Giáo trình Hệ thống sản xuất tự động hóa với PLCs - Phần 12: Thiết kế theo trạng thái

12. THIẾT KẾ THEO TRẠNG THÁI

Chủ đề:

 Mô tả quá trình điều khiển bằng cách sử dụng các sơ đồ trạng thái

 Chuyển các sơ đồ trạng thái sang logic bậc thang

 Các khối MCR

Mục tiêu:

 Có khả năng xây dựng các sơ đồ trạng thái cho một quá trình nào đó

 Có khả năng chuyển một sơ đồ trạng thái sang logic bậc thang một cách trực

tiếp

 Có khả năng chuyển các sơ đồ trạng thái sang logic bậc thang bằng cách sử

dụng các phương trình

12.1 GIỚI THIỆU

Một trạng thái hệ thống là một chế độ hoạt động nào đó. Xem xét một máy

nhà băng mà máy này sẽ đi qua các trạng thái được lựa chọn một cách rất cẩn thận.

Trình tự chung của các trạng thái có lẽ là không làm gì cả, quét thẻ, lấy số bảo mật,

lựa chọn kiểu giao dịch, hỏi cho số tiền chi trả, đếm tiền, chuyển tiền/trả thẻ, sau đó

không làm gì cả (nghỉ).

Một hệ dựa trên trạng thái có thể được mô tả với các trạng thái của hệ, và

chuyển đổi giữa các trạng thái đó. Một sơ đồ trạng thái được chỉ ra trong hình 12.1.

Sơ đồ này có hai trạng thái, Trạng thái 1 và Trạng thái 2. Nếu hệ trong trạng thái 1 và

A xuất hiện hệ này sẽ chuyển sang trạng thái 2, ngược lại nó sẽ vẫn ở trạng thái 1.

Như vậy nếu hệ này là trong trạng thái 2, và B xảy ra thì hệ sẽ chuyển về trạng thái 1.

Như được chỉ ra trong hình sơ đồ trạng thái này có thể được dùng cho một bộ điều

khiển đèn tự động nào đó. Khi dòng điện được cấp hệ sẽ chuyển tới trạng thái các

đèn tắt. Nếu chuyển động được phát hiện hay một nút on được bấm hệ sẽ chuyển

sang trạng thái đèn bật. Nếu hệ trong trạng thái đèn bật và sáng trong 1 giờ đồng hồ

đã qua, hay một nút off được nhấn thì hệ sẽ sang trạng thái đèn tắt. Các phát biểu

khác là được bỏ qua trong lưu đồ thứ hai, nhưng chúng được ngụ ý nhắc tới.

Sơ đồ này có thể mô tả hoạt động của các đèn tiết kiệm năng lượng trong một

phòng nào đó chúng được điều khiển bởi hai nút nhấn. Trạng thái 1 có thể là các đèn

tắt và trạng thái hai có thể là các đèn bật. Các mũi tên giữa các trạng thái này được

gọi là các chuyển đổi và sẽ được theo sau khi mà các điều kiện là đúng. Trong trường

hợp này nếu ta đang trong trạng thái 1 và A xuất hiện ta sẽ chuyển sang trạng thái 2.

Vòng lặp khác chỉ ra rằng có một trạng thái sẽ giữ kích hoạt nếu một chuyển đổi là

không được xảy ra. Đây là các việc hơi rõ ràng chúng thường bị bỏ qua từ các sơ đồ

trạng thái.

Figure 12.1 A State Diagram – Một sơ đồ trạng thái

Phần thiết yếu nhất cho việc tạo ra các sơ đồ trạng thái là xác định các trạng

thái. Một vài câu hỏi then chốt để hỏi là:

1. Xem xét hệ này:

Hệ thống thường làm gì?

Cách hành xử của hệ thống có thay đổi không?

Một vài thứ có thể thay đổi hoạt động của hệ thống như thế nào?

Có một trình tự cho các hành động hay không?

2. Liệt kê các chế độ hoạt động ở đó hệ này đang làm một hành động có thể

nhận biết mà hành động đó sẽ làm chạy (start) hay làm dừng (stop). Hãy nhớ

rằng một vài hành động có thể chỉ được chờ.

