- Trang Chủ
- Cơ khí - Chế tạo máy
- Giáo trình PLC cơ bản (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cao đẳng): Phần 1 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội
Xem mẫu
- ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI
NGUYỄN THỊ NGUYỆT (Chủ biên)
NGUYỄN ĐỨC NAM – NGUYỄN VĂN SÁU
GIÁO TRÌNH PLC CƠ BẢN
Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí
Trình độ: Cao đẳng
(Lưu hành nội bộ)
Hà Nội - Năm 2021
- LỜI GIỚI THIỆU
PLC cơ bản là mô đun chuyên môn trong chương trình đào tạo trình độ
Trung cấp nghề và Cao đẳng nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí. Việc
học tập tốt môn học này là cơ sở, tiền đề để lập trình điều khiển các hệ thống lạnh
trong công nghiệp.
Giáo trình của môn học gồm 5 bài với thời lượng 90 giờ. Giáo trình đã đề
cập tới những kiến thức cơ bản nhất của điều khiển lập trình PLC, để học sinh
sinh viên có thể hiểu được các phương pháp và cách thức lập trình các bài toán cơ
bản trong phạm vi của nghề.
Mặc dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh. Tác giả rất mong nhận
được các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày tháng năm 2021
Chủ biên: Nguyễn Thị Nguyệt
1
- MỤC LỤC
LỜI GIỚI THIỆU ............................................................................................... 1
Bài 1 Giới thiệu chung về PLC và bài toán điều khiển.................................... 6
1.1 Giới thiệu chung về PLC .................................................................... 6
1.2 Bài toán điều khiển ............................................................................. 8
1.3 Ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC: ......................................... 12
Bài 2 Đại cương về điều khiển lập trình.......................................................... 13
2.1 Tổng quát về một PLC ..................................................................... 13
2.2 PLC Q03UDV của hãng Mitsubishi ................................................ 27
2.3 Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngoại vi ................................. 38
Bài 3 Các phép toán nhị phân của PLC .......................................................... 40
3.1 Các liên kết logic .............................................................................. 40
3.2 Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm (SET, RST) ......................... 49
3.3 Lệnh Timer (OUT T, OUTH T, OUT ST, OUTH ST) .................... 52
3.4 Lệnh đếm (Counter) ......................................................................... 60
Bài 4 Các phép toán số của PLC ...................................................................... 67
4.1 Chức năng truyền dẫn....................................................................... 67
4.2 Lệnh so sánh (=, >, =,
- GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN
Tên mô đun: PLC CƠ BẢN
Mã mô đun: MĐ 18
Thời gian thực hiện mô đun: 90 giờ; (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành/ thực tập/thí
nghiệm/ bài tập/thảo luận: 57 giờ; Kiểm tra: 3 giờ)
I. Vị trí, tính chất của mô đun:
- Vị trí: Mô đun được bố trí dạy cuối chương trình sau khi học xong các môn
chuyên môn như Điện tử công suất, Trang bị điện....
- Tính chất: Là mô đun bắt buộc.
II. Mục tiêu mô đun:
- Về kiến thức:
+ Trình bày các khái niệm về điều khiển lập trình chính xác theo nội dung đã
học và cấu trúc và phương thức hoạt động của một PLC chính xác theo nội dung
đã học;
- Về kỹ năng:
+ Kết nối thành thạo phần cứng của PLC - PC với thiết bị ngoại vi.
+ Lập trình được chương trình để thực hiện một số bài toán ứng dụng đơn giản
trong công nghiệp.
+ Phân tích được một số chương trình đơn giản, phát hiện sai lỗi và sửa chữa
khắc phục.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng
tạo, tác phong công nghiệp.
