Giáo trình triển khai hệ thống điều khiển kỹ thuật (nghề cơ điện tử trình độ cao đẳng)

Nội dung của giáo trình “Triển khai hệ thống điều khiển kỹ thuật” đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng

GIÁO TRÌNH

MÔN HỌC/MÔ ĐUN 06:TRIỂN KHAI

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KỸ THUẬT

NGÀNH/ NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ

TRÌNH ĐỘ : Cao đẳng

(Ban hành theo Quyết định số: QĐ-CĐN, ngày tháng năm 2021

của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận)

Ninh Thuận, Năm ban hành: 2021

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

hành nghề giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với yêu cầu thực tế

Nội dung của giáo trình “Triển khai hệ thống điều khiển kỹ thuật” đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,

Giáo trình nội bộ này do các nhà giáo có nhiều kinh nghiệm nhiều năm làm công tác trong ngành đào tạo chuyên nghiệp Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu để tùy theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp và không trái với quy định của chương trình khung đào tạo cao đẳng

Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp và các chuyên gia kỹ thuật đầu ngành

Xin trân trọng cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

Bài 1: Kỹ thuật điều khiển và kỹ thuật số 9

1.1 Kỹ thuật điều khiển 9

1.2 Kỹ thuật số 19

1.2.2 Những kết nối logic cơ bản (cổng logic, hàm) 23

1.2.5 Thiết kế mạch logic 52

1.2.6 Đơn giản hóa các phương trình chức năng 54

1.3 Nhiệm vụ/ bài tập: 61

Bài 2: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG TRONG KHÍ NÉN/ THỦY LỰC 64

2.1 Trang bị bảo hộ cá nhân và các quy định an toàn trong phòng thí nghiệm khí nén/ thủy lực 64

2.2 An toàn cho các máy khí nén, thủy lực theo TCVN 69

2.3 Xử lý về an toàn lao động 73

2.4 Quy định về bảo vệ môi trường và tái chế của công ty 75

Bài tập 78

Bài 3: HOẠT ĐỘNG VÀ GIAO TIẾP KỸ THUẬT (KHÍ NÉN/ THỦY LỰC) 81

3.1 Thuyết trình công việc 81

3.2 Đọc và áp dụng các bản vẽ chi tiết, sơ đồ khối, bản vẽ lắp ráp, bản vẽ chi tiết tách rời và danh mục vật tư, sơ đồ nguyên lý, sơ đồ nối dây, sơ đồ đi dây và kết nối của các mạch điện và thủy lực 82

3.3 Ký hiệu bản vẽ, ký hiệu mạch điện, biểu tượng, ký hiệu (DIN 24300 hoặc tương đương), các tiêu chuẩn, bảng thuật ngữ, biểu đồ GRAFCET 104

3.4 Lập kế hoạch nhiệm vụ 120

3.5 Hoàn thiện các bản phác thảo và danh mục vật tư, sử dụng sơ đồ nguyên lý, sơ đồ mạch, sơ đồ đi dây và kết nối; lập tài liệu về những thay đổi nếu cần thiết 121

3.6 Sử dụng hệ thống hỗ trợ, mô phỏng, chẩn đoán hoặc trực quan 125

3.7 Vận dụng kỹ thuật trình bày 131

3.8 Giải thích kết quả công việc khi bàn giao và hướng dẫn về chức năng 140

Bài 4: LẬP KẾ HOẠCH VÀ KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC 141

4.1 Lập kế hoạch cho các quy trình và nhiệm vụ công việc (kinh tế - tiến độ) 141

4.2 Phương pháp thực hiện dự án 141

4.3 Thực hiện lập kế hoạch và kiểm soát quá trình làm việc 143

Bài 5: HỆ THỐNG KỸ THUẬT VỀ KHÍ NÉN VÀ THỦY LỰC 146

5.1 Vật lý cơ bản của khí nén và thủy lực 146

5.2 Các phần tử khí nén và điện khí nén 167

5.3 Lắp đặt, kiểm tra và vận hành hệ thống với các phần tử khí nén 222

5.5 Các phần tử thủy lực và điện thủy lực 370

5.6 Lắp đặt, kiểm tra và vận hành hệ thống với các phần tử thủy lực 407

5.7 Lắp đặt, kiểm tra và vận hành hệ thống với các phần tử điện thủy lực 461

Dự án 03: Van một chiều có điều khiển 504

5.8 Lắp đặt, kiểm tra và vận hành mạch điều khiển thủy lực với thủy lực tuyến tính 521

Bài 6: Điều khiển và đánh giá kết quả công việc khí nén/ thủy lực 594

6.1 Mô tả chức năng chung của thiết bị 594

6.2 Thực hiện 596

6.3 Vận hành và kiểm tra 596

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Triển khai hệ thống điều khiển kỹ thuật

