Điều khiển logic và PLC - Tổng hợp mạch logic tuần tự

1ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ 
PLC
Nội dung
1. Cơ sở cho Điều khiển logic
2. Tổng hợp và tối thiểu hóa mạch logic tổ hợp
3. Tổng hợp mạch logic tuần tự
4. Tổng quan về PLC
5. Kỹ thuật lập trình PLC
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
23. Tổng hợp mạch logic tuần tự
3.1. Khái niệm mạch logic tuần tự
Định nghĩa
Tính chất
Phân loại
Biểu diễn bằng đồ thị thời gian
3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự
Phương pháp ma trận trạng thái
Phương pháp GRAFCET
3. Tổng hợp mạch logic tuần tự
3.1. Khái niệm mạch logic tuần tự
Định nghĩa
Tính chất
Phân loại
Biểu diễn bằng đồ thị thời gian
3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự
Phương pháp ma trận trạng thái
Phương pháp GRAFCET
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
33.1. Khái niệm về mạch logic tuần tự
• Định nghĩa: Mạch logic tuần tự là mạch logic mà tín hiệu ra của mạch không những phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào, màcòn phụ thuộc vào thứ tự, thời gian tác động của tín hiệu vào
• Tính chất
– Có nhớ
– Có yếu tố thời gian
– Cùng 1 tín hiệu vào, tín hiệu ra có thể khác nhau (các trạng tháitrong hay trạng thái làm việc)
– Mạch vòng kín (có phản hồi)
Mạch logic 
tổ hợp
Mạch nhớ
tín hiệu vào tín hiệu ra
• Phân loại
– Mạch logic tuần tự đồng bộ: việc chuyển trạng thái
trong mạch không những chỉ phụ thuộc vào tín
hiệu đầu vào, trạng thái trong trước đó, mà còn
phụ thuộc vào xung đồng bộ
• Dùng phổ biến trong máy tính (môn ĐT số)
– Mạch logic tuần tự không đồng bộ: việc chuyển
trạng thái trong mạch chỉ phụ thuộc vào tín hiệu
đầu vào, trạng thái trong trước đó
• Không có tín hiệu đồng bộ
• Thường gặp trong công nghệ của các máy sản xuất công
nghiệp
3.1. Khái niệm về mạch logic tuần tự
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
4• Biểu diễn bằng đồ thị thời gian
a1
a2
Y
Z
1 2 1 1 12 3 2 54 2
Y
a1
Y
Z
a2
a2 Y
+ _
3.1. Khái niệm về mạch logic tuần tự
3. Tổng hợp mạch logic tuần tự
3.1. Khái niệm mạch logic tuần tự
 Định nghĩa
 Tính chất
 Phân loại
 Biểu diễn bằng đồ thị thời gian
3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự
 Phương pháp ma trận trạng thái
 Phương pháp GRAFCET
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
53.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự
• Phương pháp ma trận trạng thái
Yêu cầu công nghệ
Mã hóa bài toán
Lập bảng chuyển trạng thái
Rút gọn bảng chuyển
Mã hóa biến trung gian
Xác định các hàm logic cho 
biến trung gian và biến ra 
Chuyển các quá trình 
công nghệ thành các 
biến logic 
Tối thiểu hóa hàm 
logic
Thực hiện mạch nhớ
• Ví dụ 1: a0 a1P
T
• Xác định các biến vào ra:
• Graph chuyển trạng thái:
• Lập bảng chuyển trạng thái MI
10
10
00
10
01
01
00
01
1 2 3 4
Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 Tín hiệu ra
00 01 11 10 P T
(sang phải) 1 0
(trên đường sang phải) 1 0
(sang trái) 0 1
(trên đường sang trái) 0 1
1
2
3
4
a0a1
VàoRa = a0a1PT
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
6• Điền bảng chuyển trạng thái MI: các đỉnh
10
10
00
10
01
01
00
01
1 2 3 4
Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 Tín hiệu ra
00 01 11 10 P T
(sang phải) 1 0
(trên đường sang phải) 1 0
(sang trái) 0 1
(trên đường sang trái) 0 1
1
2
3
4
1
2
3
4
a0a1
• Điền bảng chuyển trạng thái MI: các cung có hướng
10
10
00
10
01
01
00
01
1 2 3 4
Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 Tín hiệu ra
00 01 11 10 P T
(sang phải) 1 0
(trên đường sang phải) 1 0
(sang trái) 0 1
(trên đường sang trái) 0 1
1
2
3
4
1
2
3
4
a0a1
2
3
4
1
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
7• Graph chuyển trạng thái:
• Lập bảng chuyển trạng thái MI
10
10
00
10
01
01
00
01
1 2 3 4
Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 Tín hiệu ra
00 01 11 10 P T
(sang phải) 2 1 0
(trên đường sang phải) 3 1 0
(sang trái) 4 0 1
(trên đường sang trái) 1 0 1
1
2
3
4
1
2
3
4
a0a1
• Lập bảng chuyển trạng thái M II: nhập hàng của M I
 Quy tắc nhập hàng
 Không quan tâm đến giá trị biến đầu ra, nhưng ưu tiên nhập
các hàng có đầu ra giống nhau.