III. Nội dung mô đun:
1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:
3
- Thời gian (giờ)
Trong đó
Số Tên các bài trong mô Thực hành/
TT đun Tổng số Lý thực tập/thí Kiểm
thuyết nghiệm/ bài tra
tập/thảo luận
1 Bài 1: Giới thiệu chung 1 1
về PLC và bài toán điều
khiển
1.1. Giới thiệu chung về 0.5 0.5
PLC
1.2. Bài toán điều khiển 0.5 0.5
2 Bài 2: Đại cương về điều 4 3 1
khiển lập trình
2.1.Tổng quát về một PLC 1 1
2.2. Kết nối dây giữa PLC 1 1
và các thiết bị ngoại vi
2.3. Cài đặt và sử dụng 2 1 1
phần mềm GX Work2
3 Bài 3: Các phép toán nhị 20 9 10 1
phân của PLC
3.1. Các liên kết logic 2 1 1
3.2. Các lệnh ghi/xóa giá 2 1 1
trị cho tiếp điểm
3.3. Timer 3 2 1
3.4. Couter 3 2 1
3.5. Bài tập ứng dụng 10 3 6 1
4 Bài 4: Các phép toán số 20 9 10 1
của PLC
4.1. Chức năng truyền dẫn 4 1 3
4.2. Chức năng so sánh 4 1 3
4
- 4.3. Chức năng chuyển 4 2 2
đổi (Converter)
4.4. Chức năng toán học 3 2 1
4.5. Đồng hồ thời gian 5 3 1 1
thực
4 Bài 5: Lập trình điều 45 8 36 1
khiển bằng PLC
5.1. Lập trình điều khiển 4 0.5 3.5
động cơ có đảo chiều quay
5.2. Lập trình điều khiển 4 0.5 3.5
hệ thống cân và cấp liệu
5.3. Lập trình điều khiển 5 1 4
đếm sản phẩm
5.4. Lập trình điều khiển 5 1 4
đèn giao thông
5.5. Lập trình điều khiển 5 1 4
xe chuyển nhiên liệu
5.6. Lập trình điều khiển 5 1 4
trộn liệu
5.7. Lập trình điều khiển 5 1 4
cầu trục
5.8. Lập trình điều khiển 5 1 4
hệ thống nâng hàng
5.9. Lập trình điều khiển 7 1 5 1
biến tần
Cộng 90 30 57 3
5
- Bài 1
Giới thiệu chung về PLC và bài toán điều khiển
1.1 Giới thiệu chung về PLC
1.1.1 Định nghĩa
Bộ điều khiển logic có thể thể lập trình được (Programable Logic
Controller) là một thiết bị có thể xem như là có thể coi như là một máy tính công
nghiệp với một cấu trúc được thiết kế đặc biệt bao gồm cả khối điều khiển trung
tâm (Main CPU) và mạch giao tiếp với các thiết bị trường (Các đầu vào/ra nối với
các thiết bị chấp hành) trên cùng một Module để thức hiện các chức năng điều
khiển. PLC có khả năng thực hiện các lệnh như: Các lệnh tuần tự, định thời, đếm,
xử lí dữ liệu và truyền thông để điều khiển hoạt động của các máy gia công công
nghiệp và điều khiển các quá trình sản xuất.
Hình 1.1. Ứng dụng của PLC
1.1.2 Lịch sử phát triển
Ý tưởng về bộ điều khiển logic có khả năng lập trình được các kĩ sư của
hãng General Motors đưa ra đầu tiên vào năm 1968 với mục đích để giảm giá
thành cho các hệ thống điều khiển bằng role. Đặc biệt bộ điều khiển logic lập trình
được yêu cầu phải nhỏ gọn, có khả năng xử lí linh hoạt như máy tính, có khả năng
làm việc lâu dài trong môi trường công nghiệp, có khả năng lập trình và bảo dưỡng
bởi các kĩ sư, các kĩ thuật viên của các nhà máy, có khả năng tái sử dụng. Hơn
nữa hệ thống điều khiển dùng bộ điều khiển logic lập trình được phải giảm được
thời gian dừng máy và có khả năng mở rộng hệ thống trong tương lai. Một số đặc
tính của PLC:
- Hệ thống điều khiển dùng PLC có giá thành có thể so sánh được với hệ
thống điều khiển dùng role;
6
- - PLC phải có khả năng làm việc trong môi trường công nghiệp;
- Dễ dàng thay thế các đầu vào/ ra;
- PLC phải được thiết kế dạng Module, dẽ dàng tháo rời thuận tiện cho việc
thay thế và sửa chữa;
- Có khả năng tái sử dụng;
- Phương pháp lập trình phải đơn giản;
Ngày nay với cùng với sự phát triển của công nghệ, các bộ điều khiển logic
lập trình được cũng không ngừng phát triển ngày càng được nâng cấp cả về thiết
kế và tính năng cả về phần cứng và phần mềm. Một số đặc điểm của PLC ngày
nay:
- Thời gian chu kì quét nhanh hơn nhờ việc sử dụng công nghệ mới;
- Số lượng đầu vào ra nhiều hơn;
- Giao diện vào ra được mở rộng tiêu biểu như giao diện PID, Network,
Canbus, Fieldbus…;
- Nâng cao khả năng truyền thông;
