Giới Thiệu Chung Về Các Bộ Điều Khiển Khả Trình Plc

- Có khả năng điều khiển chức năng phức tạp.

- Khả năng thay đổi điều khiển rất đơn giản.

- Công tác bảo trì dễ dàng vì các môđun được tiêu chuẩn hoá.

Chương IV

giới thiệu về bộ lập trình plc

4.1 Giới thiệu chung về các bộ điều khiển khả trình PLC

4.1.1 Đặc điểm chung của các bộ điều khiển khả trình

Panel lập trình

Mạch giao tiếp và cảm biến

Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trỡnh (programmable - Control systems) hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay các quá trỡnh công nghiệp. Trong bối cảnh đó, bộ điều khiển lập trỡnh (PLC - programmable logic controler) được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle, công tắc tơ và các thiết bị rời cồng kềnh, và nó tạo ra khả năng điều khiển các thiết bị một cách dễ dàng, linh hoạt dựa trên việc lập trỡnh tập lệnh cơ bản. Ngoài ra, PLC có thể thực hiện các tác vụ khác như là định thời gian, đến, .v.v... làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp ngay cả với PLC loại nhỏ nhất.

Bộ nhớ chương

trình

Khối điều khiển trung tâm

Khối ngõ vào

Bộ nhớ dữ liệu

Khối ngõ ra

Nguồn cấp điện

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 110 trang tài liệu này.

Mạch công suất và cơ cấu tác động

Hình IV . 1 Sơ đồ khối bên trong PLC

PLC làm việc theo kiểu vòng quét, quá trỡnh đọc các đầu vào thực hiện chương trỡnh và đưa các tín hiệu đầu ra gọi quét. Thời gian quét là quá trỡnh liên

tục và tuần tự đọc đầu vào, đánh giá và quyết định logic điều khiển và đưa tín hiệu ra.

Giao tiếp

Đọc đầu vào

Gửi kết/quả ở đầu ra

Tính toán logic

Hình IV.1. Sơ đồ vòng quét của PLC

Thời gian cần thiết cho một lần quét thay đổi từ 1ms đến 30ms. Thời gian quét phụ thuộc vào độ dài của chương trình ứng dụng. Việc sử dụng các hệ thống I/O từ xa sẽ làm tăng thời gian quét do phải truyền tín hiệu từ các đầu I/O đến các hệ thống xa. Ngoài ra thời gian quét còn phụ thuộc vào tốc độ xử lý của PLC.

Hình IV.1 mô tả cấu trúc bên trong của PLC, hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ở ngõ vào, đưa về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trình trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển ở các

đầu ra cho thiết bị bên ngoài tương ứng. Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào khối ra PLC cho phép nó kết nối trực tiếp với những cơ cấu tác động (actuators) có công suất nhỏ ở các cổng ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu (trasducers) ở các cổng vào, mà không cần có các mạch giao tiếp các rơle trung gian. Tuy nhiên, cần phải có các mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn.

Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây; sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua các thiết bị lập trình thông dụng. Hơn nữa, chúng còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống điều khiển truyền thống đòi hỏi phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời.

Về phần cứng, PLC tương tự như một máy tính, chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển công nghiệp như :

- Khả năng chống nhiễu tốt.

- Cấu trúc dạng modul cho phép dễ dàng ghép nối và thay thế, tăng khả năng( nối thêm modul mở rộng vào ra) thêm chức năng( nối thêm các modul chuyên dùng).

- Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở cổng ra và cổng vào được chuẩn hoá.

- Thực hiện được các logic điều khiển phức tạp mà các hệ thống điều khiển rơle, công tắc tơ không thể thực hiện được.

Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng :LADDER, STL, FUCTIONCHART, dễ hiểu và sử dụng.

Thay đổi chương trình điều khiển một cách dễ dàng bằng các thiết bị lập trình chuyên dụng hoặc máy tính.

Với những đặc điểm trên đây làm cho PLC trở thành một thiết bị điều khiển không thể thiếu trong điều khiển công nghiệp và điều khiển quá trình.

4.1.2 Khái niệm cơ bản

Bộ điều khiển lập trình là ý tưởng của một nhóm kỹ sư hãng General motors vào năm 1968, và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển trong công nghiệp :

- Dễ dàng lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trong nhà máy.

- Cấu trúc dạng modul dễ dàng bảo trì và sửa chữa.

- Tin cậy hơn trong môi trường sản xuất của nhà máy công nghiệp.

- Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ gọn hơn mạch rơle chức năng tương đương.

- Giá thành cạnh tranh.

