Giáo trình kỹ thuật lập trình plc iuh

Giói thiệu về bộ điều khiên lập trình

Khái niệm

Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị có phần cứng thuộc hệ thống máy tính, sử dụng phần mềm tích hợp các lệnh logic để điều khiển các thiết bị cơ điện như Relay, Timer, Counter PLC có khả năng lưu trữ và xử lý thông tin về thời gian, bộ đếm, tính toán so học, thao tác dữ liệu và truyền thông, từ đó kiểm soát hiệu quả máy móc và quy trình công nghiệp.

(a) Cấu trúc tổng quan (b) Hình ảnh minh họa cấu trúc thực tế

Hình 1.1 Khái niệm bộ điều khiển lập ưình

Bộ điều khiển lập trình (PLC) là máy tính công nghiệp được thiết kế đặc biệt để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài, bao gồm các thiết bị đầu vào và đầu ra Với cấu trúc đơn giản và ứng dụng thực tiễn, PLC đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa quy trình công nghiệp.

Lịch sử phát triển

Vào năm 1968, bộ phận nghiên cứu và phát triển của Tổng công ty General Motors đã thiết lập các tiêu chuẩn thiết kế cho bộ điều khiển lập trình đầu tiên, nhằm giảm chi phí cho các hệ thống điều khiển cơ điện hoặc kỹ thuật số Mục tiêu chính của bộ điều khiển lập trình là tăng tính linh hoạt cho hệ thống, đồng thời dễ dàng trong việc lập trình và bảo trì Hệ thống điều khiển này không chỉ giúp giảm thời gian ngừng máy mà còn có khả năng mở rộng cho tương lai Các thông số kỹ thuật ban đầu đã được đưa ra để hướng dẫn phát triển.

■ Hệ thống điều khiển mới phải có giá cả cạnh tranh với hệ thống sử dụng relay.

■ Hệ thống phải có khả năng làm việc trong môi trường công nghiệp.

■ Giao diện đầu vào và đầu ra phải dễ dàng thay thế.

■ Bộ điều khiển phải được thiết kế theo dạng mô-đun, để các bộ phận nhỏ có thể được tháo dỡ dễ dàng để thay thế hoặc sửa chữa.

2 Chương J: Giới thiệu về bộ điều khiển lập trình

■ Hệ thống điều khiển có khả năng truyền dữ liệu đến trung tâm.

■ Hệ thống phải được tái sử dụng khi thay đổi yêu cầu công nghệ hoặc mở rộng.

■ Phương pháp và ngôn ngữ sử dụng để lập trình cho bộ điều khiển phải đơn giản, dễ hiểu.

1.2 ỉ Bộ điều khiển khả trình đầu tiên

Vào năm 1969, bộ điều khiển lập trình đầu tiên ra đời, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong công nghệ điều khiển Những bộ điều khiển này đáp ứng các yêu cầu về mô đun, khả năng mở rộng, lập trình và dễ sử dụng trong môi trường công nghiệp Chúng được lắp đặt dễ dàng, tiết kiệm không gian và có thể tái sử dụng Ngôn ngữ lập trình sử dụng là ngôn ngữ hình thang (Ladder) Chỉ sau một thời gian ngắn, việc sử dụng bộ điều khiển lập trình đã lan rộng sang nhiều ngành khác, và đến năm 1971, chúng đã trở thành công cụ phổ biến trong các lĩnh vực như thực phẩm và nước giải khát, kim loại, cũng như sản xuất bột giấy và giấy.

1.2.2 Ỷ tưởng thiết kế của bộ điều khiển khả trình

Các bộ điều khiển lập trình đầu tiên chủ yếu là dạng relay, với chức năng chính là thực hiện các thao tác tuần tự như điều khiển ON/OFF và quy trình công nghệ cho các hoạt động lặp đi lặp lại, ví dụ như truyền động cho máy nghiền và máy khoan Chúng được lắp đặt dễ dàng, tiết kiệm không gian và năng lượng, đồng thời có các chỉ số chẩn đoán hỗ trợ khắc phục sự cố, có thể tái sử dụng khi dự án bị loại bỏ hoặc mở rộng.

Mặc dù chức năng của PLC đã được cải tiến về tốc độ hoạt động, giao tiếp và khả năng xử lý dữ liệu, các yếu tố kỹ thuật cơ bản như tính dễ sử dụng, lắp đặt, bảo dưỡng và vận hành vẫn được duy trì nguyên vẹn.

1.2.3 Bộ điều khiển khả trình ngày nay

Ngành công nghiệp điều khiển lập trình đang chứng kiến nhiều tiến bộ công nghệ đáng kể, không chỉ cải tiến thiết kế bộ điều khiển lập trình mà còn mang đến những cách tiếp cận mới trong việc kiểm soát cấu trúc hệ thống Những thay đổi này bao gồm cả phần cứng, tức là các thành phần vật lý, và phần mềm, tức là các chương trình điều khiển Dưới đây là một số cải tiến phần cứng gần đây của PLC.

■ Thời gian quét nhanh hơn bằng cách sử dụng vi xử lý mới, tiên tiến hơn và ứng dụng các công nghệ điện tử.

■ Các PLC nhỏ, chi phí thấp được minh họa ở hình 1.2, có thể thay thế 4 đến 10 rơ le, có nhiều khả năng hon so với trước đây.

■ Các Mô-đun ngõ vào/ra (I/O - Input/Output) (xem hình 1.3) cung cấp các giải pháp hiệu quà với chi phí thấp (các mô-đun I/O nhỏ làm giảm diện tích) ’

Các mô-đun I/O thông minh hiện nay được trang bị bộ vi xử lý mới, mang đến nhiều tính năng nổi bật như điều khiển PID (tỉ lệ - tích phân - vi phân), kết nối mạng, giao thức CANbus, fieldbus, giao tiếp ASCII và khả năng định vị Ngoài ra, chúng còn hỗ trợ máy tính lưu trữ và các mô-đun ngôn ngữ lập trình như Basic và Pascal.

■ Cải tiến thiết kế cơ khí bao gồm vỏ bọc I/O, các module mở rộng.

Giao tiếp đặc biệt cho phép kết nối trực tiếp giữa các thiết bị và bộ điều khiển Các thiết bị điển hình trong hệ thống này bao gồm cặp nhiệt điện, bộ đo lực và đầu vào đáp ứng nhanh của bộ đếm tốc độ cao.

■ Phần cứng và giao diện điều hành.

Chương l: Giới thiệu về bộ điểu khiển lập trình 3

Sự phát triển đa dạng của các bộ điều khiển lập trình, từ những PLC nhỏ chỉ với 10 ngõ I/O đến những PLC phức tạp với 8.000 ngõ I/O và bộ nhớ 128.000 Word, đã được thúc đẩy bởi các cải tiến phần cứng Bên cạnh đó, những cải tiến phần mềm cũng đã góp phần làm cho các PLC trở nên mạnh mẽ hơn.

■ Các PLC đã kết hợp các công cụ lập trình hướng đối tượng (Object Oriented Programming

- OOP) và nhiều ngôn ngữ dựa trên tiêu chuẩn IEC 1131-3.

■ Các PLC nhỏ cũng đã sử dụng các phần mềm, ngôn ngữ mạnh mê, mở rộng phạm vi ứng dụng.

Các ngôn ngữ lập trình bậc cao như Basic và C đã được tích hợp vào một số mô-đun của bộ điều khiển, mang lại sự linh hoạt trong việc giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và xử lý dữ liệu hiệu quả hơn.

■ Nâng cấp các khối lệnh cho ngôn ngữ dạng Ladder để tăng cường khả năng lập trình.

Chẩn đoán và phát hiện lỗi đã được mở rộng từ hệ thống chẩn đoán ban đầu, bao gồm việc phát hiện sự cố của bộ điều khiển, máy móc và hệ thống điều khiển Các lệnh toán học có thể được áp dụng để thực hiện các phép tính phức tạp trong các bài toán điều khiển, yêu cầu sự tính toán, cân bằng và thống kê tinh vi.

Các lệnh xử lý dữ liệu và điều khiển chương trình đã được cải tiến, giúp đơn giản hóa ứng dụng trong việc lưu trữ, theo dõi và truy xuất dữ liệu Hệ thống điều khiển lập trình hiện nay mạnh mẽ hơn, với khả năng giao tiếp tốt hơn với các hệ thống khác, cùng chức năng báo cáo, lập kế hoạch sản xuất và chẩn đoán lỗi Những cải tiến này đóng góp quan trọng vào việc nâng cao chất lượng và năng suất trong sản xuất.

Hộ điều khiển lập trình, mặc dù đã phát triển và trở nên phức tạp hơn, vẫn giữ được tính đơn giản và dễ sử dụng như trong thiết kế ban đầu Điều này giúp người dùng dễ dàng tiếp cận và vận hành các hệ thống điều khiển một cách hiệu quả.

1.3 Bộ điều khiển lập trình trong tương lai

Tương lai của bộ điều khiển lập trình (PLC) không chỉ phụ thuộc vào sự phát triển của các sản phẩm mới mà còn vào việc tích hợp PLC với các thiết bị điều khiển và hệ thống giám sát PLC sẽ được kết nối qua mạng trong các hệ thống sản xuất tích hợp (Computer Integrated Manufacturing), kết hợp với các công nghệ điều khiển số, robot, hệ thống CAD/CAM, cũng như các hệ thống quản lý thông tin và máy tính Những bộ điều khiển lập trình này sẽ đóng vai trò quan trọng trong các nhà máy tương lai.

Những tiến bộ mới trong công nghệ PLC bao gồm tính năng giao tiếp với người dùng và giao diện đồ họa (GUI), cùng với các giao diện người/máy như mô-đun nhận dạng giọng nói Công nghệ này cũng phát triển các giao diện cho phép truyền thông với thiết bị, phần cứng và phần mềm hỗ trợ trí thông minh nhân tạo, chẳng hạn như các mô-đun I/O logic mờ.

Cải tiến phần mềm hiện nay giúp nâng cao khả năng giao tiếp giữa các thiết bị khác nhau thông qua các tiêu chuẩn truyền thông trong hệ thống mạng Các dòng PLC mới không chỉ được phát triển mà còn tích hợp trí thông minh, mang lại hiệu quả cao hơn cho bộ điều khiển.

Nguyên lý hoạt động

Một bộ điều khiển lập trình, như minh họa trong hình 1.6 bao gồm hai phần cơ bản:

■ Bộ phận xử lý trung tâm,

Bộ xử lý trung tâm (CPU) điều khiển tất cả các hoạt động PLC Bốn thành phần sau tạo thành CPU, thể hiện trong hình 1.8:

Hoạt động của bộ điều khiển khả trình rất đơn giản, với hệ thống đầu vào/ra (I/O) được kết nối vật lý với các thiết bị trường trong máy hoặc trong điều khiển quá trình Các thiết bị này bao gồm tín hiệu vào/ra số và tương tự như công tắc giới hạn, bộ chuyển đổi áp suất, nút an, bộ khởi động động cơ và solenoids Giao tiếp I/O tạo ra kết nối giữa CPU và cung cấp thông tin đầu vào cũng như thiết bị đầu ra có thể điều khiển.

Trong quá trình hoạt động, CPU thực hiện ba nhiệm vụ chính: (1) đọc dữ liệu từ thiết bị đầu vào, (2) thực thi chương trình điều khiển trong bộ nhớ, và (3) xuất tín hiệu điều khiển đến thiết bị đầu ra Mỗi quy trình này được gọi là chu kỳ quét, được minh họa ở hình 1.7.

Chương ỉ: Giới thiệu vềbộ điều khiên lập trình

Mô-đun ngõ vào/ra đóng vai trò kết nối các thiết bị đầu vào và đầu ra với bộ điều khiển, như được minh họa trong hình 1.5 Nhiệm vụ chính của mô-đun này là tiếp nhận tín hiệu từ các thiết bị đầu vào để đưa vào CPU xử lý, sau đó xuất tín hiệu điều khiển từ CPU đến các thiết bị đầu ra Các thiết bị đầu vào có thể cung cấp tín hiệu ở dạng số (digital) hoặc tương tự (analog), bao gồm nút nhấn, công tắc, cảm biến quang, cảm biến từ, và nhiều loại cảm biến khác Ngược lại, các thiết bị đầu ra như bộ khởi động động cơ, van điện từ và đèn báo được kết nối với các đầu cuối của mô-đun ngõ ra Hệ thống cũng cung cấp nguồn điện cần thiết cho hoạt động của các bộ phận trong PLC.

■I* , , , gi Cảm biên áp suât

Cuộn dây relay Đèn điềukhiển Cuộn dây dùng chung iOr

Hình 1.5 Giao tiêp ngõ vào/ra

BỘ XỬ LÝ Õ TRUNG TÂM

Cuộn dây relay Đèn điều khiển

Cuộn dây dùng chung I Còi báo động I

Hỉnh 1.6 Sơ đồ khổi của bộ điều khiển khả trình Đọc dữ liệungõ vào (1)

Xuất tínhiệu ra ngõ ra (3)

Hình 1.7 Minh họa chu kỳ quét

Hình 1.8 Sơ đồ khối cũa các thành phần chính CPU

Mặc dù thiết bị lập trình không phải là một phần của bộ điều khiển, nhưng máy tính cá nhân hoặc thiết bị lập trình cầm tay mini thường được sử dụng để nhập chương trình.

Chương 1: Giới thiệu về bộ điều khiển lập trình, việc kết nối thiết bị lập trình với bộ điều khiển là rất quan trọng khi nhập hoặc giám sát chương trình điều khiển Hình 1.9 minh họa rõ ràng mối liên hệ này.

Hình 1.9 (a) Máy tính cá nhân được sử dụng như một thiết bị lập trình,

(b) Thiết bị lập trinh mini

1.5 Kết nối vói các thiết bị điều khiển khác

7.5 1 Kết nối PLC với Relay

Trong nhiều năm qua, câu hỏi của các kỹ sư và giám đốc nhà máy về việc sử dụng bộ điều khiển lập trình (PLC) vẫn luôn tồn tại Họ thường dành nhiều thời gian để đánh giá tính hiệu quả và chi phí của PLC trong hệ thống điều khiển Mặc dù vấn đề này vẫn còn được thảo luận, nhưng rõ ràng rằng chất lượng và năng suất cao khó có thể đạt được mà không có PLC Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ và sự cạnh tranh gia tăng, chi phí của bộ điều khiển lập trình đã giảm xuống, ngang bằng với chi phí của relay Hiện nay, các ứng dụng của PLC có thể được đánh giá dựa trên hiệu quả thực tế của chúng.

Khi quyết định sử dụng một hệ thống PLC hay hệ thống mạch relay, người thiết kế phải đặt một số câu hỏi Một số đó là:

■ Có cần sự linh hoạt trong thay đổi logic điều khiển?

■ Có nhu cầu về độ tin cậy cao không?

■ Các yêu cầu về không gian có quan trọng không?

■ Có cần tăng số lượng đầu vào và đầu ra không?

■ Có yèu cầu thu thập dữ liệu không?

■ Sẽ có sự thay đối logic điều khiển thường xuyên?

■ Liệu có cần sửa đổi nhanh không?

■ Phải sử dụng logic điều khiển tương tự trên các máy khác nhau?

■ Có nhu cầu phát triển trong tương lai?

■ Chi phí tổng thể là gì?

Hệ thống PLC mang lại nhiều thành tựu vượt trội, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong sản xuất tự động Hình 1.10 minh họa sự nhỏ gọn và thiết kế đơn giản của hệ thống PLC Nếu hệ thống điều khiển sử dụng relay và timer, bảng điều khiển sẽ trở nên phức tạp với hệ thống dây nổi, dẫn đến yêu cầu không gian lắp đặt lớn.

Nếu hệ thống yêu cầu tính linh hoạt hoặc khả năng mở rộng trong tương lai, bộ điều khiển lập trình (PLC) sẽ mang lại lợi ích cao hơn so với hệ thống điều khiển relay Ngay cả khi không cần tính linh hoạt hay mở rộng, một hệ thống lớn vẫn có thể tận dụng nhiều lợi ích từ các công cụ khắc phục sự cố và hỗ trợ mà PLC cung cấp Thời gian và chu kỳ quét ngắn của PLC giúp tăng năng suất một cách đáng kể.

Bộ điều khiển lập trình 7 bằng relay có thể là một lựa chọn tiết kiệm chi phí ban đầu, nhưng lợi ích này sẽ nhanh chóng bị giảm sút do thời gian khắc phục sự cố trong quá trình sản xuất, do tỷ lệ lỗi cao của hệ thống.

Hình 1.10 Tù điều khiển kết hợp với PLC

1.5.2 Kết nối PLC với máy tính điều khiển

Cấu trúc CPU của PLC tương tự như máy tính tiêu chuẩn, nhưng có những đặc điểm quan trọng phân biệt chúng PLC được thiết kế đặc biệt để hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, cho phép chúng hoạt động hiệu quả trong các khu vực có tiếng ồn, nhiễu điện từ, rung động và độ ẩm cao.

Hình 1.11 Hình minh họa hệ thống PLC Siemen đa xử lý

Sự khác biệt thứ hai của PLC là thiết kế phần cứng và phần mềm nhằm mục đích sử dụng dễ dàng Giao diện phần cứng kết nối các thiết bị trường là một phần quan trọng của PLC Các mô-đun tự chẩn đoán giúp xác định lỗi và dễ dàng tháo gỡ, thay thế Hơn nữa, phần mềm sử dụng các ký hiệu Ladder truyền thống hoặc các ngôn ngữ dễ học khác, quen thuộc với kỹ thuật viên nhà máy.

8 Chương I: Giới thiệu về bộ điều khiến lập trình

Máy tính có khả năng thực hiện nhiều chương trình đồng thời và theo bất kỳ thứ tự nào, trong khi PLC thực hiện một chương trình đơn lẻ theo trình tự từ đầu đến cuối Tuy nhiên, PLC đang ngày càng trở nên thông minh hơn, với các hệ thống PLC phức tạp hiện nay cung cấp khả năng xử lý đa nhiệm Một PLC có thể điều khiển nhiều chương trình trong một CPU duy nhất với nhiều bộ vi xử lý, như được minh họa ở hình 1.11.

1.5.3 Kết nổi PLC với máy tính cá nhân

Với sự phát triển của máy tính cá nhân (PC), nhiều kỹ sư nhận ra rằng PC không phải là đối thủ của PLC trong việc điều khiển ứng dụng, mà thực chất là một đồng minh hỗ trợ cho quá trình điều khiển Dù có cấu trúc CPU tương tự, PC và PLC khác nhau ở cách kết nối các thiết bị ngoại vi.

Mặc dù máy tính có khả năng kết nối với các thiết bị trường, việc này vẫn gặp khó khăn do phải giao tiếp với các giao diện ngõ vào/ra không được thiết kế cho chúng và ngôn ngữ lập trình có thể không đáp ứng tiêu chuẩn lập trình sơ đồ Ladder Tuy nhiên, máy tính cá nhân là lựa chọn phù hợp cho việc lập trình, đồng thời cũng được sử dụng để thu thập dữ liệu từ các PLC, hiển thị thông tin về quy trình hoặc máy móc thông qua giao diện đồ họa người dùng (GUI) Với khả năng tính toán mạnh mẽ, máy tính cá nhân không chỉ bổ sung cho chương trình của bộ điều khiển mà còn giúp thu hẹp khoảng cách truyền thông qua mạng giữa hệ thống PLC và các máy tính lớn khác.