Mã số mô đun: MD06

Vị trí và tính chất của mô đun:

- Vị trí: Đây là mô đun thứ 6 trong bộ 12 mô đun, đây là mô đun chuyên ngành phải học sau các môn cơ bản

- Tính chất: Mô đun đào tạo cơ bản có thể được thực hiện ở trường cao đẳng

Mô tả mô đun:

Mô-đun đào tạo định hướng thực hành Người học được học về các bộ điều khiển khí nén, điện khí nén cũng như thủy lực, điện thủy lực và lắp ráp đúng kỹ thuật các bộ truyền động và cơ cấu di chuyển của máy móc và thiết bị trong công nghệ sản xuất hiện đại Qua

đó họ phát triển sự hiểu biết cơ bản cần thiết về sự tương tác và chức năng của các bộ phận, cơ cấu riêng lẻ cũng như đào sâu kiến thức và kỹ năng đã học về các mạch điều khiển điện tử của hệ thống cơ điện tử Người học chú ý tuân thủ các quy định về bảo vệ công việc, sức khỏe và môi trường Nội dung học tập từ các mô đun đào tạo trước đây được vận dụng tích hợp, đào sâu và củng cố

Mục tiêu mô đun:

- Học các mạch cơ bản của công nghệ điều khiển

- Đọc sơ đồ mạch, hoàn thiện các bản phác thảo và kết hợp những thay đổi Họ làm quen với các thông số kỹ thuật cho hoạt động của các mô đun điện, khí nén và thủy lực

- Biết các quá trình để tạo ra năng lượng phụ trợ cần thiết Họ sử dụng các phương pháp đo cơ bản một cách an toàn và nhận thức được sự nguy hiểm của việc xử lý với các hệ thống điện, khí nén và thủy lực

- Hiểu phần mô tả sản phẩm bằng tiếng Anh và áp dụng các thuật ngữ tiếng Anh hiện có

- Tuân thủ các quy định về bảo vệ công việc và bảo vệ môi trường

Người học có thể:

- Gán các khái niệm điều khiển và chọn thiết bị điều khiển

- xây dựng các mạch điện và thủy lực theo các vấn đề xác định

- đọc và sử dụng các tài liệu mạch từ các cụm và thiết bị thủy lực

- đọc và sử dụng kế hoạch, sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý, sơ đồ lắp ráp và kết nối mạch điện

- Phân tích các nhiệm vụ, đặc biệt là các chuỗi chuyển động và tương tác tại các giao diện của hệ thống điều khiển

- hoàn thiện bản phác thảo sơ đồ mạch điện và danh mục vật tư

- cập nhật kế hoạch kỹ thuật của các mô đun, máy móc và thiết bị

- thiết lập và vận hành các bộ điều khiển điện và thủy lực

- kết nối, kiểm tra và điều chỉnh các thiết bị để cung cấp năng lượng điện, khí nén hoặc thủy lực

- đo và điều chỉnh áp suất trong hệ thống thủy lực

- lắp đặt cảm biến, cơ cấu chấp hành và bộ chuyển đổi

- sử dụng hệ thống hỗ trợ, mô phỏng, chẩn đoán hoặc trực quan

- kiểm tra và điều chỉnh sự tương tác của các chức năng liên kết

- khoanh vùng và khắc phục lỗi có chú ý đến các giao diện

Năng lực tự chủ và chịu trách nhiệm:

Sau khi hoàn thành mô đun, người học có thể làm việc độc lập và theo nhóm với các công việc:

• Phân tích, thiết lập và vận hành các bộ điều khiển khí nén và thủy lực cũng như các thành phần điều khiển điện của chúng

• Tiến hành lắp đặt và vận hành trên các hệ thống, tuân thủ các quy định về an toàn

và bảo vệ môi trường

• Vẽ sơ đồ mạch bằng tay hoặc chương trình CAD

• Kiểm tra, đánh giá và ghi nhận kết quả công việc

• Giải thích các bộ điều khiển theo cấu trúc và chức năng của chúng

• Giao tiếp với giáo viên hoặc đồng nghiệp về các bộ điều khiển bằng văn bản hoặc bằng lời nói