 Trên cùng 1 cột biến vào, các hàng phải có cùng số ký hiệu
trạng thái hoặc là giá trị trống.
 Số hàng nhập nhiều nhất có thể
 Trạng thái ổn định nhập với không ổn định sẽ ghi trạng thái
ổn định.
 Trạng thái (/không) ổn định nhập với 1 ô trống sẽ ghi trạng
thái (/không) ổn định
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
8Trạng thái Tín hiệu vào:a0a1 Tín hiệu ra
00 01 11 10 P T
(sang phải) 2 1 0
(trên đường sang phải) 3 1 0
(sang trái) 4 0 1
(trên đường sang trái) 1 0 1
1
2
3
4
1
2
3
4
Bảng M I
a0a1
Bảng M II
3
1
2 1
4 3
10 10
01 01
a0
a1
1 2
3 4
+
+
• Xác định và mã hóa biến trung gian
– Số lượng biến trung gian tối thiểu Smin
(N: số hàng của M II)
– N = 2 Smin = 1 chọn biến trung gian X:
– Xác định hàm điều khiển cho biến trung gian X: 
NS min2
1
X
2 3 4
a0
a1
X
2 1
4 3
0 0
1 1 0
13
1
a0
a1
X
0 0
1 1 0
1
 =  + . 
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
9• Xác định hàm logic điều khiển các biến ra
a0
a1
X
2 1
4 3
10 10
01 01
a0
a1
X
1 1
0 0
Cho biến P: 
Cho biến T
a0
a1
X
0 0
1 1
 = 
 = 
• Sơ đồ nguyên lý 
X
a1
X
P
a0
T
X
X
Nếu thay X bằng T, 
chuyện gì xảy ra?
Trong các hàng của M II, các trạng thái ổn định đều có cùng
giá trị đầu ra, có thể cho phép dùng biến ra làm biến trung gian
+ _
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
10
• Ví dụ 2: 2 nút ấn m và d, 1 thiết bị điện T
– Ấn nút m: đóng điện cho T
– Ấn nút d: cắt điện của T
• Chọn các biến vào ra: 
• Graph chuyển trạng thái
00
0
10
1
00
1
01
0
1 2 3 4
5
11
0
VàoRa = mdT
00
0
10
1
00
1
01
0
1 2 3 4
5
11
0
Trạng thái Tín hiệu vào: md
00 01 11 10
Tín hiệu ra 
T
4 5 2 0
3 4 5 1
4 5 2 1
1 5 2 0
1 4 2 0
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Bảng M I
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
11
• Bảng chuyển trạng thái M I & M II
Trạng thái Tín hiệu vào: md
00 01 11 10
Tín hiệu ra 
T
4 5 2 0
3 4 5 1
4 5 2 1
1 5 2 0
1 4 2 0
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Bảng M II
2
4 5
1
3 2
0 1
1 0
m
d
1 4
2 3
+
+
5+ 4 50 0
10
Bảng M I
• Xác định và mã hóa biến trung gian:
– Smin = 1, chọn biến trung gian là biến ra X = T 
2
4 5
1
3 2
0 1
1 0
m
d
5
4 50 0
10
1
T
4 2 3
T
0 0 0 1
1 0 0
m
d
1T
 = ̅ + ̅	= ( + )̅
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
12
• Sơ đồ rơ le-tiếp điểm
T
m d
T
+ _
• Ví dụ 3: 3 nút ấn a, b và c, động cơ M
– Ấn nút a: động cơ quay thuận
– Ấn nút b: động cơ quay ngược
– Ấn nút c: động cơ dừng
– Đang quay thuận, ấn b: động cơ quay ngược
– Đang quay ngược, ấn a: động cơ quay thuận
• Chọn các biến vào ra: 
– Quay thuận: TN = 10
– Quay ngược: TN = 01
– Dừng: TN = 00
VàoRa = abcTN
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
13
000
00
100
10
000
10
1 2 3 4
5
001
00
010
01
000
01
6
Bảng M I
Bảng M II
Xác định và mã hóa biến trung gian: X ; Y
Nhận xét: Biến trung gian trùng với biến đầu ra T = X; N = Y 
1
2 3
4
5 6
XY = TN = 00
XY = TN = 10
XY = NT = 01
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
