cơ học nhờ đấu nối dây "điều khiển cứng".
Còn với PLC thì việc lập trình được thực hiện thông qua một thiết bị lập trình hoặc máy tính và một ngoại vi.
Qui trình lập trình như hình 3.8
Next
Back
C2 T3

Next
Back
C2 T3
Việc lựa chọn mô hình nào trong các mô hình trên cho thích hợp là tuỳ thuộc vào loại PLC.
Đa số các thiết bị lưu hành trên thị trường hiện nay là dùng mô hình dãy hoặc biểu đồ nối dây. Những PLC hiện đại cho phép người dùng chuyển từ một phương pháp nhập này sang một phương pháp nhập khác ngay trong quá trình nhập.
Mỗi nhà chế tạo đều có những thiết kế và phương thức thao tác thiết bị lập trình riêng, vì thế khi có một loại PLC mới thì phải có thời gian và cần phải được huấn luyện để làm quen với nó.
Next
Back
C2 T3
3.3.2. Các phương pháp lập trình
Từ các cách mô tả hệ tự động các nhà chế tạo PLC đã soạn thảo ra các phương pháp lập trình khác nhau. Các phương pháp lập trình đều được thiết kế đơn giản, gần với các cách mô tả đã được biết đến. Nói chung có ba phương pháp lập trình cơ bản là:
+ phương pháp bảng lệnh STL,
+ phương pháp biểu đồ bậc thang LAD,
+ phương pháp lưu đồ điều khiển CSF.
Trong đó, hai phương pháp bảng lệnh STL và biểu đồ bậc thang LAD được dùng phổ biến hơn cả.
Next
Back
C2 T3
3.3.2.1. Một số ký hiệu chung
Cấu trúc lệnh:
Một lệnh thường có
ba phần chính:
1. Địa chỉ tương đối của
lệnh (thường khi lập trình thiết bị lập trình tự đưa ra)
2. Phần lệnh là nội dung thao tác mà PLC phải tác động lên đối tượng của lệnh, trong lập trình LAD thì phần này tự thể hiện trên thanh LAD, không ghi ra.
Next
Back
C2 T3
3. Đối tượng lệnh, là phần mà lệnh tác động theo yêu cầu điều khiển, trong đối tương lệnh lại có hai phần:
4. Loại đối tượng, có trường hợp sau loại đối tượng có dấu ":", loại đối tượng như tín hiệu vào, tín hiệu ra, cờ (rơle nội)...
5. Tham số của đối tượng lệnh để xác định cụ thể đối tượng, cách ghi tham số cũng phụ thuộc từng loại PLC khác nhau.
Next
Back
C2 T3

Ký hiệu thường có trong mỗi lệnh:
Các ký hiệu trong lệnh, qui ước cách viết với mỗi quốc gia có khác nhau,
thậm chí mỗi hãng, mỗi thời chế tạo của hãng có thể có các ký hiệu riêng.
Tuy nhiên, cách ghi chung nhất cho một số quốc gia là:
Next
Back
C2 T3
* Mỹ:
+ Ký hiệu đầu vào là I (In), đầu ra là Q (out tránh nhầm O là không)
+ Các lệnh viết gần đủ tiếng Anh ví dụ ra là out
+ Lệnh ra (gán) là out
+ Tham số của lệnh dùng cơ số 10
+ Phía trước đối tượng lệnh có dấu %
+ Giữa các số của tham số không có dấu chấm.
Ví dụ: AND% I09; out%Q10.
Next
Back
C2 T3

* Nhật:
+ Đầu vào ký hiệu là X, đầu ra ký hiệu là Y
+ Các lệnh hầu như được viết tắt từ tiếng anh
+ Lệnh ra (gán) là out
+ Tham số của lệnh dùng cơ số 8.
+ Giữa các tham số không có dấu chấm.
Ví dụ: A X 10; out Y 07
Next
Back
C2 T3

