NỘI DUNG CHÍNH
Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển lập trình PLC
Trong một bộ điều khiển PLC hoàn chỉnh bao gồm 4 phần chính: Ngõ vào – Bộ nhớ – Bộ xử lý trung tâm – Ngõ ra. Chúng ta đi vào tìm hiểu chi tiết từng phần của PLC.
Khối đầu vào của PLC
| Khối đầu vào: các ngõ vào được kết nối với các bộ chuyển đổi tín hiệu thành tín hiệu tương thích với tín hiệu xử lý của CPU. Với mỗi loại tín hiệu vào sẽ có các khối ngõ vào tương ứng. |
| Khối vào số (DI: Digital Input): ngõ vào được kết nối với bộ chuyển đổi thành tín hiệu nhị phân như nút nhấn, công tắc, cảm biến tạo tín hiệu nhị phân. Tín hiệu tại ngõ vào ở mức logic tương ứng với các điện áp khác nhau, do vậy điện áp cung cấp phải phù hợp với điện áp tương ứng mà bộ chuyển đổi tín hiệu nhị phân tạo ra.
Ví dụ: các nút ấn, công tắc được kết nối với nguồn 24VDC thì phải sử dụng khối nguồn vào có nguồn cung cấp tương ứng là 24VDC. |
| Khối vào tương tự (AI: Analog Input): có vai trò chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số. Các ngõ vào của khối này được kết nối với các bộ chuyển đổi tạo ra tín hiệu analog như cảm biến nhiệt độ, cảm biến lưu lượng, ngõ ra analog của biến tần. Cần phải chú ý đến loại tín hiệu analog được tạo ra từ các bộ chuyển đổi.
Ví dụ: các cảm biến tạo ra tín hiệu analog là dòng điện (4 – 20 mA) thì phải dùng ngõ vào analog là loại nhận tín hiệu dòng điện (4 – 20 mA). Nếu cảm biến tạo ra tín hiệu analog điện áp (0 – 5V) thì phải sử dụng ngõ vào analog nhận tín hiệu điện áp tương ứng (0 – 5V). |
Bộ nhớ của PLC
| Bộ nhớ: Các phần tử nhớ là các linh kiện mà thông tin có thể được lưu trữ trong nó ở dạng nhị phân. Trong PLC các bộ nhớ bán dẫn được sử dụng làm bộ nhớ chương trình. |
| Bộ nhớ đọc-ghi RAM (Random-Access Memory): Bộ nhớ ghi-đọc truy xuất ngẫu nhiên, có một số lượng các ô nhớ xác định. Bộ nhớ này chứa các chương trình còn sửa đổi hoặc các dữ liệu, kết quả tạm thời trong quá trình tình toán, lập trình. Dữ liệu trên RAM sẽ mất đi khi hệ thống mất điện. |
| Bộ nhớ ROM (Read-Only Memory): khác với RAM, ROM là bộ nhớ cố định, chứa các thông tin do các nhà sản xuất lập trình không có khả năng xóa và không thay đổi được. Chương trình trong bộ nhớ ROM có các nhiệm vụ sau: – Điều hành và kiểm tra các chức năng hoạt động của CPU. – Dịch ngôn ngữ lập trình sang ngôn ngữ máy. |
| EPROM (Eraseable Read-Only Memory): EPROM là bộ nhớ cố định có thể lập trình và xóa được. Nội dung của EPROM có thể xóa bằng tia cực tím và có thể lập trình lại. |
| EEPROM (Electrically Eraseable Read-Only Memory): EEPROM là bộ nhớ cố định có thể lập trình và xóa bằng điện. Mỗi ô nhớ trong EEPROM cho phép lập trình và xóa bằng điện. |
Khối xử lý trung tâm của PLC (CPU)
| Khối xử lý trung tâm (CPU) bao gồm: hệ điều hành, bit nhớ, bộ đếm, bộ nhớ trung gian, counter, timer, hệ thống bus. |
| Hệ điều hành: Sau khi bật nguồn cung cấp cho bộ điều khiển, hệ điều hành của nó sẽ đặt các counter, timer, dữ liệu và bit nhớ với thuộc tính non-retentive (không được ghi nhớ) cũng như bộ nhớ trung gian về 0. Để xử lý chương trình, hệ điều hành đọc và thực hiện từng dòng lệnh từ đầu đến cuối. |
| Bit nhớ: Các bit nhớ là các phần tử nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu. |
| Bộ đệm: Bộ đệm là một vùng nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ các trạng thái tín hiệu ở các ngõ vào ra nhị phân. |
| Accumulator: Accumulator là một bộ nhớ trung gian mà qua nó timer hay counter được nạp vào hay thực hiện các phép toán số học. |
| Counter, Timer: Timer và counter cũng là các vùng nhớ, hệ điều hành ghi nhớ các giá trị đếm trong nó. |
| Hệ thống Bus: Bộ nhớ chương trình, hệ điều hành và các module ngoại vi được kết nối với PLC thông qua bus nối. Một bus bao gồm các dây dẫn mà các dữ liệu được trao đổi. Hệ điều hành tổ chức việc truyền dữ liệu trên các dây dẫn.
+ Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các module khác nhau. |
Khối ngõ ra của PLC
| Khối ra: Khối này có nhiệm vụ khuếch đại các tín hiệu sau xử lý của CPU cung cấp cho đối tượng điều khiển. Tùy thuộc vào đối tượng điều khiển nhận tín hiệu dạng nào mà sẽ có các khối ra tương ứng. |
| Khối ra số (DO: Digital Output): các ngõ ra được kết nối với đối tượng điều khiển nhận tín hiệu nhị phân. Đối tượng điều khiển nhận tín hiệu nhị phân sử dụng nhiều cấp điện áp khác nhau. Cần chú ý mức điện áp cấp cho đối tượng điều khiển phù hợp. Theo loại điện áp sử dụng, ngõ ra số được phân thành 2 loại: + Điện áp một chiều: Gồm có hai loại ngõ ra là Transistor và Relay (điện áp một chiều thông thường là 24V) + Điệp áp xoay chiều: Gồm có hai loại ngõ ra là Relay và Triac |
| Khối ra tương tự (AO: Analog Output): có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu số được gửi từ CPU đến đối tượng điều khiển thành tín hiệu tương tự. Các ngõ ra được kết nối với các đối tượng điều khiển nhận tín hiệu tương tự. Cần phải chú ý đến loại tín hiệu tương tự cung cấp cho đối tượng điều khiển phù hợp với tín hiệu tương tự mà đối tượng điều khiển cần nhận.
Ví dụ: Ngõ vào analog của biến tần nhận tín hiệu là điện áp (0 – 10V) thì nhất thiết phải sử dụng ngõ ra tương tự tạo ra tín hiệu analog là điện áp (0 – 10V). |
| Các khối đặc biệt: Ngoài ra còn có một số khối khác đảm nhận chức năng xử lý truyền thông, thực hiện các chức năng đặc biệt như: điều khiển vị trí, điều khiển vòng kín, đếm tốc độ cao. |
+ Để phân biệt giữa các PLC dựa vào các thành phần sau: các ngõ vào và ra, dung lượng nhớ, bộ đếm, bộ định thời, bit nhớ, các chức năng đặc biệt, tốc độ xử lý, loại xử lý chương trình, khả năng truyền thông.
Đối với các bộ điều khiển nhỏ, các thành phần trên được tích hợp trong bộ điều khiển. Còn với các bộ điều khiến lớn yêu cầu thực hiện nhiều câu lệnh và thực hiện được nhiều chương trình phức tạp, các thành phần được lắp đặt thành các module riêng, thuận tiện cho việc mở rộng khi cần. Có thể lắp thêm module bộ nhớ để tăng dung lượng nhằm lưu trữ được nhiều chương trình hơn, hoặc cần tăng số lượng cổng vào/ra bằng cách lắp thêm module vào/ra.