- Cung cấp công cụ lập trình hướng đối tượng với nhiều ngôn ngữ khác
nhau;
- Tập lệnh nhiều hơn;
- Ngôn ngữ bậc cao như Basic, C cũng được sử dụng để viết chương trình
cho một số loại PLC để việc lập trình linh hoạt hơn khi thực hiện truyền thông với
các thiêt bị ngoại vi và xử lí dữ liệu;
- Có thể xử lí dữ liệu dạng số thực;
Trong tương lai cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và truyền
thông, thông qua mạng truyền thông công nghiệp, PLC kết nối với PLC và kết nối
với máy tính tạo thành một hệ thống sản xuất tích hợp, sự kết nối đó giúp năng
cao khả năng tự động hóa trong các hệ thống sản xuất và dễ dàng chia sẻ tài
nguyên với các hệ thống điều khiển khác như: Hệ thống điều khiển số NC
(numerical controls), Robots, CAD/CAM, các máy tính cá nhân, các hệ thống
thông tin quản lý…
Các công nghệ mới được sử dụng trong PLC đã nâng cao khả năng hoạt
động của các hệ thống giao tiếp vào ra, GUI (Graphic User Interfaces), giao tiếp
giữa người và máy (HMI). Sự phát triển của các hệ thống giao tiếp này cho phép
truyền thông PLC với các thiết bị, phần cứng và phần mềm thông minh như: hệ
thống vào ra logic mờ. Việc nâng cao tính năng phần mềm sẽ cung cấp khả năng
7
- kết nối tốt hơn giữa các loại thiết bị khác nhau, sử dụng cùng một chuẩn truyền
thông thông qua hệ thống mạng. Các lệnh nâng cao của PLC ngày nay đã giúp
cho các bộ điều khiển logic lập trình được trở nên thông minh hơn và nâng cao
năng lự hoạt động của hệ thống.
Khái niệm hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufaturing
System) sẽ làm thay đổi triết lý điều khiển. Tuy nhiên trong tương lai thì PLC vẫn
sẽ là bộ điều khiển được sử dụng hầu khắp các nhà máy nhưng phương pháp điều
khiển sẽ thay đổi chuyển từ điều khiển tập chung sang điều khiển phân tán một
cách “Thông minh”. Khi đó PLC “Cỡ lớn” được sử dụng trong các ứng dụng có
yêu cầu tính toán phức tạp, quản lý mạng truyền thông và giám sát các PLC “nhỏ
hơn”, các bộ điều khiển trực tiếp các máy gia công.
1.2 Bài toán điều khiển
Tự động hóa trong sản xuất nhằm thay thế một phần hoặc toàn bộ các thao
tác vật lý của người công nhân vận hành máy thông qua hệ thống điều khiển.
Những hệ thống điều khiển này có thể điều khiển quá trình sản xuất với độ tin cậy
cao, ổn định mà không cần sự tác động nhiều của người vận hành. Điều này đòi
hỏi hệ thống điều khiển phải có khả năng khởi động, kiểm soát, xử lý và dừng một
quá trình theo yêu cầu hoặc đo đếm các giá trị đã được xác định nhằm đạt được
kết quả mong muốn ở sản phẩm đầu ra của máy hoặc thiết bị. Một hệ thống như
vậy gọi là hệ thống điều khiển.
Để giải quyết được nhiệm vụ điều khiển, nguời ta có thể thực hiện bằng hai
cách: thực hiện bằng Rơle, Khởi động từ...hoặc thực hiện bằng chương trình nhớ.
Hệ điều khiển bằng role và hệ điều khiển bằng lập trình có nhớ khác nhau ở phần
xử lý: thay vì dùng Role, tiếp điểm và dây nối, chúng ta dùng các mạch điện tử.
Như vậy, thiết bị PLC làm nhiệm vụ thay thế phần mạch điều khiển trong khâu
xử lý số liệu. Nhiệm vụ của sơ đồ mạch điều khiển sẽ được xác định bằng một số
hữu hạn các bước thực hiện xác định gọi là “Chương trình”. Chương trình này
mô tả các bước thực hiện gọi là tiến trình điều khiển, tiến trình này được lưu vào
bộ nhớ nên được gọi là “Điều khiển lập trình có nhớ”
Trong kỹ thuật tự động điều khiển, các bộ điều khiển chia làm 2 loại:
- Điều khiển bằng Rơle
- Điều khiển lập trình (PLC)
Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển người ta cần thay đổi mạch điều khiển
bằng cách lắp lại mạch, thay đổi phần tử mới đối với hệ thống điều khiển bằng
Rơle điện. Trong khi đó, khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ta chỉ cần thay đổi
chương trình soạn thảo đối với hệ điều khiển bằng lập trình có nhớ.
