Xem mẫu
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
Chöông 3
_______________________________________________________________________
ÑIEÀU KHIEÅN THEO CHÖÔNG TRÌNH
Chöông naøy giôùi thieäu caùc vaán ñeà cô baûn veà boä ñieàu khieån laäp trình (PLC:
Programmable-Logic-Controller) vaø caùc öùng duïng cuûa noù trong coâng nghieäp nhö
ñieàu khieån robot, ñieàu khieån quaù trình, ñieàu khieån giaùm saùt ...
3.1 KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN
3.1.1 Ñieàu khieån vaø ñieàu khieån töï ñoäng
3.1 Giôùi thieäu caùc phöông thöùc ñieàu khieån thoâng duïng
Moät heä thoáng ñieàu khieån baát kyø ñeàu ñöôïc caáu taïo goàm 3 phaàn: khoái vaøo, khoái
ñieàu khieån vaø khoái ra (hình 3.1)
Tín hi ệ u ra
C ả m bi ế n Tín hi ệ u vào Cơ cấu
Khâu
hay các b ộ ch ấ p hành
x ử lý / đ i ề u khi ể n
chuy ể n đổ i
KH Ố I VÀO KH Ố I Đ I Ề U KHI Ể N KH Ố I RA
Hình 3.1: Caùc khoái chính trong heä thoáng ñieàu khieån.
ÔÛ ñaây maïch ñieàu khieån seõ chòu söï taùc ñoäng cuûa ngöôøi ñieàu khieån giaùm saùt söï
thay ñoåi ôû ngoõ ra theo ngoõ vaøo sao cho heä thoáng laøm vieäc theo ñuùng yeâu caàu maø
ngöôøi ñieàu khieån mong muoán. Thoâng thöôøng ngöôøiø ta ñieàu khieån heä thoáng theo hai
phöông phaùp: phöông phaùp ñieàu khieån theo voøng hôû (open-loop control) vaø phöông
phaùp ñieàu khieån theo voøng kín (close-loop control):
Ñieàu khieån theo voøng hôû (open-loop control), minh hoaï treân hình 3.2:
-
Yêu c ầ u K ế t qu ả
Tác độ ng
Ch ươ ng trình Đố i t ượ ng
đ i ề u khi ể n Đ i ề u khi ể n
đi ề u khi ể n đ i ề u khi ể n
NHI Ễ U
Hình 3.2: Heä thoáng ñieàu khieån theo voøng hôû
Trang 47
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
Ñaây laø daïng ñieàu khieån ñôn giaûn: maïch ñieàu khieån taùc ñoäng leân ñoái töôïng
caàn ñieàu khieån vaø khoâng bieát ñöôïc keát quaû coù ñaït yeâu caàu ñaët ra hay khoâng. Ví
duï khi ta baät coâng taéc ñeøn trong phoøng hoïc ñeøn saùng hay khoâng saùng maïch
ñieän cuõng khoâng heà bieát ñöôïc keát quaû; nhaán chuoâng coù theå chuoâng khoâng keâu …
Trong maùy CNC (Computer Numerical Control) thöôøng duøng heä naøy trong ñieàu
khieån baøn maùy baèng ñoäng cô böôùc, minh hoaï qua hình 3.3:
Hình 3.3: Heä thoáng ñieàu khieån theo voøng hôû duøng ñoäng cô böôùc
Nhö vaäy vôùi heä thoáng naøy khi coù söï can thieäp cuûa caùc tín hieäu nhieãu (tín hieäu
ngoaøi yù muoán) töø beân ngoaøi taêng cao, vieäc ñieàu khieån quaù trình seõ khoâng chính
xaùc. Ñeå khaéc phuïc nhöôïc ñieåm naøy ngöôøi ta söû duïng heä thoáng ñieàu khieån theo
voøng kín (ñieàu khieån coù phaûn hoài).
Ñieàu khieån theo voøng kín (feedback control hay close-loop control), minh hoaï
-
qua hình 3.4:
Đườ ng ph ả n h ồ i
Yêu c ầ u Tác độ ng Đố i t ượ ng
Ch ươ ng trình
So
đ i ề u khi ể n Đ i ề u khi ể n
sánh
đi ề u khi ể n K ế t qu ả
đ i ề u khi ể n
NHI Ễ U
Hình 3.4: Heä thoáng ñieàu khieån theo voøng kín
Phöông phaùp naøy coù khaû naêng giaûm thieåu söï taùc ñoäng cuûa nhieãu baèng caùch
lieân tuïc giaùm saùt söï thay ñoåi tín hieäu ôû ngoõ ra khi nhaän thaáy coù söï sai leäch laäp
töùc hieäu chænh ñeå giaûm thieåu sai soá naøy. Nhö vaäy trong heä thoáng luoân luoân coù söï
phaûn hoài töø ngoõ ra trôû veà giuùp heä thoáng taùc ñoäng leân ñoái töôïng caàn ñieàu khieån,
Trang 48
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
coá gaéng khoâng ñeå xaûy ra hieän töôïng maát kieåm soaùt, taêng tính oån ñònh cho heä
thoáng.
Nhö vaäy ñeå ñieàu khieån ñöôïc heä thoáng moät caùch töï ñoäng (giaûm thieåu söï giaùm
saùt vaø taùc ñoäng bôûi ngöôøi ñieàu khieån) baét buoäc ñoù phaûi laø moät heä thoáng ñieàu khieån
theo voøng kín. Minh hoaï moät heä thoáng ñieàu khieån theo voøng kín töï ñoäng ñieàu khieån
vaø oån ñònh toác ñoä ñoäng cô DC nhö hình 3.5.
Tải cơ
Động
+ +
Tín hiệu Khuếch Khuếch
cơ
yêu cầu đại đại
_ _
Phản hồi tốc độ
Phản hồi vị trí
Hình 3.5: Heä thoáng töï ñoäng ñieàu khieån vaø oån ñònh toác ñoä ñoäng cô DC
Trong heä thoáng treân hình 3.5, ñeå töï ñoäng ñieàu khieån vaø oån ñònh toác ñoä ñoäng
cô DC, ngöôøi ta thöïc hieän phaûn hoài toác ñoä vaø vò trí. So saùnh hai tín hieäu phaûn hoài
naøy vôùi tín hieäu yeâu caàu ñaët tröôùc töø beân ngoaøi, heä thoáng seõ laøm vieäc oån ñònh theo
cheá ñoä ñaët tröôùc naøy.
3.2. Heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng:
Moät heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng bao goàm 3 phaàn chuû yeáu:
Thieát bò ñieàu khieån (TBÑK).
Ñoái töôïng ñieàu khieån (ÑTÑK).
Thieát bò ño löôøng (TBÑL).
N
R C
TBÑK ÑTÑ
F
TBÑL
Hình 3.6: Sô ñoà khoái cuûa heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng.
Trong ñoù:
C: tín hieäu caàn ñieàu khieån, thöôøng goïi laø tín hieäu ra (output).
U: tín hieäu ñieàu khieån.
Trang 49
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
R: tín hieäu chuû ñaïo/ ñaët/ chuaån/ tham chieáu (reference) thöôøng goïi laø tín hieäu
vaøo (input).
N: tín hieäu nhieãu taùc ñoäng töø beân ngoaøi vaøo heä thoáng.
F: tín hieäu hoài tieáp, phaûn hoài (feedback).