Xem xét thiết kế của một máy bán cà phê tự động. Bước đầu tiên yêu cầu việc

nhận biết các trạng thái máy bán hàng tự động như trong hình 12.2. Trạng thái chính

là trạng thái nghỉ (không làm gì cả). Có một trạng thái đút tiền ở đó khi tổng số có thể

được đưa ra màn hình. Khi số tiền được đút đủ người dùng có thể lựa chọn đồ uống

mà họ chọn. Sau điều này trạng thái làm cà phê sẽ kích hoạt trong khi cà phê đang

được pha. Nếu một lỗi được phát hiện trạng thái cần đến dịch vụ sẽ được kích hoạt.

CÁC TRẠNG THÁI

Không làm gì cả - máy này không có tiền xu và đang không làm gì

Nhét tiền xu – các đồng xu đã được cho vào và tổng tiền được hiển thị

Người mua lựa chọn – tiền đã nhét đủ và người mua đang lựa chọn cà phê

Làm cà phê – loại cà phê được lựa chọn đang được làm

Cần đến dịch vụ – máy này đã hết cà phê, hết tách, hay bất cứ lỗi khác nào đã

xảy ra

Ghi chú:

1. Các trạng thái này có thể là chủ quan, và các thiết kế viên khác nhau có

thể không đồng ý (chỉ trích) với các người khác.

2. Các trạng thái này là rất cụ thể cho từng máy.

3. Các trạng thái trước/sau không là một phần nào của các trạng thái.

4. Có một sự khác biệt hoàn toàn giữa các trạng thái.

Figure 12.2 Definition of Vending Machine States

Định nghĩa về các trạng thái máy bán hàng tự động

Các trạng thái này sau đó được vẽ trong một sơ đồ trạng thái như trong hình

12.3. Các chuyển đổi là được thêm khi cần giữa các trạng thái. Ở đây ta có thể thấy

khi được cấp điện máy này sẽ bắt đầu trong một trạng thái nghỉ. Các chuyển đổi ở

đây là dựa trên các đầu vào và các cảm biến trong máy bán hàng tự động này. Sơ đồ

trạng thái là hoàn toàn chủ quan, và các sơ đồ phức tạp sẽ khác nhau từ thiết kế đến

thiết kế. Các sơ đồ này cũng phơi bày cách hoạt động của bộ điều khiển. Xem xét nếu

máy này cần đến bảo trì, và nó được rút phích ra và cắm lại, yêu cầu cần đến dịch vụ

sẽ không được đưa vào lại cho đến khi khách hàng tiếp theo trả tiền nhưng không

nhận được cà phê của họ. Trong một thiết kế có tính thương mại ta sẽ muốn sửa

chữa sơ suất này.

Figure 12.3 State Diagram for a Coffee Machine

Sơ đồ trạng thái cho một máy bán cà phê

12.1.1 Ví dụ sơ đồ trạng thái

Xem xét các đèn giao thông trong hình 12.4. Các trình tự bình thường cho các

đèn giao thông này là một đèn xanh lá cây trong một hướng cho một khoảng thời

gian dài, thường là 10 giây hay hơn. Sau đó một một đèn vàng ngắn, thông thường là

4 giây. Sau đó một mẫu đèn tương tự trong phía kia. Nó được hiểu rằng một đèn

xanh lá cây hay đèn vàng trong một hướng ngụ ý một đèn đỏ trong phía kia. Các nút

cho người đi bộ cũng được cung cấp để khi người đi bộ là hiện diện một đèn đi bộ

qua đường có thể được bật và thời gian đèn xanh sáng được kéo dài.

Figure 12.4 Traffic Lights – Các đèn giao thông

Bước đầu tiên cho phát triển một bộ điều khiển là xác định các đầu vào và các

đầu ra của hệ như trong hình 12.5. Đầu tiên ta sẽ mô tả các biến của hệ. Những điều

này sẽ thay đổi khi hệ chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác. Nhớ rằng một

vài trạng thái này cùng với nhau có thể xác định một trạng thái (khi một mình chúng

không là các trạng thái). Các đầu vào được dùng khi xác định các chuyển đổi. Các đầu

ra có thể được dùng để xác định (định nghĩa) trạng thái hệ thống.

Ta có tám mục mà là ON hay OFF

Nhớ rằng mỗi trạng thái sẽ dẫn tới một

tập khác nhau các đầu ra. Các đầu vào

thường là các vật thể, hay là tất cả các

chuyển đổi.