8
- Bộ điều khiển lập trình PLC (bộ điều khiển logic khả trình) là loại thiết bị
cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua các ngôn ngữ
lập trình. Với chương trình điều khiển của PLC đã tạo cho nó trở thành một bộ
điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán, các số liệu và trao đổi thông
tin với môi trường xung quanh.
1.2.1 Cơ sở xây dựng một hệ thống điều khiển từ điều khiển nối cứng thành
điều khiển lập trình PLC:
Sự khác nhau giữa hệ điều khiển bằng Rơle điện và lập trình có nhớ có thể
minh hoạ bằng một ví dụ sau:
Điều khiển hệ thống 3 máy bơm nước qua 3 khởi động từ K1, K2, K3.
Trình tự điều khiển như sau: Các máy bơm hoạt động tuần tự nghĩa là K1
đóng trước tiếp đến là K2 rồi cuối cùng là K3 đóng.
Để thực hiện nhiệm vụ theo yêu cầu trên mạch điều khiển ta thiết kế như
sau:
- Trong đó các nút ấn S1, S2, S3, S4 là các phần tử nhập tín hiệu.
- Các tiếp điểm K1, K2, K3 và các mối liên kết là các phần xử lý.
- Các khởi động từ K1, K2, K3 là kết quả xử lý.
Hình 1.2. Sơ đồ mạch điều khiển
Nếu ta thay bằng thiết bị điều khiển PLC ta có thể mô tả như sau:
-Tín hiệu vào: S1, S2, S3, S4 vẫn giữ nguyên.
-Tín hiệu ra: K1, K2, K3 là các khởi động từ vẫn giữ nguyên.
- Phần tử xử lý: được thay thế bằng PLC.
9
- Hình 1.3
Khi thực hiện bằng chương trình điều khiển có nhớ PLC ta chỉ cần thực
hiện nối mạch theo sơ đồ sau:
Hình 1.4. Sơ đồ nối dây thực hiện bằng PLC
Nếu bây giờ nhiệm vụ điều khiển thay đổi ví dụ như các bơm 1,2,3 hoạt
động theo nguyên tắc là chỉ một trong số các bơm được hoạt động độc lập. Như
vậy đối với mạch điều khiển dùng Rơle ta phải tiến hành lắp giáp lại toàn bộ mạch
điều khiển, trong khi đó đối với mạch điều khiển dùng PLC thì ta lại chỉ cần soạn
thảo lại chương trình rồi nạp lại vào CPU thì ta sẽ có ngay một sơ đồ điều khiển
theo yêu cầu nhiệm vụ mới mà không cần phải nối lại dây trên mạch điều khiển.
Như vậy một cách tổng quát có thể nói hệ thống điều khiển PLC là tập hợp
các thiết bị và linh kiện điện tử. Để đảm bảo tính ổn định, chính xác và an toàn..
trong quá trình sản xuất, các thiết bị này bao gồm nhiều chủng loại, hình dạng
khác nhau với công suất từ rất nhỏ đến rất lớn. Do tốc độ phát triển quá nhanh của
công nghệ và để đáp ứng được các yêu cầu điều khiển phức tạp nên hệ thống điều
khiển phải có hệ thống tự động hoá cao. Yêu cầu này có thể thực hiện được bằng
hệ lập trình có nhớ PLC kết hợp với máy tính, ngoài ra còn cần có các thiết bị
ngoại vi khác như: Bảng điều khiển, động cơ, cảm biến, tiếp điểm, công tắc tơ,...
10
- Khả năng truyền dữ liệu trong hệ thống rất rộng thích hợp cho hệ thống xử
lý và cũng rất linh động trong các hệ thống phân phối .
Hệ thống PLC sẽ không cảm nhận được thế giới bên ngoài nếu không có
các cảm biến, và cũng không thể điều khiển được hệ thống sản xuất nếu không có
các động cơ, xy lanh hay các thiết bị ngoại vi khác nếu cần thiết có thể sử dụng
các máy tính chủ tại các vị trí đặc biệt của dây chuyền sản xuất .
*Tóm tắt nhược điểm của hệ thống điều khiển dùng Rơle:
- Tốn kém rất nhiều dây dẫn .
- Thay thế rất phức tạp.
- Cần công nhân sửa chữa tay nghề cao.
- Công suất tiêu thụ lớn .
- Thời gian sửa chữa lâu.
- Khó cập nhật sơ đồ nên gây khó khăn cho công tác bảo trì cũng như thay
thế.
*Ưu điểm của hệ điều khiển PLC:
Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển
cũng như các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu
điểm như sau:
- Giảm 80% Số lượng dây nối.
- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp .
- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa được
nhanh chóng và dễ dàng.
- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính,
màn hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các
thiết bị vào, ra.
- Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển.
- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế.
- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài mS) dẫn đến
tăng cao tốc độ sản xuất .
- Chi phí lắp đặt thấp .
- Độ tin cậy cao.
- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận
tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống.
11
- 1.3 Ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC:
Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều
lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp như:
- Hệ thống nâng vận chuyển.
- Dây chuyền đóng gói.
- Các ROBOT lắp giáp sản phẩm .
- Điều khiển bơm.
- Dây chuyền xử lý hoá học.
- Công nghệ sản xuất giấy .
- Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh.
- Sản xuất xi măng.
- Công nghệ chế biến thực phẩm.
- Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn.
- Dây chuyền lắp giáp Tivi.
- Điều khiển hệ thống đèn giao thông.
- Quản lý tự động bãi đậu xe.
- Hệ thống báo động.
- Dây chuyền may công nghiệp.
- Điều khiển thang máy.
- Dây chuyền sản xuất xe Ôtô.
- Sản xuất vi mạch.
- Kiểm tra quá trình sản xuất .
Hình 1.5. Một số hình ảnh về ứng dụng của PLC
12
- Bài 2
Đại cương về điều khiển lập trình
2.1 Tổng quát về một PLC
Về cơ bản, tất cả các loại PLC của các hẵng sản xuất khác nhau có thể được
chia làm 5 phần chính như sau :
- Phần giao diện đầu vào (Input)
- Phần giao diện đầu ra (Output)
- Bộ xử lý trung tâm (CPU)
- Bộ nhớ dữ liệu và chương trình (Memory)
- Nguồn cung cấp cho hệ thống (Power Supply)
Nguồn cung cấp (Power Supply) biến đổi điện cung cấp từ bên ngoài thành
mức thích hợp cho các mạch điện tử bên trong PLC (thông thường là 220VAC -
5VDC hoặc 12VDC).
Phần giao diện đầu vào biến đổi các đại lượng điện đầu vào thành các mức
tín hiệu số (digital) và cấp vào cho CPU xử lý.
Hình 2.1. Sơ đồ khối của PLC
Bộ nhớ (Memory) lưu chương trình điều khiển được lập bởi người dùng và
các dữ liệu khác như cờ, thanh ghi tạm, trạng thái đầu vào, lệnh điều khiển đầu
ra,... Nội dung của bộ nhớ được mã hoá dưới dạng mã nhị phân.
Bộ xử lý (Processor) tuần tự thực thi các lệnh trong chương trình lưu trong
bộ nhớ, xử lý các đầu vào và đưa ra kết quả kết xuất hoặc điều khiển cho phần
giao diện đầu ra (output).
Phần giao diện đầu ra thực hiện biến đổi các lệnh điều khiển ở mức tín hiệu
số bên trong PLC thành mức tín hiệu vật lý thích hợp bên ngoài như đóng mở
rơle, biến đổi tuyến tính số-tương tự,..
13
- 2.1.1 CPU
CPU hay là đơn vị xử lí trung tâm là bộ phận quan trọng nhất của PLC, có
thể coi là bộ não của PLC. CPU bao gồm ba phần:
- Bộ xử lí
- Bộ nhớ
- Nguồn cung cấp
CPU bao gồm Bộ xử lí (Processor), bộ nhớ hệ thống và nguồn cung cấp,
mối quan hệ giữa các chức năng trong CPU được mô tả bởi hình vẽ sau:
Hình 2.2. Chức năng tương tác của hệ thống PLC
Chức năng cơ bản của bộ xử lí là điều khiển và giám sát toàn bộ hoạt động
hệ thống. Bộ xử lí thực hiện các chức năng này bằng cách biên dịch và thực hiện
các lệnh của chương trình, giám sát sự hoạt động của hệ thống. Chức năng giám
sát là một chương trình giám sát được lưu trữ trong bộ nhớ hệ thống và được coi
là một phần của hệ thống, nhờ hoạt động của chương trình giám sát này mà bộ xử
lí có thể thực hiện các chức năng điều khiển, xử lí, truyền thông…Chức năng giám
sát hoạt động của bộ xử lí sẽ thực hiện truyền thông giữa hệ thống PLC và người