* Tây đức
+ Đầu vào ký hiệu là I, đầu ra ký hiệu là Q
+ Các lệnh hầu như được viết tắt từ tiếng Anh
+ Lệnh ra (gán) là =
+ Tham số của lệnh dùng cơ số 8
+ Giữa các số của tham số có dấu chấm để phân biệt khe và kênh
Ví dụ: A I 1.0; = Q 0.7
Next
Back
C2 T3
Ngoài các ký hiệu khá chung như trên thì mỗi hãng còn có các ký hiệu riêng, có bộ lệnh riêng. Ngay cùng một hãng ở các thời chế tạo khác nhau cũng có đặc điểm khác nhau với bộ lệnh khác nhau.
Do đó, khi sử dụng PLC thì mỗi loại PLC ta phải tìm hiểu cụ thể hướng dẫn sử dụng của nó.
Một số ký hiệu khác nhau với các lệnh cơ bản được thể hiện rõ trên bảng 3.1
Next
Back
C2 T3
Next
Back
C2 T3
3.3.3.2. Phương pháp hình thang LAD (Ladder Logic)
Phương pháp hình thang có dạng của biểu đồ nút bấm. Các phần tử cơ bản của phương pháp hình thang là:
+ Tiếp điểm: thường mở
thương kín
+ Cuộn dây (mô tả các rơle)
+ Hộp (mô tả các hàm khác nhau, các lệnh đặc biệt)
Next
Back
C2 T3
Mạng LAD là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn chỉnh, theo thứ tự từ trái sang phải, từ trên xuống dưới.
Quá trình quét của PLC cũng theo thứ tự này. Mỗi một nấc thang xác định một số hoạt động của quá trình điều khiển.
Một sơ đồ LAD có nhiều nấc thang.
Trên mỗi phần tử của biếu đồ hình thang LAD có các tham số xác định tuỳ thuộc ký hiệu của từng hãng sản xuất PLC.
Next
Back
C2 T3
Ví dụ: một nấc của phương pháp hình thang như hình 3.10
Hình 3.10a của Misubishi,
Next
Back
C2 T3

hình 3.10b của Siemens, hình 3.10c Allen Bradley
Next
Back
C2 T3
3.3.1.3. Phương pháp liệt kê lệnh STL (Statement List)
ở phương pháp này các lệnh được liệt kê thứ tự. Tuy nhiên, để phân biệt các đoạn chương trình người ta thường dùng các mã nhớ, mỗi mã nhớ tương ứng với một nấc thang của biểu đồ hình thang.
Để khởi đầu mỗi đoạn (tương ứng như khởi đầu một nấc thang) ta sử dụng các lệnh khởi đầu như LD, L, A, O...
Kết thúc mỗi đoạn thường là lệnh gán cho đầu ra, đầu ra có thể là đầu ra cho thiết bị ngoại vi có thể là đầu ra cho các rơle nội.
Next
Back
C2 T3

