Tài liệu về lập trình điều khiển PLC Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hàm chuẩn tắc và tối thiểu hóa hàm logic Chuẩn tắc tuyển Chuẩn tắc hội Tổng của các tích Tích của các tổngXét đến các giá trị 1 Xét đến các giá trị 0Biến X=0 ghi ത? Biến X=0 ghi XBiến X

Trang 1

Email: linh.nhatuong@hust.edu.vn Mobile: 0912 857 912

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Trang 2

➢ MỤC TIÊU HỌC PHẦN ( ME 4501 2(2-1-0-4))

+ Hiểu về cấu trúc chung, nguyên lý làm việc của PLC

+ Nắm vững khái niệm các hệ thống điều khiển và các phần tử trong

hệ thống điều khiển logic, lập trình PLC, mạng điều khiển côngnghiệp

+ Sử dụng PLC vào các ứng dụng điều khiển hệ thống công nghiệp

+ Vận hành, khai thác được các hệ thống tự động, bảo dưỡng bảo trì,hiệu chỉnh, thiết kế và cải tiến các hệ thống tự động sử dụng PLC

1

Trang 3

➢ TÀI LIỆU THAM KHẢO:

STT Tài liệu tham khảo

[1] Bài giảng PLC và mạng công nghiệp (slide bài giảng)

[2] TS Nguyễn Trọng Doanh, Điều khiển PLC, NXB KHKT, 2013

[3] Dag H Hansen: Programmable Logic Controller, 2015

[4] Frank D Petruzella: Programmable Logic Controllers, 2017

[5] Phần mềm TIA Portal của Siemems

[6] https://support.industry.siemens.com/cs/start?lc=en-US

[7] https://www.rockwellautomation.com/en-us/support.html

[8] https://www.mitsubishielectric.com/fa/products/cnt/plc/index.html

2

Trang 4

5 Cấu trúc và hoạt động của bộ nhớ PLC

4 Các mô đun vào ra

3 Cấu trúc và nguyên lý làm việc của PLC

2 Logic cứng và sự phát triển của PLC

1 Tổng quan về điều khiển logic

6 Mạng công nghiệp và các giao thức kết nối

Mục lục

7 Ứng dụng của PLC trong công nghiệp

3

Trang 5

1.1 Các khái niệm cơ bản

1.2 Điều khiển logic

1.3 Đại số logic (Đại số Boole)

1.4 Hàm chính tắc và tối thiểu hóa hàm logic

1.5 Các phương pháp biểu diễn hàm logic

1.Tổng quan về điều khiển logic

4

Trang 6

❑ Điều khiển (Control):

Ví dụ1: Lái xe giữ vận tốc ổn định ở 45km/h.

- Quan sát đồng hồ tốc độ => thu thập thông tin

- Bộ não điều khiển: Nếu v < 45km/h, tăng tốc, nếu v>45km/h,giảm tốc => Xử lý thông tin

- Giảm ga hoặc tăng ga => tác động vào hệ thống

Kết quả là xe chạy với vận tốc “gần” bằng 45km/h

5

Trang 7

❑ Điều khiển (tiếp)

Hình 1.1 Điều khiển nhiệt độ lò nhiệt

=> Điều khiển được

hiểu là quá trình thu

Trang 8

❑ Điều khiển tự động

Hình 1.2 Điều khiển tự động nhiệt độ lò nhiệt

Cảm biến nhiệt

Bộ điều khiển

Van điều khiển

Trang 9

❑ Hệ thống điều khiển:

➢Hệ thống điều khiển : là một hệ thống mà đầu ra của nó có thể được quản lý, kiểm soát hoặc điều chỉnh bằng cách thay đổi đầu vào.

HỆ THỐNG ĐIỀU

KHIỂN

Hình 1.3 Cấu trúc của hệ thống điều khiển

8

Trang 10

❑ Hệ thống điều khiển (tiếp):

➢Hệ thống điều khiển vòng hở : là hệ thống có tác động điều khiển độc lập với tín hiệu ngõ ra.