Hình 1.12 Một máy tính cá nhân được làm cầu nối giữa PLC và một máy chủ

Một số nhà sản xuất phần mềm lập trình sử dụng máy tính cá nhân làm CPU phần cứng để tạo ra môi trường tương tự như PLC Họ áp dụng ngôn ngữ lập trình dựa trên tiêu chuẩn IEC 1131.

Các dòng sản phẩm ứng dụng của PLC

Hình 1.13 minh họa các dòng sản phẩm PLC Thị trường PLC có thể được phân thành 5 nhóm:

a Compact, g basic £ controller for simple machines and building automation

Entry Level Idea! for stand alone machines and simple automation tasks

Mid-Range Compact range of PLCs with expansion and network capabilities, ideal for performance critical applications

High-end Suitable for more complex or high speed machines, possibly utilising motion controllers

Modular Compack PLC Powerful, compact modular controller with cost effective motion control

Alpha up io AS - interface

Ethernet fl Horn I UJ ' 16 to 256 CC-

Modular PLC Expandable PLC' capable of even the biggest process control tasks

24 to 4096 cc- j Up to 8192 CC-Linh Link/CC-Lừìk ỈE/ I CC-Lìnk ỈE/Profibus/

Ethernet/ I Ethernef/AS- SSCỈMET 111 I interface/DeviceNet

Hình 1.13: Ảnh minh họa các dòng sản phẩm tiêu biểu của PLC hãng Mitsibishi được chia thành

Có năm nhóm PLC, bao gồm PLC nhỏ điều khiển tới 32 thiết bị I/O, PLC loại vừa với khả năng từ 32 đến 128 ngõ I/O, PLC loại trung bình điều khiển từ 64 đến 1024 ngõ I/O, PLC loại lớn từ 512 đến 4096 ngõ I/O, và PLC loại rất lớn từ 2048 đến 8192 ngõ I/O Hình 1.14 minh họa một số loại PLC khác nhau.

Khu vực chồng chéo A, B và C trong Hình 1.13 thể hiện sự cải tiến và bổ sung các tùy chọn cho các tính năng tiêu chuẩn của PLC trong cùng một loại Những tùy chọn này giúp sản phẩm có thể tích hợp chặt chẽ với ứng dụng mà không cần đầu tư vào các sản phẩm lớn Việc hiểu rõ về phạm vi và đặc điểm của chúng sẽ giúp người sử dụng xác định chính xác cách ứng dụng bộ điều khiển.

Sơ đồ ladder và PLC

Sơ đồ Ladder vẫn là ngôn ngữ truyền thống đại diện cho ngôn ngữ lập trình của PLC Hình 1.14 minh hoạ một sơ đồ Ladder đơn giản.

Sơ đồ Ladder là công cụ thiết kế mạch logic cho việc điều khiển máy móc và thiết bị Ngôn ngữ Ladder được ưa chuộng trong ngành công nghiệp nhờ tính dễ sử dụng và khả năng đáp ứng hiệu quả các yêu cầu kỹ thuật.

10 Chương 1: Giới thiệu về bộ điều khiển lập trình

Mục tiêu của PLC là điều khiển các quy trình công nghệ một cách đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí Việc sử dụng PLC cho phép kết nối dây dẫn được thực hiện trực tiếp trong chương trình của nó Sơ đồ Ladder quen thuộc giúp kỹ sư dễ dàng lập trình và quản lý hệ thống.

Hình 1.15 minh họa quá trình chuyển đổi sơ đồ mạch đơn giản từ hình 1.14 thành chương trình trong bộ nhớ của PLC CPU sẽ đọc trạng thái đầu vào, kích hoạt các lệnh logic tương ứng trong chương trình và điều khiển thiết bị đầu ra.

Hình 1.14 Mạch điện đơn giản dùng sơ đồ Ladder

Chương trinh PLC dạng Ladder

Giao tiếp ngõ vào Giao tiếp ngõ ra

Mỗi lệnh trong chương trình PLC đều có một địa chỉ tham chiếu, giúp xác định các thiết bị trong hệ thống Chẳng hạn, nút nhấn PB1 được biểu diễn bằng tên PB1 trong PLC, tương tự như các thiết bị khác Hình 1.15 minh họa cách hoạt động tương đồng giữa các mạch phần cứng và chương trình PLC, thể hiện sự kết nối chặt chẽ giữa phần cứng và phần mềm trong điều khiển tự động.

Trong mạch điện được trình bày, đèn PL sẽ bật khi công tắc giới hạn LSI đóng và khi ít nhất một trong hai nút nhấn PB1 hoặc công tắc giới hạn LS2 được kích hoạt Sử dụng mạch PLC, bài viết mô tả sự kết nối phần cứng cùng với chương trình điều khiển tương ứng, nhằm quản lý trạng thái của đèn một cách hiệu quả.

Chương ỉ: Giói thiệu về bộ điều khiển lập trình íỉ

PLC Kết nối có dây Trạng thái

Jj LSI: Đóng jj LS2: Đóng I| PL: Sáng

Hình: 1.16 Chương trình PLC ứng với bài toán đặt ra

Hình 1.16 miêu tả mối quan hệ giữa mạch kết nối phần cứng và chương trình tương ứng thông qua các trạng thái hoạt động:

Ưu điểm của PLC

Cấu trúc PLC theo mô-đun mang lại tính linh hoạt cao, cho phép mở rộng phần cứng và phần mềm khi công nghệ thay đổi Bộ điều khiển dễ dàng thay thế và có thể được nâng cấp với bộ nhớ lớn hơn, trong khi phần cứng cũ có thể tái sử dụng cho các ứng dụng khác PLC cho phép lập trình lại và giải quyết nhiều vấn đề điều khiển khác nhau Một số tính năng và ưu điểm của thiết bị điều khiển lập trình được liệt kê trong Bảng 1.3.

Bảng 1.1 Các tính năng và ưu điểm của bộ điều khiển lập trinh điển hình

Tính năng vốn có Những lợi ích

Thành phần phần cứng - Độ tin cậy cao

Bộ nhớ có the lập trình - Dễ dàng thay đổi

- Điều khiển linh hoạt Kích cỡ nhỏ gọn - Yêu cầu không gian tối thiểu

Dựa trên bộ vi xử lý

- Mức độ thực hiện cao hơn

- Sản phẩm chất lượng cao hơn

- Đáp ứng nhiều chức năng

Timer, counter - Loại bỏ phần cứng

- Dễ dàng thay đổi cài đặt trước

Phần mềm diều khiển rơle - Giảm chi phí phần cứng (dây nối)

- Giảm yêu cầu không gian

Cấu trúc mô-đun - Cài đặt linh hoạt

- Giảm chi phí phần cứng

Mô-đun I/O - Điều khiển nhiều thiết bị khác nhau

- Loại bỏ kiểm soát tùy chỉnh

Trạm I/O từ xa - Loại bỏ dây dài, ống dẫn

Các chỉ sổ chẩn đoán - Giảm thời gian khắc phục sự cố

Giao diện I/O - Bảng điều khiên gọn gàng

- Dễ dàng duy tri Mô-đun I/O ngắt kết nổi nhanh - Không lo ngại hệ thống dây dẫn

Các biến hệ thống - Quản ỉý/bảo trì hữu ích Được lưu trữ trong dữ liệu bộ nhớ - Có thể được xuất ra dưới dạng báo cáo

1.8.1 De dàng thay đẳỉyêu cầu điều khiển

Sau khi cài đặt, chương trình điều khiển có khả năng tự động điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu mà không cần thay đổi các thông số khác Sự thay đổi này diễn ra dễ dàng do không có kết nối mạch điện giữa thiết bị đầu vào và thiết bị đầu ra, như trong các hệ thống phần cứng Kết nối duy nhất giữa chúng là thông qua chương trình điều khiển, cho phép thay đổi một cách linh hoạt.

Mạch ban dầu là cuộn dây solenoid điều khiển bởi hai tiếp điểm công tắc giới hạn nối tiếp Việc thay đổi điều khiển cuộn dây solenoid có thể thực hiện bằng cách đặt hai tiếp điểm công tắc giới hạn song song hoặc thêm một tiếp điểm thứ ba vào mạch hiện tại Sự thay đổi này có thể hoàn thành trong vòng chưa đầy một phút trên PLC mà không cần tắt nguồn hệ thống Ngược lại, việc thay đổi tương tự trên hệ thống mạch relay có thể mất từ ba mươi đến sáu mươi phút, dẫn đến thiệt hại sản xuất đáng kể Tình trạng tương tự cũng xảy ra khi cần thay đổi giá trị cài đặt hẹn giờ hoặc một hệ số dữ liệu khác.

Chương I: Giới thiệu về hộ điểu khiên lập trình 13 trong chương trình PLC có thể được thay đổi ít nhất là năm giây Một công tắc hay một nút ấn có thể dễ dàng được cấu hình để nhập các giá trị đặt trước cho bất kỳ bộ tính giờ trong phần mềm Cách tiết kiệm thời gian cho việc thay đổi chương trình phần mềm, thay vì thay đôi một sô thiêt bị phần cứng, là hiến nhiên. Ảnh minh họa cấu trúc phần cứng PLC dạng module của hãng Mitsubishi

Hinh 1.17 Sơ đồ kết nái I/O điều khiển lập trình

14 Chương ỉ: Giới thiệu vê bộ điêu khiênlậptrình kết nối có dây PLC

(c) Song song và nối tiếp Hình 1.18: Ví dụ về thay đổi mạch cứng hoặc thay đổi phần mềm PLC

Bộ điều khiển lập trình (PLC) sở hữu tính năng phần cứng linh hoạt và tiết kiệm chi phí, với CPU thông minh có khả năng giao tiếp với các thiết bị thông minh khác Điều này cho phép PLC tích hợp vào các chương trình điều khiển nội bộ hoặc toàn bộ, giúp gửi thông tin hệ thống đến màn hình thông minh Đồng thời, PLC cũng có khả năng nhận thông tin giám sát, như thay đổi sản xuất hoặc thông báo từ máy chủ Các mô-đun I/O tiêu chuẩn bao gồm nhiều loại mô đun kỹ thuật số, tương tự và đặc biệt, cho phép điều khiển tinh vi mà không cần sử dụng thiết bị điện tử giao tiếp đắt tiền và tùy chỉnh.

Một số thuộc tính giúp việc lắp đặt PLC trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn bao gồm kích thước nhỏ gọn, cho phép bố trí thuận tiện trong không gian yêu cầu.

Hình 1.19 Khoảng không gian hiệu quả để lắp đặt PLC

Chươngỉ: Giới thiệu về bộ điều khiến lập trình 15

Trong lắp đặt các trạm lớn, việc tối ưu hóa vị trí các đầu vào/đầu ra từ xa là rất quan trọng Sử dụng cáp đồng trục hoặc cặp dây xoắn để kết nối các trạm từ xa với CPU giúp giảm chi phí vật liệu và nhân công Cấu hình này hiệu quả hơn so với hệ thống dây dẫn cố định, vốn yêu cầu nhiều dây và lắp đặt ống dẫn lớn.

Trạm từ xa ) Tram từ xa J Tram từ xa J Tram tứ xa ỉ I /

_ CZautnic tong quát hệ thốngsử dụngcác rnô-đuưỊ/O_lắp^đặt^từ_xạ_ _ ý Ì.8.Ì Dễ dàng bảo trì và xử lý lỗi

Hình 1.20 Hệ thống sử dụng các mô-đun I/O lắp đặt từ xa

Hình 1.22 Các lỗi cơ bản

16 Chương J: Giới thiệu về hộ điều khiên lập trình

Bộ điều khiển lập trình được thiết kế với tính năng dễ bảo trì, với phần cứng lắp ghép theo mô-đun và có mạch phát hiện lỗi cùng chỉ thị chẩn đoán trong mỗi thành phần chính Hầu hết các lỗi trong hệ thống PLC cơ bản thường xuất phát từ việc mất kết nối với các thiết bị đầu vào/đầu ra, chứ không phải từ hệ thống giao tiếp CPU hoặc I/O của PLC Khả năng giám sát của hệ thống PLC giúp dễ dàng phát hiện và sửa chữa lỗi thiết bị trong thực tế.

Các thiết bị lập trình cho phép giám sát các lệnh logic để xác định trạng thái đầu vào hoặc đầu ra, bao gồm ON hoặc OFF Ngoài ra, các hướng dẫn lập trình cũng có thể được sử dụng để thông báo về một số lỗi nhất định.

Hình 1.23 Chương trình máy tính mô phỏng ngõ vào ra của PLC

Các tính năng này đóng vai trò quan trọng trong giá trị của hệ thống điều khiển PLC Sau khi cài đặt, sự tiện lợi của nó dễ dàng được nhận thấy Lợi ích tiềm ẩn của PLC, tương tự như bất kỳ thiết bị thông minh nào, phụ thuộc vào sự sáng tạo trong cách áp dụng.

Việc áp dụng bộ điều khiển lập trình trong ứng dụng công nghiệp mang lại nhiều lợi ích tiềm năng Cụ thể, người dùng có thể đạt được hiệu suất cao, độ tin cậy vượt trội và chất lượng kết quả tốt hơn, đồng thời giảm thiểu chi phí.

Hệ thống sỗ và mã

Hệ thống số

Việc hiểu rõ các hệ thống số là rất quan trọng khi làm việc với các bộ điều khiển lập trình, bởi vì chức năng chính của các thiết bị này là mô tả, lưu trữ và xử lý thông tin số Mỗi hệ thống số đều tuân theo những quy tắc chung nhất định.

■ Mỗi hệ thống số có một cơ số.

■ Mỗi hệ thống số có thể được sử dụng để đếm.

■ Mỗi hệ thống số có thể được sử dụng để miêu tả sổ lượng hoặc mã số.

■ Mỗi hệ thống số đều sử dụng một bộ ký hiệu.

Cơ số của một hệ thống số được xác định bởi tổng số ký hiệu sử dụng, trong đó ký hiệu có giá trị lớn nhất tương ứng với một cơ số Khi làm việc với bộ điều khiển lập trình (PLC), các hệ thống số phổ biến là cơ số 2 (nhị phân), cơ số 8 (bát phân), cơ số 10 (thập phân) và cơ số 16 (thập lục phân).

Hệ thống số thập phân

Hệ thống số thập phân, với cơ số 10, là hệ thống số phổ biến nhất hiện nay Nó sử dụng các ký hiệu từ 0 đến 9, trong đó 10 ký hiệu này tạo thành cơ số của hệ thống Giá trị lớn nhất trong hệ thống này là ký hiệu 9.

Số ——► Giá trị vn V^ v2 V, Vo

Hình 2.2 Giá ứị trọng số

Vị trí đầu tiên (xem hình 2.1), bắt đầu từ vị trí bên phải, là vị trí 0, thứ hai là vị trí 1 và cứ

1 0 Giátii = (Cơsố)vl,ri ' y y (Cơ Số đối với Số thập phân) ' -►10°=l

Chương 2: Hệ thống số và mã trình bày giá trị trọng số của từng vị trí trong hệ thống số Như hình 2.2 minh họa, trọng số của các chữ số được thể hiện dưới dạng cơ số với số mũ n, với trọng số của các chữ số từ trái sang phải lần lượt là 1, 10.

Phương pháp tổng hợp trọng số là cách tính giá trị của một số bằng cách nhân mỗi chữ số với giá trị trọng số ở vị trí tương ứng và sau đó cộng các kết quả lại Ví dụ, con số 9876 được tính bằng cách nhân 9 với 1000, 8 với 100, 7 với 10 và 6 với 1, rồi cộng các giá trị này lại với nhau.

Trong các hệ thống số, giá trị thập phân của một số được xác định bằng cách nhân mỗi chữ số với cơ số tương ứng tại vị trí của nó Cách tính này giúp hiểu rõ hơn về cách chuyển đổi giữa các hệ thống số khác nhau.

Hệ thống số nhị phân sử dụng cơ số 2, chỉ cho phép các chữ số 0 và 1, rất hữu ích cho các thiết bị như bộ điều khiển lập trình và máy tính số Hầu hết các thiết bị vật lý chỉ có hai trạng thái, chẳng hạn như bóng đèn bật hoặc tắt, van mở hoặc đóng, và công tắc bật hoặc tắt Khi sử dụng máy tính, để bật thiết bị, ta chuyển công tắc sang vị trí 1 (ON) và để tắt, chuyển sang vị trí 0 (OFF) Các mạch số có khả năng phân biệt giữa hai cấp điện áp, ví dụ: +5V và 0V, khiến hệ thống nhị phân trở nên lý tưởng cho các ứng dụng kỹ thuật số.

Chương 2: Hệ thống số và mã 19

Hình 2,3 Một dạng của hệ thống sổ nhị phân

Giống như hệ thống thập phân, hệ thống nhị phân sử dụng ký hiệu có giá trị lớn nhất là 1, với mỗi vị trí từ phải sang trái được gán một giá trị trọng số Giá trị trọng số của một số nhị phân được tính tương tự như số thập phân, nhưng thay vì cơ số 10, nó sử dụng cơ số 2 Cụ thể, các giá trị trọng số cho nhị phân từ phải sang trái lần lượt là 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, tương ứng với các vị trí 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Số nhị phân 10110110 tương đương với số 182 trong hệ thập phân Mỗi chữ số trong số nhị phân được gọi là một bit, điều này tạo nên sự đặc biệt cho hệ thống số nhị phân.

Một số nhị phân 182 được biểu diễn bằng 8 bit, trong đó một nhóm 4 bit gọi là nibble, một nhóm 8 bit gọi là byte, và một nhóm 2 byte được gọi là word Hình 2-4 minh họa một sổ nhị phân 16 bit, với LSB (bit có giá trị thấp nhất) và MSB (bit có giá trị lớn nhất) trong word được xác định rõ ràng.

Bit có trọng số lớn nhất

Bit có trọng số nhỏ nhất

WordHình 2.4 1 Word, 2 byte, 16 bit

Hệ thống đếm nhị phân có phần phức tạp hơn so với hệ thập phân do sự không quen thuộc của chúng ta với nó Trong hệ nhị phân, chỉ có hai chữ số 0 và 1, cho phép chúng ta đếm từ 0 đến 1, với một thay đổi tại mỗi vị trí chữ số (từ OFF sang ON) trước khi chuyển sang số mới Ngược lại, hệ thập phân sử dụng mười chữ số từ 0 đến 9, cho phép chúng ta đếm đến 9 trước khi thêm một vị trí chữ số mới.

Trong hệ nhị phân, tương tự như hệ thập phân, chúng ta thêm một vị trí chữ số khi có sự chuyển tiếp Khi đếm trong hệ nhị phân, sau 0 và 1 sẽ là 10 (một-không, không phải mười), giống như trong hệ thập phân, sau 0, 1, 2, 9, chúng ta cũng thêm một chữ số khác và số tiếp theo là 10 (mười) Bảng 2.1 minh họa sự tương ứng giữa các số trong hệ nhị phân và hệ thập phân từ 0 đến 15.