3.3. Caùc böôùc thieát keá moät heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng
Ñeå khaûo saùt vaø thieát keá moät heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng ngöôøi ta thöïc hieän
caùc böôùc sau:
a) Döïa treân caùc yeâu caàu thöïc tieãn, caùc moâ hình vaät lyù ta xaây döïng moâ hình
toaùn hoïc döïa treân caùc quy luaät, hieän töôïng, quan heä cuûa caùc ñoái töôïng vaät lyù. Moâ
hình toaùn hoïc cuûa heä thoáng ñöôïc xaây döïng töø caùc moâ hình toaùn hoïc cuûa caùc phaàn töû
rieâng leû.
b) Döïa treân lyù thuyeát oån ñònh, ta khaûo saùt tính oån ñònh cuûa heä thoáng. Neáu heä
thoáng khoâng oån ñònh ta thay ñoåi ñaëc tính cuûa heä thoáng baèng caùch ñöa vaøo moät khaâu
boå chính (compensation) hay thay ñoåi thay ñoåi tham soá cuûa heä ñeå heä thaønh oån ñònh.
c) Khaûo saùt chaát löôïng cuûa heä theo caùc chæ tieâu ñeà ra ban ñaàu. Neáu heä khoâng
ñaït chæ tieâu chaát löôïng cuûa baøi toaùn yeâu caàu, ta thöïc hieän boå chính heä thoáng.
d) Moâ phoûng heä thoáng treân maùy tính ñeå kieåm tra laïi thieát keá. Ñoâi khi caùc
böôùc a, b, c seõ khoâng caàn ñeán neáu nhö vieäc moâ phoûng gaëp nhieàu trôû ngaïi trong khi
quaù trình thöïc nghieäm laïi deã daøng thöïc hieän vaø thu gaët keát quaû cao. Luùc naøy ngöôøi
ta seõ tieán haønh thöïc nghieäm, boû qua moâ phoûng.
e) Thöïc hieän moâ hình maãu (prototype) vaø kieåm tra thieát keá baèng thöïc
nghieäm.
f) Tinh chænh laïi thieát keá ñeå toái öu hoaù chæ tieâu chaát löôïng vaø haï thaáp giaù
thaønh (neáu coù theå).
g) Xaây döïng heä thoáng thöïc teá.
3.1.2 Giôùi thieäu caùc heä thoáng ñieàu khieån trong coâng nghieäp
3.1.2.1 Heä thoáng ñieàu khieån duøng rô-le, thieát bò cô khí
Ñaây laø heä thoáng ñieàu khieån laâu ñôøi nhaát trong caùc heä thoáng ñieàu khieån. Ra
ñôøi vaøo giöõa theá kyû 19, cho ñeán nay noù vaãn laø moät trong nhöõng heä thoáng ñieàu khieån
thoâng duïng nhaát bôûi caùc öu ñieåm sau: ñoä mieãn nhieãu tuyeät vôøi, khaû naêng chòu quaù taûi
cuûa caùc tieáp ñieåm toát, toån hao treân phaàn töû ñoùng caét nhoû, tuoåi thoï cao vaø vôùi chöông
trình ñieàu khieån ñôn giaûn thì ñaây laø maïch ñieàu khieån kinh teá nhaát. Ví duï: maïch ñieàu
khieån ñeøn chieáu saùng, quaït ñieän … haàu heát ñeàu laø heä thoáng ñieàu khieån duøng coâng
taéc cô khí. Xem ví duï ñieàu khieån duøng rô-le vaø thieát bò cô khí qua hình 3.7.
Trang 50
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
Hình 3.7: Heä thoáng ñieàu khieån duøng rô-le vaø thieát bò cô khí
Ñaây laø maïch môû maùy ñoäng cô ñieän söû duïng ñoäng coâng taéc, thieát bò cô khí.
Khi nhaán nuùt môû maùy M, cuoän daây rô-le K coù ñieän, ñoùng tieáp ñieåm K song song vôùi
tieáp ñieåm M, duy trì doøng ñieän qua rô-le K cho duø thoâi nhaán nuùt M. Khi muoán caét
ñieän cho ñoäng cô chæ caàn nhaán nuùt D, rô-le K maát ñieän do D hôû maïch.
Töø laâu, trong ñieàu khieån theo chöông trình ngöôøi ta ñaõ söû duïng caùc “boä naõo”
cô khí ñeå ñieàu khieån heä thoáng chaïy theo chöông trình ñöôïc ñònh tröôùc. Cuï theå nhö
caùc boä coâng taéc hình troáng (drum switch) vaø coâng taéc hình cam (rotating-cam limit
switch):
Coâng taéc hình troáng coù caáu taïo töø moät caùi troáng hình truï caùch ñieän. Treân ñoù
-
ngöôøi ta saép xeáp caùc maù tieáp ñieåm theo moät trình töï coá ñònh. Khi ñoäng cô
truyeàn ñoäng troáng quay heát moät voøng (hoaëc cuõng coù theå do ngöôøi vaän haønh
thao taùc) thì heä thoáng hoaøn thaønh chu kyø cuûa chöông trình.
Coâng taéc hình cam coù caáu taïo töông töï nhö boä coâng taéc hình troáng nhöng
-
khaùc ôû caùch gaù tieáp ñieåm. Thay vì tieáp ñieåm queùt treân troáng thì ôû ñaây ngöôøi
ta boá trí caùc cam. Khi caùc cam quay seõ thay ñoåi traïng thaùi tieáp ñieåm tyø leân
noù. Vieäc boá trí caùc cam cuõng tuyø thuoäc vaøo chöông trình maø heä thoáng ñoøi
hoûi.
Öu ñieåm cuûa hai daïng coâng taéc naøy laø ñoä mieãn nhieãu, coâng suaát tieáp ñieåm,
khaû naêng chòu quaù taûi vaø tuoåi thoï cao. Do ñoù khi thieát keá caùc thieát bò coù yeâu caàu cao
veà ñoä tin caäy vaø ñoä beàn maø chöông trình ñieàu khieån khoâng quaù phöùc taïp thì hai
daïng coâng taéc naøy coù theå ñöôïc löïa choïn. Tuy nhieân vôùi caùc chöông trình phöùc taïp
thì ñoâi luùc baát khaû thi vaø caáu taïo cuûa chuùng cuõng phöùc taïp khoâng keùm daãn ñeán chi
phí cho vieäc cheá taïo, baûo döôõng söûa chöõa seõ lôùn, khoâng kinh teá.
Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa boä coâng taéc hình cam treân hình 3.8 nhö sau. Ñaây laø
boä coâng taéc hình cam mang teân 1C. Boä coâng taéc naøy giöõ nhieäm vuï khôûi ñoäng moät loø
hôi cho moät maùy taém hôi (steam bath). Khi vöøa coù ñieän ñoäng cô truyeàn ñoäng trong
cam 1C quay cam ñeán vò trí a ñoùng ñieän cho maùy bôm nöôùc caáp nöôùc cho noài hôi
(K1). Sau moät khoaûng thôøi gian ñònh tröôùc theo vò trí töông ñoái giöõa caùc cam treân
coâng taéc hình cam, coâng taéc quay ñeán vò trí b: caét ñieän maùy bôm nöôùc vaø ñoùng ñieän
cho ñoäng cô bôm daàu (K2) … quaù trình cöù dieãn ra tuaàn töï nhö vaäy cho ñeán khi ñoäng
cô truyeàn ñoäng cam quay heát moät voøng thì döøng laïi luùc naøy heä thoáng hoaøn thaønh
Trang 51
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
chu kyø khôûi ñoäng cho noài hôi. Hieän nay ôû nöôùc ta vaãn coøn moät soá loø hôi söû duïng boä
ñieàu khieån naøy.
Maùy bôm nöôùc
Maùy bôm daàu
Ñaùnh löûa
Môû van hôi
Hình 3.8: Heä thoáng ñieàu khieån duøng rô-le vaø thieát bò cô khí coù khaû naêng laäp trình.