Ví dụ: Hệ thống điều khiển máy giặt

BỘ ĐIỀU KHIỂN

Hình 1.4 Hệ thống điều khiển vòng hở (máy giặt)

MÁY GIẶT

Tín hiệu điều khiển

9

Trang 11

➢Hệ thống điều khiển vòng kín : là hệ thống có tác động điềukhiển phụ thuộc vào tín hiệu ngõ ra Hệ thống điều khiển vòng kíncòn được gọi là hệ thống điều khiển hồi tiếp (feedback controlsystems)

BỘ ĐIỀU KHIỂNTín hiệu vào

Hình 1.4 Hệ thống điều khiển vòng kín

Hồi tiếp

Tín hiệu ra

SO SÁNH

Sai lệch

10

Trang 12

1 Tổng quan điều khiển logic

Hành trình thực tế

Sai lệch

Hình 1.5 Điều khiển lái trên ô tô

11

Trang 13

12

Trang 14

Trang 15

Trang 16

❑ Cách chuyển đổi các hệ đếm (tiếp)

Trang 17

❑ Mã BCD (Binary Coded Decimal)

➢ Là hệ thống thập phân được mã hóa nhị phân nhằm cung cấp một cách thuận tiện để xử lý các số lớn cần nhập vào hoặc xuất ra từ PLC

➢ Hệ thống BCD cung cấp phương tiện chuyển đổi mã do con người xử lý (thập phân) thành mã do thiết bị xử lý (nhị phân) dễ dàng

➢ Hệ thống BCD sử dụng 4 bit (1 Nibble) để biểu diễn mỗi chữ số thập phân từ 0-9

16

Trang 18

❑ Mã BCD (Binary Coded Decimal) (tiếp)

Trang 19

17

Ví dụ chuyển 48910 sang BCD

Ví dụ chuyển 00110100100101012 sang BCD sang thập phân

Trang 20

18

Ví dụ: Ứng dụng mã BCD trong thực tế:

Bộ công tắc vòng xoay trong PLC:

số thập phân được chọn

Bảng mạch kết nối cho mỗi bit

Đầu ra công tắc vòng xoay tương đương với dữ liệu BCD

4 bits

Mô đun đầu vào PLC

Trang 21

19

Ví dụ: Ứng dụng mã BCD trong thực tế:

Hiển thị LED bằng

PLC :

Trang 22

❑ Mã Gray (Gray code)

từ số này sang số tiếp

theo, chỉ có một bit thay

đổi.

Trang 23

❑ Mã Gray (Gray code)

20

Sử dụng mã Gray 4 bit để phát hiện những thay đổi về vị trí góc

(Encorder)

Trang 24

❑ Mã ASCII ( American Standard Code for Information

Trang 25

❑ Mã ASCII ( American Standard Code for Information

Trang 26

❑ Ví dụ về điều khiển logic

23

Trang 27

❑ Điều khiển logic giải quyết các vấn đề sau:

➢ Hệ thống có các chế độ làm việc khác nhau, tuân theo

lệnh điều khiển từ bên ngoài

➢ Chuyển từ chế độ này sang chế độ khác theo một trình tự,

điều kiện xác định

➢ Đảm bảo trình tự thời gian và sự tương tác giữa các bộ

phận

➢ Phản ứng tức thời trước một số sự kiện

24

Trang 28

❑ Các lĩnh vực nghiên cứu của điều khiển logic

➢ Khoa học máy tính (Computer Science)

➢ Lập trình (Programming)

➢ Mô phỏng (Simulation)

➢ Truyền thông (Communication)

➢ Các hệ thống điều khiển công nghiệp (Industrial systems control)

25

Trang 29

Trang 30

Trang 31

Trang 32

❑ Logic hai trạng thái

➢ Trong đời sống: Các tính từ chỉ hai trạng thái đối lập nhau như:

Sạch  Bẩn; Đắt  Rẻ; Sáng  Tối; Tốt  Xấu; Giỏi  Dốt;

=> 0 hoặc 1 được gọi là giá trị logic

29

Trang 33

❑ Logic hai trạng thái (tiếp)

➢ Giá trị “0” đặc trưng cho trạng thái của một sự vật hiện tượng, giátrị “1” đặc trung cho trạng thái đối lập của sự vật hiện tượng đó

 Xây dựng các cơ sở toán học để tính toán các hàm và biến chỉ lấy hai giá trị 0 và 1 => hàm và biến logic

 Cơ sở toán học để tính toán các hàm và biến logic gọi là đại số

logic hay đại số Boole

30

Trang 34

➢ Đại số Boole được phát minh bởi nhà toán học Anh GeorgeBoole vào năm 1854

➢ Đại số Boole để nghiên cứu các sự vật, hiện tượng có hai trạngthái đối lập

➢ Để biểu diễn (lượng hóa) trạng thái đối lập: 0 và 1

31

Trang 35

❑ Tương tự các hệ đại số khác được xây dựng thông qua những vấn đề cơ bản sau:

➢ Miền (domain) là tập hợp (set) các phần tử (element)

➢ Các phép toán (operation) thực hiện được trên miền

➢ Các định đề (postulate), hay tiên đề (axiom) được công nhận

không qua chứng minh

➢ Tập các hệ quả (set of consequences) được suy ra từ định đề,

định lý (theorem), định luật (law) hay luật(rule)

32

Trang 36

❑ Các phép toán trong đại số Boole thực hiện trên các biến có 2 giá trị 0 và 1.