III Nội dung mô đun:

1 Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:

TT Nội dung dạy học

Thời gian (Giờ) Tổng Lý

thuyết Thực hành Kiểm tra

1 Bài 1: Kỹ thuật điều khiển

và kỹ thuật số

2 Bài 2: An toàn lao động và

bảo vệ môi trường trong khí

nén/ thủy lực

3 Bài 3: Hoạt động và giao

tiếp kỹ thuật Khí nén/ Thủy

lực

4 Bài 4: Lập kế hoạch và kiểm

soát quá trình làm việc

5 Bài 5: Hệ thống kỹ thuật về

khí nén và thủy lực

6 Bài 6: Điều khiển và đánh

giá kết quả công việc khí

nén/ thủy lực

Bài 1: Kỹ thuật điều khiển và kỹ thuật số

Mã mô đun: MĐ 06 - 1

Thời gian: 30 Giờ

Mục tiêu:

- Người học được học các mối quan hệ cơ bản giữa điều khiển và điều chỉnh

- Họ làm quen với các liên kết logic kỹ thuật số cơ bản và vận dụng chúng

- Họ hiểu các mạch từ công nghệ VPS và có thể sử dụng chúng

Nội dung:

1.1 Kỹ thuật điều khiển

1.1.1 Khái niệm cơ bản

Để hiểu được khái niệm về hệ thống điều khiển tự động trước hết ta xem ví dụ sau:

Hình: Hệ thống kỹ thuật tổng quát

Tùy theo quá trình trong hệ thống ta phân biệt quá trình điều khiển với điều chỉnh

1.1.2 Quá trình điều khiển

Theo DIN 19226:“Điều khiển là một quá trình trên một hệ thống, trong đó có một (hoặc nhiều đại lượng ngõ vào) ảnh hưởng đến các đại lượng ngõ ra theo những nguyên tắc của

hệ thống”

Đặc trưng của điều khiển là quá trình tác động mở, nghĩa là đại lượng ngõ ra bị ảnh hưởng bởi các đại lượng ngõ vào, nhưng ngõ ra không tác động tiếp tục và không tác động trở lại lên các đại lượng ngõ vào của chính nó

Những sai lệch của đại lượng ngõ ra so với trị số mong muốn không được ghi nhận và cũng không được hiệu chỉnh lại

Một hệ thống điều khiển như thế còn có thể được kết nối chi tiết hơn với các thành phần như cơ cấu tín hiệu, cơ cấu điều khiển, cơ cấu tác động và cơ cấu vận hành Tương ứng như thế dòng tín hiệu đi từ cơ cấu nhận tín hiệu qua cơ cấu điều khiển và cơ cấu tác động đến cơ cấu vận hành

Hình: chuỗi điều khiển

Trong một hệ điều khiển, cơ cấu nhận tín hiệu và cơ cấu điều khiển thường sử dụng điện

áp và áp suất thấp hơn ở cơ cấu tác động và cơ cấu chấp hành Trong tương quan này người ta nói về phần tín hiệu và phần công suất của hệ điều khiển

Trước hết điều này mang lại nhiều ưu điểm đặc biệt khi cơ cấu vận hành công suất lớn và đường dây điều khiển dài Những cơ cấu phát/ nhận tín hiệu và đường dây tương ứng có thể duy trì với độ sai lệch nhỏ về kích thước giữa thực tế và định mức, tuy nhiên cơ cấu tác động phải thích hợp với những thông số đặc đăng của cơ cấu vận hành

Thí dụ về điều khiển

Một cửa ra vào được đóng và mở bằng khí nén Để điều khiển tại mỗi bức tường có gắn một công tắc có tiếp điểm thường đóng S1, S4 và tiếp điểm thường mở S2,S3, ngoài ra còn có các cảm biến B1, B2 để kiểm tra vị trí của piston

1.1.3 Phân loại hệ thống điều khiển

Các hệ thống điều khiển được phân loại theo những cơ sở khác nhau

Hình: tiêu chí phân loại hệ thống điều khiển theo DIN 19226

Điều khiển tuần tự: trong hệ điều khiển này những điều kiện chuyển tiếp chỉ tùy thuộc

trong đó những điều kiện chuyển tiếp chỉ tùy thuộc vào quá trình Bước gia công trước đó