Bảng 2.1: Chuyển đổi giữa thập phân và binary

2.2.2 Hệ thống sổ bát phân

Việc viết số trong hệ nhị phân cần nhiều chữ số hơn so với hệ thập phân, ví dụ, số 9110 được biểu diễn là 10110112 Điều này gây khó khăn cho con người trong việc đọc và viết Do đó, hệ thống số bát phân, với cơ số 8 và các chữ số từ 0 đến 7, thường được sử dụng để giảm bớt số lượng chữ số cần thiết để biểu diễn số nhị phân Bảng 2.2 minh họa cả số nhị phân và bát phân cho các số từ 0 đến 15 trong hệ thập phân.

Bảng 2.2: Chuyển đổi số thập phần, nhị phân và bát phân

Trong hệ thống số bát phân, mỗi chữ số có trọng số theo vị trí của nó, tương tự như các hệ thống số khác Chẳng hạn, số bát phân 1767 tương đương với số thập phân 1015.

Chương 2:Hệ thống số và mã 21

Hệ thống đánh số bát phân, với cơ số 8, cho phép biểu diễn số nhị phân một cách thuận tiện bằng cách nhóm ba bit nhị phân thành một chữ số bát phân Phương pháp này giúp giảm số lượng ký tự cần thiết để đại diện cho các số nhị phân lớn, làm cho việc xử lý và đọc số trở nên dễ dàng hơn.

Một số nhị phân 16 bít có thể được biểu diễn trực tiếp bằng sáu chữ số trong hệ bát phân Nhiều bộ điều khiển lập trình sử dụng hệ thống số bát phân để đánh địa chỉ đầu vào/đầu ra và địa chỉ bộ nhớ.

2.2.3 Hệ thống sổ thập lục phân

Hệ thống số thập lục phân (HEX) sử dụng 16 làm cơ số của nó Nó bao gồm 16 chữ số từ số

Hệ thập lục phân sử dụng các ký tự từ 0 đến 9 và A đến F để biểu thị các số từ 0 đến 15, tương tự như hệ bát phân nhưng với ít ký tự hơn Mỗi ký tự trong hệ thập lục phân đại diện cho bốn bit nhị phân, giúp giảm số lượng ký tự cần thiết so với hệ bát phân, nơi mỗi ký tự đại diện cho ba bit Bảng 2-3 minh họa các số đếm thập lục phân từ 0 đến 15 cùng với giá trị tương đương trong hệ thập phân và nhị phân.

Dạng bù một và bù hai

Dạng bù một và bù hai của số nhị phân là các phương pháp quan trọng trong bộ điều khiển lập trình và máy tính, giúp thực hiện các phép toán nội bộ Bù một cho số nhị phân được sử dụng để chuyển đổi số dương thành số âm, từ đó cho phép thực hiện các phép toán cơ bản như phép trừ, nhân và chia thông qua phép cộng.

Ví dụ: để thực hiện phép tính 40 trừ 20, đầu tiên, bù 20 để có được -20 sau đó thực hiện phép cộng 40 với kết quả có được sau khi bù.

Giả sử rằng chúng ta có một số nhị phân 5 bít mà chúng ta muốn biểu diễn nó ở dạng một số âm.

Ví dụ: Số thập phân 23, hoặc nhị phân là 10111

Có hai cách để biểu diễn số âm Cách đầu tiên là đặt dấu (-) ở phía trước số thập phân hoặc nhị phân.

-(10111)Phương pháp này phù hợp với chúng ta, nhưng không phù hợp với bộ điều khiển lập trình

Chương 2: Hệ thống số và mã 25 và máy tính vì chúng chỉ giải thích cho các chữ số nhị phân 1 và 0 Để biểu diễn số ầm, một số thiết bị điện toán số được biết đến là phương pháp bù một (One’s Complement) Đầu tiên, phương pháp bù một được đặt thêm một bít ở bên trái bít có trọng số cao nhất và cho phép bit này xác định liệu số có dương hay âm Con số này là dương nếu ký hiệu là 0 và âm nếu là 1 Sừ dụng phương pháp bù một, +23 thập phân được biểu diễn trong nhị phân như sau:

Sự biểu diễn giá trị âm của nhị phân 10111 thu được bằng cách đặt vào bit có trọng sổ cao nhất giá ưị 1

101000 Nếu một số âm được đưa ra trong nhị phân, nó là một kiểu bù tương tự:

Phương pháp bù hai tương tự như bù một, nhưng sử dụng một ký hiệu khác để biểu thị dấu hiệu Khác với bù một, trong bù hai, chỉ các bit từ phải sang trái được đảo ngược khi gặp số 1 đầu tiên.

Ví dụ: Hãy sử dụng số +22 thập phân

Bù hai của nó sẽ là:

Trong biểu diễn số âm của số 22, chữ số đầu tiên từ bên phải là 0, nên không thực hiện đảo ngược Chữ số thứ hai là 1, do đó, tất cả các chữ số phía sau sẽ được đảo ngược.

Neu một số âm được đưa ra, bù hai của nó là số dương được xác định theo cùng một cách:

-14io=l 100102 + 1410 =0 011 IO2 Một lần nữa, tất cả chúng đều được đảo ngược khi phát hiện ra số 1 đầu tiên Các ví dụ về bù hai được hiển thị ở đây:

Phương pháp bù hai của số 0 không thực sự tồn tại, vì bù hai của 0 vẫn là 0 Đây là phương pháp số học phổ biến nhất được áp dụng trong máy tính và các bộ điều khiển lập trình.

Mã nhị phân

Một yêu cầu quan trọng của bộ điều khiển lập trình là khả năng truyền thông với các thiết bị bên ngoài và nhận thông tin từ bộ điều khiển Mô-đun đầu vào/đầu ra đóng vai trò thiết yếu trong việc truyền và thao tác dữ liệu, giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển và giám sát hệ thống.

Chương 2: Hệ thống số và mã tác và lưu trữ dữ liệu nhị phân Để đáp ứng yêu cầu này, các quy định về sự kết hợp của các chữ số 1 và 0 được sử dụng để biểu diễn mỗi số, ký tự hoặc ký hiệu, gọi là mã nhị phân Có hai loại mã số trong hệ thống này.

Một mã số đại diện cho số, ký hiệu và chữ cái là tiêu chuấn trong toàn ngành Những mã số phổ biển nhất là:

Mã chữ số kết hợp các chữ cái, ký hiệu và số thập phân, được sử dụng trong các thiết bị xử lý thông tin như máy in và ống tia catot (CRT) để xử lý các ký tự đặc biệt Tập hợp các ký tự này bao gồm 26 chữ cái (chữ hoa), 10 chữ số (0-9), cùng với các ký hiệu toán học và dấu câu, có thể được biểu diễn bằng mã 6 bit, cho phép đại diện tối đa 64 ký tự ASCII (Bộ tiêu chuẩn thông tin Hoa Kỳ) là mã phổ biến nhất được sử dụng để đại diện cho chữ và số.

Bit chẵn lẻ: p = 0 Bit chẵn ị p = 1 Bit lẻ

(a) z2 dạng mã ASCII 7 bit £ 9. s ,Q ao CZ1

Hình 2.6 Truyền dữ liệu mã ASCII

Mã ASCII, phát âm là "kee", có thể được biểu diễn bằng 6, 7 hoặc 8 bit Trong khi mã 6 bit chỉ có thể chứa tối đa 64 ký tự, bao gồm bảng chữ cái cơ bản, số và ký hiệu đặc biệt, mã ASCII tiêu chuẩn thường sử dụng 7 bit để mở rộng khả năng biểu diễn lên 128 ký tự.

Mã 7 bit bao gồm 128 ký tự, bao gồm các chữ cái thường, ký tự điều khiển và các ký tự khác, cho phép giao tiếp hiệu quả với thiết bị ngoại vi và giao diện.

Mã ASCII 8 bit được sử dụng để kiểm tra tính chẵn lẻ, bổ sung cho chuẩn mã 7 bit nhằm mục đích kiểm tra lỗi, với 8 bit tương ứng với 1 byte Hình 2.6a minh họa mã ASCII đại diện cho mã nhị phân của ký tự z (1328), ký tự này thường được gửi và nhận trong giao tiếp nối tiếp giữa PLC và các thiết bị khác.

Truyền dẫn ASCII điển hình được minh họa trong Hình 2.6b, sử dụng ký tự z làm ví dụ Các bit phụ đã được thêm vào đầu và cuối ký tự để bắt đầu quá trình truyền dữ liệu ASCII Tham khảo phụ lục B để xem bảng ASCII tiêu chuẩn.

Hệ cơ so BCD (Binary Coded Decimal) là phương pháp hữu ích trong việc xử lý dữ liệu đầu vào của thiết bị số và giải thích dữ liệu đầu ra từ máy móc Giải pháp tối ưu cho vấn đề này là chuyên nghiệp hóa quy trình.

Chương 2: Hệthống số và mã 27 đổi mã dễ xử lý.

Hệ thập phân sử dụng các chữ số từ 0 đến 9, trong khi BCD biểu diễn mỗi chữ số này bằng một số nhị phân 4 bit Bảng 2.4 minh họa mối quan hệ giữa mã BCD, số nhị phân và số thập phân.

Bảng 2.4: số thập phân, nhị phân và BCD

Biểu diễn BCD cùa một số thập phân thu được bằng cách thay thế mồi chữ số thập phân bởi BCD tương đương.

Ví dụ: Biểu diễn BCD của thập phân 7493.

Các ứng dụng tiêu biểu của mã BCD trong PLC bao gồm việc nhập dữ liệu như thời gian và khối lượng thông qua công tắc xoay (Thumbwheel Switches - TWS), hiển thị dữ liệu bằng đèn LED 7 đoạn, và nhận tín hiệu từ bộ mã hóa tuyệt đối cùng với lệnh ngõ vào/ra dạng tín hiệu tương tự Hình 2.7 minh họa một bảng hiển thị LED 7 đoạn.

Hình 2.7 (a) Led 7 đoạn hiển thị giá trị của thiết bị trường, (b) Công tắc xoay

Hiện nay, việc chuyển đổi từ thập phân sang BCD và từ BCD sang hiển thị LED 7 đoạn trở nên phổ biến Dữ liệu BCD được chuyển đổi bởi PLC thành số nhị phân tương ứng với dữ liệu đầu vào Để thực hiện quá trình này, cần có giao diện vào ra với 4 đường cho mỗi chữ số thập phân.

28 Chương 2:Hệ thống số và mã

PLC Một-Digit hiển thị led 7 đoạn TWS: Một Digit

I một chữ sô I số có

Số thậpphân được chuyển đối thành

BCD được chuyền đổi bên trong để hiển thị dạng LED 7 đoạn

Hình 2.8 (a) Công tắc xoay chuyển đổi số thập phân thành đầu vào BCD cho PLC (b) Hiển thị

Led 7 đoạn chuyển đổi đầu ra BCD từ PLC thành số thập phân.

Mã Gray là một loại mã tuần tự quan trọng, chủ yếu được sử dụng cho đầu dò vị trí (Encoder tuyệt đối) Nó là một mã nhị phân được điều chỉnh để chỉ một bit thay đổi khi số đếm tăng lên một đơn vị Trong hệ nhị phân tiêu chuẩn, có thể có bốn chữ số cùng thay đổi khi số đếm chỉ bằng bốn chữ số nhị phân (4 bit), dẫn đến sự thay đổi mạnh mẽ khi chuyển từ nhị phân 7 (0111) sang 8 (1000) Sự thay đổi này không phù hợp cho các ứng dụng định vị, vì vậy hầu hết các bộ mã hóa đều sử dụng mã Gray để xác định vị trí góc Bảng 2-5 cung cấp so sánh giữa mã Gray với số nhị phân và số thập phân tương ứng.

Bảng 2.5: Bảng mã Gray, Binary, Dec

Một ví dụ điển hình về ứng dụng mã Gray là bộ mã hóa tuyệt đối quang học (Encoder tuyệt đối) Trong thiết bị này, đĩa rotor được thiết kế với các phân đoạn có lỗ trống được sắp xếp theo mã Gray Khi đĩa quay, một nguồn ánh sáng LED chiếu qua các lỗ trống, và ánh sáng truyền qua sẽ được nhận ở đầu ra.

Chương 2: Hệthống sô và mã 29 kia ở dạng mã Gray và tạo ra dạng dữ liệu Gray để đưa vào PLC hoặc dữ liệu Gray đưa qua bộ chuyển đổi thành dữ liệu BCD Hình 2-9 minh họa một điển hình bộ mã hóa tuyệt đối và dạng dữ liệu đầu ra của nó.

Dữ liệu ra mã Gray

Hình 2.9 Bộ mã hóa quang với mâ Gray và BCD

Định dạng thanh ghi word

Bộ điều khiển lập trình (PLC) thực hiện tất cả các hoạt động nội bộ dưới dạng nhị phân với các chữ số 1 và 0 Trạng thái của các thiết bị vào và ra cũng được xử lý bằng dạng nhị phân, cùng với việc xử lý dữ liệu của CPU Các hoạt động này thường sử dụng một nhóm 16 bit, được gọi là word, đại diện cho số và mã Trong PLC, word cũng được gọi là thanh ghi, và hình 2.10 minh họa một thanh ghi 16-bit bao gồm 2-byte hay 1 word.

Bit có trọng số lớn nhất Bit có trọng số nhỏ nhất —-Ỵ

Ị" tỵ yi II IUIILIIIII iuiiiiui ^ iij IN I J , ;-,L $ ị i

_ - - - _ - - - - v Byte 2: có trọng số lờn nhất Byte 1: có trọng số nhỏ nhất J wJrd

Hình 2.10 Cấu trúc của 1 Word

Dữ liệu trong thanh ghi được biểu diễn bằng các chữ số nhị phân 1 và 0, thường được định dạng theo hệ nhị phân hoặc BCD.

Thanh ghi 16 Bit cỏ thế chứa giá trị lớn nhất là: 65535Hình 2.11 16 bit của sô binary ứng với giá trị 65535

30 Chương 2: Hệ thống sổ và mã

Dữ liệu lưu trữ ở định dạng nhị phân có thể dễ dàng chuyển đổi sang số thập phân mà không gặp hạn chế nào Một thanh ghi 16 bit có thể biểu diễn giá trị tối đa là 65535, như hình 2.11 minh họa với tất cả các bit đều là 1 Định dạng nhị phân thể hiện trạng thái thiết bị dưới dạng 1 hoặc 0, được chương trình điều khiển (PLC) hiểu là ON hoặc OFF Tất cả các trạng thái này được lưu trữ trong thanh ghi word.

Hình 2.12 chỉ ra việc sử dụng bit dấu, như vậy, giá trị thập phân tối da mà thanh ghi 16-bit có thể lưu trữ là +32767 hoặc -32767

Các số thập phân tương đương với số nhị phân 16 bit có dấu có thể được tính bằng phương pháp tổng trọng số Hình 2.12 minh họa cách biểu diễn số 32767, cùng với số âm tương ứng là -32768.

32767 được sử dụng phương pháp bù hai.

2.6.2 Định dạng sổ BCD Định dạng BCD sử dụng 4 bit để đại diện cho một chữ số thập phân Chữ số thập phân mà

4 bit có khả năng biểu diễn các giá trị từ 0 đến 9 Nhiều PLC sử dụng và lưu trữ dữ liệu thông qua các lệnh phần mềm, bao gồm các lệnh số học và xử lý dữ liệu theo định dạng BCD.

Hình 2.14 Mã BCD sử dụng với 4 bit

Chương 2: Hệ thống số và mã ìỉ

Trong định dạng BCD, một thanh ghi 16 bit có khả năng lưu trữ giá trị thập phân lên đến 4 chữ số, với phạm vi từ 0000 đến 9999 Hình 2 và Hình 3 minh họa thanh ghi chứa số nhị phân tương ứng với giá trị thập phân 9999.

Trong PLC, giá trị BCD được lưu trữ trong một thanh ghi word, với hệ thống 4 chữ sổ sử dụng thanh ghi 16-bit để lưu trữ dữ liệu BCD.

Một thanh ghi PLC 16 bit chứa giá trị BCD là 7815 có thể kết nối với một thiết bị hiển thị 4 chữ số bằng đèn LED 7 đoạn Để thực hiện việc này, các giá trị BCD được chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển cho từng đoạn LED, cho phép hiển thị chính xác các chữ số từ 0 đến 9 Việc kết nối này giúp hiển thị thông tin một cách trực quan và dễ hiểu, phục vụ cho các ứng dụng trong tự động hóa và điều khiển.

Hình 2.15 minh họa sự kết nối giữa thanh ghi 16-bit và màn hình hiển thị 4 chữ số bằng đèn LED 7-đoạn Dữ liệu đầu ra BCD từ thanh ghi word PLC được truyền đến màn hình LED 7-đoạn để hiển thị số thập phân tương ứng với giá trị 7815.

32 Chương 3: Khái niệm về logic

Chương 3 KHÁI NIỆM VÈ LOGIC

Để hiểu về bộ điều khiển lập trình và ứng dụng của nó, trước tiên cần nắm rõ các khái niệm logic cơ bản Chương này sẽ thảo luận về ba hàm chức năng logic chính: AND, OR và NOT Ngoài ra, chúng ta cũng sẽ giới thiệu các nguyên tắc cơ bản của đại số Boolean và các toán tử liên quan Cuối cùng, chương sẽ giải thích mối quan hệ giữa đại số Boolean và các ký hiệu logic.

Khái niệm về số nhị phân

Khái niệm nhị phân không mới, mà chỉ đơn giản là ý tưởng về việc nhiều thứ tồn tại ở hai trạng thái định trước, như đèn bật/tắt hay công tắc ON/OFF Trong hệ thống số, hai trạng thái này là 0 và 1, tương ứng với kích hoạt và không kích hoạt Điều này tạo cơ sở cho các quyết định trong hệ thống số nhị phân, được ứng dụng trong lập trình bộ điều khiển và máy tính Mã nhị phân 1 đại diện cho sự hiện diện của tín hiệu (ON, bật, chạy), trong khi mã nhị phân 0 thể hiện sự không hiện diện (OFF, tắt, dừng) Hai trạng thái này được biểu diễn bằng hai mức điện áp: điện áp cao (+V) cho logic 1 và điện áp thấp (0V) cho logic 0, như thể hiện trong bảng 3.

0) Cách sử dụng logic nhị phân Ị để đại diện mức điện áp dương lớn hơn hoặc cho sự hiện diện của sự kiện được gọi là logic tích cực.

Bảng 3.1 Định nghĩa về mã Binary sử dụng mức logic dương

Operating Not operating Limit switch

Bang 3.2 Định nghĩa về mã Binary sử dụng mức logic âm

Not operating Operating Limit switch

Chương 3; Khải niệm vê Logic 33

Logic thấp, như minh họa trong Bảng 3.2, sử dụng mức logic 0 để biểu thị điện áp dương hơn hoặc sự hiện diện của sự kiện, trong khi mức logic 1 đại diện cho sự không hiện diện của sự kiện, tức là mức điện áp kém dương hơn Mặc dù logic tích cực thường được sử dụng trong phương pháp bù hai, nhưng trong một số ứng dụng, việc sử dụng logic thấp có thể mang lại sự thuận tiện hơn.