Những chỉ tiêu này tạo sự quan tâm của các kỹ sư thuộc nhiều ngành nghiên cứu về khả năng ứng dụng của PLC trong công nghiệp các kết quả nghiên cứu đã đưa thêm một số yêu cầu cần phải có trong chức năng của PLC: Tập lệnh từ các lệnh logic đơn giản được hỗ trợ thêm các lệnh về định thời gian, đếm; sau

đó là các lệnh xử lý toán học, xử lý bảng số liệu, xử lý xung tốc độ cao, tính toán số liệu thực 32 bit, xử lý thời gian thực, đọc mã vạch.

Song song đó, sự phát triển về phần cứng cũng đạt được nhiều kết quả: bộ nhớ lớn hơn, số lượng cổng vào/ra nhiều hơn, nhiều modul chuyên dùng hơn. Vào năm 1976, PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào/ra ở xa bằng kỹ thuật truyền thông khoảng 200m.

Sự gia tăng những ứng dụng PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sản xuất hoàn chỉnh các họ PLC với các mức độ khác nhau về khả năng, tốc độ xử lý và hiệu suất. Từ các PLC ban đầu làm việc độc lập chỉ với vài chục đầu vào ra, dung lượng bộ nhớ bé đến nay đã có những họ PLC có cấu trúc modul có dung lượng đầu vào ra lớn dễ thay đổi để phù hợp với yêu cầu sử dụng, dung lượng bộ nhớ lớn và rất lớn, có thêm các chức năng chuyên dùng.

* Xử lý tín hiệu liên tục

* Điều khiển động cơ secvo, động cơ bước.

* Truyền thông.

* Bộ nhớ mở rộng.

Với cấu trúc dạng modul cho phép người dùng mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều khiển bằng PLC một cách dễ dàng, linh hoạt và rất kinh tế.

4.1.3 Cấu trúc phần cứng của PLC

PLC gồm ba khối chức năng cơ bản : bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ và khối vào ra. Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm, PLC thực hiện các lệnh logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái ngõ ra được cập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm sau đó trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng để đóng/mở các "tiếp điểm" để kích hoạt các thiết bị tương ứng. Như vậy, sự hoạt động của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình bộ nhớ. Chương trình được nạp vào PLC thông qua các thiết bị lập trình chuyên dụng hoặc bằng máy tính với các phần mềm chuyên dụng.

bé

đệm

Bus địa chỉ

Bus điều khiển

Bộ nhớ chương trình EFROM

Nguồn pin

bộ xử lý trung tâm

lock

bé nhí hÖ

Bộ nhớ dữ liệu

khối

thèng

ROM

RAM

vào ra

Bộ nhớ chương trình EFROM

bé

đệm

Bé đệm

Mạch cách ly

khối mở

Mạch chốt

tuỳ chọn

Bé

đệm

Bộ lọc

Panel Lập trình

Mạch chốt

Ngâ ra

* Bộ xử lý trung tâm

Bô xử lý trung tâm (CPU - Central Processing Unit) điều khiển và quản lý toàn bộ tất cả các hoạt động bên trong PLC. Việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối ra thực hiện thông qua hệ thống bus dưới sự điều khiển của CPU. Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock tần số chuẩn cho CPU, thường là 1 MHZ hay 8 MHZ tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý được dùng. Tần số xung clock xác định hoạt động của PLC và được dùng để thực hiện sự đồng bộ cho tất cả các phần tử trong hệ thống.

* Bé nhí

Tất cả các loại PLC đều sử dụng các loại bộ nhớ sau :

ROM (Read only memory) bộ nhới chỉ đọc dùng để lưu giữ chương trình

điều hành.

RAM (Randon access memory) bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên dùng để lưu giữ tạm thời các giá trị logic khi chương trình thực hiện.

EEROM (Electronic earsable programmable read only memory) bộ nhớ này thường dùng để lưu giữ các chương trình công nghệ.

Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo bộ nhớ nên hầu như các PLC đều dùng bộ nhới EEROM. Trường hợp ứng dụng cầm bộ nhớ dung lượng lớn có thể lựa chọn giữa bộ nhớ RAM có nguồn pin nuôi với bộ nhớ EEEOM.

Ngoài ra PLC còn cần thêm bộ nhớ RAM cho các chức năng khác như : Bộ đệm để lưu trạng thái ngõ vào, ngõ ra.

Bộ nhớ tạm thời cho các tác vụ đếm, định thời gian, truy xuất cờ. Dung lượng bộ nhớ.

Đối với PLC loại nhỏ thông thường bộ nhớ có dung lượng cố định, thường khoảng 2k byte. Dung lượng này là đủ đáp ứng cho khoảng 80% hoạt động điều khiển trong công nghiệp. Do giá thành các bộ đếm liên tục giảm, các nhà sản xuất PLC trang bị bộ nhớ ngày càng lớn cho sản phẩm của họ.