Ví dụ: Một đoạn STL của PLC S5 (Siemens)
0 A I 0.0
1 A I 0.1
2 = Q 1.0

Một đoạn STL của PLC S7-200 (Siemens)
0 LD I 0.1
1 A I 0.2
3 = Q 1.0
Next
Back
C2 T3
Một đoạn STL của PLC MELSEC F1(Nhật) 0 LD X 400
1 O X 403
2 ANI X 404
3 OUT Y 433
Một đoạn STL của CPM1A (OMRON)
0 LD 000.01
1 OR 010.00
2 AND NOT 000.00
3 AND 000.03
4 OUT 010.00
Next
Back
C2 T3
3.3.1.4. Phương pháp lưu đồ điều khiển CSF (Control System Flow)
Phương pháp lưu đồ
điều khiển CSF trình bày
các phép toán logic với
các ký hiệu đồ hoạ đã
được tiêu chuẩn hoá như hình 3.15.
Phương pháp lưu đồ điều khiển thích hợp với người đã quen với điều khiển bằng đại số Booole.
Next
Back
C2 T3
3.3.2. Các rơle nội
Trong các loại PLC có nhiều thuật ngữ dùng để chỉ các linh kiện loại này, ví dụ:
rơle phụ,
bộ vạch dấu,
cờ hiệu,
lưu trữ bít,
bit nhớ...
Next
Back
C2 T3
Rơ le nội là linh kiện cung cấp các chức năng đặc biệt gắn liền với PLC và được dùng phổ biết trong lập trình.
Rơle nội tương tự như rơle trung gian trong sơ đồ rơle công tắc tơ.
Rơle nội cũng được coi là các đầu ra để nhận các lệnh gán đầu ra, nhưng thực chất đầu ra này không đưa ra ngoài mà chỉ nằm nội tại trong PLC. PLC nhỏ có thể có tới hàng trăm rơle nội, các rơle nội đều được nuôi bằng nguồn dự phòng khi mất điện.
Next
Back
C2 T3
Next
Back
C2 T3
Ví dụ: sử dụng rơle nội (của Misibishi)

0 LD X 400
1 OR X 403
2 ANI X 404
3 OUT M 100
4 LD M 100
5 AND X 401
6 OUT Y 430
Next
Back
C2 T3
3.3.3. Các rơle thời gian
Trong các hệ thống điều khiển luôn luôn phải sử dụng rơle thời gian để duy trì thời gian cho quá trình điều khiển.
Trong các PLC người ta cũng gắn các rơle thời gian vào trong đó, tuy nhiên thời gian ở đây được xác định nhờ đồng hồ trong CPU.
Các rơle thời gian cũng có các tên gọi khác nhau nhưng thường gọi nhất là bộ thời gian (Time).
Next
Back
C2 T3
Các nhà sản xuất PLC không thống nhất về cách lập trình cho các rơle thời gian này. Mỗi loại PLC (thậm chí trong cùng hãng) cũng có các ký hiệu và cách lập trình rất khác nhau cho rơle thời gian. Số lượng rơle thời gian trong mỗi PLC cũng rất khác nhau.
Điểm chung nhất đối với các rơle thời gian là các hãng đều coi rơle thời gian là các đầu ra nội, do đó rơle thời gian là đầu ra của nấc thang, hay của một đoạn chương trình.
Next
Back
C2 T3
3.3.4. Các bộ đếm
Bộ đếm cho phép đếm tần suất xuất hiện tín hiệu vào.
Bộ đếm có thể được dùng trong trường hợp đếm các sản phẩm di chuyển trên băng chuyền và số sản phẩm xác định cần chuyển vào thùng.
Bộ đếm có thể đếm số vòng quay của trục, hoặc số người đi qua cửa.
Các bộ đếm này được cái đặt sẵn trong PLC.

Next
Back
C2 T3

Có hai loại bộ đếm là bộ đếm tiến và bộ đếm lùi. Các nhà sản xuất PLC cũng sử dụng các bộ đếm theo những cách có khác nhau.
Tuy nhiên, cũng như các bộ thời gian, bộ đếm cũng được coi là đầu ra của PLC và đây cũng là đầu ra nội, để xuất tín hiệu ra ngoài phải qua đầu ra ngoại vi (có chân nối ra ngoài PLC).

Next
Back
C2 Hết T3
3.4. Đánh giá ưu nhược điểm của PLC
Ngày nay PLC được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thật. Có thể kể ra các ưu điểm của PLC như
+ Chuẩn bị vào hoạt động nhanh
+ Độ tin cậy cao
+ Dễ dàng thay đổi chương trình
+ Đánh giá nhu cầu đơn giản
+ Khả năng tái tạo
+ Tiết kiệm không gian
Next
Back
C2 T4
+ Có tính chất nhiều chức năng.
+ Về giá trị kinh tế: Khi xét về giá trị kinh tế của PLC ta phải đề
cập đến số l