14
Chú ý: Chuyển từ bảng MII sang bảng Các nô
TN = 00
TN = 10
TN = 01
000
00
01
11
10
001 011 010 110 111 101 100
abc
TN
00 00 01 10
10010001
10010010
0 0 0 1
0 0 0 1
1 0 0 1
000
00
01
11
10
001 011 010 110 111 101 100
abc
TN
0 0 1 0
1 0 1 0
0 0 1 0
000
00
01
11
10
001 011 010 110 111 101 100
abc
TN
 =  + . . ̅
 =  + . . ̅
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
15
T
TN
N
Đ
CKĐ
T
a
T b c
NN a c
b
+ _
+ _
• BTVN:
• Cho 3 nút ấn A, B, C điều khiển động cơ M1, M2
– A: M1 làm việc
– B: M2 làm việc
– C: M1, M2 dừng
– M1 làm việc trước rồi M2 mới làm việc
m
a0
a1
b0 b1 m
a0
a1
b0 b1
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
16
• Ví dụ 4:
Chu trình làm việc: 
• A sang phải (A+)
• A sang trái (A-)
• B đi xuống (B+)
• B đi lên (B-)
• Nhận xét:
– Số biến vào lớn
– Có thể rút gọn số biến vào:
• Chọn a sao cho a1 là tín hiệu đóng (set) của a, a0 là tín
hiệu cắt (reset) của a
• Chọn b sao cho b1 là tín hiệu đóng (set) của b, b0 là tín
hiệu cắt (reset) của b
 =  + . 
 =  + . 
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
17
Biến vào ra:
Graph chuyển trạng thái
VàoRa = abAABB
00
1000
1 2 3 4
10
0100
00
0010
01
0001
 =  + .  =  + . 
Trạng thái Tín hiệu vào:ab Tín hiệu ra
00 01 11 10 A+ A- B+ B-
2 1 0 0 0
3 0 1 0 0
4 0 0 1 0
1 0 0 0 1
1
2
3
4
1
2
3
4
Bảng M I
ab
Bảng M II
2
4
1
23
41000
01000010
0001
a
b
1 4
2 3
+
+
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
18
• Xác định và mã hóa biến trung gian:
– Smin = 1, chọn biến trung gian là biến ra X 
(không thể lấy biến ra là biến trung gian) 
1
X
4 2 3
2
4
1
23
40
11
0
a
b
0 0 1
1 0 1
a
b
X
X
1
0
 =  + 
• Lập bảng Các nô để xác định hàm logic điều 
khiển các biến ra
a
b
X
a
b
X
1
0
Cho biến A+: 
Cho biến A-
a
b
X
0 0
0 1
1
23
4
1000
01000010
0001 0
0 = 
 = 
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
19
a
b
X
a
b
X
0
1
Cho biến B+: 
Cho biến B-
a
b
X
0 1
0 0
1
23
4
1000
01000010
0001 0
0 = 
 = 
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
20
3. Tổng hợp mạch logic tuần tự
3.1. Khái niệm mạch logic tuần tự
 Định nghĩa
 Tính chất
 Phân loại
 Biểu diễn bằng đồ thị thời gian
3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự
 Phương pháp ma trận trạng thái
 Phương pháp GRAFCET
– Biểu diễn các quá trình công
nghệ dưới dạng lưu đồ (graph)
các trạng thái làm việc
– Xây dựng các hàm logic điều
khiển và sơ đồ điều khiển từ lưu
đồ (graph) các trạng thái làm
việc
3.2. Tổng hợp mạch logic tuần tự
• Phương pháp GRAFCET
1
tác nhân kích thích n-1
trạng thái ban đầu
tác nhân kích thích 0
tác nhân kích thích 1
trạng thái làm việc n
trạng thái làm việc 1
tác nhân kích thích n
0
n
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
21
• Phương pháp GRAFCET
– Một số ký hiệu cơ bản
0
k
k
Tên gọi Ký hiệu
Trạng thái ban đầu
Trạng thái thông thường
Trạng thái đang hoạt động
Cung định hướng và chuyển tiếp
0
• Phương pháp GRAFCET