❑ Các phép toán trong đại số Boolean gồm

➢ Cộng luận lí (cộng logic): ‘+’ hay OR

➢ Nhân luận lí (nhân logic): ‘ ‘ hay AND

➢ Phép bù: ‘-’ hay NOT

33

Trang 39

• Kết quả trả về 1 (TRUE) nếu giá trị đầu vào là 0 (FALSE)

• Ngược lại, kết quả là 0 (FALSE) nếu giá trị nhập vào là 1(TRUE)

A 1 0 0 1 1 0 1 0

Ā hay NOT A 0 1 1 0 0 1 0 1

36

Trang 41

1.3 Đại số Boole

❑ Phép toán VÀ : Dấu ‘.’ hay AND

➢ Biểu thức : A B = C hay A AND B = C

Trang 45

❑ Độ ưu tiên của các toán tử:

➢ Toán tử có độ ưu tiên cao nhất được định trị đầu tiên

➢ Biểu thức được tính từ trái sang phải

➢ Biểu thức trong ngoặc đơn được đánh giá trước

➢ Các phép toán bù (NOT) được ưu tiên tiếp theo

➢ Tiếp theo là các phép toán ‘.’ (AND)

➢ Cuối cùng là các phép toán ‘+’ (OR)

1 ( ) Biểu thức trong ngoặc

Trang 46

❑ Các tính chất của đại số logic:

➢ Tiên đề 1:

a A = 0 khi và chỉ khi A không bằng 1

b A = 1 khi và chỉ khi A không bằng 0

Trang 47

44

Trang 49

❑ Các tính chất của đại số logic:

Trang 50

❑ Nguyên lý đối ngẫu:

➢ Có sự đối ngẫu giữa toán tử AND, OR và bit 0, 1

➢ Đại số Boole mang tính đối ngẫu

Trang 51

𝑓(𝑥, 𝑦)

x y

𝑓(𝑥, 𝑦)

48

Trang 52

𝑓(𝑥, 𝑦) = 𝑥 + 𝑦

49

Trang 53

𝑓(𝑥, 𝑦) = 𝑥 ⊕ 𝑦

50

Trang 54

1.4 Hàm chuẩn tắc và tối thiểu hóa hàm logic

➢ Dạng tổng của tích (Dạng tuyển): Mỗi hàm được biểu diễnbằng tổng các toán hạng, mỗi toán hạng là tích của các biến:

Trang 56

❑ Hàm logic chuẩn tắc

Chuẩn tắc tuyển Chuẩn tắc hội

Tổng của các tích Tích của các tổngXét đến các giá trị 1 Xét đến các giá trị 0Biến X=0 ghi ത𝑋 Biến X=0 ghi XBiến X=1 ghi X Biến X=1 ghi ത𝑋

Bảng so sánh

53

Trang 57

❑ Hàm logic chuẩn tắc (tiếp)

➢ Định lý Shannon (Chuẩn tắc tuyển): Tất cả các hàm lôgic cóthể triển khai theo một trong các biến dưới dạng tổng của 2tích logic

F(A,B) AB.F(0,0) AB.F(0,1) AB.F(1,0) AB.F(1,1)

54

Trang 58

❑ Hàm logic chuẩn tắc (tiếp)

➢ Định lý Shannon (Chuẩn tắc hội): Tất cả các hàm lôgic cóthể triển khai theo một trong các biến dưới dạng tích của 2tổng lôgic

Trang 59

❑ Tối thiểu hóa hàm logic

➢ Dạng tối thiểu của hàm logic: Là cách biểu diễn hàm logic ởdạng gọn nhất, tối ưu về số biến và số số hạng hoặc thừa số

➢ Tối thiểu hóa hàm logic: là đưa hàm logic bất kỳ về dạng tốithiểu

➢ Ý nghĩa:

▪ Về kinh tế: giảm chi phí vật tư thiết bị

▪ Về mặt kỹ thuật: giảm xác suất hỏng hóc

56

Trang 60

❑ Tối thiểu hóa hàm logic (tiếp)

➢ Phương pháp biến đổi đại số:

➢ Phương pháp dùng thuật toán:

▪ Dùng bảng Karnaugh: là phương pháp thông dụng vàđơn giản, nhưng chỉ phù hợp với hàm có số biến n  6

▪ Phương pháp Quine Mc Cluskey: là phương pháp tổngquát, có thể giải quyết các hàm có số lượng biến lớn

57

Trang 61

➢ Phương pháp biến đổi đại số: Sử dụng các tính chất, định

lý, định luật của đại số Boole để rút gọn

Trang 62

➢ Phương pháp biến đổi đại số:

Trang 63

➢ Phương pháp dùng bảng Karnaugh : là phương pháp thôngdụng và đơn giản, nhưng chỉ phù hợp với hàm có số biến n  6

❖ Biểu diễn hàm đã cho dưới dạng bảng Karnaugh

❖ Nhóm các có giá trị 1 và các ô không xác định ở cạnh nhauhoặc đối xứng nhau thành các vòng với điều kiện:

* Số ô trong một vòng là 2 n, với n lớn nhất có thể

* Các vòng có thể giao nhau nhung không trùm lên nhau

* Số vòng phải phủ hết các ô có giá trị 1

* Số vòng phải là tối thiểu

60

Trang 64

➢ Phương pháp dung bảng Karnaugh

❖ Mỗi vòng tương ứng với tích các biến có giá trị không thay đổitrong vòng đó với biểu diễn tương ứng với giá trị của các biến

Trang 65

Trang 66

➢ Phương pháp Quine Mc Cluskey

63

Bước 1 Ghi các tổ hợp biến theo các mã nhị phân (biến đảo = 0)Bước 2 Nhóm các tổ hợp biến theo số chữ số 1 theo biến nhịphân, nhóm i gồm i chữ số 1

Bước 3 Nhóm các tổ hợp biến nhóm i với nhóm i+1 nếu chúngchỉ khác nhau 1 bit ở cùng một vị trí

(Đánh dấu “-”với các tổ hợp biến mới hình thành, dấu “*” với

các tổ hợp biến đã ghép, dấu “” với các tổ hợp biến không thểghép)

Trang 67

64

Bước 4 Lặp lại bước 2 cho đến khi không thể ghép được

Bước 5 Lập bảng phủ tối thiểu: chọn các tổ hợp không thể ghéptối thiểu để phủ hết số tổ hợp ban đầu

Bước 6 Hàm tối thiểu bẳng tổng các tích tương ứng với các tổhợp không thể ghép được lựa chọn trong bảng phủ tối thiểu

Trang 68

65

Ví dụ: tối thiểu hóa hàm

Bước 1+ 2: Ghi các tổ hợp biến theo mã nhị phân và phân nhóm

Nhóm Tổi hợp biến 1 Tổ hợp biến 2 Tổ hợp biến 2

Bước 3+4 Nhóm các tổ hợp biến

Trang 69

66

Ví dụ: tối thiểu hóa hàm

Trang 70

❑ Phương pháp biểu diễn bảng trạng thái

Để biểu diễn hàm lô gíc n biến thì bảng trạng thái phải bao

gồm:

+ n+1 cột (n cột cho tương ứng với n biến và một cột cho giá

trị hàm)

+ 2n hàm tương ứng với 2n tổ hợp biến

67

Tổ hợp biến

Tuy nhiên phù hợp với các hàm có số

biến nhỏ, vì với số biến lớn bảng sẽ

cồng kềnh

Trang 71

❑ Phương pháp biểu diễn bằng hình học

Với phương pháp hình học hàm n biến được biểu diễn trong

không gian n chiều, mỗi tổ hợp biến được biểu diễn thành một

điểm trong không gian Phương pháp này rất phức tạp khi số

biến lớn nên thường ít dùng

68

00 01

11 10

0 1

x1

x2

x1 x2

x3

000 100

110 010

001

011

101 111

Hàm 1 biến Hàm 2 biến Hàm 3 biến

Trang 72

❑ Phương pháp biểu diễn bằng bảng Karnaugh

- Bảng có dạng hình chữ nhật, n biến → 2n ô, mỗi ô tương

ứng với giá trị của 1 tổ hợp biến

- Giá trị các biến được sắp xếp theo thứ tự theo mã vòng

68

Trang 73

❑ Phương pháp biểu diễn bằng bảng Karnaugh

69

Bảng hàm 5 biến

Bảng hàm 6 biến

Trang 74

❑ Phương pháp biểu diễn bằng biểu thức đại số

70

➢ Cách viết dưới dạng tổng chuẩn đầy đủ (chuẩn tắc tuyển):

- Chỉ quan tâm đến những tổ hợp biến mà hàm có giá trị bằng một

- Trong một tổ hợp (đầy đủ biến) các biến có giá trị bằng 1 thì giữnguyên

- Hàm tổng chuẩn đầy đủ sẽ là tổng chuẩn đầy đủ các tích đó

➢ Cách viết dưới dạng tích chuẩn đầy đủ ( hội tắc tuyển ):

- Chỉ quan tâm đến tổ hợp biến hàm có giá trị của hàm bằng 0

- Trong mỗi tổng biến xi = 0 thì giữ nguyên xi = 1 thì đảo biến

xi

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	1,85 MB