Một sơ đồ đơn giản có thể được vẽ để chỉ ra trình tự cho các đèn này

Figure 12.5 Inputs and Outputs for Traffic Light Controller

Các đầu vào và các đầu ra cho bộ điều khiển đèn giao thông

Các sơ đồ trạng thái trước đã được dùng để định nghĩa hệ này, có thể được

dùng một bảng trạng thái như trong hình 12.6. Ở đây các trình tự đèn được liệt kê

theo thứ tự. Mỗi trạng thái được cho một tên để dễ giải thích, nhưng mẫu đầu ra

tương ứng cũng được cho. Trạng thái hệ này được định nghĩa như mẫu bit của 6 đèn.

Nhớ rằng chỉ có 4 mẫu (trường hợp), nhưng 6 bit nhị phân có thể cho nhiều đến 64

mẫu.

Bước 1: Định nghĩa các trạng thái hệ thống và đặt chúng theo trình tự một cách

tương đối thô thiển

(Ghi chú của người gõ: Ở đây 4 trạng thái xác định 6 đầu ra là được chuyển

mạch bật/tắt như thế nào

)

Figure 12.6 System State Table for Traffic Lights

Bảng trạng thái hệ thống cho các đèn giao thông

Các chuyển đổi có thể được thêm vào cho bảng trạng thái để làm rõ hoạt động

này, như trong hình 12.7. Ở đây chuyển đổi từ Green E/W tới Yellow E/W là S1. Cái

này nghĩa là một nút đi bộ qua đường nào đó phải được bấm để tắt đèn xanh. Đây là

không bình thường, bình thường thì các đèn này sẽ dùng một trễ. Chuyển đổi từ

Yellow E/W tới Green N/S được gây ra bởi một bộ trễ 4 giây nào đó (đây là bình

thường). Chuyển đổi tiếp theo cũng là bất thường, yêu cầu rằng nút bấm đi bộ qua

đường được bấm để kết thúc trạng thái Green N/S. Trạng thái cuối có một trễ 4 giây

trước khi chuyển tới trạng thái đầu tiên trong bảng này. Trong bảng trạng thái này

trình tự ấy sẽ luôn là như nhau, nhưng các thời điểm sẽ là khác nhau cho các đèn

xanh lá cây.

Bước 2: Xác định các thời điểm xuất sinh chuyển đổi trạng thái, và thêm chúng

vào danh sách các trạng thái

Figure 12.7 State Table with Transitions – Bảng trạng thái với các chuyển đổi

Một sơ đồ trạng thái cho hệ này được chỉ ra trong hình 12.8. Sơ đồ này là tương

đương với bảng trạng thái trong hình 12.7, nhưng nó có thể có giá trị cho việc kiểm

tra trực quan.

Bước 3: Vẽ sơ đồ chuyển đổi trạng thái

Figure 12.8 A Traffic Light State Diagram – Một sơ đồ trạng thái đèn giao thông

12.1.2 Chuyển sang logic bậc thang

12.1.2.1 - Chuyển đổi logic khối

Các sơ đồ trạng thái có thể được chuyển đổi trực tiếp sang logic bậc thang bằng

cách sử dụng logic khối. Kỹ thuật này sẽ sản sinh ra các chương trình lớn hơn, nhưng

nó là một phương pháp đơn giản để hiểu, và dễ dò lỗi. Ví dụ đèn giao thông trước là

được thực thi trong logic bậc thang. Các đầu vào và các đầu ra được định nghĩa trong

hình 12.9, giả thiết rằng nó sẽ được thực thi trên một Allen Bradley Micrologix. Quét

đầu là địa chỉ của quét đầu trong PLC này. Các vị trí B3/1 tới B3/4 là các vị trí bộ nhớ

bên trong mà các vị trí này sẽ được dùng để theo dõi mà trạng thái của nó là bật.

Cách làm này giống như các đầu ra, nhưng chúng không có sẵn cho kết nối bên ngoài

PLC. Các giá trị đầu vào và các giá trị đầu ra là được xác định bởi cách bố trí (thiết kế)

PLC.

Figure 12.9 Inputs and Outputs for Traffic Light Controller

Các đầu vào và các đầu ra cho bộ điều khiển đèn giao thông

Khối logic bậc thang ban đầu được chỉ ra trong hình 12. 10 sẽ khởi tạo các trạng

thái của PLC này, để chỉ trạng thái 1 là bật. Quét đầu bộ chỉ thị quét đầu sẽ thực hiện

khối MCR khi PLC này đầu tiên được bật, và các chốt sẽ bật giá trị cho trạng thái 1

B3/1 và tắt các cái khác.