đã chấm dứt

Hình: điều khiển theo thời gian

Hình: điều khiển theo tuần tự

Trong hệ điều khiển đồng bộ việc xử lý tín hiệu được thực hiện đồng bộ với xung nhịp

sự điều khiển không đồng bộ hoạt động không có xung nghiệp tín hiệu thay đổi chỉ được kích hoạt do sự thay đổi của tín hiệu ngõ vào những tín hiệu ngõ vào trong nhiều hệ điều khiển được phối hợp với nhau theo những quy tắc logic cho trước trong trường hợp này

ta gọi là điều khiển kết nối logic

Hình: điều khiển kết nối logic

Thông thường trong các hệ điều khiển phức tạp và những hệ thống lớn có hai loại điều khiển tuần tự xuất hiện chung với nhau Thí dụ như khi để dán và kẹp cách chi tiết, một xilanh chạy ra trong một khoảng thời gian nhất định, trong khi đó một xilanh khác kẹp chi tiết Hai xilanh phải chạy ra và chạy vào theo một sơ đồ tuần tự

Điều khiển nối dây được lập trình là loại điều khiển trong đó các chức năng của chúng được định trước qua những thành phần cấu tạo và những kết nối của sự điều khiển

( đường dây dẫn điện, đường truyền áp suất) cũng được định trước Nếu một chức năng trong điều khiển này thay đổi thì những đường dây phải thiết kế lại và các thành phần cũng phải thay đổi Điều khiển logic lập trình được ( PLC) là loại điều khiển ở đó các chức năng của chương trình phần mềm ( lập trình) được lưu trữ trong bộ nhớ khi có chức năng thay đổi thì bộ nhớ chứa chương trình như ROM, EPROM cũng phải thay đổi

1.1.4 Quá trình điều chỉnh

Thí dụ khi phải duy trì chính xác nhiệt độ của một lò sưởi trong tiến trình tự động hóa sản xuất ta không thể thực hiện được cái này bằng một hệ điều khiển thông thường ở đây, i đại lượng tỏa ra ( nhiệt độ) phải được kiểm tra liên tục và khi có độ sai lệch với tỉ số mol muối trong quá trình, thì nhiệt độ phải được điều chỉnh lại ( quá lạnh- Bật lò sưởi; nhiệt

độ đạt tới chỉ số giới hạn- tắt lò sưởi)

Nếu trong một quá trình chỉ số thực tế phải được điều chỉnh lại cho cân bằng với chữ số

mong muốn ta gọi là điều chỉnh

Điều chỉnh là một quá trình trong đó một đại lượng- đại lượng điều chỉnh- được đo liên tục trong suốt quá trình, nó phải so sánh với một đại lượng khác đó là đại lượng chuẩn

và đại lượng điều chỉnh này được tác động sao cho bằng với đại lượng chuẩn

đặc trưng của điều chỉnh là một quy trình tác dụng kính, trong đó đại lượng điều chỉnh ảnh hưởng liên tục lên từ chính nó trong tuyến tác động của vòng điều chỉnh

Thí dụ sau đây giải thích rõ về việc khác biệt giữa điều khiển và điều chỉnh

Hình: điều khiển áp suất

Hình: điều chỉnh áp suất

với sự trợ giúp của một thiết bị điều khiển (hình điều khiển áp suất) thay thiết bị điều chỉnh (hình điều chỉnh áp suất) áp suất trong một bình chứa khí được chỉnh lại nếu ta điều khiển lưu lượng nạp khí bằng cách đóng và mở con trượt ( thí dụ của van điều

tiết) thì áp suất trong bình trước khi được chỉnh lại Tuy nhiên khi có sự cố xảy ra như lượng tiêu thụ khá nhiều, mà vị trí con trượt vẫn không thay đổi, thì sẽ gây hậu quả là áp suất hạ xuống rất nhanh khi áp suất dư ( lớn hơn so với áp suất khí quyển) của khí trong bình chứa khí hình thành, thì máy nén khí cũng không thể tắt được

Khi điều chỉnh áp suất trong bình chứa khí, ta cần phải gắn thêm một bộ phận có nhiệm

vụ so sánh trị số thực tế thế với trị số mong muốn và được điều chỉnh lại khi có sai lệch trong trường hợp này đó là một công tắc điều khiển áp suất bộ công tắc này bảo đảm rằng khi lượng khí nén tiêu thụ tăng mạnh, áp suất giảm xuống đột ngột, thì máy nén khí sẽ mở ra và do đó áp suất mong muốn được chỉnh lại Khi áp suất đã đạt được chỉ số hiệu chỉnh tối đa thì công tắc điều khiển áp suất của máy nén khí sẽ đóng lại