Các chức năng logic

Khái niệm nhị phân đề cập đến các đại lượng vật lý hoặc tín hiệu số, được biểu diễn dưới dạng biến nhị phân với hai trạng thái 1 và 0 Việc kết hợp nhiều biến nhị phân cho phép đưa ra kết quả TRUE hoặc FALSE, tương ứng với 1 và 0 Bộ điều khiển lập trình sử dụng những kết quả này để đưa ra quyết định dựa trên các trạng thái logic.

Các thiết bị sổ thực hiện các hoạt động dựa trên ba hàm chức năng logic cơ bản là AND, OR và NOT Những hàm này kết hợp các biến nhị phân để tạo ra các câu lệnh, với mỗi hàm có quy tắc xác định kết quả (TRUE hoặc FALSE) và biểu tượng riêng Kết quả của câu lệnh được gọi là đầu ra (Y), trong khi các điều kiện của câu lệnh được gọi là đầu vào (A và B), cả hai đều đại diện cho hai biến trạng thái.

Hình 3.1 là ký hiệu của cổng AND Ngõ ra cổng AND là TRUE (1) chỉ khi tất cả các ngõ vào là TRUE (1). Đầu vào Đầu ra

Cổng AND có thể nhận một số lượng ngõ vào không giới hạn nhưng chỉ có một ngõ ra Ví dụ, hình 3.2 minh họa cổng AND với hai ngõ vào A và B, cùng một ngõ ra Y Để xác định ngõ ra, chúng ta lập bảng trạng thái dựa trên các ngõ vào Ứng dụng của chức năng AND được thể hiện trong Ví dụ 3.1.

Bảng trạng thái AND Ngỗ vào Ngõ ra

Hình 3.2 Hàm AND 2 ngõ vào và bảng trạng thái

Hệ thống báo động sẽ kích hoạt còi khi cả hai nút nhấn PB1 và PB2 đều ở mức 1 (ON) Biểu diễn cổng logic và bảng trạng thái cho hệ thống này giúp hiểu rõ cách thức hoạt động của mạch điện Sơ đồ mạch thể hiện mối liên kết giữa các thành phần, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và chính xác.

Mạch điện dạng cổng logic

PB1 PB2 Còi báo động

Mở Đóng Còi tắt Đỏng Mở Còi tắt Đóng Đóng Còi kêu

Hình 3.3 là ký hiệu của cổng OR Ngõ ra cổng OR là TRUE (1) nếu một hoặc nhiều đầu vào là TRUE (1). Đầu vào Đầu ra

Chức năng OR, giống như chức năng AND, có thể nhận nhiều ngõ vào nhưng chỉ có một ngõ ra Cổng OR có thể có hai ngõ vào A và B, cùng với một ngõ ra Y, như được minh họa trong Hình 3.4 Ví dụ 3.2 trình bày một ứng dụng thực tiễn của chức năng OR.

Bảng trạng thái AND Ngỗ vào Ngõ ra

Hình 3.4 Hàm OR và bảng hạng thái

Hệ thống báo động hoạt động thông qua việc biểu diễn cổng logic và bảng trạng thái, trong đó còi sẽ phát tín hiệu khi một trong hai ngõ vào PB1 hoặc PB2 đạt mức 1 (ON).

Mạch điện dạng công logic

PB1 PB2 Còi'báo động

Mở Đóng Còi kêu Đóng Mở Còi kêu Đóng Đóng Còi kêu

Mạch điện dạng Ladder Mạch điện

Chương 3: Khái niệm vể Logic 35

Hình 3.5 là ký hiệu của cổng NOT Ngõ ra cổng NOT là TRUE (1) nếu ngõ vào là FALSE

(0) và ngược lại Kết quả của ngõ ra luôn là nghịch đảo của trạng thái ngõ vào, vì vậy nó còn được gọi là cổng đảo.

Hàm chức năng NOT khác với các hàm AND và OR ở chỗ chỉ có một ngõ vào Nó thường không được sử dụng độc lập mà thường kết hợp với cổng AND hoặc OR Hình 3.6 minh họa hoạt động của cổng NOT cùng với bảng trạng thái của nó, trong đó A có dấu gạch ngang trên đầu biểu thị là NOT A.

Hàm Not Ngõ vào Ngõ ra

Cổng NOT, mặc dù có vẻ đơn giản, lại mang đến nhiều ứng dụng hữu ích trong các hệ thống logic Hàm NOT giúp đảo ngược giá trị đầu vào, từ đó tạo ra những kết quả đáng giá trong thiết kế mạch điện và lập trình.

1 NOT được sử dụng khi yêu cầu mức 0 (điều kiện OFF, FALSE, LOW) phải kích hoạt một số thiết bị.

2 NOT được sử dụng khi yêu cầu mức 1 (điều kiện ON, TRUE, HIGHT) phải dừng một sổ thiết bị.

Chức năng NOT có thể được sử dụng độc lập để loại trừ các kết quả không mong muốn, trong khi khi kết hợp với các chức năng AND và OR, nó giúp tinh chỉnh và mở rộng phạm vi tìm kiếm Ví dụ, khi sử dụng NOT với AND, người dùng có thể tìm kiếm thông tin cụ thể hơn bằng cách loại trừ các từ khóa không liên quan Ngược lại, khi kết hợp NOT với OR, người dùng có thể mở rộng tìm kiếm bằng cách loại trừ một số lựa chọn trong khi vẫn giữ lại các kết quả khác.

Hệ thống van solenoid (V1) hoạt động khi công tắc SI được BẬT và công tắc mức LI không ở trạng thái ĐÓNG, cho phép van VI mở (ON) khi chất lỏng chưa đạt đến mức yêu cầu.

Trong ví dụ này, công tắc mức LI thường mở và sẽ đóng lại khi mực chất lỏng đạt đến mức LI Để thực hiện tín hiệu L1 thường đóng, mạch điện cần một relay phụ (CR1).

36 Chương 3: Khái niệm về logic đóng (ON), CR1 được kích hoạt, do đó mở tiếp điểm CR1-1 và tắt VI SI là ON khi muốn kích hoạt hệ thống.

Hiển thị cống logic, bảng trạng thái và các sơ đồ mạch cho hệ thống báo động: Còi sẽ kêu

PB1 PB2 Còi báo động

Mờ Đóng Còi tắt Đóng Mở Còi kêu Đóng Đóng Còi kêu

Mạch điện dạng cổng logic nếu nút nhấn PB1 là 1 (ON) và PB2 là 0 (OFF).

Mạch điện dạng Ladder Mạch điện

Lưu ý: Trong ví dụ này, nút nhấn PB2 sử dụng tiếp điểm thường đóng có nghĩa như chức năng NOT.

Cổng NOT có thể được đặt ở ngõ vào hoặc ngõ ra của cổng AND Khi cổng NOT được đặt ở ngõ ra của cổng AND, nó sẽ phủ nhận kết quả đầu ra của cổng AND, tạo thành cổng NAND Hình 3.7 minh họa ký hiệu logic và bảng trạng thái của cổng NAND.

Hàm NAND Ngõ vào Ngõ ra

Hình 3.7: Hàm NAND và bảng trạng thái

Chương 3,- Khái niệm vê Logic Ĩ7

Khi một ký hiệu NOT được đặt ở đầu ra của cổng OR, ngõ ra sẽ bị phủ nhận và hàm chức năng mới được gọi là cổng NOR Hình 3.8 minh họa ký hiệu và bảng trạng thái của cổng NOR.

Hàm NOR Ngõ vào Ngõ ra

Hàm NOR và bảng trạng thái là những khái niệm quan trọng trong việc hiểu và áp dụng các kỹ thuật Boolean Việc sử dụng các biểu thức rút gọn cho các câu lệnh logic phức tạp sẽ giúp tối ưu hóa chương trình điều khiển trạng thái Boolean hiệu quả hơn.

Năm 1849, George Boole, một nhà toán học người Anh, đã phát triển đại số Boolean nhằm hỗ trợ lý luận logic trong triết học Đại số này cung cấp một phương pháp đơn giản để lập trình các trạng thái logic, được định nghĩa là các câu lệnh TRUE hoặc FALSE.

Vi xứ lý, nguồn và thiết bị lập trình

Bộ xử lý

í SD Memory Card Slot CPU 1

Basic operation processing speedfLD Instruction):1.9ns Program capacity: maximum 260K steps

Fixed Scan interrupt program (minimum interval): loops

Hình 4.4 Bộ vi xử lý của hãng Mitsubishi

50 Chương 4: Kỉ xử lý, nguồn và thiết bị lập trình

Các vi mạch của bộ vi xử lý tuy nhỏ nhưng có khả năng tính toán và điều khiển vượt trội, mang lại tính năng thông minh cho lập trình điều khiển Chúng thực hiện các phép toán số học, xử lý dữ liệu và chẩn đoán, điều mà các hệ thống điều khiển rơle hay bộ xử lý trước đây không thể làm được Hình 4.4 minh họa một mô-đun bao gồm bộ vi xử lý, các mạch hỗ trợ và hệ thống bộ nhớ.

Chức năng chính của bộ xử lý là chỉ huy và điều khiển các hoạt động của toàn bộ hệ thống

Hệ điều hành là một tập hợp các chương trình điều khiển, lưu giữ trong bộ vi xử lý, cho phép thực hiện và thông dịch các chương trình hệ thống Nhờ có hệ điều hành, bộ xử lý có thể thực hiện các chức năng điều khiển, xử lý dữ liệu, truyền thông và quản lý hiệu quả.

Giao tiếp giữa hệ thống PLC và người sử dụng được thực hiện thông qua thiết bị lập trình, cho phép tương tác hiệu quả Ngoài ra, hệ thống còn hỗ trợ truyền thông với các thiết bị ngoại vi như giám sát thiết bị trường, đọc dữ liệu chẩn đoán từ nguồn cung cấp, mô-đun ngõ vào/ra (I/O) và bộ nhớ, đồng thời kết nối với giao diện điều hành.

Hình 4.5 Hình ảnh minh họa cấu hình đa xử lý của PLC hãng Mitsubishi

Hình 4.6 Mô-đun điều khiển vị trí

Chương 4: Vi xử ỉý, nguồnvà thiết bị lập trình 51

CPU của hệ thống PLC có khả năng chứa nhiều bộ vi xử lý, giúp thực hiện các nhiệm vụ khác nhau và cải thiện tốc độ hoạt động thông tin liên lạc Việc sử dụng nhiều bộ vi xử lý để phân chia nhiệm vụ kiểm soát và truyền thông được gọi là đa xử lý, như minh họa trong Hình 4.5.

Một bộ đa xử lý kết nối từ các bộ vi xử lý thông minh qua mô-đun thông minh, sử dụng giao diện I/O thông minh Các mô-đun này chứa vi xử lý nhỏ, bộ nhớ nội và hệ điều hành nhỏ, cho phép thực hiện nhiệm vụ điều khiển độc lập Ví dụ điển hình là các mô-đun điều khiển PID, có khả năng thực hiện điều khiển vòng kín độc lập mà không cần phụ thuộc vào CPU.

Các bộ vi xử lý trong PLC được phân loại theo kích thước word hoặc bit mà chúng sử dụng, với độ dài chuẩn là 8, 16 và 32 bit Độ dài này ảnh hưởng đến tốc độ xử lý của bộ vi xử lý; ví dụ, vi xử lý 32-bit có khả năng thao tác dữ liệu nhanh hơn 16-bit vì có thể xử lý gấp đôi dữ liệu trong một thao tác Do đó, độ dài word liên quan chặt chẽ đến khả năng và mức độ phức tạp của bộ điều khiển.

Chu kì quét

Bộ điều khiển lập trình có chức năng chính là tiếp nhận tín hiệu từ các thiết bị ngõ vào, thực hiện chương trình điều khiển logic đã được lập trình và sau đó điều khiển các thiết bị ngõ ra.

Quá trình chuyển đổi các thiết bị ngõ ra ON hoặc OFF diễn ra qua hai bước chính Đầu tiên, bộ vi xử lý thực hiện chương trình nội bộ, điều khiển từng cuộn dây ngõ ra bên trong để chuyển đổi trạng thái ON hoặc OFF Tuy nhiên, việc kích hoạt các ngõ ra này chưa ảnh hưởng ngay đến các thiết bị ngõ ra Tiếp theo, bộ vi xử lý cập nhật các mô-đun giao diện ngõ ra để xuất tín hiệu điều khiển cho các thiết bị kết nối, thực hiện chuyển đổi trạng thái ON hoặc OFF Toàn bộ quá trình này, bao gồm đọc đầu vào, thực thi chương trình và cập nhật kết quả ngõ ra, được gọi là quét (Scan).

Sơ đồ biểu diễn chu kỳ quét được trình bày trong Hình 4.7 cho thấy quá trình quét lặp lại theo trình tự từ đầu đến cuối Các nhà sản xuất PLC thường gọi việc thực hiện chương trình điều khiển là quét chương trình (Program Scan), trong khi việc đọc tín hiệu ngõ vào và cập nhật kết quả điều khiển ngõ ra được gọi là cập nhật I/O (I/O update scan) Tín hiệu xác nhận sự kết thúc của một chu trình quét được gọi là tín hiệu kết thúc chu kỳ quét (The end of scan).

_ A Đọc các trạng thái đầu vào

Xử lý chương trình điều khiến và xuất ra các cuộn dây ON/OFF bên ngoài

Cập nhật các đầu ra

Thời gian quét là khoảng thời gian mà PLC cần để hoàn thành một chu kỳ quét, bao gồm việc thực hiện chương trình và cập nhật các tín hiệu vào/ra (I/O) Thời gian này thường phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.

Chương 4 đề cập đến vi xử lý, nguồn và thiết bị lập trình, phụ thuộc vào hai yếu tố chính: số lượng bộ nhớ chương trình điều khiển và các lệnh được sử dụng trong chương trình Những yếu tố này ảnh hưởng đến thời gian thực hiện các lệnh, với thời gian cần thiết cho một chu kỳ quét (One Scan) có thể dao động từ vài ms đến 50ms.

Các nhà sản xuất PLC xác định thời gian quét dựa trên lượng bộ nhớ ứng dụng được sử dụng, thường là 1 ms/lK bộ nhớ lập trình Tuy nhiên, nhiều yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến thời gian quét, chẳng hạn như việc sử dụng hệ thống I/O từ xa, vì PLC cần truyền và nhận dữ liệu từ các hệ thống này Thêm vào đó, các chương trình điều khiển giám sát cũng làm tăng thời gian chu kỳ quét do vi xử lý phải gửi dữ liệu trạng thái cuộn dây và tiếp điểm đến thiết bị giám sát như máy tính cá nhân.

Quá trình quét là liên tục và tuần tự, nhằm đọc trạng thái ngõ vào, đánh giá logic điều khiển và cập nhật kết quả ngõ ra Bộ vi xử lý chỉ có thể đọc tín hiệu ngõ vào nếu tín hiệu này không thay đổi trạng thái ON-OFF-ON trong thời gian quét Ví dụ, với bộ điều khiển có thời gian quét 10 ms, nếu tín hiệu đầu vào thay đổi hai lần trong 8 ms, bộ điều khiển sẽ không nhận diện được tín hiệu, dẫn đến lỗi thiết bị hoặc quá trình Do đó, tính năng quét cần được cân nhắc kỹ khi đọc các tín hiệu ngõ vào số và ký tự, vì đặc trưng quét của bộ điều khiển lập trình quyết định khả năng đáp ứng với sự thay đổi tín hiệu ngõ vào.

~ Thực thi chương trình Đọc ngố vào - - Cập nhật ngõ ra

Kết thúc chu kỳ quét (EOS)

Hình 4.8 Một tín hiệu không được phát hiện trong một chu kỳ quét của PLC

Chu kì quét Đọc đâu T| , trước vào Thực thi chương trình Cập nhật đầu ra

Hình 4.9 (a) Tín hiệu xung đơn, (b) tín hiệu xung kép

Chưong 4: K/ xừ lý, nguồn và thiết bị lập trình Điều gì xảy ra trong quá trình quét chương trình của bộ điều khiển nếu tín hiệu từ một thiết bị ngõ vào được hiển thị trong hình 4.9a và 4.9b?

Trong hình 4.9a, PLC nhận tín hiệu dù thời gian xuất hiện ngắn hơn thời gian quét, vì tín hiệu đã được ON trong phần đọc của chu kỳ quét Ngược lại, trong hình 4.9b, PLC chỉ nhận ra tín hiệu đầu tiên, nhưng không thể phát hiện tín hiệu thứ hai do chuyển đổi ON OFF-ON lần hai xảy ra giữa chu kỳ quét, dẫn đến việc PLC không đọc được tín hiệu này.

Mặc dù tín hiệu trong hình 4.9a ngắn hơn chu kỳ quét, PLC vẫn có khả năng nhận diện nó Tuy nhiên, người sử dụng cần cẩn trọng với các tín hiệu kiểu này, vì nếu tín hiệu tương tự xảy ra giữa chu kỳ quét, PLC sẽ không phát hiện được.

Cập nhật các đầu ra

Phương pháp quét thông thường có thể không đủ để giám sát các tín hiệu ngõ vào tốc độ cao, vì vậy một số PLC cung cấp lệnh cho phép gián đoạn chương trình quét nhằm nhận tín hiệu ngõ vào hoặc cập nhật trạng thái ngay lập tức Hình 4.10 minh họa cách các lệnh này hoạt động trong quy trình quét thông thường, cho thấy tính hữu ích của chúng khi PLC cần phản ứng ngay với tín hiệu ngõ vào hoặc ra quan trọng.

Một lần quét ■ Cập nhật

Hình 4.11 Phương pháp kéo dài xung ị

54 Chương 4: Ki xừỉý, nguồn và thiết bị lập trình I

Một phương pháp hiệu quả để đọc tín hiệu ngõ vào nhanh chóng là sử dụng xung kéo dài (Pulse stretcher) hoặc mô-đun đáp ứng nhanh Mô-đun này có khả năng kéo dài tín hiệu ít nhất bằng một chu kỳ quét hoàn chỉnh, và người sử dụng cần đảm bảo rằng tín hiệu chỉ xuất hiện một lần trong mỗi chu kỳ quét để tránh mất xung Phương pháp kéo dài xung rất phù hợp cho các ứng dụng có tín hiệu đầu vào cực nhanh, như 50ps, từ thiết bị đo đạc mà không thay đổi trạng thái nhiều lần trong mỗi chu kỳ quét Nếu cần đọc nhiều xung trong thời gian ngắn hơn thời gian quét, mô-đun ngõ vào đếm xung tốc độ cao có thể được sử dụng để thu thập tất cả các xung và truyền thông tin đến CPU.

Kết thúc chu kỳ quét (EOS) Mức 1 - - - -

Hình 4.12 Ví dụ vê chu kì quét và tín hiệu

Trong Hình 4.12, chúng ta có thể thấy cách thức mà lệnh đáp ứng nhanh có thể xử lý một ngắt ngõ vào trong một lần quét, đồng thời lệnh ngõ vào tương tự cũng có khả năng cập nhật ngay lập tức một thiết bị ngõ ra, chẳng hạn như van solenoid.