ĐẶT LẠI CÁC TRẠNG THÁI

Figure 12.10 Ladder Logic to Initialize Traffic Light Controller

Logic bậc thang khởi tạo bộ điều khiển đèn giao thông

Ghi chú: Ta sẽ dùng các chỉ dẫn MCR để thực thi một vài chương trình dựa trên

trạng thái. Điều này cho phép ta tắt từng phần của logic bậc thang này. Một ghi chú

quan trọng cần nhớ là bất cứ các đầu ra bình thường nào (không là các chốt hay là

các bộ bấm giờ) sẽ bị TẮT BẮT BUỘC (FORCED OFF). Trừ khi đây là cái bạn muốn, đặt

các đầu ra bình thường bên ngoài các khối MCR.

(Ghi chú của người gõ: Nếu A là đúng thì MCR sẽ làm cho bậc thang trong giữa

được thực hiện. Nếu A là sai thì các đầu ra là bị tắt bắt buộc

).

Phần tiếp theo của logic bậc thang chỉ làm việc với các đầu ra. Ví dụ đầu ra O/1

là đèn đỏ N/S, đèn này sẽ là bật cho các trạng thái 1 và 2, hay B3/1 và B3/2 một cách

tương ứng . Việc đặt các đầu ra bình thường bên ngoài các khối MCR là quan trọng.

Nếu chúng đã ở bên trong các khối này chúng chỉ có thể là bật khi khối MCR này đã

kích hoạt, ngược lại chúng sẽ bị tắt bắt buộc. Ghi chú: Nhiều người mới sẽ làm ra lỗi

cẩu thả trong việc làm lặp lại các đầu ra trong phần này của chương trình.

BẬT ĐÈN KHI ĐƯỢC YÊU CẦU

Figure 12.11 General Output Control Logic – Logic điều khiển đầu ra thông thường

Trạng thái đầu tiên được thực thi trong hình 12.10. Nếu trạng thái 1 là kích hoạt

trạng thái này sẽ là kích hoạt. Chuyển đổi là S1 hay I/1 mà chúng sẽ dừng trạng thái 1

B3/1 và bắt đầu trạng thái 2 B3/2.

TRẠNG THÁI ĐẦU TIÊN CHO CÁC CHUYỂN ĐỔI

Figure 12.12 Ladder Logic for First State – Logic bậc thang cho trạng thái đầu

Trạng thái thứ hai là phức tạp hơn bởi vì nó bao gồm một bộ trễ thời gian, như

hình 12.13. Khi trạng thái này là kích hoạt bộ bấm giờ RTO sẽ bắt đầu đếm giờ. Khi bộ

bấm giờ này làm xong trạng thái 2 sẽ được mở chốt, và trạng thái 3 sẽ được chốt. Bộ

bấm giờ này là bộ bấm giờ giữ lại, vì vậy nó cũng phải được đặt lại khi trạng thái này

xong, để nó sẽ bắt đầu tại không (0) lần tiếp theo khi trạng thái này bắt đầu.

TRẠNG THÁI THỨ HAI CHỜ CHO CÁC CHUYỂN ĐỔI

Figure 12.13 Ladder Logic for Second State – Logic bậc thang cho trạng thái thứ hai

Các trạng thái thứ ba và thứ tư được chỉ ra trong hình 12.14 và hình 12.15. Cách

bố trí của chúng là tương tự cho cách bố trí của hai trạng thái đầu tiên.

TRẠNG THÁI THỨ BA CHỜ CHO CÁC CHUYỂN ĐỔI

Figure 12.14 Ladder Logic for State Three – Logic bậc thang cho trạng thái ba

TRẠNG THÁI THỨ TƯ CHỜ CHO CÁC CHUYỂN ĐỔI

Figure 12.15 Ladder Logic for State Four – Logic bậc thang cho trạng thái bốn

Ví dụ trước chỉ có một đường đi qua bảng trạng thái, vì thế đã không bao giờ có

một lựa chọn giữa các trạng thái. Sơ đồ trạng thái trong hình 12.16 có thể có các vấn

đề tiềm tàng nếu có hai chuyển đổi xuất hiện đồng thời. Ví dụ nếu trạng thái STB là

kích hoạt và A và C xuất hiện đồng thời, hệ có thể chuyển tới hoặc STA hay STC (hay

cả hai như trong một chương trình được viết một cách kém cỏi). Để giải quyết vấn đề

này ta phải lựa chọn một trong hai chuyển đổi như có một độ ưu tiên hơn nào đó,

nghĩa là nó phải được lựa chọn qua chuyển đổi khác. Cách giải quyết này sẽ thông

thường là rõ ràng, nhưng nếu không thế một quyết định bất kỳ vẫn được cần đến.