Điều khiển được đưa vào sử dụng khi sự thay đổi do đại lượng gây nhiễu bị bỏ qua điều chỉnh có ý nghĩa khi đại lượng gây nhiễu ảnh hưởng mạnh lên đại lượng ngõ ra và tác dụng gây nhiễu của nó không bị bỏ qua

Biến chuẩn w Biến chuẩn được nhập từ bên ngoài và không bị ảnh

hưởng do hệ thống điều khiển hoặc điều chỉnh, ví dụ như chiều dài tháo hoặc nhiệt độ chọn trước

Biến hồi tiếp r Biến hồi tiếp phát sinh từ phép đo của biến điều khiển và

phản hồi lại phần tử so sánh

Biến điều

khiển

x Biến điều khiển là giá trị đầu ra của đoạn điều chỉnh và

đồng thời là giá trị đầu vào của thiết bị đo

Độ lệch điều

chỉnh

e Độ lệch điều chỉnh là sự khác biệt giữa biến chuẩn và

biến hồi tiếp (e = w – r) Nếu thiết bị đo không được lưu

ý đến, thì độ lệch điều chỉnh là sự khác biệt giữa biến chuẩn và biến điều khiển (e = w – x)

Biến điều

chỉnh

y Biến điều chỉnh là giá trị đầu ra của thiết bị điều khiển và

điều chỉnh Nó điều khiển thiết bị

Giá trị nhiễu

loạn

z Giá trị nhiễu loạn là một giá trị không dự tính tác động từ

bên ngoài, mà gây ảnh hưởng đến hệ thống điều khiển và điều chỉnh

Bài tập

Câu 1 Hãy thực hiện hệ điều khiển theo thời gian điều khiển trong hình sau và giải thích

sự khác biệt của nó với hệ điều khiển theo quy trình

Câu 2 Cho biết tên và mô tả những sự điều chỉnh trong hoạt động của xưởng hàng ngày của bạn

Câu 3 Hãy phát thảo hai ví dụ, một cho hệ điều khiển và một cho hệ điều chỉnh hãy giải thích sự khác biệt

Câu 4 Hãy mô tả và giải thích những hệ điều khiển trong môi trường xung quanh

ở xưởng của bạn

1.2 Kỹ thuật số

1.2.1 Dạng tín hiệu

Trong ngành điện tử nói chung và trong lập trình vi điểu khiển nói riêng, ta luôn thấy có

sự có mặt của hai loại tín hiệu: Analog (tín hiệu tương tự) và Digital (tín hiệu số)

Nếu ta nhấn công tắc tại điểm A, điện thế là 5v, giữ được 1 giây ta nhả ra: điểm A không

có điện thế Ta thấy tại điểm A có sự thay đổi điện thế, hay điểm A có tín hiệu điện

b Xung điện

Trong xử lý tín hiệu số, xung là sự thay đổi đột ngột về biên độ, pha hoặc tần số, (thường là biên độ) từ giá trị gốc lên giá trị cao, hoặc xuống giá trị thấp hơn, sau đó chuyển dần (thậm chí ngay lập tức) về giá trị gốc ban đầu Khi làm việc với động cơ, hay thiết bị khác sẽ bắt gặp hiện tượng hoặc khái niệm này

c Tín hiệu số (Digital)

Đây là tìn hiệu rời rạc theo biên độ Vì trong một thời điểm nó chỉ có một trong hai giá trị là 0 hoặc 1 (ứng với 0V hoặc 5V) được biểu diễn như hình dưới.Thuật ngữ "kỹ thuật số" có nguồn gốc từ tiếng Latinh "Digitus" có nghĩa là "ngón tay" Trong ý nghĩa dành ở

đây, từ "kỹ thuật số" có thể được thực hiện để có nghĩa là "đếm" hoặc "trong hình thức

của các chữ số"