Quét Đọc các đầu vào Thực thi chương trình Đọc đầu vào tức thời ' “N”

Cập nhật các đầu ra

Hình 4.13 Đáp ứng nhanh đến một ngắt ngõ vào

(a) Như thể hiện trong hình 4.13, lệnh đáp ứng tức thời sẽ làm gián đoạn chương trình điều

Chương 4: Vi xử lý, nguồn và thiết bị lập trình 55 khiển để đọc tín hiệu ngõ vào Sau đó nó sẽ xử lý tín hiệu và trở về chương trình điều khiển tiếp tục thực thi chương trình và cập nhật kết quả ngõ ra ■

Hình 4.14 thể hiện quá trình cập nhật tức thời của ngõ ra Như đã nêu trong phần (a), lệnh đáp ứng tức thời sẽ tạm dừng chương trình điều khiển để tiến hành đọc và xử lý tín hiệu ngõ vào Tuy nhiên, việc cập nhật ngõ ra diễn ra trước khi chương trình trở lại hoạt động bình thường.

Quét Xảy ra ngắtQ) Đọc các đẩu vào Thực thi chương trình Đọc đầu vào tửc thời

I Cập nhật các đầu ra (c) Hình 4.14 Cập nhật tức thời của một thiết bị ngõ ra

Kiểm tra và chẩn đoán lỗi

Hình 4.15 Cấu hình hệ thống tớ PLC điển hình Ị

56 Chương 4: Vi xử lý, nguồnvà thiết bị lập (rình [

Nguồn cung cấp

Nguồn cung cấp là "người quản lý đầu tiên" trong hệ thống, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ tin cậy và hoàn thiện Nó không chỉ cung cấp điện áp DC cho các thành phần như bộ xử lý, bộ nhớ và giao diện ngõ vào/ra, mà còn theo dõi và điều chỉnh điện áp cung cấp, đồng thời cảnh báo CPU khi có bất thường xảy ra Ngoài ra, nguồn cung cấp còn đảm bảo mức điện áp quy định và bảo vệ các thành phần khác của hệ thống.

Nguồn cung cấp điện cho PLC thường là nguồn điện xoay chiều (AC), nhưng một số PLC cũng sử dụng nguồn điện một chiều (DC) Điện áp phổ biến là 120 VAC hoặc 220 VAC, trong khi một số bộ điều khiển sử dụng nguồn điện 24 VDC.

Các cơ sờ công nghiệp thường gặp dao động điện áp và tần số, vì vậy nguồn cung cấp điện PLC cần chịu được độ lệch áp từ 10 đến 15% Ví dụ, nguồn điện 120 VAC có thể hoạt động bình thường trong khoảng 108 VAC đến 132 VAC với dung sai ± 10% Tương tự, nguồn 220 VAC hoạt động ổn định trong khoảng 198 VAC đến 242 VAC Nếu điện áp vượt quá giới hạn này trong thời gian ngắn (thường từ một đến ba chu kỳ AC), hầu hết các nguồn điện sẽ ngừng cung cấp cho bộ xử lý, dẫn đến lỗi cho PLC Do đó, nên sử dụng máy ổn áp để đảm bảo nguồn cung cấp ổn định.

Máy ổn áp cung cấp nguồn năng lượng ổn định, chịu được dao động nhỏ trong điều kiện đường dây Tuy nhiên, ngay cả nguồn điện tốt nhất cũng không thể bù đắp cho những tình huống điện áp không ổn định, đặc biệt trong môi trường công nghiệp Sự sụt áp quá mức phụ thuộc vào ứng dụng và vị trí của nhà máy, với nhiều điều kiện khác nhau có thể xảy ra.

Chương 4: Vixử ỉý, nguồn và thiết bị lập trình 61

Khởi động/tắt các thiết có công suất lớn, chẳng hạn như động cơ lớn, máy bơm, máy hàn, máy nén và máy điều hòa không khí.

Ton that đường dây thay đổi theo khoảng cách từ các trạm biến ảp.

Tổn thất đường dây nội bộ gây ra bởi các kết nối kém.

Các tình huống điện áp đường dây giao động

Máy ổn áp có chức năng bù đắp sự thay đổi điện áp tại đầu vào để duy trì điện áp ổn định cho đầu ra Khi hoạt động dưới tải định mức, máy có thể duy trì điện áp đầu ra trong khoảng ± 1% với biến thể điện áp đầu vào khoảng 15% Tỉ lệ phần trăm này thay đổi tùy thuộc vào chức năng của tải (như nguồn cung cấp PLC và thiết bị đầu vào) Do đó, máy ổn áp cần có thông số phù hợp để cung cấp đủ năng lượng cho tải Đánh giá công suất của máy ổn áp được thực hiện dựa trên yêu cầu điện năng trong trường hợp xấu nhất của tải, và các thông số này có thể được lấy từ nhà sản xuất PLC Hình 4.20 minh họa kết nối đơn giản giữa máy ổn áp và bộ điều khiển lập trình.

To AC Suurce Constant Voltage Transformer

Hình 4.20 Ốn áp cấp nguồn cho PLC

62 Chương 4: Vi xử lý, nguồn và thiết hị lập trình

Máy biến áp Sinusoidal Sola CVS tiêu chuẩn là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng điều khiển lập trình nhờ vào việc sử dụng bộ lọc dòng để loại bỏ sóng hài bậc cao, đảm bảo đầu ra ổn định Việc sử dụng ổn áp không có bộ lọc sóng hài bậc cao không được khuyến khích cho các bộ điều khiển lập trình Hình 4.21 trình bày mối quan hệ giữa đầu ra điện áp và điện áp đầu vào của máy biến áp Sola CVS trong các điều kiện tải khác nhau.

Hình 4.21 Mối quan hệ giữa điện áp đầu vào và đầu ra

Một bộ điều khiển lập trình thường được lắp đặt ở khu vực có khả năng chống nhiễu tốt, tuy nhiên, xung quanh có thể phát sinh nhiễu điện từ (EMI) đáng kể Để tăng cường độ tin cậy của hệ thống, việc đặt bộ điều khiển vào nguồn biến thế cách ly trong khu vực có nhiễu điện từ là cần thiết Biến thế cách ly không yêu cầu máy ổn áp, nhưng cần được đặt giữa bộ điều khiển và nguồn điện AC.

Hệ thống điện năng cung cấp nguồn điện DC cần thiết cho các mạch logic của CPU và mạch I/O, với khả năng cung cấp tổng dòng điện tối đa ở một mức điện áp nhất định, chẳng hạn như 10 Amps ở 5 Volt Tuy nhiên, dòng điện từ nguồn cung cấp đôi khi không đủ để đáp ứng nhu cầu của các mô-đun I/O, dẫn đến khả năng gây ra sự cố cho hệ thống I/O.

Trong hầu hết các trường hợp, nguồn cung cấp được thiết kế đủ cho các mô-đun I/O Tuy nhiên, trong một số ứng dụng, có thể xảy ra tình trạng quá tải khi sử dụng nhiều mô-đun I/O đặc biệt, chẳng hạn như mô-đun I/O tương tự, do chúng thường yêu cầu năng lượng cao hơn so với các mô-đun số I/O thông thường.

Quá tải nguồn cung cấp điện là một vấn đề khó chịu và thường khó phát hiện Tình trạng này thường xảy ra khi có quá nhiều thiết bị hoạt động đồng thời Khi nguồn cung cấp điện cho tải bị giới hạn và dẫn đến quá tải, giải pháp thông thường là thêm một nguồn điện phụ hoặc thay thế nguồn cung cấp bằng một thiết bị có công suất lớn hơn.

Chương 4: Vi xứ lý, nguồn và thiết bị lập trình 63 suất lớn hơn công suất hiện tại Để biết được yêu cầu tải, người dùng có thể xem thông số kỹ thuật của nhà cung cấp cho yêu cầu mô-đun I/O Neu dòng điện tổng cho một cấu hình I/O lớn hơn dòng điện curig cấp bởi nguồn điện hiện cỏ thì cần phải thay thế nguồn điện có công suất lớn hơn Xem xét sớm các điều kiện đường dây và yêu cầu về điện năng sẽ tránh được các vấn đề trong quá trình cài đặt và khởi động sau này.

Ví dụ về dự toán tải

Hệ thống PLC được thiết kế để điều khiển 50 ngõ vào số và 25 ngõ ra số, với mỗi mô-đun ngõ vào số có khả năng kết nối tới 16 thiết bị trường và mỗi mô-đun ngõ ra kết nối đến 8 thiết bị trường Ngoài ra, hệ thống còn yêu cầu một giao diện mô-đun mô tơ servo với năm đầu ra, cùng với ba ngõ vào và ba ngõ ra tương tự (analog).

Cấu hình của ứng dụng PLC được mô tả trong Hình 4.22, bao gồm mô-đun nguồn cung cấp ở slot 0, tiếp theo là mô-đun bộ xử lý và các mô-đun I/O.

40K steps 80K steps 80K steps R68B _ 8 Slot R120PCPU 80K steps

Nguồn cấp phải găn ở khe số 00 (Slot 00).

Bộ xử lý yêu cầu gán khe số 0 (Slot 0).

Mười ba khe I/O dược sử dyng, bốn khe trồng dùng đề dự phòng.

Nguồn cung cấp phụ, nểu cần, phài được dặt trong khe 8.

R.60AD4 4-channcl (voltage or current)

Analog inpill (channel isolated! ỈR60AD8-G 8-channel (voltage or current)

|R ó OAD16-G 16-channel (voltage or current)

R60DA8-G 8-channel (voltage or current)!

R60DA16-G 1 6-channel (voltage or current )' speed counter Simple motiPB

RD62P2 ^-channel (source) RD62P2E 2-channel(sink)

RXI0 16-point DC input RX40C7 16-point RX41C4 32-point RX42C4 64-point fielayoutput

RY10R2 16-point Transistor (sink) output

RX40NT5P 16-point RX41PTIP 32-point RX42PT1P 64-point

DC input, transistor (sink) output

RJ71EN71 1 G/100M/ 10Mbps Multiple network type (Ethemet/CC-Link type)

CC-Link IE Control network

RJ71GP21-SX _ Control/ Normal/Station optical cable

CC-Link IE Field network

RJ7I GF 11-T2 Master/Local station

CC-Link RJ61BT11 Master/ Local station CC-Link Ver2 '

RJ7IC24-R2 RS-232 X 2 Ch RJ7IC24-R4 RS-422/485 x4Ch

Hình 4.22 cấu hình và thông số của một hệ thông PLC hãng Mitsubishi

64 Chương 4: Vi xứ lý, nguồn và thiết bị lập trình

Để ước lượng tải, bước đầu tiên là xác định số lượng mô-đun cần thiết và tính toán tổng dòng điện yêu cầu cho các mô-đun này Bảng 4.1 cung cấp thông tin về các loại mô-đun cùng với yêu cầu dòng điện cho tất cả các ngõ vào và ngõ ra hoạt động đồng thời, cũng như nguồn điện có sẵn cho bộ điều khiển lập trình.

Bảng 4.1 Danh sách và dòng điện định mức của từng mô-đun

Loại module Thiết bị I/O được kết nổi

Số kết nổi trên mỗi r module y

Dòng điện yêu cầu của mỗi module

Tổng dòng điện can thiết

Vào tương tự 3 4 1 600 mA 600 mA

Ra tương tự 3 4 1 1200 mA 1200 mA Động cơ servo 1 1 1 400 mA 400 mA

Dòng điện của vi xử lý 1.2 amps

Nguồn dự phòng Loại AA 3 amps

(Được lăp đặt ở khe sô 8) Loại BB 5 amps

Hệ thống I/O yêu cầu tổng dòng điện là 5,855A, bao gồm 4,655A cho I/O và 1,2A cho bộ vi xử lý Để đảm bảo hoạt động bình thường, nguồn cung cấp điện 6A là đủ nếu không có kế hoạch mở rộng Tuy nhiên, nếu có ý định mở rộng nhiều I/O, cần bổ sung một nguồn cung cấp phụ, có thể thực hiện ngay từ đầu hoặc khi cần thiết Lưu ý rằng việc thêm nguồn phụ sẽ thay đổi địa chỉ I/O, do đó, chương trình cần được lập trình lại để tương thích Cuối cùng, nguồn cung cấp điện lớn hơn sẽ làm tăng chi phí, vì vậy cần cân nhắc kỹ lưỡng khi cấu hình hệ thống PLC và chỉ định địa chỉ I/O cho các thiết bị.

Một ví dụ tính toán công suất tiêu thụ trung bình của hãng PLC mitsubishi được mịnh họa nhự sau:

Module Cấu hình bộ điều khiển Module 5VDC 24VDC

Chương 4: Vixử lý, nguồn và thiết bị lập trình 65

Công suất tiêu thụ của mỗi module

■ Công suất tiêu thụ của module nguồn cấp

■ Tổng công suất tiêu thụ cho tất cả module mạch logic 5VDC

■ Tổng công suất tiêu thụ trung bình 24VDC của module ngõ ra

■ Công suất tiêu thụ trung bình khi xày ra tổn thất điện áp của module ngõ ra

■ Công suất tiêu thụ trung bình tại đầu vào của module ngõ vào

■ Công suất tiêu thụ của nguồn ngoài được sử dụng cho mỗi module lOSE = 0.192x24 = 4.61(W)

■ Công suất tiêu thụ của toàn bộ hệ thống w = 4.10 + 9.57 + 0.24 + 0.32 + 3.07 + 4.61 = 21.91(W)

Thiết bị lập trinh

Mặc dù phương pháp nhập chương trình điều khiển vào PLC đã thay đổi theo thời gian, các nhà sản xuất PLC vẫn duy trì giao diện người dùng thân thiện, giúp người dùng dễ dàng viết chương trình Điều này cho phép người dùng tiết kiệm thời gian học hỏi và tập trung vào việc lập trình và giải quyết các vấn đề điều khiển.

Hầu hết các PLC đều sử dụng các tập lệnh tương tự nhau, với sự khác biệt chủ yếu nằm ở cách nhập chương trình vào PLC do tác động cơ học Hai thiết bị lập trình phổ biến được sử dụng để thực hiện việc này là

■ Bộ lập trình cầm tay (Miniprogrammer)

4.6.1 Bộ lập trình cầm tay

Bộ lập trình cầm tay là thiết bị nhỏ gọn, dễ di chuyển, dùng để lập trình cho các chương trình đơn giản cho PLC với khả năng hỗ trợ lên đến 128 I/O Thiết bị này có hình dáng tương tự như máy tính xách tay, nhưng sở hữu màn hình lớn hơn và bàn phím đặc biệt Kiểu hiển thị thường là LED hoặc màn hình LCD, kèm theo bàn phím với các phím số, phím lập trình lệnh và phím chức năng Mặc dù chủ yếu được sử dụng để chỉnh sửa và nhập chương trình điều khiển, bộ lập trình cầm tay cũng là công cụ hữu ích cho việc điều khiển khởi động và mô phỏng điều khiển logic.

Hầu hết các thiết bị lập trình cầm tay được thiết kế để tương thích với nhiều bộ điều khiển trong một dòng sản phẩm và thường được sử dụng với các PLC nhỏ Đối với các PLC lớn hơn, việc lập trình thường được thực hiện qua máy tính cá nhân với phần mềm chuyên dụng Thiết bị lập trình cầm tay có thể là loại thông thường hoặc thông minh, với thiết bị thông thường là một lựa chọn phổ biến.

Chương 4: Vi xử lý và thiết bị lập trình thông minh cho phép nhập và chỉnh sửa với hạn chế giám sát trực tuyến Những thiết bị này, dựa trên bộ vi xử lý, mang lại nhiều tính năng tương tự như máy tính cá nhân khi lập trình off-line Chúng có khả năng thực hiện chẩn đoán hệ thống và hoạt động như nhà điều hành thiết bị, hiển thị thông báo về điều khiển máy móc và quá trình Tuy nhiên, khả năng của chúng bị giới hạn bởi bộ nhớ và kích thước hiển thị.

Một số thiết bị lập trình cầm tay cho phép tháo rời thẻ nhớ hoặc mô-đun, giúp lưu trữ và tải lại chương trình hoàn chỉnh vào bất kỳ loại seri PLC nào Điều này rất hữu ích trong các ứng dụng cần nhân rộng chương trình điều khiển của máy và dễ dàng chuyển sang các máy khác.

Lưu trữ tệp vào thẻ

Tỏi sẽ gí 'rị bạn tệp cát đột cho bạn

Bắt đầu ghi dữ liệu Ghi dữ liệu tựđộng được bắt đầu chỉ bằng cách lắp thẻ nhớ SD.

Hình 4.24 Thé nhớ của một bộ lập trình câm tay

Việc sử dụng máy tính cá nhân (PC) trong cuộc sống hàng ngày đã thay thế các thiết bị lập trình PLC chuyên dụng Hầu hết các nhà sản xuất PLC cung cấp phần mềm kỹ thuật cho máy tính, cho phép nhập, chỉnh sửa và giám sát chương trình điều khiển PLC theo thời gian thực Màn hình lớn của máy tính cá nhân có khả năng hiển thị nhiều mạng Ladder trong quá trình lập trình và theo dõi hoạt động Máy tính cá nhân được ưa chuộng vì tính linh hoạt trong lập trình Các loại máy tính như bàn, laptop và các thiết bị khác không chỉ phục vụ cho lập trình mà còn có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác ngoài PLC.

Chương 4: P7 xử lý, nguồnvà thiết bị lập trình 67 dụng đê lập trình một PLC, nhưng nó cũng có thể được kết nối với mạng cục bộ của PLC (xem Hình 4.26) để thu thập và lưu trữ, trên một đĩa cứng, xử lý thông tin quan trọng cho các cải tiến sản phẩm trong tương lai Một máy tính cũng có thể giao tiếp với bộ điều khiển lập trình thông qua cổng RS-232C, do đó nó được sử dụng để xử lý dữ liệu và giám sát điều khiển PLC hoặc là cầu nối giữa mạng PLC và máy tính lớn hơn (xem Hình 4.27).

Hình 4.25 Ngôn ngữ lập trình ladder trên máy tính cá nhân

Hình 4.26 Máy tính kết nối với PLC trong mạng nội bộ

Phần mềm máy tính không chỉ hỗ trợ xử lý và thu thập dữ liệu mà còn cung cấp khả năng lập trình Ladder và thông tin PLC, giúp lập trình viên xác định mục đích và chức năng của từng địa chỉ I/O trong chương trình PLC Với các tùy chọn phần mềm, máy tính trở thành giao diện người/máy tối ưu, cung cấp bảng vận hành hiệu quả.

Chương 4: Vi xử lý, nguồn và thiết bị lập trình cho các hoạt động của máy hoặc hệ thống điều khiển bằng PLC, đồng thời tạo ra các báo cáo trực tiếp dưới dạng các hình thức quản lý.

Hệ thống máy tính chủ

[Typical database interface systemj [Systemusing MES interface module^

- Real-time transfer of detailed production information

- Simple & cost-effective t - >1 III ipic (X VUOL-tl

CC-Link IE (Control network I

Hình 4.27: Một máy tính là câu nôi giữa PLC và máy tính

Chương 5:Hệ thốngnhớ và giao tìểp I/O 69

HỆ THỐNG NHỚ VÀ GIAO TIẾP I/O

Trong chương này, chúng ta sẽ khám phá hệ thống bộ nhớ của bộ điều khiển lập trình (PLC), giúp người học hiểu rõ cách thức hoạt động của PLC và sự tương tác với các mô-đun vào/ra Chúng ta sẽ tìm hiểu về các loại bộ nhớ khác nhau, cấu trúc bộ nhớ và khả năng của nó, cũng như mối quan hệ giữa tổ chức bộ nhớ và sự tương tác với ngõ vào ra Cuối cùng, chúng tôi sẽ hướng dẫn cách cấu hình bộ nhớ cho các địa chỉ vào ra của PLC.