Figure 12.16 A State Diagram with Priority Problems

Một sơ đồ trạng thái với các vấn đề tiềm tàng

Sơ đồ trạng thái trong hình 12.16 được thực thi với logic bậc thang trong hình

12.17 và hình 12.18. Việc thực thi là như nhau như được mô tả trước, nhưng cho

trạng thái STB logic bậc thang bổ sung được thêm để ngăn chuyển đổi A nếu chuyển

đổi C là kích hoạt, vì thế dành độ ưu tiên cho C.

(Ghi chú của người gõ: Nếu A và C là đúng tại cùng thời điểm thì C sẽ có độ ưu

tiên. ĐỘ ƯU TIÊN là quan trọng khi các nhánh làm việc đồng thời là có khả năng xảy

ra

).

Figure 12.17 State Diagram for Prioritization Problem

Sơ đồ trạng thái cho vấn đề độ ưu tiên

Figure 12.18 State Diagram for Prioritization Problem

Sơ đồ trạng thái cho vấn đề độ ưu tiên

Kỹ thuật logic khối đã được mô tả không đòi hỏi bất cứ hiểu biết đặc biệt nào và

các chương trình này có thể được viết một cách trực tiếp từ sơ đồ trạng thái. Các

chương trình cuối cùng có thể được sửa chữa một cách dễ dàng, và tìm ra các lỗi là

dễ hơn. Nhưng các chương trình này là lớn hơn nhiều là ít hiệu quả hơn.

12.1.2.2 - Các phương trình trạng thái

Các sơ đồ trạng thái có thể được chuyển đổi tới các phương trình Bun và sau đó

là logic bậc thang. Kỹ thuật đầu tiên mà sẽ được mô tả là các phương trình trạng thái.

Các phương trình này bao gồm ba phần chính, như trong hình 12.19 dưới. Để mô tả

chúng một cách đơn giản – một trạng thái sẽ là bật nếu nó được bật rồi, hay nếu nó

đã được bật bởi một chuyển đổi từ một trạng thái khác nào đó, nhưng nó sẽ bị tắt

nếu có một chuyển đổi tới một trạng thái khác nào đó. Một phương trình được yêu

cầu cho mỗi trạng thái trong sơ đồ trạng thái này.

Dạng không chính tắc:

Trạng thái X = (Trạng thái X + chỉ được đến từ một trạng thái khác) và đã

không để lại cho một trạng thái khác

Dạng chính tắc:

ꢊ

ꢐ

ꢀꢁꢂꢁꢃ_ꢄ= ꢅꢀꢁꢂꢁꢃ_ꢄ+ ꢆꢇꢁ . ꢀꢁꢂꢁꢃ ꢉꢍ . ꢎꢇꢁ . ꢀꢁꢂꢁꢃ_ꢄꢉ

ꢈ,ꢄ

ꢈ

ꢄ,ꢏ

ꢈꢋꢌ

ꢏꢋꢌ

trong đó: STATE_i= một biến mà biến này sẽ cho thấy nếu trạng thái i là bật

n = số lượng của các chuyển đổi cho trạng thái i

m = số lượng của các chuyển đổi bên ngoài trạng thái i

T_j,i= điều kiện logic của một chuyển đổi từ trạng thái j sang trạng

thái i

T_i,k= điều kiện logic của một chuyển đổi bên ngoài trạng thái i tới

trạng thái k

Figure 12.19 State Equations – Các phương trình trạng thái

Phương pháp phương trình trạng thái có thể được áp dụng cho ví dụ đèn giao

thông trong hình 12.8. Bước đầu tiên trong quá trình này là định nghĩa các tên biến

(hay các vị trí bộ nhớ PLC) để theo dõi trong đó các trạng thái là bật hay tắt. Tiếp

theo, sơ đồ trạng thái được kiểm tra, một trạng thái tại một thời điểm. Phương trình

đầu tiên nếu cho ST1, hay trạng thái 1 – xanh lá cây NS. Phần bắt đầu của phương

trình này có hể được đọc khi ST1 sẽ là bật nếu nó là bật, hay nếu ST4 là bật, và nó đã

bật trong 4 giây, hay nó là quét đầu của PLC này. Phần cuối của phương trình này có

thể được đọc như là ST1 sẽ bị tắt nếu nó là bật, nhưng S1 đã được nhấn và S2 là tắt.