3.1.2.2 Heä thoáng ñieàu khieån duøng maïch ñieän töû
Hình 3.9: Heä thoáng ñieàu khieån duøng maïch ñieän töû
Thay theá cho caùc tieáp ñieåm rô-le baèng caùc transistor hoaït ñoäng ôû cheá ñoä
ngaét daãn, maïch ñieän töû coù theå ñieàu khieån heä thoáng vôùi ñoä nhaïy cao hôn, toác ñoä
chuyeån maïch lôùn, laøm vieäc ñöôïc trong caùc moâi tröôøng laøm vieäc khaéc nghieät vaø ñaëc
bieät khi öùng duïng caùc vi maïch tích hôïp thì kích thöôùc caùc boä ñieàu khieån raát goïn giuùp
cho vieäc laép ñaët, baûo döôõng söûa chöõa ñöôïc deã daøng vaø ngöôøi thieát keá coù theå chæ caàn
thieát keá treân caùc khoái chöùc naêng maø quan taâm ñeán töøng chi tieát beân trong maïch.
Hình 3.9 cho thaáy: transistor trong hình a coù sô ñoà thay theá töông ñöông vôùi moät rô-
le doøng ñieän nhö ôû hình b. Qua ñoù ta nhaän thaáy hoaøn toaøn coù theå thay theá caùc sô ñoà
ñieàu khieån baèng caùc coâng taéc, thieát bò cô khí baèng caùc coâng taéc khoâng tieáp ñieåm.
3.1.2.3 Heä thoáng ñieàu khieån duøng kyõ thuaät vi xöû lyù/vi ñieàu khieån
Trang 52
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
Vi xöû lyù ra ñôøi ñaùnh daáu moät böôùc ngoaët lôùn trong kyõ thuaät ñieàu khieån. Tröôùc
kia heä thoáng vaãn coù theå ñieàu khieån theo chöông trình nhöng ñoù laø moät chöông trình
cöùng ngaét, khoù thay ñoåi moät caùch uyeån chuyeån (flexible) theo moâi tröôøng maø ñoái
töôïng ñieàu khieån hoaït ñoäng. Vôùi vi xöû lyù/vi ñieàu khieån, keát caáu phaàn cöùng seõ ñôn
giaûn hôn maëc duø khaû naêng öùng duïng roäng hôn caùc heä thoáng treân vì chöông trình
phaàn meàm coù theå thay ñoåi deã daøng theo yeâu caàu maø maïch ñieàu khieån ñoøi hoûi. Heä
thoáng naøy seõ ñöôïc trình baøy chi tieát hôn ôû chöông 4.
3.1.2.4 Heä thoáng ñieàu khieån duøng maùy tính
Öu ñieåm cô baûn cuûa heä thoáng ñieàu khieån naøy chính laø löôïng thoâng tin löu tröõ
lôùn. Noù ñöôïc öùng duïng trong quaù trình ñieàu khieån töø giöõa thaäp nieân 1959. Tuy nhieân
hieäu quaû cuûa vieäc öùng duïng naøy vaãn chöa cao do phaàn cöùng coøn raát ñaét tieàn, caáu
truùc phöùc taïp, coàng keành vaø toác ñoä xöû lyù coøn raát chaäm. Phaûi ñeán cuoái nhöõng naêm
cuûa thaäp nieân 1970, theo söï phaùt trieån cuûa coâng ngheä cheá taïo linh kieän vi maïch tích
hôïp cuøng vôùi caùc ngoân ngöõ laäp trình, maùy tính môùi thaät söï tham gia roäng raõi vaøo
caùc heä thoáng ñieàu khieån trong coâng nghieäp.
Veà cô baûn caáu truùc maùy tính gioáng nhö caùc heä vi xöû lyù nhöng möùc ñoä phöùc
taïp cao hôn, ví duï vi xöû lyù thoâng duïng trong ñieàu khieån chuû yeáu laø loaïi 8 hay 16 bit
döõ lieäu thì maùy tính coù soá bit ñöôøng döõ lieäu cao hôn nhieàu … Tuyø vaøo caùc thieát bò
ngoaïi vi laép theâm vaøo maø maùy tính thöïc hieän caùc tính naêng ñieàu khieån töông thích.
Khaû naêng naøy vôùi maùy tính laø raát lôùn khi so vôùi caùc heä thoáng khaùc, ñaëc bieät ñieàu
khieån theo phöông thöùc trí tueä nhaân taïo vaø heä chuyeân gia (Artificial Intelligence and
Expert system). Veà baûn chaát, heä chuyeân gia (chuyeân gia maùy) laø moät chöông trình
maùy tính ñöôïc thöôøng xuyeân caäp nhaät caùc kieán thöùc vaø suy luaän nhö caùc “chuyeân gia
ngöôøi (human expert)” giuùp caùc heä chuyeân gia coù theå hoã trôï vieäc giaùm saùt vaø ñieàu
khieån heä thoáng töø ñoù coù theå giaûm thieåu caùc sai soùt do nhöõng ngöôøi vaän haønh gaây ra.
Keát quaû thu gaët ñöôïc töông töï nhö khi thöïc hieän caùc buoåi hoäi chaån giöõa caùc chuyeân
gia ñaàu ngaønh maø ngaønh Y thöôøng thöïc hieän khi gaëp caùc ca beänh laï hoaëc khoù.
Do baûn chaát nhö treân, heä chuyeân gia mang ñeán moät soá thuaän lôïi nhö sau:
(a) Söï trôï giuùp cuûa caùc chuyeân gia ngöôøi
Heä chuyeân gia coù theå thöïc hieän vieäc boå sung möùc ñoä theå hieän bôûi caùc chuyeân
gia ngöôøi trong lónh vöïc ñang giaûi quyeát. Vì vaäy, noù coù theå giaûm söï nhaït nheõo vaø caùc
nhieäm vuï thuû coâng thöøa thaõi töø ñoù hoã trôï chuyeân gia ngöôøi vôùi moâi tröôøng môû roäng
caùc hoaït ñoäng saûn xuaát, vì theá luoân mang laïi hieäu quaû cao.
(b) Tính uyeån chuyeån
Trang 53
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
Moãi quy luaät saûn xuaát trình baøy moät phaàn cuûa tri thöùc coù lieân quan ñeán
nhieäm vuï. Töø ñoù raát thích hôïp ñeå theâm, bôùt vaø hieäu chænh quy luaät trong tri thöùc neàn
khi ñaït ñeán ñoä kinh nghieäm caàn thieát.
(c) Trí tueä
Caùc quy luaät saûn xuaát gaàn guõi vôùi ngoân ngöõ töï nhieân, vì vaäy deã hieåu. Heä
chuyeân gia coù theå cho caùc böôùc daãn ñeán keát luaän vaø coù giaûi thích quaù trình suy lyù.
Ngöôøi söû duïng coù theå thöøa nhaän hay hieäu chænh keát luaän thoâng qua vieäc kieåm tra caùc
giaûi thích ñaõ cho trong boä maùy suy dieãn cuûa heä chuyeân gia. Ñaëc bieät thích hôïp cho
caùc baøi toaùn phi giaûi thuaät.
(d) Tính phoå bieán
Tri thöùc neàn thì phuï thuoäc vaøo lónh vöïc maø baøi toaùn caàn giaûi quyeát, nhöng
maùy suy dieãn khoâng leä thuoäc vaøo lónh vöïc maø baøi baøi toaùn naøy. Vì theá coù theå nhieàu
heä chuyeân gia ñöôïc phaùt trieån treân cuøng moät voû (shell) baèng caùch thay ñoåi tri thöùc
neàn trong noù.
(e) Toác ñoä cao
Heä chuyeân gia coù theå cung caáp caùc yù kieán cuûa chuyeân gia vaøo baát kyø luùc naøo
khi caàn. Heä chuyeân gia coù theå cung caáp caùc phaûn öùng tröôùc tình huoáng khaån caáp
nhanh vaø ñoâi luùc chuaån xaùc hôn haønh ñoäng cuûa con ngöôøi (do ngöôøi coù theå bò luùng
tuùng khi xöû lyù söï coá quan troïng). Ñieàu naøy raát höõu ích khi vaän haønh heä thoáng ñieàu
khieån phöùc taïp, roäng lôùn ví duï nhö heä thoáng cung caáp ñieän.