dùng qua thiết bị lập trình, đồng thời nó cũng trợ giúp truyền thông qua cổng ngoại
vi khác như các thiết bị giám sát, các module vào ra, các thông tin chuẩn đoán từ
nguồn cung cấp, bộ nhớ và các giao tiếp khác. CPU của một PLC có thể có nhiều
hơn một bộ xử để tách riêng nhiệm vụ điều khiển và truyền thông. Cấu hình như
vậy được gọi là MultiProcessor. Một kiểu Multiprocessor khác đó là chuyển một
phần chức năng xử lí từ CPU sang Module ngoại vị khác, được gọi là Module
“Thông minh”. Module “Thông minh” bên trong có chứa bộ xử lí, bộ nhớ và thực
hiện một số nhiệm vụ độc lập với nhiệm vụ điều khiển. Tiêu biểu là Module điều
14
- khiển PID, nó thực hiện nhiệm vụ điều khiển closedloop độc lập với CPU, Module
Stepping motor, Servo motor…
Các loại bộ xử lí sử dụng trong PLC được đưa ra bởi nhà sản xuất tương ứng với
kích thước của Word hoặc số bit mà nó sử dụng đồng thời để thực hiện các nhiệm
vụ. Kích thước của Word tiêu biểu là 8, 16, 32 bit, kích thước của Word sẽ ảnh
hưởng tới tốc độ hoạt động của bộ xử lí trong tất cả các hoạt động. Ví dụ bộ xử lí
32 bit sẽ có tốc độ xử lí dữ liệu gấp đôi bộ xử lí 16 bit
Hình 2.3. MultiProcessor
2.1.2 Nguồn cung cấp
Nguồn cung cấp đóng vai trò hết sức quan trọng trong hoạt động của hệ
thống, nó quyết định đến tính ổn định và tinh cậy của hệ thống. Nguồn cung cấp
không chỉ đáp ứng nguồn một chiều cho các thành phần của hệ thống ví dụ như
bộ xử lí, bộ nhớ và các mạch giao tiếp vào ra mà nguồn cung cấp còn có nhiệm
vụ giám sát điều chỉnh điện áp (ổn áp) và đưa ra thông tin cảnh báo cho CPU nếu
có hiện tượng bất thường. Nguồn cung cấp
ngoài nhiệm vụ chính là cung cấp năng lượng ổn định nó còn có nhiệm vụ bảo vệ
các
thành phần khác trong hệ thống.
Điện áp vào (Input Voltage): Thông thường PLC yêu cầu điện áp cung cấp
là điện áp xoay chiều nhưng một số loại PLC yêu cầu điện áp cung cấp là điện áp
một chiều bời vì trong một số trường hợp thì PLC dùng nguồn một chiều thì thuận
tiện hơn ví dụ như các hệ thống điều khiển dùng trong các dàn khoan trên
biển…Thông thường nguồn điện áp cung câp cho PLC là 120VAC-240 VAC hoặc
24VDC. Trong công nghiệp thì điện lưới và tần số có thể không ổn định do đó
15
- nguồn cung cấp cho PLC phải có khả năng ổn định khi điện lưới thay đổi 10%-
15%. Ví dụ PLC dùng nguồn điện áp 120VAC khi điện lưới thay đổi trong khoảng
108VAC – 132VAC thì PLC vẵn hoạt động bình thường. PLC dùng nguồn điện
áp 120VAC khi điện lưới thay đổi trong khoảng 198VAC – 122VAC thì PLC vẫn
hoạt động bình thường. Khi dòng điện áp vượt quá giới hạn dung sai trên hoặc
thấp hơn trong một thời gian nhất định (thường 1-3 chu kỳ AC), hầu hết các nguồn
cung cấp sẽ gửi một lệnh tới bộ xử lý để dừng hoạt động. Tuy nhiên điện lưới tại
các nhà máy có thể thường xuyên không ổn định, nên thời gian dừng hoạt động
trở nên thương xuyên, do đó tại các nhà máy phải có các máy biến áp để ổn định
điện áp.
Nguồn cung cấp sẽ cấp điện áp một chiều cho CPU, các mạch giao tiếp vào
ra, mỗi nguồn đều có một công suất cung cấp cho tải nhất định ví dụ: 10A với
điện áp 5V. Công suất của nguồn có thể không đủ để cung cấp cho các Module
vào ra mở rộng, như vậy sẽ gây ra mất ổn định của hệ thống. Thông thường các
module đặc biệt thường yêu cầu công suất lớn hơn các module vào ra. Như vậy
sẽ gây ra hiện tượng quá tải cho nguồn cung cấp mà điều này nhiêu khi rất khó
phát hiện, hiện tượng quá tải thường xảy ra trong trường hợp đồng thời nhiều đầu
ra được bật ON một lúc. Biện pháp khăc phục là dùng thêm nguồn phụ hoặc lựa
chọn nguồn cung cấp có công suất lớn hơn.