Như đã thảo luận ở trên, nửa đầu của phương trình này sẽ bật trạng thái này lên,

nhưng nửa sau sẽ tắt nó đi. Quét đầu cũng được dùng để bật ST1 khi PLC này bắt đầu

làm việc. Nó được đặt ra ngoài các giới hạn để bật bắt buộc ST1, ngay cả khi các điều

kiện thoát là đúng.

Các biến trạng thái được định nghĩa:

ST1 = trạng thái 1 - green NS

ST2 = trạng thái 2 - yellow NS

ST3 = trạng thái - green EW

ST4 = trạng thái - yellow EW

Các phương trình điều kiện vào ra trạng thái:

(

)

ꢀꢁ1 = ꢇꢀꢁ1 + ꢀꢁ4. ꢁꢑꢒ_ꢓꢀꢁ4,4ꢔ ꢉ. ꢀꢁ1. ꢀ1. ꢀ2 + ꢕꢀ

ꢀꢁ2 = ꢇꢀꢁ2 + ꢀꢁ1. ꢀ1. ꢀ_ꢓꢉ. ꢀꢁ2. ꢁꢑꢒ_ꢌ(ꢀꢁ2,4ꢔ)

(

)

ꢀꢁ3 = ꢇꢀꢁ3 + ꢀꢁ2. ꢁꢑꢒ_ꢌꢀꢁ2,4ꢔ ꢉ. ꢀꢁ3. ꢀ1. ꢀ2

ꢀꢁ4 = ꢇꢀꢁ4 + ꢀꢁ3. ꢀ1. ꢀ2ꢉ. ꢀꢁ4. ꢁꢑꢒ_ꢓ(ꢀꢁ4,4ꢔ)

Ghi chú: Các bộ bấm giờ được trình bày trong các phương trình này trong dạng

TONi (A, trễ). TON chỉ ra rằng nó là một bộ đếm giờ độ trễ-bật, A là đầu vào cho bộ

bấm giờ này, và độ trễ là giá trị độ trễ bộ bấm giờ. Ký hiệu i được dùng để chỉ các bộ

bấm giờ khác nhau.

Figure 12.20 State Equations for the Traffic Light Example

Các phương trình trạng thái cho ví dụ đèn giao thông

Các phương trình trong hình 12.20 không thể được thực thi trong logic bậc

thang vì toán tử NOT (ghi chú của người gõ phía trên đỉnh, dấu gạch) tác động các số

hạng cuối cùng. Các phương trình này là được rút gọn trong hình 12.21 để mọi toán

tử NOT là chỉ phía trên đỉnh của một biến đơn lẻ.

Giờ đây, đơn giản chúng để thực thi trong logic bậc thang.

(

)

ꢀꢁ1 = ꢇꢀꢁ1 + ꢀꢁ4. ꢁꢑꢒ_ꢓꢀꢁ4,4 ꢉ. ꢇꢀꢁ1 + ꢀ1 + ꢀ2ꢉ + ꢕꢀ

ꢀꢁ2 = ꢇꢀꢁ2 + ꢀꢁ1. ꢀ1. ꢀ2ꢉ. (ꢀꢁ2 + ꢁꢑꢒ_ꢌ(ꢀꢁ2,4))

(

)

ꢀꢁ3 = ꢇꢀꢁ3 + ꢀꢁ2. ꢁꢑꢒ_ꢌꢀꢁ2,4 ꢉ. (ꢀꢁ3 + ꢀ1 + ꢀ2)

ꢀꢁ4 = ꢇꢀꢁ4 + ꢀꢁ3. ꢀ1. ꢀ2ꢉ. (ꢀꢁ4 + ꢁꢑꢒ_ꢓ(ꢀꢁ4,4))

Figure 12.21 Simplified Boolean Equations – Rút gọn các phương trình Bun

Những phương trình này sau đó được chuyển tới logic bậc thang được chỉ ra

trong hình 12.22 và 12.23. Tại đỉnh của chương trình này có hai bộ bấm giờ được

định nghĩa. (Ghi chú: nó đang gây ra việc muốn kết hợp các bộ bấm giờ, nhưng tốt

hơn khi để chúng là riêng rẽ). Tiếp theo, các phương trình trạng thái Bun được thực

thi trong logic bậc thang. Sau đó ta dùng các trạng thái này để bật các đèn cụ thể lên.

