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

Chia sẻ: Hoatudang09 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:67

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình PLC cơ bản cung cấp cho người học những kiến thức như: Giới thiệu chung về PLC và bài toán điều khiển; Các phép toán nhị phân của PLC; Lắp đặt mô hình điều khiển bằng PLC;...Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình sau đây.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: 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

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