3.1.3 Giôùi thieäu thieát bò ñieàu khieån theo chöông trình - PLC
Ñeå taêng tính caïnh tranh cuûa haøng hoaù do mình saûn xuaát, nhaø saûn xuaát luoân
tìm moïi caùch caûi tieán coâng ngheä trong khaû naêng cho pheùp. Do vaäy nhu caàu veà moät
boä ñieàu khieån linh hoaït vaø coù giaù thaønh thaáp ñaõ thuùc ñaåy söï phaùt trieån nhöõng heä
thoáng ñieàu khieån laäp trình (PLC) söû duïng caùc CPU chuyeân duïng cuøng boä nhôù ñeå ñieàu
khieån maùy moùc hay quaù trình hoaït ñoäng. Neáu nhö tröôùc kia muoán thay ñoåi chöông
trình hoaït ñoäng cuûa moät thieát bò, maùy moùc naøo ñoù ñöôïc ñieàu khieån baèng rô-le vaø caùc
thieát bò rôøi coàng keành thì phaûi toán raát nhieàu coâng söùc, thôøi gian vaø tieàn cuûa, thì nay
khi söû duïng PLC ta chæ vieäc thay ñoåi chöông trình trong boä nhôù laø ñuû. Ngoaøi ra PLC
coøn coù khaû naêng ñieàu khieån ñöôïc nhöõng hoaït ñoäng phöùc taïp maø phöông phaùp ñieàu
khieån truyeàn thoáng khoù loøng ñaùp öùng ñöôïc.
Phaàn cöùng cuûa PLC töông töï nhö phaàn cöùng cuûa maùy tính « truyeàn thoáng »
vaø chuùng coù ñaày ñuû caùc ñaëc ñieåm thích hôïp cho muïc ñích ñieàu khieån trong coâng
nghieäp nhö :
Trang 54
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
Caáu truùc theo daïng modul do ñoù deã daøng trong vieäc laép raùp, thay theá, theâm
-
bôùt chöùc naêng, baûo döôõng söûa chöõa …
Ñoä mieãn nhieãu cao. Raát tin caäy trong moâi tröôøng saûn xuaát cuûa nhaø maùy, xí
-
nghieäp.
Ngoân ngöõ laäp trình deã hieåu, raát deã söû duïng.
-
Thay ñoåi chöông trình ñieàu khieån deã daøng nhanh choùng.
-
Duøng linh kieän baùn daãn neân kích thöôùc nhoû goïn, giaù raát caïnh tranh.
-
Söû duïng caùc coâng taéc khoâng tieáp ñieåm neân coù theå laøm vieäc ôû moâi tröôøng
-
khaéc nghieät, taàn soá ñoùng caét cao ….
Nhöõng ñaëc ñieåm treân khieán cho PLC trôû neân moät trong nhöõng thieát bò ñieàu khieån
phoå duïng nhaát trong coâng nghieäp hieän nay.
Ñeå thuaän tieän cho vieäc löïa choïn phöông aùn söû duïng trong heä thoáng ñieàu khieån,
haõy tham khaûo baûng 3.1. Töø baûng so saùnh naøy, vôùi thöïc teá Vieät nam heä thoáng ñieàu
khieån PLC vaø rô-le - thieát bò cô khí ñöôïc söû duïng roäng raõi nhaát.
Baûng 3.1: So saùnh ñaëc tính kyõ thuaät giöõa nhöõng heä thoáng ñieàu khieån
Chæ tieâu so saùnh Rô-le (cô khí) Maïch soá Maùy tính PLC
Giaù thaønh Thaáp Thaáp Raát cao Thaáp
Kích thöôùc vaät lyù Lôùn Raát goïn Khaù goïn Raát goïn
Toác ñoä ñieàu khieån Chaäm Raát nhanh Khaù nhanh Nhanh
Khaû naêng choáng Xuaát saéc Toát Khaù toát Toát
nhieãu
Laép ñaët Maát thôøi gian thieát Maát thôøi gian Maát thôøi gian laäp Raát ñôn giaûn
keá vaø laép ñaët thieát keá trình
Khaû naêng ñieàu khieån Raát khoù Khoù Khaù ñôn giaûn Raát ñôn giaûn
phöùc taïp
Thay ñoåi chöông trình Raát khoù Khoù Khaù ñôn giaûn Raát ñôn giaûn
Baûo döôõng söûa chöõa Keùm Trung bình Keùm do coù nhieàu Toát do caùc module
maïch tham gia ñaõ chuaån hoaù
3.2 CAÁU TRUÙC PHAÀN CÖÙNG PLC
Veà caáu truùc PLC caáu thaønh töø 3 khoái chöùc naêng: boä xöû lyù, boä nhôù vaø khoái
giao tieáp vaøo /ra, trình baøy qua hình 3.10.
Trang 55
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
THI Ế T B Ị L Ậ P TRìNH
KH Ố I BỘ BỘ KH Ố I
NGÕ NH Ớ NH Ớ NGÕ
VÀO CHÍNH ĐỆ M RA
C ả m bi ế n Thi ế t b ị
& ch ấ p
Thiết bị hành
chuyển đổi
CPU
NGU Ồ N CUNG C Ấ P
Hình 3.10: Caáu truùc phaàn cöùng moät boä PLC cô baûn.
Sau ñaây chuùng ta haõy phaân tích nguyeân lyù laøm vieäc cuûa töøng khoái treân sô ñoà
treân, qua ñoù coù theå hieåu ñöôïc nguyeân lyù laøm vieäc cuûa moät boä PLC cô baûn. Vì gioáng
nhö maùy tính, PLC cuõng laø moät “heä thoáng hôû”: tuyø töøng öùng duïng cuï theå, ngöôøi ta
laép theâm caùc modul töông thích giuùp PLC thöïc hieän toát chöông trình ñöôïc caøi ñaët.
Nhöng veà cô baûn, PLC caàn coù caùc khoái cô baûn sau:
3.2.1 Boä xöû lyù (CPU : Central Processing Unit)
Neáu nhö boä nguoàn ñöôïc ví nhö traùi tim thì CPU ñöôïc ví nhö boä naõo (brain)
cuûa maùy tính, thieát bò ñieàu khieån laäp trình - PLC. Taát caû moïi coâng vieäc tính toaùn,
moïi quyeát ñònh ñeàu ñöôïc thöïc hieän taïi ñaây. Caùc vò trí löu tröõ döõ lieäu taïm thôøi trong
CPU ñöôïc goïi laø thanh ghi. Coù raát nhieàu loaïi thanh ghi coù trong CPU, moãi thanh ghi
coù moät muïc ñích söû duïng cuï theå vaø tuyø vaøo töøng tình huoáng, CPU seõ söû duïng caùc
thanh ghi töông thích. Do noäi dung giaùo trình khoâng ñi saâu veà vi xöû lyù, neân ôû ñaây chæ
giôùi thieäu caùc thanh ghi caàn thieát ñeå minh hoaï hoaït ñoäng cuûa PLC. Ñoù laø thanh ghi
leänh IR vaø thanh ghi duøng laøm boä ñeám chöông trình PC:
Thanh ghi leänh (IR: Instruction Register)
-
Thanh ghi naøy coù nhieäm vuï löu tröõ leänh ñang thöïc thi (coù vi xöû lyù duøng con troû
leänh IP ñeå chæ ra ñòa chæ cuûa leänh ñang ñöôïc thöïc thi). Töø ñaây CPU seõ giaûi maõ vaø
thöïc thi leänh naøy.