– Mỗi trạng thái ứng với một hoặc một nhóm hành
động hoàn chỉnh
– Mỗi chuyển tiếp đi kèm với tác nhân kích thích
(điều kiện logic) biểu thị điều kiện chuyển trạng
thái
– Trạng thái đang hoạt động: thực thi các hành động
tương ứng với trạng thái đó
– Hoạt động của GRAFCET: các trạng thái lần lượt
hoạt động theo trình tự quy định (di chuyển token)
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
22
• Quy tắc hoạt động của GRAFCET 
(quy tắc vượt qua chuyển tiếp)
– Chuyển tiếp sẵn sàng: các trạng thái ngay trước
chuyển tiếp (đầu vào) là đang hoạt động
– Chuyển tiếp được vượt qua: khi chuyển tiếp sẵn
sàng và tác nhân kích thích xảy ra (điều kiện logic
là đúng)
– Khi vượt qua chuyển tiếp: Các trạng thái ngay
trước chuyển tiếp ngừng hoạt động, đồng thời các
trạng thái ngay sau (đầu ra) hoạt động
a0 a1P
T
Ví dụ 1: 
1
trạng thái ban đầu
Ấn nút m và đang ở đầu hành trình
đã ở cuối hành trình
Đi sang phải
Đã ở đầu hành trình
0
2 Đi sang trái
m
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
23
• Xây dựng hàm logic từ GRAFCET
– Mỗi trạng thái i ứng với một biến ra Si
– Mỗi biến Si sẽ có 2 hàm đóng (set) vàhàm cắt (reset) 
– Cần một tín hiệu xác lập trạng thái ban 
đầu ()
Si-1
i
fi-1
i-1
i+1
fi
Si
Si+1
	 =  +  	= 	= 
 =  + 
a0 a1P
T
Ví dụ 2: 
1
trạng thái ban đầu
Ấn nút m và đang ở đầu hành trình
đã ở cuối hành trình
Đi sang phải
Đã ở đầu hành trình
0
2 Đi sang trái
Xác lập trạng thái ban đầu
m
1
S0
m.a0
a1
S1 = P
a0
0
2 S2 = T
g
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
24
1
S0
m.a0
a1
S1 = P
a0
0
2 S2 = T
g  =  + .  =   =  + . + . ̅ = . .  =   = . .  +  ̅ = .  =   = .  +  ̅
Sơ đồ điều khiển rơ le-tiếp điểm
S0
g
S1
S2
m
S0
S2a0 S1
S2
S0
a0 S0
S1
S1a1
S2
+ _
P
T
S1
S2
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
25
– Các dạng mạch đặc biệt
• Mạch phân kỳ “HOẶC”
fi+1
 =  +  +  =  =  = 
i
i+1 i+2 i+3
fi+2 fi+3
Si+1 Si+2 Si+3
Si
• Mạch hội tụ “HOẶC”
 =  =  =  =  +  + 
i+1 i+2 i+3
fi+1 fi+2 fi+3
i+4
Si+1 Si+2 Si+3
Si+4
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
26
• Mạch phân kỳ “VÀ”
 = . .  =  =  =  . 
fi
i+1 i+2 i+3Si+1 Si+2 Si+3
i Si
• Mạch hội tụ “VÀ”
 =  =  =  = . . . 
i+1 i+2 i+3
fi+4
i+4
Si+1 Si+2 Si+3
Si+4
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
27
• Ví dụ 3
a0
a1
b0 b1
A-A+
B-
B+
A-A+
trạng thái đi xuống
trạng thái ban đầu
Xác định trạng thái ban đầu
đã ở cuối hành trình đi xuống
trạng thái đi lên
đã ở đầu hành trình đi xuống và 
cuối hành trình đi ngang 
đã ở đầu hành trình đi xuống 
và đầu hành trình đi ngang 
đã ở đầu hành trình đi xuống 
và cuối hành trình đi ngang 
trạng thái sang phải trạng thái sang trái
đã ở cuối hành trình đi ngang đã ở đầu hành trình đi ngang
0
1
2
3 4
S1=A+
S0
g
a1
S2=A-
a0b0
a0b0 a0b1
S3=B+ S4=B-
b1 b0
 =  +  =  =  +  +  ̅ =  +  =  = ( +  + S) ̅
 =  =  = ( + )̅
 =  =  +  =  +   +  =  +  ̅̅
0
1
2
3 4  =  =  = ( + )̅
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019