5.1 Tổng quát về bộ nhớ Đặc điểm quan trọng nhất của bộ điều khiển lập trình là khả năng thay đổi chương trình điều khiển một cách nhanh chóng và dễ dàng Hệ thống bộ nhớ là phần nằm trong CPU, nơi tất cả các trình tự của Lệnh, hoặc chương trình, được lưu trữ và thực hiện bởi bộ vi xử lý để cung cấp các lệnh nhằm điều khiển các thiết bị trường Các phần bộ nhớ chứa các chương trinh điều khiển có thể được thay đổi, hoặc được lập trình lại, để thích úng với sự thay đổi dây chuyền sản xuất hoặc yêu cầu của một hệ thống mới.

Bộ nhớ PLC bao gồm hai bộ nhớ khác nhau

■ Bộ nhớ điều hành (Executive Memory)

■ Bộ nhớ ứng dụng (Application Memory)

Hình 5.1 Vùng nhớ của PLC

Bộ nhớ điều hành là phần quan trọng trong PLC, chứa các chương trình được lưu trữ vĩnh viễn để giám sát và điều khiển tất cả hoạt động của hệ thống Nó thực hiện các chương trình điều khiển và truyền thông với thiết bị ngoại vi Trong bộ nhớ PLC, bộ nhớ điều hành lưu trữ các lệnh phần mềm như lệnh đóng ngắt, chức năng chuyển khối, và lệnh toán học, nhưng vùng nhớ này không thể truy cập bởi người dùng.

Bộ nhớ ứng dụng là một không gian lưu trữ thiết yếu dành cho lập trình viên trong quá trình phát triển ứng dụng Nó bao gồm nhiều khu vực, mỗi khu vực đảm nhận một chức năng riêng biệt và có cách sử dụng khác nhau, giúp tối ưu hóa hiệu suất và quản lý tài nguyên trong ứng dụng.

Các yêu cầu về lưu trữ và truy xuất của bộ nhớ điều hành và bộ nhớ ứng dụng là khác nhau, dẫn đến việc chúng không nhất thiết phải được lưu trữ trong cùng một loại bộ nhớ Ví dụ, bộ nhớ điều hành thường có những đặc điểm và yêu cầu riêng biệt so với bộ nhớ ứng dụng.

Hệ thống nhó và giao tiếp I/O

Cấu trúc và dung lượng bộ nhớ

Chương 1 GIỚI THIỆU VÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Chương này sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan về bộ điều khiển lập trình, bao gồm lịch sử hình thành và phát triển của nó Chúng ta sẽ so sánh bộ điều khiển lập trình với các loại bộ điều khiển khác để làm nổi bật ưu và nhược điểm của từng loại Sau khi hoàn thành chương này, bạn sẽ nắm vững các nguyên tắc cơ bản liên quan đến bộ điều khiển lập trình.

Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị có phần cứng tương tự như hệ thống máy tính, sử dụng phần mềm tích hợp các lệnh logic để điều khiển các thiết bị cơ điện như Relay, Timer, và Counter PLC có khả năng lưu trữ và xử lý thông tin về thời gian, bộ đếm, tính toán so sánh, thao tác dữ liệu và truyền thông, giúp kiểm soát hiệu quả máy móc và quy trình công nghiệp Khái niệm về bộ điều khiển lập trình PLC được minh họa trong hình 1.1.

(a) Cấu trúc tổng quan (b) Hình ảnh minh họa cấu trúc thực tế

Hình 1.1 Khái niệm bộ điều khiển lập ưình

Bộ điều khiển lập trình (PLC) là máy tính công nghiệp được thiết kế đặc biệt để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài, bao gồm các thiết bị đầu vào và đầu ra Với cấu trúc tối ưu, PLC hoạt động dựa trên các nguyên tắc đơn giản và ứng dụng thực tiễn, mang lại hiệu quả cao trong các hệ thống điều khiển công nghiệp.

Vào năm 1968, bộ phận nghiên cứu và phát triển của Tổng công ty General Motors đã thiết lập các tiêu chuẩn thiết kế cho bộ điều khiển lập trình đầu tiên, nhằm mục đích giảm chi phí cho các hệ thống điều khiển cơ điện và kỹ thuật số Bộ điều khiển này không chỉ tăng cường tính linh hoạt của hệ thống mà còn giúp lập trình và bảo trì dễ dàng hơn Hệ thống điều khiển này sẽ giảm thời gian ngừng máy và có khả năng mở rộng trong tương lai, với một số thông số kỹ thuật ban đầu được đưa ra để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

■ Hệ thống điều khiển mới phải có giá cả cạnh tranh với hệ thống sử dụng relay.

■ Hệ thống phải có khả năng làm việc trong môi trường công nghiệp.

■ Giao diện đầu vào và đầu ra phải dễ dàng thay thế.

■ Bộ điều khiển phải được thiết kế theo dạng mô-đun, để các bộ phận nhỏ có thể được tháo dỡ dễ dàng để thay thế hoặc sửa chữa.

2 Chương J: Giới thiệu về bộ điều khiển lập trình

■ Hệ thống điều khiển có khả năng truyền dữ liệu đến trung tâm.

■ Hệ thống phải được tái sử dụng khi thay đổi yêu cầu công nghệ hoặc mở rộng.

■ Phương pháp và ngôn ngữ sử dụng để lập trình cho bộ điều khiển phải đơn giản, dễ hiểu.

1.2 ỉ Bộ điều khiển khả trình đầu tiên

Vào năm 1969, bộ điều khiển lập trình đầu tiên được ra mắt, đánh dấu sự khởi đầu cho sự phát triển công nghệ điều khiển mới Những bộ điều khiển này đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật như mô đun, khả năng mở rộng, lập trình và dễ sử dụng trong môi trường công nghiệp, đồng thời có thể lắp đặt dễ dàng, tiết kiệm không gian và tái sử dụng Chương trình điều khiển sử dụng ngôn ngữ hình thang (Ladder) Chỉ trong một thời gian ngắn, bộ điều khiển lập trình đã nhanh chóng được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, và đến năm 1971, chúng đã trở thành công cụ phổ biến trong các lĩnh vực như thực phẩm và nước giải khát, kim loại, cũng như sản xuất bột giấy và giấy.

1.2.2 Ỷ tưởng thiết kế của bộ điều khiển khả trình

Các bộ điều khiển lập trình đầu tiên chủ yếu là dạng relay, với chức năng thực hiện các thao tác tuần tự như điều khiển ON/OFF và quy trình công nghệ cho các hoạt động lặp đi lặp lại, ví dụ như truyền động cho máy nghiền và máy khoan Chúng được lắp đặt dễ dàng, tiết kiệm không gian và năng lượng, đồng thời có chỉ số chẩn đoán giúp khắc phục sự cố, có thể tái sử dụng khi dự án bị loại bỏ hoặc mở rộng.

Mặc dù PLC đã trải qua nhiều cải tiến về tốc độ hoạt động, giao tiếp và khả năng xử lý dữ liệu, các yếu tố kỹ thuật cơ bản như tính dễ sử dụng, lắp đặt, bảo trì và vận hành vẫn được giữ nguyên.

1.2.3 Bộ điều khiển khả trình ngày nay

Nhiều tiến bộ công nghệ trong ngành công nghiệp điều khiển lập trình tiếp tục phát triển, cải tiến thiết kế bộ điều khiển lập trình và cách tiếp cận kiểm soát cấu trúc hệ thống Những thay đổi này bao gồm cả phần cứng và phần mềm, với các cải tiến phần cứng gần đây của PLC đáng chú ý.

■ Thời gian quét nhanh hơn bằng cách sử dụng vi xử lý mới, tiên tiến hơn và ứng dụng các công nghệ điện tử.

■ Các PLC nhỏ, chi phí thấp được minh họa ở hình 1.2, có thể thay thế 4 đến 10 rơ le, có nhiều khả năng hon so với trước đây.

■ Các Mô-đun ngõ vào/ra (I/O - Input/Output) (xem hình 1.3) cung cấp các giải pháp hiệu quà với chi phí thấp (các mô-đun I/O nhỏ làm giảm diện tích) ’

Các mô-đun I/O thông minh hiện nay được trang bị bộ vi xử lý tiên tiến, mang lại nhiều tính năng nổi bật như PID (tỉ lệ - tích phân - vi phân), hỗ trợ kết nối mạng, CANbus, fieldbus, giao tiếp ASCII, và khả năng định vị Bên cạnh đó, chúng còn tích hợp máy tính lưu trữ và các mô-đun ngôn ngữ lập trình như Basic và Pascal, giúp nâng cao hiệu suất và linh hoạt trong ứng dụng.

■ Cải tiến thiết kế cơ khí bao gồm vỏ bọc I/O, các module mở rộng.

Giao tiếp đặc biệt cho phép các thiết bị như cặp nhiệt điện, bộ đo lực và đầu vào đáp ứng nhanh của bộ đếm tốc độ cao kết nối trực tiếp với bộ điều khiển, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu thập và xử lý dữ liệu.

■ Phần cứng và giao diện điều hành.

Chương l: Giới thiệu về bộ điểu khiển lập trình 3

Các cải tiến phần cứng đã dẫn đến sự phát triển đa dạng của các bộ điều khiển lập trình, từ các PLC nhỏ với 10 ngõ I/O cho đến những PLC phức tạp có tới 8.000 ngõ I/O và bộ nhớ lên đến 128.000 Word Bên cạnh đó, các cải tiến phần mềm cũng đã làm cho các PLC trở nên mạnh mẽ hơn.

■ Các PLC đã kết hợp các công cụ lập trình hướng đối tượng (Object Oriented Programming

- OOP) và nhiều ngôn ngữ dựa trên tiêu chuẩn IEC 1131-3.

■ Các PLC nhỏ cũng đã sử dụng các phần mềm, ngôn ngữ mạnh mê, mở rộng phạm vi ứng dụng.

Các ngôn ngữ lập trình bậc cao như Basic và C đã được áp dụng trong một số mô-đun của bộ điều khiển, mang lại khả năng linh hoạt hơn trong việc giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và xử lý dữ liệu.

■ Nâng cấp các khối lệnh cho ngôn ngữ dạng Ladder để tăng cường khả năng lập trình.

Chẩn đoán và phát hiện lỗi đã được mở rộng từ hệ thống và bộ điều khiển, bao gồm chẩn đoán máy và hỏng hóc của hệ thống điều khiển Các lệnh toán học có thể ứng dụng để thực hiện các phép tính phức tạp trong những bài toán điều khiển yêu cầu tính toán, cân bằng và thống kê.

Các lệnh xử lý dữ liệu và điều khiển chương trình đã được cải tiến, đáp ứng nhu cầu cho các ứng dụng phức tạp như lưu trữ, theo dõi và truy xuất dữ liệu Bộ điều khiển lập trình hiện nay mạnh mẽ hơn, có khả năng giao tiếp với các hệ thống khác, báo cáo sản xuất, lập kế hoạch và chẩn đoán lỗi cho cả chính nó và máy móc Những cải tiến này đóng góp quan trọng vào việc nâng cao chất lượng và năng suất.

Hộ điều khiển lập trình đã trải qua sự phát triển phức tạp, nhưng vẫn duy trì được sự đơn giản và dễ sử dụng như trong thiết kế ban đầu.

1.3 Bộ điều khiển lập trình trong tương lai

Tổ chức bộ nhớ và tương tác I/O

Hệ thống bộ nhớ bao gồm hai phần chính: bộ nhớ hệ thống và bộ nhớ ứng dụng, như được minh họa trong sơ đồ bộ nhớ Mặc dù hai thành phần này được hiển thị cạnh nhau, chúng không nhất thiết phải liền kề về cấu trúc vật lý hoặc địa chỉ Sơ đồ bộ nhớ không chỉ cho thấy những gì được lưu trữ mà còn chỉ rõ vị trí lưu trữ dữ liệu qua các địa chỉ bộ nhớ cụ thể Hiểu rõ sơ đồ bộ nhớ là rất quan trọng khi lập trình điều khiển PLC và xác định bảng dữ liệu.

Bảng dữ liệu Chương trình f ^"^"sđụng người dùng J

Hỉnh 5.6 Một sơ đồ bộ nhớ đơn giản Mặc dù hai bộ điều khiển lập trình khác nhau hiếm khi có sơ đồ bộ nhớ giống hệt nhau nhưng vẫn tuân theo một quy tắc chung về tổ chức bộ nhớ bởi vì tất cả bộ điều khiển lập trinh đều có các yêu cầu lưu trữ tương tự Nhìn chung, tất cả các PLC đều phải có bộ nhớ được phân bổ cho bốn vùng nhớ cơ bản, như sau:

Hệ điều hành là tập hợp các chương trình lưu giữ vĩnh viễn, đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và điều khiển hoạt động của hệ thống Các chương trình này giám sát các tác vụ như thực thi chương trình điều khiển, giao tiếp với thiết bị ngoại vi và thực hiện các hoạt động quản lý hệ thống khác.

Vùng nhớ trong là khu vực lưu trữ tạm thời do CPU sử dụng để lưu trữ một lượng dữ liệu nhỏ phục vụ cho các phép toán tạm thời và quản lý điều khiển.

Vùng bảng dữ liệu là nơi lưu trữ tất cả thông tin liên quan đến chương trình điều khiển, bao gồm các giá trị đặt trước của timer/counter, hằng số lưu trữ, và các biến sử dụng trong chương trình hoặc CPU Ngoài ra, bảng dữ liệu còn chứa thông tin trạng thái của các ngõ vào và ngõ ra, được thiết lập bởi chương trình điều khiển.

Vùng chương trình người dùng là khu vực lưu trữ các lệnh lập trình do người dùng nhập vào, đồng thời cũng chứa chương trình điều khiển.

Vùng điều hành và bộ nhớ trong được ẩn khỏi người dùng, được gọi là bộ nhớ hệ thống Ngược lại, vùng bảng dữ liệu và chương trình người dùng có thể được truy xuất và yêu cầu cho các ứng dụng điều khiển, được gọi là bộ nhớ ứng dụng.

Tổng bộ nhớ được chỉ định cho bộ điều khiển bao gồm bộ nhớ hệ thống và bộ nhớ ứng dụng Chẳng hạn, một bộ điều khiển với tối đa 64K có thể sử dụng 32K cho vùng điều hành và 1/4K cho bộ nhớ hệ thống Phần còn lại, 31K + 3/4K, sẽ dành cho bộ nhớ ứng dụng, bao gồm bảng dữ liệu và vùng nhớ người dùng Thông thường, bộ nhớ tối đa được chỉ định cho bộ điều khiển lập trình chỉ bao gồm tổng số bộ nhớ ứng dụng có sẵn.

Chương 5: Hệ thống nhớ và giao tiếp I/O xác định số lượng bộ nhớ người dùng có sẵn cho chương trình điều khiển, với vùng bảng dữ liệu được quy định bởi nhà sản xuất Bài viết này sẽ xem xét bộ nhớ ứng dụng và cách nó tương tác với người dùng cũng như chương trình.

Bộ nhớ ứng dụng là nơi lưu trữ các lệnh lập trình và dữ liệu cần thiết cho bộ xử lý thực hiện các chức năng điều khiển Mỗi bộ điều khiển lập trình có dung lượng bộ nhớ ứng dụng tối đa khác nhau, tùy thuộc vào kích thước của bộ điều khiển Tất cả dữ liệu được lưu trữ trong vùng bảng dữ liệu, trong khi các lệnh đã được lập trình được lưu trong vùng chương trình người dùng.

Vùng lưu trữ các Bit vả

Bảng ngổ vào Bảng ngõ ra Bits nội Register/Word

Các lệnh điều khiên chương trình

Vùng chương trình người dùng

Hình 5.7 Sơ đồ lưu trữ của bộ nhớ ứng dụng

Vùng bảng dữ liệu: Vùng bảng dữ liệu của bộ nhớ ứng dụng của PLC bao gồm một số khu vực (xem hình 5.7) chúng là:

Các vùng này lưu trữ thông tin nhị phân, biểu thị trạng thái ngõ vào/ngõ ra (ON hoặc OFF), số và mã Cấu trúc bộ nhớ bao gồm các ô nhớ hoặc bit, nơi thông tin nhị phân được bảo quản.

Bảng ngô vào là một mảng bit lưu trữ trạng thái của các ngõ vào số kết nối với module ngõ vào của PLC, với số bít tối đa tương ứng với số lượng thiết bị ngõ vào tối đa mà PLC có thể hỗ trợ Chẳng hạn, nếu một bộ điều khiển có tối đa 64 thiết bị ngõ vào, nó sẽ cần một bảng đầu vào 64 bit Mỗi ngõ vào sẽ có một bit tương ứng trong bảng, với địa chỉ của thiết bị ngõ vào được xác định bởi vị trí bit và word trong bảng.

Công tắc giới hạn kết nối với mô-đun ngõ vào có địa chỉ 130078, tương ứng với bit trong bảng ngõ vào Địa chỉ này được xác định từ vị trí word 1308 và bit 078, liên quan đến vị trí giá đỡ của mô-đun và đầu kết nối với thiết bị trường Khi công tắc giới hạn OFF, bit 130078 là 0; ngược lại, khi công tắc giới hạn ON, bit này là 1.

Trong quá trình vận hành PLC, bộ xử lý đọc trạng thái từng ngõ vào trong mô-đun và cập nhật giá trị (1 hoặc 0) vào bảng nhập tương ứng Bảng ngõ vào liên tục thay đổi để phản ánh trạng thái của mô-đun và các thiết bị kết nối, với những thay đổi này diễn ra trong phần cập nhật của I/O.

Chương 5: Hệ thống nhớ và giaotiếp I/O 77

Bảng ngõ ra là mảng bit điều khiển trạng thái của thiết bị ngõ ra số kết nối với mô-đun ngõ ra của PLC Số bit tối đa trong bảng ngõ ra tương ứng với số lượng thiết bị trường ngõ ra có thể kết nối với PLC Chẳng hạn, một PLC với tối đa 128 ngõ ra sẽ cần bảng ngõ ra 128 bit.

Tổng hợp về bô nhớ, quét và tương tác I/O

Chương 1 GIỚI THIỆU VÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Chương này sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan về bộ điều khiển lập trình, bao gồm lịch sử hình thành và phát triển của nó Chúng ta sẽ tiến hành so sánh bộ điều khiển lập trình với các loại bộ điều khiển khác, từ đó làm nổi bật những ưu và nhược điểm của từng loại Sau khi hoàn thành chương này, bạn sẽ nắm vững các nguyên tắc cơ bản của bộ điều khiển lập trình.

Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị phần cứng thuộc hệ thống máy tính, sử dụng phần mềm tích hợp các lệnh logic để thay thế cho các thiết bị cơ điện như Relay, Timer, Counter PLC có khả năng lưu trữ và xử lý thông tin liên quan đến thời gian, bộ đếm, tính toán so học, thao tác dữ liệu và truyền thông, từ đó kiểm soát hiệu quả các máy móc và quy trình công nghiệp.