Trong cuộc sống, ví dụ về tín hiệu số có thể thấy là máy truyền mã

morse, tín hiệu trong dây mạng, USB, Một ví dụ đơn giản của

một số "máy tính" nổi tiếng là 'bàn tính "được chỉ ra trong hình

1.2.1, trong đó một số hoặc chữ số, được đại diện bởi số lượng của

hạt

Ngược lại với độ lệch của kim chỉ trên thiết bị đo lường tương tự

là đồng hồ số hiển thị giá trị đo lường dạng số trên màn hình

Các ví dụ trong hình 1.2.3 và 1.2.4 và trong bảng 1.2.1 cho thấy

các biến kỹ thuật số cũng có thể được biểu diễn dưới dạng sơ đồ

hoặc biểu đồ

Fig 1.2.1

Fig 1.2.2 Digital multimeter

d Tín hiệu tương tự

Đây là tín hiệu liên tục theo thời gian, biên độ, pha hoặc tần số dòng điện thay đổi liên tục theo thời gian

Ở hình trên ta thấy điện thế thay đổi theo đồ thị hình sin không phải rời rạc như tín hiệu

số Trong đời sống, tín hiệu tương tự khá nhiều như sóng âm thanh, sóng ánh sáng, xung não, sự thay đổi của nhiệt độ, đổ ẩm, vận tốc cũng tạo ra đồ thị dạng sin

Với công nghệ tương tự, một số biến được chuyển đổi thành các hình thức khác của biến

để có thể được cảm nhận bằng giác quan của con người hoặc xử lý bằng hệ thống kỹ thuật Điều này được thể hiện bằng hai ví dụ sau đây:

Ví dụ 1: Nhiệt kế Mercury

Ở đây, biến nhiệt độ được chuyển đổi thành biến vật lý chiều dài Đây là sự thay đổi trong chiều dài của cột thủy ngân là một kết quả của việc mở rộng Các biến nhiệt độ mà không thể đo lường một cách chính xác bằng cách nào cảm giác của con người, được đọc bằng mắt từ một quy mô mà chiều dài của cột thủy ngân

Ví dụ 2: Thiết bị đo điện

ở đây, các biến đo lường điện (dòng điện, điện áp, công

suất) được chuyển đổi bởi các hệ thống kỹ thuật phù hợp

Các biến sau đó được đo lường trên thang điểm bằng

cách đọc độ lệch của một con trỏ (hoặc kim) Hình 1.1.1

cho thấy một đồng hồ vạn năng dạng tương tự

Đồng hồ tương tự có thể được sử dụng đo lường các biến

vật lý khác như áp suất, lực, nhiệt độ, âm thanh Biến

vật lý được chuyển đổi thành điện áp hoặc dòng điện Ví

dụ, áp lực của sóng âm trên microphone

Biến tương tự có thể giả định bất kỳ giá trị trong một phạm vi chỉ định hoặc xác định, đo lường Các ví dụ trong hình 1.1.2 và 1.1.3 minh họa sự thay đổi của một biến tương tự cũng có thể được biểu diễn dưới dạng đồ thị hoặc biểu đồ

1.2.2 Những kết nối logic cơ bản (cổng logic, hàm)

Trong kỹ thuật số tất cả những kết nối logic được thực hiện qua sự kết hợp chung của ba kết nối cơ bản AND, OR và NOT

Những kết nối logic phải bố trí các trạng thái logic ở những ngõ vào E được kết nối sao cho có kết quả giống với trạng thái logic dự tính ở ngoài ra A

Hình 1.1.1 Đồng hồ vạn năng tương tự

-6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12

24 h temperatur

Time of day / h

Kết nối logic có thể được mô tả qua:

Biểu tượng chức năng( ký hiệu hình) và biểu tượng logistics theo tiêu chuẩn EN 60617-

12

Những bản chức năng và bạn sự thật cho biết trạng thái của ngõ ra với tất cả các khả năng kết hợp logic của các ngõ vào

Phương trình chức năng(phương trình hàm)

Biểu đồ xung, sơ đồ tín hiệu- thời gian, tại đây sự liên hệ giữa những biến số ở ngõ ra và

ở ngõ vào được trình bày theo thời gian

Danh sách câu lệnh hay sơ đồ bậc thang( sơ đồ công tắc) ( chỉ có ở điều khiển logic lập trình được PLC )

Để mô tả một cách rõ ràng trạng thái logic giữa những biến số ngõ vào và ngõ ra ta dùng

kí hiệu (ký hiệu nhận dạng) thiết bị vận hành sự sắp xếp các trạng thái tín hiệu của các biến số được ghi vào bảng