Boä ñeám chöông trình (PC: Program Counter)
-
Ñaây laø moät thanh ghi quan troïng trong CPU vì noù chæ ra ñòa chæ cuûa leänh keá
tieáp maø CPU seõ thöïc thi. Thaät ra noù khoâng phaûi laø moät boä ñeám gì heát! Nhöng do
Trang 56
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
noäi dung trong noù taêng daàn gioáng nhö moät boä ñeám leân neân ñeå deã hình töôïng,
ngöôøi ta ñaët teân cho noù laø boä ñeám chöông trình. Khi CPU reset noäi dung trong
thanh ghi naøy laø 0000H .
Ngoaøi ra, trong CPU coøn coù moät khoái raát quan troïng khaùc ñoù laøø ALU (Arithmetic
and Logic Unit) khoái naøy thöïc hieän moïi coâng vieäc xöû lyù trong CPU. Döõ lieäu ñöôïc laáy
töø caùc thanh ghi, ñöôïc xöû lyù vaø keát quaû sau khi xöû lyù xong ñöôïc ñöa trôû laïi caùc thanh
ghi. Leänh Move (MOV) ñöôïc söû duïng ñeå dòch chuyeån döõ lieäu giöõa vuøng nhôù vaø caùc
thanh ghi. ÔÛ ñaây ta coù raát nhieàu leänh, moãi leänh thì coù moät chöùc naêng rieâng. Taäp hôïp
taát caû caùc leänh naøy ñöôïc goïi laø taäp leänh.
Moät heä vi xöû lyù ñöôïc trình baøy qua hình 3.11
Hình 3.11: Heä thoáng vi xöû lyù
Caùc tuyeán (Busline – Bus) laø moät taäp hôïp caùc daây daãn ñöôïc söû duïng ñeå
mang tín hieäu ñi quanh CPU. Gioáng nhö ñi xe buyùt, thoâng tin treân caùc tuyeán coù theå
leân xuoáng xe buyùt moät caùch deã daøng. Chuùng thöôøng ñöôïc veõ thaønh caùc ñöôøng song
song vôùi nhau trong maïch ñieän. Trong PLC, taát caùc modul ñeàu ñöôïc noái vôùi nhau
baèng caùc luoàng daây naøy. Döïa vaøo tính chaát döõ lieäu truyeàn treân caùc tuyeán, ngöôøi ta
phaân thaønh 3 nhoùm bus sau:
Tuyeán döõ lieäu: ñaây laø bus 2 chieàu (thoâng tin “löu thoâng” theo caû 2 chieàu),
ñöôïc söû duïng ñeå mang döõ lieäu giöõa CPU, ROM, RAM vaø caùc coång nhaäp/xuaát (I/O).
Tuyeán ñòa chæ: ñaây laø bus 1 chieàu, ñöôïc söû duïng ñeå xaùc ñònh ñòa chæ cuûa boä
nhôù ROM, RAM hay caùc coång I/O ñöôïc söû duïng.
Tuyeán ñieàu khieån: ñaây laø bus 1 chieàu nhöng hình veõ toång quan thì xem nhö 2
chieàu. Noù xaùc ñònh vieäc ñoïc hay vieát döõ lieäu treân caùc thieát bò trong heä thoáng. Cuï theå,
döõ lieäu ñöôïc vieát vaøo hay xuaát ra treân CPU ñeán RAM hay coång I/O cuõng do tín hieäu
treân bus ñieàu khieån naøy quyeát ñònh.
Trang 57
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
Ñoàng hoà heä thoáng (xung clock): laø ñöôøng mang nhöõng xung coù taàn soá oån
ñònh ñeå vieäc thöïc hieän caùc thao taùc trong heä thoáng ñöôïc ñoàng boä vôùi nhau. Taàn soá
xung clock xaùc ñònh toác ñoä hoaït ñoäng cuûa PLC.
Maëc duø caùc hoaït ñoäng dieãn ra trong CPU raát phöùc taïp nhöng trong moät thôøi
ñieåm, CPU chæ thöïc hieän 1 trong 3 thao taùc trong moät leänh: nhaän leänh, giaûi maõ leänh,
thi haønh leänh. Thöïc thi xong leänh naøy theo söï chæ daãn cuûa thanh ghi PC, CPU tieáp
tuïc thöïc hieän 3 böôùc treân cho leänh keá tieáp … coù theå minh hoaï hoaït ñoäng naøy qua
hình 3.12
Nhö vaäy cho duø chöông trình CPU coù
theå raát phöùc taïp nhöng veà cô baûn noù
cuõng chæ thöïc hieän 2 hoaït ñoäng: tìm
naïp leänh vaø thi haønh leänh naøy sau khi
ñaõ hieåu leänh. Quaù trình naøy cöù laäp ñi
laäp laïi cho ñeán khi chöông trình ñöôïc
döøng laïi … Nhöng do taàn soá laøm vieäc
Hình 3.12: Chu kyø thöïc thi leänh cuûa CPU cuûa CPU raát cao, neân trong moät khoaûng
thôøi gian ngaén CPU vaãn coù theå thöïc thi
raát nhieàu coâng vieäc.
3.2.2 Boä nhôù baùn daãn
Thanh ghi chæ coù khaû naêng nhôù ñöôïc caùc döõ lieäu coù dung löôïng thaáp vaø mang
tính taïm thôøi. Ñeå löu tröõ ñöôïc caùc döõ lieäu coù dung löôïng lôùn PLC seõ söû duïng boä nhôù
baùn daãn. Tuyø vaøo tính chaát coâng vieäc, PLC seõ söû duïng caùc boä nhôù sau:
ROM (Read Only Memory): Boä nhôù chæ coù khaû naêng ñoïc (xuaát) döõ lieäu. Do döõ
-
lieäu ñöôïc nhôù raát oån ñònh (khi maát ñieän döõ lieäu khoâng bò maát theo), neân boä
nhôù naøy duøng ñeå nhôù caùc chöông trình nguoàn, khôûi ñoäng …
RAM (Random Access Memory): Boä nhôù cho pheùp xuaát nhaäp döõ lieäu deã daøng
-
nhöng döõ lieäu seõ maát saïch khi maát ñieän. Vì theá RAM thöôøng ñöôïc duøng laøm
caùc boä nhôù ñeäm ngoõ vaøo/ngoõ ra …
EPROM, FLASH-ROM: ñaây laø caùc boä nhôù coù theå nhôù döõ lieäu raát oån ñònh
-
(khoâng bò maát döõ lieäu khi maát ñieän) nhöng laïi truy xuaát döõ lieäu deã daøng. Do
ñoù thöôøng ñöôïc duøng cho caùc boä nhôù chính (nhôù chöông trình ñieàu khieån PLC
do ngöôøi laäp trình nhaäp vaøo).
Trang 58
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
Hình 3.13: Boä nhôù baùn daãn
Boä nhôù baùn daãn laøm vieäc töông töï moät kho chöùa döõ lieäu beân caïnh CPU. Noù
cuõng coù ñuû 3 tuyeán nhö CPU, ñoù laø: tuyeán döõ lieäu, tuyeán ñieàu khieån, tuyeán ñòa chæ
(hình 3.13).
Tuyeán ñòa chæ: ñaây laø bus 1 chieàu, ñöôïc söû duïng ñeå xaùc ñònh ñòa chæ cuûa vuøng
nhôù trong boä nhôù baùn daãn, nôi maø boä nhôù choïn ñeå truy xuaát döõ lieäu.