Figure 12.22 Ladder Logic for the State Equations

Logic bậc thang cho các phương trình trạng thái

Figure 12.23 Ladder Logic for the State Equations

Logic bậc thang cho các phương trình trạng thái

Phương pháp này sẽ cung cấp mã nhỏ gọn nhất của mọi kỹ thuật, nhưng có các

vấn đề tiềm tàng. Xem xét ví dụ trong hình 12.23. Nếu nút nhấn S1 đã được nhấn

dòng (line) cho ST1 phải tắt, và dòng cho ST2 phải được bật. Nhưng, dòng cho ST2

phụ thuộc vào giá trị cho ST1 mà ST1 vừa mới bị tắt. Điều này gây ra một vấn đề nếu

giá trị của ST1 mất đi một cách ngay lập tức sau khi dòng của logic bậc thang đã được

quét. Trong thực tế PLC này sẽ làm mất giá trị ấy và không trạng thái nào sẽ là bật.

Vấn đề này phát sinh bởi vì các phương trình này được tính toán song song một cách

bình thường, và sau đó tất cả các giá trị được cập nhật một cách đồng thời. Để vượt

qua vấn đề này logic bậc thang có thể được sửa chữa thành dạng như trong hình

12.24. Ở đây một vài biến tạm (trung gian) được dùng để giữ lấy các giá trị trạng thái

mới. Sau khi tất cả các phương trình được giải quyết các trạng thái này được cập

nhật tới các giá trị mới của chúng.

Figure 12.24 Delayed State Updating – Cập nhật trạng thái được làm trễ

Khi nhiều chuyển đổi hơn một trạng thái tồn tại ta phải quan tâm thêm các ưu

tiên. Mỗi trạng thái của các chuyển đổi thay thế hơn một trạng thái này phải được

cho một độ ưu tiên, từ cao nhất xuống thấp nhất. Các phương trình trạng thái có thể

được viết sau đó để ngăn chặn các chuyển đổi có độ ưu tiên thấp hơn khi một hay

nhiều (chuyển đổi) xuất hiện đồng thời. Sơ đồ trạng thái trong hình 12.25 có hai

chuyển đổi A và C mà chúng có thể xuất hiện đồng thời. Các phương trình đã được

viết cho A một độ ưu tiên cao hơn. Khi A xuất hiện, nó sẽ ngăn C trong phương trình

này cho STC. Các phương trình này đã được chuyển đổi sang logic bậc thang trong

hình 12.26.

(

)

ꢀꢁꢂ = ꢀꢁꢂ + ꢀꢁꢖ. ꢂ . ꢀꢁꢂ. ꢖ

(

)

ꢀꢁꢖ = ꢀꢁꢖ + ꢀꢁꢂ. ꢖ + ꢀꢁꢗ. ꢘ . ꢀꢁꢖ. ꢂ. ꢀꢁꢖ. ꢗ + ꢕꢀ

ꢀꢁꢗ = ꢇꢀꢁꢗ + ꢀꢁꢖ. ꢗ. ꢂꢉ. ꢀꢁꢗ. ꢘ

Figure 12.25 State Equations with Prioritization

Các phương trình trạng thái có độ ưu tiên

Figure 12.26 Ladder Logic with Prioritization

Logic bậc thang có độ ưu tiên

12.1.2.3 - Những phương trình chuyển đổi trạng thái

Một sơ đồ trạng thái có thể được chuyển đổi tới các phương trình bằng cách

viết một phương trình cho mỗi trạng thái và mỗi chuyển đổi. Một tập mẫu của các

phương trình được thấy trong hình 12.27 cho ví dụ đèn giao thông của hình 12.8.

Mỗi trạng thái và chuyển đổi cần được gán một tên biến duy nhất. (Ghi chú: Là một ý

tưởng tốt để ghi chú chúng trong sơ đồ ấy). Những cái này sau đó được dùng để viết

các phương trình cho sơ đồ này. Các phương trình chuyển đổi được viết bằng cách

nhìn vào mỗi trạng thái, và sau đó xác định chuyển đổi nào sẽ làm kết thúc trạng thái

ấy. Ví dụ, nếu ST1 là đúng, và nút người đi bộ qua đường S1 được bấm, và S2 là

không, thì chuyển đổi T1 sẽ là đúng. Các phương trình trạng thái này là tương tự với

các phương trình trạng thái trong phương pháp phương trình trạng thái trước đây,

trừ ra chúng bây giờ chỉ nói tới các chuyển đổi. Nhắc lại, dạng cơ bản của các phương

trình này là trạng thái mà nó sẽ là bật nếu nó đã bật, hay nếu nó đã được bật bởi một

chuyển đổi nào đó. Trạng thái này sẽ được tắt nếu một chuyển đổi thoát (exitting

transition) xảy ra. Trong ví dụ này quét đầu tiên đã được cho nó chuyển đổi của nó,

nhưng nó có thể cũng đã được đặt trong phương trình cho T4.