Cổng NOT

- Còn gọi là cổng đảo (Inverter), dùng để thực hiện hàm đảo

Ví dụ: sự tác động vào máy dập được giám sát bằng một màn chắn ánh sáng máy dập có thể khởi động khi tất cả tia ánh sáng không bị gián đoạn

Mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra được thể hiện như bảng 2.1.1

Lưu ý: Đầu ra của một chức năng NOT luôn luôn đối nghịch với trạng thái đầu vào

Ký hiệu của một chức năng NOT

Có nghĩa: “Z bằng not A”

Dòng trên chữ A biểu thị sự phủ định của một biến hoặc số lượng

Hình 2.1.2 cho thấy các phương pháp khác nhau đại diện cho một chức năng NOT như một ký hiệu mạch Sự phủ định được chỉ định bởi các vòng tròn nhỏ hoặc dấu chấm, tại cổng đầu ra Z

and IEC 3A0C3

Fig 2.1.2 Circuit symbols of a NOT function

Lắp ghép mạch như hỉnh 2.1.3 trên Digital Trainer Board cho ví dụ cổng NOT Nhập kết quả trong bảng 2.1.4 Hình 2.1.5 cho thấy cách lắp ghép thực hành trên Digital Trainer Board

A Z

Bảng 2.1.4 Hình 2.1.3 Lắp ghép thực hành NOT function

Hình 2.1.5 Lắp ghép thực hành

Cổng AND

ví dụ : vì lý do an toàn một máy dập chỉ được khởi động khi lưới chắn bảo vệ đã

được đóng (E1 đã được tác động) và nút bấm bằng tay E2 được tác động

Một chức năng AND hoặc 'logic gate', phải có ít nhất 2

biến đầu vào Đầu ra Z, chỉ có 1 tín hiệu là 1 khi tất cả

các tín hiệu đầu vào là 1

Mối quan hệ giữa biến đầu vào A và B và biến đầu ra Z được hiển thị như bảng 2.2.1

Lưu ý: Đầu ra Z của một chức năng AND logic “1” chỉ khi đầu vào A và B tất cả là

“1”

Ký hiệu của một chức năng AND:

Có nghĩa: “Z bằng A and B”

Ký hiệu  được sử dụng để chỉ chức năng AND

Ký hiệu chức năng AND trong mạch điện

B A

and IEC 3A0C3

old DIN-Norm USA

Z A

Hình 2.2.3 cho thấy mạch logic AND kết nối nối tiếp bằng 2 công tắc Chỉ khi cả 2 công

tắc (A và B) được đóng, đèn Z mới có thể sáng

Nhiệm vụ:

Lắp ghép mạch với một AND gate, như hình 2.2.4, trên Digital Trainer Board với 2 đầu vào và hoàn thành bảng 2.2.5 hình 2.2.6 cho thấy cách lắp ghép thực hành với Digital Trainer Board

Mối quan hệ giữa biến đầu vào A và B và biến đầu ra Z

được hiển thị như bảng 2.3.1

Lưu ý: Đầu ra Z của một OR function là “1” khi có ít

Nhiệm vụ 2

Cấu trúc của mạch OR trên Digital Trainer Board, với 3 đầu vào (hình 2.3.5) và hoàn thành bảng 2.3.6

Hình 2.3.4 Conventional contact circuit of an OR function

IEC 60617 Old DIN standard ANSI 91-1984

Hình 2.3.7 Circuit assembly

Hàm NAND

Nếu một linh kiện phủ định được kết nối với đầu ra của một AND gate, Sự kết hợp của 2 gates tạo ra một NAND gate Ký hiệu mạch của một NAND gate được tạo thành từ một AND gate, có dấu chấm phủ định ở đầu ra

Mối quan hệ giữa biến đầu vào A và B và biến đầu ra Z được thấy trong bảng 3.1.1

Lưu ý: Đầu ra của một NAND gate có mức logic “0” chỉ khi tất cả các đầu vào có mức logic “1”

Ký hiệu của hàm NAND:

Có nghĩa: “Z bằng not A and B”

Hình 3.1.2 cho thấy các ký hiệu mạch cho một NAND gate

A

Bảng 3.1.4 NAND function – truth table

Bảng 3.1.6 NAND function – truth table Hình 3.1.2 Circuit symbols for a NAND gate