Hình 2.4. Sơ đồ kết nối nguồn cho PLC
2.1.3 Bộ nhớ
Đặc trưng quan trọng nhất của một bộ điều khiển logic lập trình được là
người sử dụng của khả năng thay đổi chương trình điều khiển một cách nhanh
16
- chóng và dễ dàng. Bộ nhớ hệ thống là vùng nhớ nẵm bên trong CPU của PLC ở
đó tất cả các trình tự các lệnh, hoặc chương trình được lưu trữ và được thực hiện
bởi bộ xử lí để đưa ra câc tác động điều khiển đối với các thiết bị trường. Một
phân của bộ nhớ lưu trữ chương trình điều khiển có thể thay đổi được hoặc lập
trình lại để đáp ứng sự thay đổi sản phẩm của dây chuyền sản xuất hoặc sự thay
đổi của cả hệ thống.
a. Tổ chức bộ nhớ
Bộ nhớ của PLC được chia thành hai vùng nhớ là:
- Vùng nhớ hệ thống
- Vùng nhớ ứng dụng
Vùng nhớ hệ thống là tập hợp các chương trình giám sát đã được lưu trữ
vĩnh viễn trong PLC và nó được coi là một phần của PLC. Các chương trình giám
sát này chỉ đạo tất cả các hoạt động hệ thống, chẳng hạn như thực hiện chương
trình điều khiển và thông tin tới các thiết bị ngoại vi. Vùng nhớ hệ thống là một
phần của PLC nó lưu trữ các mã lệnh ví dụ: Mã lệnh role, mã lệnh dịch chuyển
khối hoặc các mã lệnh số học…. Không thể truy cập vùng nhớ hệ thống bỏi người
dùng.
Hình 2.5. Bộ nhớ của PLC
Vùng nhớ ứng dụng là vùng nhớ cho phép người dùng lưu trữ chương trình
điều khiển. Trong vùng nhớ ứng dụng lại được chia thành một số vùng nhớ khác
nhau có chức năng và ứng dụng cụ thể.
b. Các loại bộ nhớ
Chức năng và nhiệm vụ của vùng nhớ hệ thống và vùng nhớ ứng dụng là
khác nhau, do đó loại bộ nhớ sử dụng cho hai vùng nhớ này là hoàn toàn khác
nhau, Ví dụ, vùng nhớ hệ thống đòi hỏi một bộ nhớ vĩnh viễn lưu trữ nội dung
của nó và không thể bị xóa hoặc bị biến đổi hoặc do điện hoặc do người sử dụng,
tất nhiên loại bộ nhớ này không phù hợp với vùng nhớ ứng dụng.
Bộ nhớ có thể được chia thành hai loại: Loại bay hơi và không bay hơi.
Loại bộ nhớ bay hơi thì nội dung của nó có thể bị thay đổi hoặc sẽ bị mất nếu mất
17
- điện. Bộ nhớ bay hơi dễ dàng thay đổi nội dung, phù với việc lưu trữ chương trình
ứng dụng. Bộ nhớ không bay hơi thì nội dung của nó không bị mất khi mất điện.
Bộ nhớ không bay hơi thì nội dung của nó là không thể thay đổi, nhưng cũng có
loại bay hơi đặc biệt có thể thay đổi nội dung của nó. Có hai điểm chú ý về loại
bộ nhớ lưu trữ chương trình ứng dụng, thứ nhất bộ nhớ lưu trữ chương trình ứng
dụng phải duy trì chương trình điều khiển chạy hàng ngày mà không bị “bay hơi”,
thứ hai chương trình điều khiển lưu trữ trong bộ nhớ ứng dụng có thể bị thay đổi.
Việc dễ dàng thay đổi nội dung bộ nhớ ứng dụng là rất quan trọng ví nó tham gia
vào quá trình tương tác giữa người sủng dụng và PLC. Sự tương tác này là thay
đổi chương trình điều khiển trong khi hệ thống bắt đầu hoạt động hoặc trong khi
chương trình đang thực hiện.
Bộ nhớ chỉ đọc (ROM): Bộ nhớ chỉ đọc được thiết kế để lưu trữ vĩnh viễn
chương trình hệ thống. Tên của bộ nhớ đã phản ánh thực tế đặc tính của bộ nhớ
là nó cho phép kiểm tra, hoặc đọc nội dung chương trình nhưng không được phép
thay đổi nội dung. Do đó chương trình giám sát sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ này.