định nghĩa các biến trạng thái và các biến chuyển đổi:

ST1 state 1 - green NS

T1 = transition from ST1 to ST2

T1 = chuyển đổi từ ST1 tới ST2

T2 = transition from ST2 to ST3

T2 = chuyển đổi từ ST2 tới ST3

T3 = transition from ST3 to ST4

T3 = chuyển đổi từ ST3 tới ST4

T4 = transition from ST4 to ST1

T4 = chuyển đổi từ ST4 tới ST1

T5 = transition to ST1 for first scan

T5 = chuyển đổi tới ST1 cho quét đầu

ST1 trạng thái 1 – xanh NS

ST2 state 2 - yellow NS

ST2 trạng thái 2 – vàng NS

ST3 state 3 - green EW

ST3 trạng thái 3 – xanh EW

ST4 state 4 - yellow EW

ST4 trạng thái 4 – vàng EW

Các phương trình trạng thái và các phương trình chuyển đổi:

ꢁ4 = ꢀꢁ4. ꢁꢑꢒ_ꢓ(ꢀꢁ4,4)

(

)

ꢀꢁ1 = ꢀꢁ1 + ꢁ4 + ꢁ5 .ꢁ1

( )

ꢀꢁ2 = ꢀꢁ2 + ꢁ1 . ꢁ2

ꢁ1 = ꢀꢁ1. ꢀ1. ꢀ2

ꢁ2 = ꢀꢁ2. ꢁꢑꢒ_ꢌ(ꢀꢁ2,4)

(

)

ꢀꢁ3 = ꢀꢁ3 + ꢁ2 . ꢁ3

( )

ꢀꢁ4 = ꢀꢁ4 + ꢁ3 . ꢁ4

ꢁ3 = ꢀꢁ3. ꢀ1. ꢀ2

ꢁ5 = ꢕꢀ

Figure 12.27 State-Transition Equations – Các phương trình trạng thái-chuyển đổi

Các phương trình này có thể được chuyển đổi một cách trực tiếp thành logic

bậc thang trong hình 12.28, hình 12.29 và hình 12.30. Rất quan trọng rằng tất cả các

phương trình chuyển đổi đều xuất hiện trước các phương trình trạng thái. Bằng cách

cập nhật các phương trình chuyển đổi trước tiên và sau đó cập nhật các phương

trình trạng thái vấn đề của các giá trị biến trạng thái thay đổi là bị phủ nhận – nhớ lại

vấn đề này đã được đề cập đến trong phần các phương trình trạng thái.

Figure 12.28 Ladder Logic for the State-Transition Equations

Logic bậc thang cho các phương trình trạng thái-chuyển đổi

Figure 12.29 Ladder Logic for the State-Transition Equations

Logic bậc thang cho các phương trình trạng thái-chuyển đổi

Figure 12.30 Ladder Logic for the State-Transition Equations

Logic bậc thang cho các phương trình trạng thái-chuyển đổi

Vấn đề về độ ưu tiên cũng xảy ra với các phương trình trạng thái-chuyển đổi.

Các phương trình đã được viết cho sơ đồ trạng thái trong hình 12.31. Vấn đề sẽ xảy

ra nếu các chuyển đổi A và C xuất hiện đồng thời . Trong ví dụ này chuyển đổi T2

được cho một độ ưu tiên cao hơn, và nếu nó đúng, thì chuyển đổi T3 sẽ bị ngăn chặn

trong khi tính toán STC. Trong ví dụ này các chuyển đổi đã được xem xét trong các

phương trình cập nhật trạng thái, nhưng chúng có thể cũng được dùng trong các

phương trình chuyển đổi.

T1 = FS

(

)

ꢀꢁꢂ = ꢀꢁꢂ + ꢁ2 . ꢁ5

T2 = STB.A

T3 = STB.C

(

)

ꢀꢁꢖ = ꢀꢁꢖ + ꢁ5 + ꢁ4 + ꢁ1 . ꢁ2. ꢁ3

ꢀꢁꢗ = ꢇꢀꢁꢗ + ꢁ3. ꢁ2ꢉ. ꢁ4

T4 = STC.D

T5 = STA.B

Figure 12.31 Prioritization for State Transition Equations

Độ ưu tiên cho các phương trình trạng thái chuyển đổi