Tuyeán ñieàu khieån: ñaây laø bus 1 chieàu nhöng hình veõ toång quan thì xem nhö
hai chieàu. Noù xaùc ñònh vieäc ñoïc hay vieát döõ lieäu treân boä nhôù baùn daãn. Cuï theå, döõ lieäu
ñöôïc vieát vaøo vuøng nhôù ñöôïc choïn hay töø ñoù xuaát ñi. Ngoaøi ra, cho pheùp boä nhôù
ngöng laøm vieäc (treo: khoâng duøng ñeán) cuõng do tín hieäu treân tuyeán ñieàu khieån naøy
quyeát ñònh.
Tuyeán döõ lieäu: ñaây laø bus 1 chieàu vôùi ROM vaø laø 2 chieàu vôùi caùc boä nhôù khaùc,
ñöôïc söû duïng ñeå mang döõ lieäu töø vuøng nhôù ñöôïc choïn bôûi tuyeán ñòa chæ trong boä nhôù
ñeán caùc thieát bò khaùc nhö CPU, ROM, RAM vaø caùc coång nhaäp/xuaát (I/O) trong heä
thoáng.
Caùc BUS laø moät taäp hôïp caùc daây daãn ñöôïc söû duïng ñeå mang tín hieäu ñi trao
ñoåi thoâng tin giöõa caùc thieát bò trong heä vi xöû lyù. Ñieån hình moät maùy tính 8 bit coù caùc
thanh ghi vôùi ñoä roäng 8 bit vaø 8 ñöôøng trong 1 BUS döõ lieäu. Moät maùy tính 16 bit coù
caùc thanh ghi 16 bit, BUS döõ lieäu coù 16 ñöôøng … Coù theå duøng hình aûnh ñöôøng giao
thoâng ñeå minh hoaï caùc BUS (Hình 3.14): treân ñöôøng giao thoâng coù nhieàu ñòa ñieåm
nhö A, B, C, D … Neáu chæ duøng daây ñieän ñeå noái (noái cöùng) ta phaûi toán raát nhieàu
ñöôøng daây ñeå lieân keát giöõa caùc ñòa ñieåm laïi vôùi nhau nhöng khi ñi treân ñöôøng, laùi xe
duø khoâng thoâng thaïo vuøng naøy cöù ñi doïc xa loä laø coù theå tìm ñeán ñòa ñieåm caàn ñeán.
Roõ raøng vôùi moät BUS ta coù theå lieân keát nhieàu thieát bò trong heä vi xöû lyù laïi vôùi nhau
(moãi thieát bò coù theå xem nhö moät ñòa ñieåm treân ñöôøng giao thoâng coøn xe mang
thoâng tin trao ñoåi giöõa caùc thieát bò trong heä thoáng).
Trang 59
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
BUS
(đường giao
thông)
Hình 3.14: Minh hoaï BUS thoâng qua hình aûnh ñöôøng giao thoâng.
Döïa vaøo tính chaát thoâng tin taûi treân Bus, ngöôøi ta phaân laøm ba loaïi chính:
o Tuyeán ñòa chæ: ñaây laø bus 1 chieàu, ñöôïc söû duïng ñeå xaùc ñònh ñòa chæ cuûa
vuøng nhôù trong boä nhôù baùn daãn, nôi maø boä nhôù choïn ñeå truy xuaát döõ lieäu.
o Tuyeán ñieàu khieån: ñaây laø bus 1 chieàu nhöng hình veõ toång quan thì xem nhö
hai chieàu. Tuyeán naøy xaùc ñònh vieäc ñoïc hay vieát döõ lieäu treân boä nhôù baùn daãn.
Cuï theå, döõ lieäu ñöôïc vieát vaøo vuøng nhôù ñöôïc choïn hay töø ñoù xuaát ñi. Ngoaøi ra,
cho pheùp boä nhôù ngöng laøm vieäc (treo: khoâng duøng ñeán) cuõng do tín hieäu
treân tuyeán ñieàu khieån naøy quyeát ñònh.
o Tuyeán döõ lieäu: ñaây laø bus 1 chieàu vôùi ROM vaø laø 2 chieàu vôùi caùc boä nhôù
khaùc, ñöôïc söû duïng ñeå mang döõ lieäu töø vuøng nhôù ñöôïc choïn bôûi tuyeán ñòa chæ
trong boä nhôù ñeán caùc thieát bò khaùc nhö CPU, ROM, RAM vaø caùc coång
nhaäp/xuaát (I/O) trong heä thoáng.
Thôøi gian truy xuaát (Access Time) laø thôøi gian caàn thieát ñeå thöïc hieän hoaït
ñoäng ñoïc, nghóa laø thôøi gian töø luùc boä nhôù nhaän ñöôïc ñòa chæ môùi ôû ñaàu vaøo cho ñeán
khi döõ lieäu ñaõ saün saøng cho ñaàu ra. Kyù hieäu at hay tACC.
Dung löôïng (Capacity): Noùi leân soá bit toái ña coù khaû naêng löu tröõ trong boä nhôù.
Ví duï coù moät boä nhôù löu tröõ ñöôïc 2048 töø 8 bit. Nhö vaäy boä nhôù coù dung löôïng cuûa
boä nhôù laø 2048 x 8, trong ñoù ñaïi löôïng thöù nhaát (2048) laø toång soá töø, vaø ñaïi löôïng
thöù hai (8) laø soá bit trong moãi töø (kích côõ töø). Soá töø trong boä nhôù thöôøng laø boäi soá
của 1024.
Cho ví duï ñôn giaûn minh hoaï veà nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa boä nhôù baùn daãn:
khi baïn muoán gôûi moät laù thö cho baïn mình ñang soáng ôû Phaùp, baïn phaûi ghi ñòa chæ
cuûa baïn mình vaøo bì thö: ñoù chính laø thoâng tin treân tuyeán ñòa chæ, xaùc ñònh nôi maø
laù thö cuûa baïn seõ ñeán; vieát vaøo thö nhöõng thoâng tin maø mình muoán gôûi roài cho vaøo
bì thö daùn laïi: ñoù laø thoâng tin treân tuyeán döõ lieäu; ñeán böu ñieän ñeå xaùc nhaän vieäc
mình seõ gôûi laù thö ñoù sang Phaùp theo ñòa chæ ghi treân bì thö: ñoù laø thoâng tin yeâu caàu
Trang 60
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
ñaët treân tuyeán ñieàu khieån. Nhö vaäy vieäc trao ñoåi thoâng tin treân boä nhôù baùn daãn cuõng
töông töï nhö vieäc trao ñoåi thö töø theo daïng truyeàn thoáng maø thoâi! Söï phoái hôïp nhòp
nhaøng giöõa 3 tuyeán seõ giuùp boä nhôù hoaøn thaønh toát coâng vieäc cuûa mình: löu tröõ vaø
trao ñoåi thoâng tin.
Hình 3.15: Hình aûnh minh hoaï vieäc truy xuaát döõ lieäu trong boä nhôù baùn daãn
Ñeå minh hoaï vieäc truy xuaát döõ lieäu trong boä nhôù baùn daãn, coù theå möôïn hình
aûnh tuû ñöïng hoà sô trong caùc coâng sôû (hình 3.15). Moãi moät hoäc tuû trong tuû hoà sô
ñöôïc ñaùnh soá theo nguyeân taéc nhö sau: chöõ soá ñaàu tieân (ñaùnh theo heä 16) cuûa hoäc
laø con soá chæ thöù töï haøng cuûa hoäc naøy; chöõ soá ñaàu thöù hai (cuõng ñaùnh theo heä 16)
cuûa hoäc laø con soá chæ thöù töï coät cuûa hoäc naøy. Do ñoù moãi moät hoäc tuû ñeàu coù moät maõ
ñòa chæ ñöôïc ghi döôùi daïng maõ 16 rieâng, chæ ra vò trí cuûa hoäc treân tuû hoà sô. Giaû söû
khi muoán ñöa moät hoà sô môùi (döõ lieäu) vaøo hoäc tuû coù maõ soá laø 03, ta chæ vieäc truøng
phuøng töø haøng 0 vôùi coät 3 laø gaëp hoäc tuû naøy. Vieäc ghi hay naïp döõ lieäu laø tuyø vaøo
tuyeán ñieàu khieån.