Bộ điều khiển logic lập trình được hiếm khi sử dụng bộ nhớ ROM để làm
bộ nhớ ứng dụng. Hơn nữa trong các ứng dụng đòi hỏi dữ liệu cố định, tốc độ cao
thì bộ nhớ chỉ đọc có nhiều ưu điểm về tốc độ và độ ổn định. Nói chung nội dung
của bộ nhớ ROM được các nhà chế tạo PLC cài đặt ngay tại nhà máy. do đó các
chương trình, các mã lệnh lưu trữ trong ROM người sử dụng không bao giờ có
thể can thiệp được. Phương pháp dùng ROM là bộ nhớ ứng dụng thì chương trình
điều khiển lưu trong ROM phải đảm bảo đã được sửa lỗi và không bao giờ thay
đổi. Loại PLC sử dụng ROM làm bộ nhớ ứng dụng thường được áp dụng trong
các bộ điều khiển chuyên dụng.
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM): Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên thường
được gọi bộ nhớ có thể là đọc / ghi (R / W), được thiết kế để thông tin có thể được
ghi vào hoặc đọc từ bộ nhớ. Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên không lưu lại nội dung
của nó khi bị mất điện, do đó nó là loại bộ nhớ bay hơi. Ngày nay trong PLC bộ
nhớ truy cập ngẫu nhiên thường sử dụng một pin dự phòng để duy trì nội dung
của nó trong trường hợp bị mất điện. Việc sử dụng bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên
cho phép người sử dụng đễ dàng ghi, thay đổi chương trình điều khiển cũng như
cập nhật dữ liệu. So với các loại bộ nhớ khác thì RAM có tốc độ hoạt động cao
hơn. Một điểm lưu ý là dung lượng của pin dự phòng cho bộ nhớ RAM có thể bị
cạn, mặc dù bộ xử lí giám sát liện tục tình trạng của pin. Ngày nay với sự phát
triển của công nghệ điện tử, PLC có thể sử dụng bộ nhớ EPROM kết hợp với bộ
nhớ RAM. Đây là loại bộ nhớ lai giữa bộ nhớ ROM và RAM có nghĩa là nội dung
của nó không bị mất khi mất điện nhưng nó cũng có thể đọc ghi giống như bộ nhớ
RAM
18
- c. Cấu trúc bộ nhớ:
Bộ nhớ của PLC có thể coi như là một mảng hai chiều của các cell, mỗi
một cell trong mảng chỉ lưu trữ thông tin dưới dạng nhị phân “1” hoặc “0”. Mỗi
cell chỉ có thể lưu trữ một kí số nhị phân (Binary Digit) được gọi là bit, do đo mỗi
cell được gọi là một bit. Bit là phần tử nhỏ nhất của bộ nhớ, mỗi bit chỉ có thể lưu
trữ mộ đơn vị thông tin “1” hoặc “0”. “1” hoặc “0” là các giá trị logic, “1” tương
ứng với mức điện áp cao, “0” tương ứng với mức điện áp thấp. Một bit được coi
là ON nếu thông tin lưu trữ là “1” (Mức điện áp cao) và được coi là OFF nếu
thông tin lưu trữ là “0” (Mứ điện áp thấp). Thông tin ON / OFF được lưu trữ trong
một bit được gọi là trạng thái bit. Đôi khi bộ xử lí phải xử lí nhiều hơn một bit tại
một thời điểm, ví dụ quá trình trao đổi dữ liệu với bộ nhớ khi đó bộ xử lí thực hiện
thao tác này đồng thời với một nhóm các bit để nâng cao dung lượng trao đổi,
cũng như vậy thì việc lưu trữ trong bộ nhớ cũng thục hiện theo nhóm các bit. Một
nhóm các bit được xử lí đồng thời được gọi là một byte, byte là một nhóm nhỏ
nhất của các bit được xử lí đồng thời, theo qui ước 1 byte bằng 8 bit. Đơn vị thông
tin cuối cùng sử dụng trong PLC là từ Word. Nói chung một word là đơn vị thông
tin mà bộ xử lí sử dụng khi xử lí dữ liệu hoặc các lệnh được thực hiện. Cũng giống
như byte, word gồm 16 bit, hay là 2 byte.
Hình 2.6. Byte, Word
d. Dung lượng bộ nhớ:
Hình 2.7. Dung lượng bộ nhớ
Khi đánh giá khả năng ứng dụng của PLC thì một trong các nhân tố chính
là dung lượng bộ nhớ. Dung lượng bộ nhớ là số lượng các bit nhớ trên một đơn vị
phần cứng và khả năng mở rộng bộ nhớ. Với các PLC cỡ nhỏ (64I/O) thì dung
19
nguon tai.lieu . vn