(a) Cấu trúc tổng quan (b) Hình ảnh minh họa cấu trúc thực tế

Hình 1.1 Khái niệm bộ điều khiển lập ưình

Bộ điều khiển lập trình (PLC) là máy tính công nghiệp được thiết kế đặc biệt để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài, bao gồm các thiết bị đầu vào và đầu ra PLC hoạt động dựa trên các nguyên tắc đơn giản và ứng dụng thực tiễn, giúp tối ưu hóa quy trình điều khiển trong ngành công nghiệp.

Vào năm 1968, Bộ phận nghiên cứu và phát triển của Tổng công ty General Motors đã thiết lập các tiêu chuẩn thiết kế cho bộ điều khiển lập trình đầu tiên Mục tiêu chính của bộ điều khiển này là giảm chi phí cho các hệ thống điều khiển cơ điện hoặc kỹ thuật số, đồng thời tăng tính linh hoạt, dễ dàng trong lập trình và bảo trì Hệ thống điều khiển này giúp giảm thời gian ngừng máy và có khả năng mở rộng trong tương lai Một số thông số kỹ thuật ban đầu đã được đưa ra.

■ Hệ thống điều khiển mới phải có giá cả cạnh tranh với hệ thống sử dụng relay.

■ Hệ thống phải có khả năng làm việc trong môi trường công nghiệp.

■ Giao diện đầu vào và đầu ra phải dễ dàng thay thế.

■ Bộ điều khiển phải được thiết kế theo dạng mô-đun, để các bộ phận nhỏ có thể được tháo dỡ dễ dàng để thay thế hoặc sửa chữa.

2 Chương J: Giới thiệu về bộ điều khiển lập trình

■ Hệ thống điều khiển có khả năng truyền dữ liệu đến trung tâm.

■ Hệ thống phải được tái sử dụng khi thay đổi yêu cầu công nghệ hoặc mở rộng.

■ Phương pháp và ngôn ngữ sử dụng để lập trình cho bộ điều khiển phải đơn giản, dễ hiểu.

1.2 ỉ Bộ điều khiển khả trình đầu tiên

Năm 1969, bộ điều khiển lập trình đầu tiên ra đời, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và mở ra cánh cửa cho sự phát triển công nghệ điều khiển mới Những bộ điều khiển này có tính mô đun, khả năng mở rộng, lập trình dễ dàng và thân thiện với môi trường công nghiệp Chúng được lắp đặt dễ dàng, tiết kiệm không gian và có thể tái sử dụng Ngôn ngữ lập trình sử dụng là hình thang (Ladder) Chỉ sau một thời gian ngắn, bộ điều khiển lập trình đã nhanh chóng lan rộng sang các ngành khác, và đến năm 1971, chúng đã được áp dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp như thực phẩm, nước giải khát, kim loại, và sản xuất bột giấy và giấy.

1.2.2 Ỷ tưởng thiết kế của bộ điều khiển khả trình

Các bộ điều khiển lập trình đầu tiên chủ yếu là dạng relay, với chức năng chính là thực hiện các thao tác tuần tự như điều khiển ON/OFF và quy trình công nghệ cho các hoạt động lặp đi lặp lại, ví dụ như truyền động cho máy nghiền và máy khoan Chúng dễ dàng lắp đặt, tiết kiệm không gian và năng lượng, đồng thời có các chỉ số chẩn đoán hỗ trợ khắc phục sự cố và có thể tái sử dụng khi dự án được loại bỏ hoặc mở rộng.

Mặc dù PLC đã cải tiến về tốc độ hoạt động, giao tiếp và khả năng xử lý dữ liệu, các yếu tố kỹ thuật cơ bản như tính dễ sử dụng, lắp đặt, bảo trì và vận hành vẫn được giữ nguyên như ban đầu.

1.2.3 Bộ điều khiển khả trình ngày nay

Ngành công nghiệp điều khiển lập trình đang chứng kiến nhiều tiến bộ công nghệ đáng kể, không chỉ cải thiện thiết kế bộ điều khiển lập trình mà còn mang đến những cách tiếp cận mới trong việc kiểm soát cấu trúc hệ thống Những thay đổi này bao gồm cả phần cứng và phần mềm, với các cải tiến phần cứng gần đây của PLC đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và khả năng kiểm soát.

■ Thời gian quét nhanh hơn bằng cách sử dụng vi xử lý mới, tiên tiến hơn và ứng dụng các công nghệ điện tử.

■ Các PLC nhỏ, chi phí thấp được minh họa ở hình 1.2, có thể thay thế 4 đến 10 rơ le, có nhiều khả năng hon so với trước đây.

■ Các Mô-đun ngõ vào/ra (I/O - Input/Output) (xem hình 1.3) cung cấp các giải pháp hiệu quà với chi phí thấp (các mô-đun I/O nhỏ làm giảm diện tích) ’

Các mô-đun I/O thông minh hiện nay được trang bị bộ vi xử lý mới, mang lại hiệu suất vượt trội Chúng tích hợp nhiều tính năng nổi bật như PID (tỉ lệ - tích phân - vi phân), khả năng kết nối mạng, giao thức CANbus, fieldbus, và giao tiếp ASCII Ngoài ra, các mô-đun này còn hỗ trợ định vị, máy tính lưu trữ và nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau như Basic và Pascal.

■ Cải tiến thiết kế cơ khí bao gồm vỏ bọc I/O, các module mở rộng.

Giao tiếp đặc biệt cho phép các thiết bị như cặp nhiệt điện, bộ đo lực và đầu vào đáp ứng nhanh của bộ đếm tốc độ cao kết nối trực tiếp với bộ điều khiển.

■ Phần cứng và giao diện điều hành.

Chương l: Giới thiệu về bộ điểu khiển lập trình 3

Sự phát triển đa dạng của các bộ điều khiển lập trình, từ những PLC nhỏ với 10 ngõ I/O đến những PLC phức tạp với 8.000 ngõ I/O và bộ nhớ lên tới 128.000 Word, đã được thúc đẩy bởi những cải tiến phần cứng Bên cạnh đó, các cải tiến phần mềm cũng đã góp phần làm cho PLC trở nên mạnh mẽ hơn.

■ Các PLC đã kết hợp các công cụ lập trình hướng đối tượng (Object Oriented Programming

- OOP) và nhiều ngôn ngữ dựa trên tiêu chuẩn IEC 1131-3.

■ Các PLC nhỏ cũng đã sử dụng các phần mềm, ngôn ngữ mạnh mê, mở rộng phạm vi ứng dụng.

Các ngôn ngữ lập trình bậc cao như Basic và C đã được tích hợp vào một số mô-đun của bộ điều khiển, mang lại sự linh hoạt trong việc giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và xử lý dữ liệu.

■ Nâng cấp các khối lệnh cho ngôn ngữ dạng Ladder để tăng cường khả năng lập trình.

Chẩn đoán và phát hiện lỗi đã được mở rộng từ chẩn đoán hệ thống và sự cố của bộ điều khiển, bao gồm cả chẩn đoán máy và hỏng hóc của hệ thống điều khiển Các lệnh toán học có thể được áp dụng để thực hiện các phép tính phức tạp trong các bài toán điều khiển, yêu cầu tính toán, cân bằng và thống kê phức tạp.

Các lệnh xử lý dữ liệu và điều khiển chương trình đã được cải tiến và đơn giản hóa, đáp ứng nhu cầu cho các ứng dụng phức tạp như lưu trữ, theo dõi và truy xuất dữ liệu Bộ điều khiển lập trình hiện nay là hệ thống mạnh mẽ, cung cấp nhiều khả năng hơn trước, bao gồm giao tiếp với các hệ thống điều khiển khác, báo cáo sản xuất, lập kế hoạch sản xuất và chẩn đoán lỗi cho chính nó và máy móc Những cải tiến này giúp bộ điều khiển lập trình đáp ứng tốt hơn nhu cầu về chất lượng và năng suất ngày càng cao.

Hộ điều khiển lập trình, mặc dù đã phát triển và trở nên phức tạp hơn, vẫn duy trì được tính đơn giản và dễ sử dụng như trong thiết kế ban đầu.

1.3 Bộ điều khiển lập trình trong tương lai

Hệ thống vào/ra số

Rack I/O và bảng sơ đồ

Tất cả các mô-đun I/O cần được lắp đặt vào giá đỡ bên trong PLC, giúp tổ chức và giữ các mô-đun này Vị trí của mô-đun trên rack xác định địa chỉ I/O của thiết bị kết nối, với địa chỉ này được quy định cố định trong quá trình thiết lập và thực thi chương trình điều khiển Ngoài chức năng làm giá đỡ, rack còn nhận dạng loại mô-đun kết nối với nó.

Các module lắp đặt vào Base liên kết giữa Base Rack chủ và tớ

Cấu hình rack của bộ điều khiển là yếu tố quan trọng trong quá trình thiết lập hệ thống Mỗi thiết bị I/O kết nối với rack đều được tham chiếu trong chương trình điều khiển.

Do đó, một sự sai vị trí I/O hoặc địa chỉ sẽ tạo ra nhầm lẫn trong và sau khi lập trình.

Nói chung, có ba loại rack:

Chương6: Hệthống vào/ra sổ 97

■ Rack từ xa (Remote rack).

Rack chủ là khung chứa CPU hoặc mô-đun vi xử lý, có thể có hoặc không có khe cắm cho các module I/O Đối với các hệ thống PLC lớn, rack chủ có thể không đủ chỗ để lắp đặt tất cả các mô-đun I/O cần thiết.

Rack tớ (xem hình 6.6) là một loại khung rack được đặt gần rack chủ, chứa các mô-đun I/O Nếu rack chủ có các mô-đun I/O, nó cũng có thể được xem là rack tớ Rack tớ không phải là rack chủ, mà chứa bộ xử lý I/O nội bộ để gửi và nhận dữ liệu từ CPU Thông tin được truyền đi bao gồm dữ liệu chẩn đoán, kiểm tra lỗi giao tiếp, cập nhật tín hiệu ngõ vào và xuất tín hiệu điều khiển đến ngõ ra Bảng sơ đồ I/O mô tả địa chỉ I/O của rack tớ.

Hình 6.5 Rack chù (a) không cỏ mô-đun I/O, (b) có mô-đun I/O.

Hình 6.6 Cấu hình cho một Rack tớ

Rack từ xa là các khung chứa mô-đun I/O, được đặt cách xa CPU Nó bao gồm bộ xử lý I/O từ xa, có chức năng truyền thông tin, nhập xuất và chẩn đoán trạng thái tương tự như rack truyền thống Các địa chỉ I/O trong rack từ xa cũng được ánh xạ đến bảng I/O.

Khái niệm về loại rack nhấn mạnh vị trí vật lý của khung rack và bộ xử lý trong từng rack Mỗi mô-đun I/O, bất kể là số, tương tự hay đặc biệt, đều có một địa chỉ riêng để được tham chiếu Điều này có nghĩa là mỗi điểm đầu cuối kết nối với mô-đun I/O sẽ có một địa chỉ cụ thể, giúp xác định và kết nối các thiết bị trường với các mô-đun I/O một cách chính xác.

Chương 6: Hệ thống vào/ra của mô-đun và điểm kết nối trình bày cách xác định địa chỉ cho các thiết bị ngõ vào và ngõ ra được lập trình trong chương trình điều khiển Hình ảnh minh họa thực tế cho thấy mạng CC-Link của hãng Mitsubishi.

Hình 6.7 Cấu hình rack từ xa.

6.2.1 Ví dạ về rack I/O và bảng sơ đồ

Các nhà sản xuất PLC đưa ra các thòng số kỹ thuật để đặt các mô-đun I/O trong khung rack

Một số mô-đun có thể chứa từ 2 đến 16 ngõ vào/ra, trong khi những mô-đun khác yêu cầu người sử dụng tuân theo các quy tắc địa chỉ I/O nhất định.

Bảng 6.1 Thông số kĩ thuật về các rack I/O. Địa chi 0005

Rack I/O có thể lên đến 7,rack _

,* I í 1 1 đâu tiên là rack chính và rack 1 g đến7 rack cục bộ và từ xa, Mỗi s rack có 8 khe sắn dùng cho 8 module I/O Q

Module I/O số cùa PLC có sẵn

Số lượng I/O tối đa là 512 điểm.

Hệ thống bát phân được sử đụng

Mô-đun ngõ vào hoặc ngõ ra được kiểm tra bởi mạch phía sau của rack Nếu mô-đun là đầu vào, giá trị 1 sẽ được gán vào địa chỉ của chữ số thứ ba Ngược lại, nếu mô-đun là đầu ra, giá trị 0 sẽ được gán vào phía trước của địa chỉ chữ số thứ ba.

Chương 6: Hệthống vào/ra số 93

Trong chương này, chúng ta sẽ xem xét các thông số địa chỉ I/O của PLC như được trình bày trong Bảng 6.1 Hình 6.8 minh họa các yếu tố xác định địa chỉ của mô-đun, trong đó loại mô-đun (ngõ vào hoặc ngõ ra) được xác định bởi vị trí địa chỉ đầu tiên từ trái sang phải, với 0 đại diện cho đầu ra và 1 cho đầu vào.

Số rack và vị trí slot của mô-đun quyết định hai chữ số tiếp theo trong địa chỉ Vị trí đầu cuối của thiết bị kết nối với mô-đun I/O (0 đến 7) đại diện cho chữ số cuối cùng của địa chỉ.

Hệ thống này có khả năng tối đa là 512 ngõ vào hoặc 512 ngõ ra, hoặc tổng cộng 512 ngõ vào và ngõ ra mà không chồng lấp địa chỉ Số lượng 512 ngõ vào được xác định từ các địa chỉ word.

1777g (word 177, bit 7) Trong khi đó, 512-ngõ ra có thể xác định từ các địa chỉ word:

Tổng số lượng ngõ vào và ngõ ra là 512 Khi một mô-đun ngõ vào chiếm một slot trong bảng ngõ vào, thì slot đối xứng trong bảng ngõ ra cũng sẽ được chiếm bởi các ngõ vào đó Nguyên tắc này cũng áp dụng tương tự cho mô-đun ngõ ra.

Ví dụ (xem hình 6.9a), nếu một mô-đun ngõ ra 4 điểm (xem hình 6.9b) được đặt trong rack

Slot 0 (các đầu cuối 0-3) trong bảng word 0008 được đại diện bởi vùng tô màu trong hình 6.9c, với 4 bit từ 0 đến 3 Những thông tin này sẽ được sử dụng cho ngõ ra, do đó, hình ảnh bảng ngõ vào sẽ tương ứng với vị trí của slot.

Trong hệ thống địa chỉ, các bit từ 0 đến 3 sẽ không được sử dụng cho địa chỉ ngõ vào vì đã được dành cho ngõ ra Khi một ngõ vào 8 điểm được triển khai trong rack 0, slot 2, vị trí word 1028 sẽ cho thấy rằng toàn bộ 8 bit tại vị trí đỏ trong bảng ngõ vào (word 1028, bit 0-7) sẽ được lập sơ đồ địa chỉ ngõ vào Tuy nhiên, địa chỉ tương ứng trong bảng ngõ ra (word 0028, bit 0-7) sẽ không thể sử dụng làm địa chỉ ngõ ra vì đã được sử dụng cho mục đích khác.

Hệ thống I/O điều khiển từ xa

6.Ĩ.1 Hệ thống I/O điều khiển từ xa

Trong các hệ thống PLC lớn với hơn 512 I/O, các ngõ vào và ra có thể được bố trí xa trạm điều hành chính Hệ thống I/O từ xa là một khối hộp nhiều rãnh, tách biệt với mô-đun CPU Rack từ xa bao gồm nguồn cung cấp cho các mạch logic và các mô-đun vào/ra từ xa, cho phép giao tiếp với bộ vi xử lý trung tâm (CPU).

Các mô-đun I/O và CPU giao tiếp thông qua dữ liệu nhị phân nối tiếp với tốc độ truyền thông lên tới hàng ngàn Megaboud/s Các gói thông tin nối tiếp bao gồm mức 0 và mức 1, thể hiện trạng thái của các ngố I/O và cung cấp thông tin chẩn đoán cho các rack điều khiển.

Số lượng I/O trong hệ thống I/O từ xa thường là 32, 64, 128 hoặc 256, với khả năng mở rộng lên đến 1024 I/O thông qua việc kết hợp nhiều mô-đun I/O 64 hoặc 128 điểm Cụ thể, có thể cấu hình 8 rack 128 I/O hoặc 16 rack 64 I/O, hoặc kết hợp cả hai loại Trước đây, hệ thống rack từ xa chủ yếu sử dụng mô-đun I/O số, nhưng hiện nay, các hệ thống này cũng tích hợp mô-đun tương tự và các mô-đun chức năng đặc biệt.

Các hệ thống tớ từ xa thường kết nối với CPU thông qua dây dẫn xoắn đôi hoặc cáp đồng trục theo các cấu trúc như nổi mắt xích, hình sao hay đa điểm Khoảng cách giữa các rack có thể lên tới 2 dặm, tùy thuộc vào đặc tính sản phẩm Để cải thiện kết nối, việc sử dụng sợi cáp quang là một giải pháp hiệu quả, cho phép khoảng cách nối dài hơn và khả năng chống nhiễu tốt hơn.

96 Chương 6: Hệ thắng vào/ra số

Module truyền thông nôi tiêp

Cấu trúc mạng CC-Link cùa hãng Mitsubishi

Hình 6.11 Cấu hình các Remote I/O.

Chương 6: Hệthống vào/ra sô 97

Mô-đun I/O từ xa là thiết bị tiết kiệm chi phí và hữu ích cho các hệ thống lớn, cho phép nhóm thiết bị trường ở nhiều vị trí khác nhau Chúng có thể hoạt động độc lập, giúp dễ dàng bảo trì và kiểm tra lỗi mà không làm gián đoạn các hệ thống khác Hơn nữa, việc kết nối trở nên thuận tiện hơn, loại bỏ nhu cầu nối ngược hàng trăm dây dẫn về các trạm chủ.

6.4 Giói thiệu về các ngõ vào số của PLC

Ngõ vào sổ là dạng ngõ vào phổ biến nhất, kết nối các thiết bị ngõ vào số với mô-đun lập trình điều khiển Các thiết bị này không truyền dữ liệu liên tục và giữ giá trị cố định, với tín hiệu số chỉ có hai trạng thái: 1/0, ON/OFF, OPEN/CLOSED, TRUE/FALSE Điều này cho phép các thiết bị chuyển trạng thái giữa mở (ON) và đóng (OFF), tương ứng với mức 1 và 0 Bảng 6.2 sẽ cung cấp một số ví dụ về các thiết bị ngõ vào số.

Bảng 6.2 Thiết bị ngõ vào số

Các thiết bị ngõ vào số Kí hiệu Ảnh thực tế

Công tắc hành trình LS:NO 1 1 LS:NC 0 £• 1

Tiếp điểm rơ-le CR: NO OR: NC

98 Chương 6: Hệ thống vào/ra số

Chuyển mạch áp suất/chân không

Chuyển mạch lưu lượng (khí hoặc nước)

Nhiều thiết bị được thiết kế để điều khiển các ngõ vào số, có khả năng xử lý từng bit một khi kết nối với một đầu vào, hoặc xử lý nhiều bit với nhiều đầu vào Dù điều khiển một hay nhiều đầu vào, thông tin mà các thiết bị này cung cấp vẫn giống nhau, chỉ bao gồm trạng thái ON hoặc OFF.