Khi soá hoäc tuû khoâng ñuû ñeå giöõõ soá hoà sô caàn löu tröõ, ngöôøi ta mua theâm moät
tuû cuøng loaïi vôùi tuû cuõ vaø vieäc ñaùnh soá ñòa chæ töông töï nhö cuõ. Luùc naøy vieäc ñaùnh soá
phaân bieät giöõa 2 tuû gioáng nhö laäp maõ vuøng trong thueâ bao ñieän thoaïi: coù theå xem tuû
thöù nhaát laø vuøng 1 vaø tuû môùi mua laø vuøng 2. Khi caàn lieân heä döõ lieäu trong cuøng moät
vuøng thì khoâng caàn söû duïng maõ vuøng (gioáng nhö goïi ñieän thoaïi noäi haït), chæ khi lieân
heä giöõa hai vuøng khaùc nhau luùc naøy môùi söû duïng ñeán maõ vuøng (gioáng nhö goïi ñieän
thoaïi lieân tænh). Nghóa laø hoà sô khi trao ñoåi trong cuøng moät tuû, ta khoâng caàn söû duïng
theâm moät soá naøo trong maõ ñòa chæ nhöng muoán chuyeån hoà sô töø tuû naøy sang tuû kia
baét buoäc phaûi söû duïng theâm moät con soá nöõa trong maõ ñòa chæ (töông töï nhö maõ
vuøng khi goïi ñieän thoaïi). Cuï theå, tuû cuõ theâm soá 0 vaøo beân traùi cuûa maõ ñòa chæ coøn tuû
môùi theâm soá 1 vaøo beân traùi cuûa maõ ñòa chæ. Nhö vaäy 001; 011; 034; 075 … laø caùc
ñòa chæ cuûa caùc hoäc trong tuû cuõ vaø 101; 111; 134; 175 laø caùc ñòa chæ cuûa caùc hoäc
trong tuû môùi (cuøng vò trí vaät lyù nhöng khaùc tuû). Minh hoaï treân hình 3.16.
Trang 61
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
Hình 3.16: Hình aûnh minh hoaï vieäc truy xuaát döõ lieäu trong boä nhôù baùn daãn
Minh hoaï vieäc ñaùnh soá treân qua hình 3.17. Beân traùi laø moät soá ñieän thoaïi
thaät, töông öùng vôùi beân phaûi laø caùch ñaùnh soá ñòa chæ trong boä nhôù baùn daãn theo maõ
hexa.
Hình 3.18 minh hoaï moät boä nhôù RAM trong chöông trình moâ phoûng SMS
32v23 (trình baøy ôû chöông 4) trình baøy noäi dung vaø caùch ñaùnh ñòa chæ cho töøng oâ
nhôù chöùa noäi dung nhö caùch thöùc ôû tuû hoà sô vöøa neâu ôû treân.
Hình 3.17: Minh hoaï vieäc ñaùnh soá treân vuøng ñòa chæ cuûa boä nhôù baùn daãn.
Trang 62
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
Hình 3.18: Boä nhôù RAM trong chöông trình moâ phoûng SMS 32v23
Hieän nay do coâng ngheä cheá taïo boä nhôù ngaøy moät phaùt trieån vaø hoaøn thieän, dung
löôïng vaø toác ñoä cuûa boä nhôù trang bò cho PLC ngaøy caøng taêng thoaû maõn gaàn nhö taát
caû caùc yeâu caàu ñoøi hoûi cuûa caùc daây chuyeàn coâng ngheä hieän ñaïi.
3.2.3 Khoái vaøo / ra
Ñieän aùp laøm vieäc trong maïch ñieàu khieån cuûa PLC khaù nhoû (thöôøng laø 5 hay
15 VDC), trong khi yeâu caàu thöïc teá coù theå ñoøi hoûi ñieän aùp, doøng ñieän laøm vieäc lôùn
hôn. Baét buoäc PLC phaûi coù moät thieát bò giao tieáp : chính laø khoái I/O (Input/Output
Unit). Khoái vaøo/ra naøy coù nhieäm vuï cho pheùp PLC coù theå kích tröïc tieáp moät soá thieát
bò, phuï taûi maø khoâng caàn phaûi raùp theâm caùc maïch ñieän phuï trôï. Moãi ñaàu vaøo/ra ñeàu
coù ñaùnh soá giuùp quaù trình nhaän daïng khi thao taùc treân PLC ñöôïc deã daøng.
3.2.4 Thieát bò laäp trình
Thoâng thöôøng, ngöôøi ta trang bò caùc maùy tính caùc nhaân (PC) ñeå laøm thieát bò
laäp trình cho PLC vì CPU maïnh, boä nhôù lôùn, maøn hình chaát löôïng cao vaø giaù caû
ngaøy caøng haï. Trong coâng nghieäp ñoâi luùc ngöôøi ta söû duïng VDU (Visial Display Unit)
vôùi ñaày ñuû baøn phím vaø maøn hình vaø caùc hieån thò hoã trôï vieäc laäp trình. Ngoaøi ra, ñeå
tieän cho vieäc laäp trình moät caùch cô ñoäng, ngöôøi ta söû duïng boä laäp trình caàm tay
(hand set). Kích thöôùc nhoû goïn cuûa thieát bò laäp trình naøy giuùp vieäc laäp trình khi baûo
döôõng söûa chöõa raát tieän lôïi.
3.3 CÔ CHEÁ HOAÏT ÑOÄNG PLC
Trong phaàn sau seõ noùi cuï theå hôn veà ngoân ngöõ laäp trình vaø caùch vieát chöông
trình cho PLC. ÔÛ ñaây chæ giôùi thieäu sô qua moät daïng ngoân ngöõ laäp trình vôùi moät
Trang 63
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
chöông trình cuï theå chuû yù ñeå minh hoaï cho cô cheá laøm vieäc cuûa moät boä PLC thöïc
teá.
Ñeå khaûo saùt ngoân ngöõ doøng leänh (STL: Statement Logic), ta haõy quan saùt sô
ñoà ñieàu khieån ñoùng/caét ñoäng cô ñieän söû duïng caùc thieát bò cô khí thoâng duïng nhö
hình 3.19.
Hình 3.19: Maïch ñoùng/caét ñoäng cô ñieän söû duïng thieát bò cô khí.