Hàm NOR

Nếu một thành phẩn phủ định được kết nối với đầu ra của một OR gate, sự kết hợp đó gọi

là NOR gate Ký hiệu mạch cho một NOR được tạo thành từ một OR gate thêm dấu chấm phủ định ở đầu ra

Mối quan hệ giữa các biến đầu vào và biến đầu ra được thấy

như trong bảng 3.2.1

Lưu ý: Đầu ra của một NOR gate ở mức logic “1” chỉ khi

không có “1” hiện diện ở bất kỳ đầu vào

Ký hiệu của một NOR Function:

Có nghĩa: “Z bằng neither A nor B”

Hình 3.2.2 cho thấy các ký hiệu mạch khác nhau cho một NOR gate

(use Logo software)

and IEC 3A0C3

B

AB

A

IEC 60017 Old DIN standard ANSI 91-1984

Hình 3.2.2 Circuit symbols for a NOR gate

Cấu trúc của một mạch NOR trên Digital Trainer Board (Hình 3.2.3) với 3 đầu vào và hoàn thành bảng 3.2.4

Hàm Exclusive OR

Mối quan hệ giữa các biến đầu vào và biến đầu ra được

thể hiện trng bảng 3.3.1

Lưu ý: Đầu ra của một Exclusive-OR gate ở mức

logic “1” khi chỉ một đầu vào ở mức logic “1” và tất

cả các đầu vào khác ở mức logic “0”

Ký hiệu của một Ex-OR Function:

Hình 3.3.2 cho thấy các ký hiệu trong mạch khác nhau cho một Ex-OR gate

and IEC 3A0C3

ZA

B

AB

A

IEC 60617 Old DIN standard ANSI 91-1984

Hình 3.3.2 Circuit symbols for an Ex-OR gate

Hình 3.3.3 Exclusive-OR circuit with TTL components

Nhiệm vụ 2

Vẽ mạch của một Exclusive-OR function cấu trúc với NOR gates, như hình 3.3.5

Kiểm tra mạch với Digital Trainer Board

1.2.3 Chuyển đổi đại số

Các đại số được phát triển bởi các nhà toán học tiếng Anh Boole là một đại số định lượng, từ đó lý thuyết tập hợp có thể được bắt nguồn Sử dụng "đại số Boolean", mạch kỹ thuật số có thể được tính toán và đơn giản hóa

Định luật và các quy tắc sau đây phải được quan sát thấy khi làm việc với các chức năng

cơ bản và các biểu thức đại số Boolean:

Luật giao hoán

Một hằng số với giá trị "1" có thể được so sánh với một đoạn dây điện, trong khi một hằng số với giá trị "0" tương đương với một break trong dây

Điều này được chứng minh bằng các ví dụ sau đây

Ví dụ: Logic Law: 1A=1

Hình 5.1 cho thấy rằng bất kể việc chuyển đổi (biến A) mở hoặc đóng, đèn sáng lên vì hằng số "1" là chi phối

Nhiệm vụ 1: Xem xét luật giao hoán

Xác minh luật giao hoán Hoàn thành bảng 5.3 bằng cách nhập trạng thái đầu ra của gates đưa ra trong hình 5.2

Khi kết nối đầu vào với AND và OR gates, trình tự của các kết nối có thể được bỏ qua

Nhiệm vụ 2: Xem xét luật Associative Law

Xác minh định luật liên kết Hoàn thành bảng 5.5, bằng cách nhập trạng thái đầu ra của gates như hình 5.2

Với mạch AND và OR, nhiều gates với vài đầu vào có thể được kết hợp để tạo ra một gate với nhiều đầu vào

Nhiệm vụ 3: Xem xét định luật phân phối

Xác minh định luật phân phối Hoàn thành bảng 5.7 bằng cách nhập trạng thái đầu ra của gates như hình 5.6

Nếu một sự kết hợp của OR và AND gates sản xuất các biến đầu ra tương tự cho một sự kết hợp đầu vào cho trước, sau đó các biến đầu vào có thể được đặt trong ngoặc vuông như trong toán học, do đó làm giảm số lượng các gate

Nhiệm vụ 4: Kết hợp của các biến Boolean

Hoàn thành các biểu thức Boolean:

Nhiệm vụ 5: Xác minh định luật hấp thu (Absorption)

Tìm hiểu định luật hấp thu (absorption) Hoàn thành bảng 5.9 bằng cách nhập trạng thái đầu ra của gates như hình 5.8

Inputs Logic Value