Ñeå gaùn teân cho caùc phaàn töû trong maïch ñieän treân vaøo PLC, ngöôøi ta döïa vaøo
kyù hieäu caùc ngoõ vaøo/ra cuûa töøng nhaø saûn xuaát PLC ñeå gaùn teân cho caùc phaàn töû trong
maïch. Moät soá haõng PLC thoâng duïng taïi Vieät nam coù caùch quy öôùc nhö sau:
- Caùc PLC series F (ví duï FX2C; FX2N …) cuûa haõng MITSUBISHI caùc ngoõ ra/vaøo
ñöôïc ñaùnh soá theo heä 8 (octal) vaø maãu töï X cho ngoõ vaøo vaø Y cho ngoõ ra . Ví
duï:
24 ngoõ vaøo: X000 – X007; X010 – X017; X020 – X027
16 ngoõ ra: Y000 – Y007; Y010 – Y017
- Caùc PLC cuûa SIEMENS söû duïng maãu töï I cho ngoõ vaøo vaø Q cho ngoõ ra. Ví duï :
24 ngoõ vaøo: I0.0 – I0.7 ; I1.0 – I1.7; I2.0 – I2.7
16 ngoõ ra: Q1.0 – Q1.7; Q2.0 – Q2.7
- Caùc PLC cuûa OMROM söû duïng maãu töï X cho ngoõ vaøo vaø Y cho ngoõ ra. Ví duï :
24 ngoõ vaøo: I0.0 – I0.7 ; I1.0 – I1.7; I2.0 – I2.7
16 ngoõ ra: Q1.0 – Q1.7; Q2.0 – Q2.7
Giaû söû laáy PLC FX2C laäp trình, ta gaùn cho tieáp ñieåm D laø ngoõ vaøo X000 ; M
laø X001 vaø K vôùi ngoõ ra Y000. Ta coù chöông trình ñieàu khieån naïp vaøo PLC daïng
ngoân ngöõ STL nhö sau :
LD X001
OR Y000
AND X000
OUT Y000
END
Vôùi ñoaïn chöông trình naøy, sau khi naïp vaøo boä nhôù chính qua thieát bò naïp
trình, ta haõy xem caùch thöùc xöû lyù cuûa PLC FX2C nhö sau:
Trang 64
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
PLC hoaït ñoäng ñöa treân neàn taûng cuûa boä vi xöû lyù neân caùch thöùc hoaït ñoäng
giöõa chuùng raát gioáng nhau. Ñieåm khaùc nhau cô baûn giöõa chuùng chính laø PLC ñöôïc
thieát keá chuyeân duøng cho ñieàu khieån coøn vi xöû lyù ñöôïc söû duïng ña muïc ñích. Tuyø vaøo
chöông trình ñaõ naïp trong boä nhôù chính, PLC seõ thöïc thi caùc leänh giuùp heä thoáng
laøm vieäc theo chöông trình ñaõ caøi ñaët saün trong boä nhôù naøy.
Hình 3.20: Cô cheá hoaït ñoäng trong PLC.
Khi PLC ñöôïc ñaët ôû cheá ñoä chaïy chöông trình, boä ñeám chöông trình PC chæ
ra ñòa chæ 0000H: vò trí leänh ñaàu tieân trong boä nhôù chính chöa chöông trình ñieàu
khieån ñöôïc naïp theo chöông trình hoaït ñoäng hieän taïi treân maùy, giaû söû chöông trình
nhö treân hình 3.20 Luùc naøy CPU seõ laáy leänh LD X000 töø boä nhôù chính, vaø thöïc thi
leänh naøy. Leänh LD X000 yeâu caàu CPU kieåm tra traïng thaùi cuûa ngoõ vaøo X000. Sau khi
thöïc hieän xong leänh naøy, traïng thaùi ngoõ vaøo X000 ñöôïc löu vaøo trong boä ñeäm ngoõ
vaøo. Nghóa laø traïng thaùi cuûa ngoõ vaøo X000 ñöôïc nhôù taïm trong RAM vaø chôø töông
taùc vôùi caùc ngoõ khaùc (neáu coù) ñeå theå hieän treân caùc ngoõ ra … Trong luùc naøy boä ñeám
chöông trình töï ñoäng taêng theâm 1 ñeå chæ ra leänh keá tieáp naèm döôùi leänh X000 coù ñòa
chæ laø 0001H . Ñoù chính laø leänh AND X001. CPU laïi tieáp tuïc thöïc thi leänh AND X001
töông töï nhö ñoái vôùi leänh LD X000, keát quaû laø traïng thaùi ngoõ vaøo X001 ñöôïc naïp vaøo
RAM vaø thöïc hieän haøm logic AND vôùi traïng thaùi cuûa ngoõ vaøo X000, xong löu keát quaû
taïm thôøi naøy ôû RAM. Quaù trình cöù nhö theá maø tieáp dieãn: PC tuaàn töï taêng daàn giaù trò
ñeå CPU thöïc thi töøng leänh trong boä nhôù chính cho ñeán khi thöïc thi heát chöông trình
trong boä nhôù chính, töùc laø gaëp leänh END. Boä ñeám chöông trình PC ñaët laïi 0000H,
chöông trình laïi thöïc thi laïi töø ñaàu: coù nghóa laø laäp ñi laäp laïi theo caùc chu kyø lieân tuïc.
Do taàn soá queùt qua caùc leänh cuûa CPU raát cao do ñoù baát cöù moät söï thay ñoåi naøo cuûa
caùc ngoõ vaøo hoaëc ra ñeàu ñöôïc PLC ghi nhaän vaø xöû lyù theo chöông trình ñöôïc ghi
trong boä nhôù chính.
Trang 65
- Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình
Ñoâi khi boä ñeám chöông trình PC khoâng töï ñoäng taêng leân 1 nhö thöôøng leä coù
khaû naêng noù gaëp leänh nhaûy, luùc naøy CPU seõ nhaûy qua moät ñoaïn chöông trình cuï theå
naøo ñoù do chöông trình trong boä nhôù chính yeâu caàu.
3.4 LAÄP TRÌNH TREÂN PLC
3.4.1 Giôùi thieäu ngoân ngöõ laäp trình
Maùy vaø ngöôøi khoâng cuøng ngoân ngöõ, do ñoù muoán maùy hieåu ñöôïc chöông trình do
ngöôøi vieát ra buoäc phaûi vieát baèng ngoân ngöõ maùy (daïng maõ maùy): ngoân ngöõ caáp
thaáp. Nhöng maõ maùy laïi chæ toaøn nhöõng con soá neân raát khoù khaên trong vieäc vieát vaø
söûa chöõa chöông trình. Vì vaäy, thay vì vieát baèng ngoân ngöõ maùy ngöôøi ta taïo neân caùc
ngoân ngöõ laäp trình gaàn vôiù ngoân ngöõ ngöôøi (ngoân ngöõ caáp cao) ñeå thuaän tieän trong
vieäc laäp trình treân PLC. ÔÛ ñaây thöôøng söû duïng 3 daïng thöùc sau:
Ngoân ngöõ doøng leänh (Statement Logic: STL): ñaây laø sô ñoà lieät keâ theo daïng
-
töøng doøng leänh trình baøy daïng töøng caâu trong vaên baûn. Ñaây laø moät ngoân ngöõ
cô baûn, deã duøng vì noù gioáng nhö caùc ngoân ngöõ laäp trình khaùc nhö laäp trình
cho vi xöû lyù vi ñieàu khieån … Vì theá, nhöõng ngöôøi ñaõ bieát ngoân ngöõ laäp trình
loaïi khaùc, thöôøng söû duïng daïng soaïn thaûo naøy.
Ngoân ngöõ sô ñoà khoái (Function Block Diagram: FBD): Sô ñoà trình baøy theo
-
caùc khoái chöùc naêng. Kyù töï trong hoäp cho bieát chöùc naêng cuûa khoái ñoù. Ngoân
ngöõ laäp trình naøy coù öu ñieåm laø moät ngöôøi khoâng chuyeân laäp trình PLC nhö
moät kyõ thuaät vieân ngaønh coâng ngheä thoâng tin vaãn coù theå söû duïng toát daïng
soaïn thaûo naøy.
Ngoân ngöõ daïng sô ñoà hình thang (Ladder: LAD): Ngoân ngöõ naøy trình baøy
-
döôùi daïng ñoà hoaï cho pheùp nhaäp chöông trình coù daïng nhö moät sô ñoà maïch
ñieän tieáp ñieåm cô khí, rô-le. Ñaây laø ngoân ngöõ gaàn vôùi ngöôøi söû duïng nhaát
trong 3 ngoân ngöõ. Nhöõng ngöôøi quen vôùi kyõ thuaät ñieàu khieån thöôøng duøng
daïng ngoân ngöõ naøy.
Coù theå minh hoaï vò trí cuûa 3 ngoân ngöõ trong kyõ thuaät laäp trình nhö hình 3.21
Ngôn ngữ dòng lệnh
Ngôn ngữ sơ đồ khối Ngôn ngữ LADDER
Trang 66
nguon tai.lieu . vn