Khi nghiên cứu các mô-đun ngõ vào, người dùng cần chú ý đến mối quan hệ giữa các tín hiệu chuyển tiếp (ON/OFF), vị trí của rack và mô-đun kết nối thiết bị ngõ vào, cùng với bảng sơ đồ địa chỉ và địa chỉ I/O trong chương trình điều khiển Mỗi PLC từ các nhà sản xuất khác nhau có sơ đồ và địa chỉ I/O riêng, do đó việc hiểu rõ các thông số này là rất quan trọng.

Trong hệ thống kết nối, mỗi ngõ vào được đánh dấu với mức 0 cho ngõ ra, và các địa chỉ I/O được chỉ định trên các mô-đun trong từng slot của rack Ví dụ, hình 6.12 minh họa kết nối 8-bit, trong đó khóa LS1 được kết nối với mô-đun ngõ vào tại rack 0, cho phép kết nối với một trong 8 điểm (0-7) Đặc biệt, LSI hiện tại được gắn ở ngõ vào 014, tương ứng với rack 0, slot 1, vị trí thứ 4.

Bảng ngõ vào 8 bit cho phép kích hoạt tín hiệu ngõ vào, giúp giao diện ngõ vào phát hiện điện áp từ thiết bị và chuyển đổi thành tín hiệu logic (1 hoặc 0) Mức logic 1 trên bảng ngõ vào thể hiện trạng thái ON hoặc CLOSE của thiết bị.

Số 0 đại diện cho trạng thái OFF hoặc OPEN trong hệ thống PLC Các lệnh đặc trưng của PLC bao gồm thường hở II và thường đóng 4Í, chuyển thông tin trạng thái thiết bị vào bảng ngõ vào Đối với mô-đun tố hợp, nó nhận nhiều tín hiệu ngõ vào, và thiết bị ngõ vào sẽ ghi dữ liệu vào một thanh ghi địa chỉ mà người sử dụng đã lập trình.

Chương 6: Hệ thống vào/ra số 99

Thiết bị trường Module ngõ vào ngõ vào I I

Module nhiều bít thiết bị ngõ vào hoặc hoặc nhậndữ

Nhiềubit thiết bị ngõ vào 17 16 15 14 13 12 11 10 7 6 5 4 3 2 10

Thanhghi 16 bit để lưu trữ thông tin

Hình 6.13 Truyền dữ liệu khối vào thanh ghi

Một rack được kết nối theo hình 6.14, trong đó mỗi thiết bị ngõ vào được xác định địa chỉ và nối với mô-đun ngõ vào 8 bit Module đầu slot 4 của PLC được xác định là ngõ ra, trong khi 4 slot tiếp theo là ngõ vào Địa chỉ của các thiết bị tuân theo quy định rack-slot-connection (3 bit) và địa chỉ I/O bắt đầu từ 000, với lưu ý rằng các số trong hệ thống sử dụng hệ bát phân.

Ngõ ra Ngõ vào Rack 0

Hình 6.14 Cấu hình rack cho vi dụ 6.1

Mô-đun ngõ vào số có địa chỉ từ 070 đến 077, nằm ở rack 0 và slot 7, với các thiết bị trường tương ứng như sau: LSI có địa chỉ 070, PB1 có địa chỉ 071, và LS2 có địa chỉ 072 Chương trình điều khiển sẽ truy xuất các địa chỉ này Nếu LSI được kết nối với tiếp điểm khác, địa chỉ của nó sẽ thay đổi, dẫn đến sự thay đổi trong địa chỉ của chương trình điều khiển trong chương 6, vì chỉ có một địa chỉ duy nhất được sử dụng cho việc kết nối một thiết bị ngõ vào số.

Hình 6.15 Địa chỉ thiết bị ngõ vào có cấu hình rack ở ví dụ 6.1.

6.5 Các loại ngõ vào so

Các giao diện ngõ vào số phát hiện tín hiệu không liên tục từ thiết bị đầu vào, với hai trạng thái chính Tín hiệu này có thể khác nhau về trạng thái hoặc độ lớn của dòng điện và điện áp, chẳng hạn như 120VAC hoặc 12VDC Do đó, các mạch điện ngõ vào số có thể sử dụng nhiều nguồn điện áp định mức AC và DC khác nhau Bảng 6.3 cung cấp thông tin về các tiêu chuẩn điện áp định mức cho ngõ vào số, trong đó hầu hết các ngõ vào số thường hoạt động với điện áp từ 5 DVC đến 24 DVC.

Bảng 6.3 Giá trị điện áp chuẩn cho các ngõ vào.

24 volts AC/DC 48 volts AC/DC

230 volts AC/DC TTL level Non voltage Isolated input 5-50 volts DC

Sơ đồ khối của mạch ngõ vào AC/DC cơ bản được thể hiện trong hình 6.16, cho thấy sự đa dạng của các mạch ngõ vào tùy thuộc vào nhà sản xuất PLC Thông thường, mạch ngõ vào AC/DC sẽ có cấu trúc tương tự như hình vẽ, với hai phần quan trọng nhất cần chú ý.

Chương 6:Hệ ihống vào/rasố 101

Hình 6.16 Sơ đồ khối một mạch ngõ vào AC/DC.

Hai phần này thường kết nổi với nhau qua một mạch cách ly.

Các loại ngõ vào số

Các giao diện ngõ vào số phát hiện tín hiệu không liên tục từ thiết bị với hai trạng thái khác nhau Tín hiệu này có thể khác nhau về trạng thái hoặc độ lớn của dòng điện và điện áp, như 120VAC hoặc 12VDC Do đó, các mạch điện ngõ vào số có thể hỗ trợ nhiều nguồn điện áp định mức AC và DC khác nhau Theo Bảng 6.3, các tiêu chuẩn điện áp định mức cho ngõ vào số thường nằm trong khoảng từ 5 DVC đến 24 DVC.

Bảng 6.3 Giá trị điện áp chuẩn cho các ngõ vào.

24 volts AC/DC 48 volts AC/DC

230 volts AC/DC TTL level Non voltage Isolated input 5-50 volts DC

Mạch ngõ vào AC/DC cơ bản, như thể hiện trong hình 6.16, có cấu trúc đa dạng tùy thuộc vào từng nhà sản xuất PLC, nhưng thường có hình dạng tương tự Hai phần quan trọng nhất của mạch ngõ vào AC/DC là các thành phần chính cấu thành nên chức năng hoạt động của nó.

Chương 6:Hệ ihống vào/rasố 101

Hình 6.16 Sơ đồ khối một mạch ngõ vào AC/DC.

Hai phần này thường kết nổi với nhau qua một mạch cách ly.

Bộ nguồn AC/DC chuyển đổi điện áp AC từ các thiết bị đầu vào thành điện áp DC, cho phép bộ vi xử lý đọc các mức logic trong quá trình quét Mạch cầu của bộ nguồn thực hiện việc biến đổi tín hiệu AC thành DC, sau đó tín hiệu DC này đi qua bộ lọc để loại bỏ dao động và nhiễu Quá trình lọc nhiễu có thể gây ra độ trễ tín hiệu từ 9-25ms Mạch ngưỡng của bộ nguồn xác định khi nào tín hiệu đạt mức điện áp thích hợp cho các ngõ vào Nếu tín hiệu đầu vào vượt ngưỡng và duy trì trong thời gian trễ khi lọc, nó sẽ được coi là tín hiệu hợp lệ.

Mạch đầu vào AC/DC cơ bản được mô tả trong Hình 6.17, nơi tín hiệu hợp lệ được phát hiện và chuyển qua mạch cách ly để hoàn tất quá trình chuyển đổi từ AC sang DC Tín hiệu DC sau đó được truyền đến trung tâm xử lý thông qua các bus, với sự cách ly điện áp để ngăn chặn kết nối điện giữa nguồn và phần điều khiển Việc này giúp bảo vệ mạch logic hoặc PLC khỏi các điện thế lớn có thể gây hại Các bộ nối quang (Opto-isolator) hoặc bộ chuyển đổi xung đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối phần nguồn và phần logic.

102 Chương 6: Hệ thống vào/ra só

Hầu hết các mạch chuyển đổi AC/DC đều có đèn LED để báo hiệu sự hiện diện của nguồn điện Khi đèn LED báo nguồn sáng, mạch điện có thể có thêm đèn LED hiển thị trong mạch logic Nếu mạch được cấp nguồn và hoạt động đúng, đèn LED logic sẽ sáng Khi cả nguồn và các tín hiệu logic đầu vào ở trạng thái ON, cả hai đèn LED phải sáng để xác nhận rằng phần nguồn và phần logic của module đang hoạt động chính xác Hình 6.18 minh họa sơ đồ đấu dây thiết bị AC/DC.

Hình 6.18 Sơ đồ kết nổi thiết bị với nguồn AC và DC (a) nguồn AC, (b) nguồn DC

6.5.1 Ngõ vào DC (Sink/Source) r " ■" — - 1 DC Reference

Source Output ị i signal I 1.2K ị — t input I [@]ToCircuit

(b) Hình 6.19 Dòng điện trong (a) mô-đun sink/thiết bị source, (b) mô-đun source/thiết bị sink

Mạch DC khác biệt với mạch AC/DC ở chỗ không sử dụng mạch cầu H, vì không cần chuyển đổi tín hiệu AC thành DC Dải điện áp DC thường nằm trong khoảng từ 5 đến 30V Mô-đun sẽ nhận diện tín hiệu DC ở trạng thái ON khi điện áp đầu vào đạt 40% mức quy định của nguồn cấp Ngược lại, mô-đun sẽ phát hiện trạng thái OFF khi điện áp giảm xuống dưới 20% của nguồn cấp DC.

Mô-đun ngõ vào DC có thể tương tác với các thiết bị trường khi vận hành ở chế độ sink và

Chương 6: Hệthong vào/ra số ỉ 03 source Một tiện ích mà mạch AC/DC không có Sink và source hoạt động phụ thuộc vào cách kết nối của mô-đun với các thiết bị trường Nếu thiết bị cung cấp dòng khi nó đóng thi được gọi là dòng điện source Ngược lại nếu thiết bị nhận dòng điện khi nó đóng thì được gọi là dòng điện sink.

Trong hệ thống thiết bị điện, có hai loại thiết bị ngõ vào là sink và source, cùng với các mô-đun tương ứng Trong đó, thiết bị ngõ vào source và mô-đun ngõ vào sink được sử dụng phổ biến hơn cả Các công tắc đảo bên trong mô-đun thường được sử dụng để chuyển đổi giữa chế độ sink và source Hình 6.19 sẽ minh họa nguyên lý và chiều dòng điện trong chế độ sink/source.

Trong quá trình sử dụng, người dùng cần nhớ các giá trị tối đa và tối thiểu của dòng điện để kết nối thiết bị trường và mô-đun ngõ vào Nếu mô-đun cho phép chọn chế độ sink/source, người dùng phải lựa chọn phù hợp Một sự cố có thể xảy ra khi 8 ngõ vào của mô-đun được cài đặt chế độ source, trong khi tất cả thiết bị ngõ vào ngoại trừ một thiết bị đang hoạt động ở chế độ sink Khi đó, tiếp điểm thiết bị ngõ vào source sẽ đóng, nhưng mô-đun sẽ không nhận được tín hiệu ON, mặc dù volt kế vẫn đo được nguồn từ các chân của mô-đun Hình 6.20 mô tả 3 thiết bị ngõ vào kết nối với mô-đun, trong đó 2 thiết bị ở chế độ sink và 1 ở chế độ source.

Hầu hết các cảm biến tiệm cận được sử dụng làm thiết bị ngõ vào cho PLC theo dạng sink, do đó cần có mô-đun ngõ vào sink Nếu hệ thống chỉ có một ngõ vào sink trong khi bộ điều khiển đã kết nối với mô-đun ngõ vào source, người dùng có thể sử dụng mạch điện đơn giản để kết nối ngõ vào sink với mô-đun ngõ vào source Dòng source từ ngõ ra này khoảng 50mA, tuy nhiên, nếu điện áp nguồn cấp tăng lên, dòng điện ra cũng sẽ lớn hơn 50mA.

6,5.2 Ngỗ vào AC/DC cách ly ,

Mạch cách ly ngõ vào hoạt động giống như mô-đun ngõ vào AC/DC, nhưng có thêm phần cách ly Tùy thuộc vào nhà sản xuất, mô-đun ngõ vào AC/DC tiêu chuẩn thường có một đường về chung cho nhóm 4.

Mặc dù nỏ chiếm đến 95% các ứng dụng ngõ vào AC/DC, nhưng chỉ có 8 hoặc 16 điểm Tuy nhiên, nó không phù hợp cho những ứng dụng yêu cầu các dây được nối riêng lẻ hoặc cách ly.

Hệ thống vào/ra số được thiết kế để lắp đặt nhiều thiết bị đầu vào, kết nối qua các dây pha nguồn khác nhau Ví dụ minh họa trong hình 6.22 cho thấy cách kết nối 5 thiết bị sử dụng ngõ vào AC/DC cách ly, đảm bảo hiệu suất và an toàn trong quá trình hoạt động.

Mô-đun ngõ vào AC/DC cách ly cung cấp ít điểm kết nối hơn so với các mô-đun tiêu chuẩn, do kiểu nối này yêu cầu bổ sung đầu cuối cho mỗi đường hồi tiếp riêng biệt.

Mô-đun cách ly không thể áp dụng cho từng dây đon trở về, do đó kiểu nối tiêu chuẩn có thể được sử dụng Tuy nhiên, kiểu nối này làm tốn ngõ vào vì mỗi ngõ vào cần được cách ly và chỉ có một dây vào trên mỗi dây hồi tiếp Ví dụ, một mô-đun tiêu chuẩn 16 điểm với một dây chung cho mỗi nhóm 4 điểm có thể kết nối 4 thiết bị trường cách ly khác nhau, nhưng sẽ chiếm 12 diêm Hình 6.23 mô tả mô-đun 8 điểm với dây chung khác nhau cho mỗi ngõ vào, cho phép cách ly hai ngõ vào.

Tập lệnh của PLC cho những ngõ ra số

Giao diện ngõ ra số thường được sử dụng làm mô-đun ngõ ra cho PLC, kết nối bộ điều khiển lập trình với các thiết bị ngõ ra số.

Trong quá trình thảo luận về các mô-đun ngõ ra, cần lưu ý mối quan hệ giữa các tín hiệu ngõ ra (ON/OFF), rack, vị trí mô-đun, bảng sơ đồ I/O và địa chỉ trong chương trình điều khiển Hình 6.32 minh họa một mô-đun ngõ ra 8-bit đơn giản, trong đó cuộn dây của bộ khởi động động cơ (M Ỉ) được kết nối với mô-đun ngõ ra cách ly tại slot 7 trong rack.

Bộ khởi động có khả năng kết nối tối đa 8 thiết bị ngõ ra từ 0 đến 7 Cần lưu ý rằng thiết bị đầu ra được đánh dấu là 077, với 077 là viết tắt của rack 0, slot 7, chỉ vị trí kết nối cuối cùng là 7.

Mạch giao diện ngõ ra chuyển đổi điện áp từ PLC thành trạng thái ON hoặc OFF dựa trên bit tương ứng trong bảng địa chỉ ngõ ra Trạng thái này (1 hoặc 0) được thiết lập trong quá trình thực thi chương trình và được gửi đến mô-đun ngõ ra sau khi chu kỳ quét kết thúc Khi tín hiệu từ bộ vi xử lý là 1, mô-đun ngõ ra sẽ cung cấp điện áp (ví dụ, 120 VAC) cho thiết bị, làm cho thiết bị hoạt động Ngược lại, nếu tín hiệu là 0, mô-đun sẽ ngắt điện áp xuống 0 V, khiến thiết bị tắt Lệnh cuộn dầy ngõ ra (-Out) sẽ kích hoạt giao diện ngõ ra khi địa chỉ tham chiếu là logic 1 (ON).

Chương 6: Hệ thống vào/ra số Ỉ09

Logic 1 =Ml ON Trạng thái được chuyển từ bảng thông qua một lệnh đon bit

Hình 6.32 Bảng ngõ ra 8 bit kết nối mạch ngõ ra từ LI đến L2

Ngõ ra đa bit, như ngõ ra thanh ghi BCD, sử dụng các lệnh khối chức năng để xuất dữ liệu từ một word hoặc thanh ghi vào mô-đun Các lệnh này, cùng với lệnh ngõ vào, đóng vai trò quan trọng trong lập trình và điều khiển tín hiệu I/O số.

Thông tin của 16 bít được lưu trữ ởmodule ngố ra

Hình 6.33 Lệnh khối chức năng chuyển dữ liệu ngổ ra.

Thiết bị trường ngõ ra

Module ngõ ra nhiều bít

Trong ví dụ 6-3, chúng ta xác định địa chỉ cho mồi thiết bị ngõ ra trong mô-đun ngõ ra 8-bit của cấu hình rack như hình 6-34 Giả sử bốn slot đầu tiên của PLC loại nhỏ với 64 điểm I/O được lắp mô-đun ngõ ra, trong khi bốn slot tiếp theo lắp mô-đun ngõ vào Sơ đồ địa chỉ theo quy ước kết nối bắt đầu tại địa chỉ 000, và hệ thống sử dụng hệ thống số bát phân.

Rack 0 Ngõ ra Ngõ vào t _ ' Hình 6.34 cấu hình rack cho ví dụ 6.3.

Các thiết bị ngõ ra kết nối với mô-đun số có địa chỉ từ 010 đến 017, nằm trong rack 0, slot 1, với tám thiết bị ngõ ra sử dụng các bit từ 0 đến 7 Cụ thể, PL1 được gọi là thiết bị ngõ ra 010, MI là 011, và SOLI là 012 Khi một địa chỉ bit được đặt lên 1, thiết bị trường tương ứng sẽ được kích hoạt.

Hình 6.35 Địa chỉ các thiết bị ngõ ra cho bởi ví dụ 6.3.

Khi Neu MI được kết nối với một ngõ ra số khác, địa chỉ của nó sẽ thay đổi Vì vậy, địa chỉ sử dụng trong chương trình điều khiển cần được cập nhật, do chỉ có một địa chỉ tham chiếu cho việc kết nối thiết bị ngõ ra số.

Ngõ ra sổ

Các thiết bị trường với mô-đun ngõ ra số yêu cầu điện áp khác nhau, với các loại điện áp được quy định như 120 VAC và 12 VDC Bảng 6.4 minh họa một số thiết bị ngõ ra điển hình, trong khi Bảng 6.5 liệt kê các chuẩn điện áp ngõ ra theo mức độ phổ biến.

Chương 6: Hệthong vào/ra số ỉỉỉ

230 volts AC/DC ContACt (relay) Isolated output TTL level 5-50 volts DC (sink/source)

Bảng 6.4 Thiêt bị ngõ ra sò

230 volts AC/DC ContACt (relay) Isolated output TTL level 5-50 volts DC (sink/source) Bảng 6.5: Điện áp định mức ngõ ra.

Các mạch giao tiếp ngõ ra AC có sự khác biệt giữa các nhà sản xuất PLC, nhưng sơ đồ khối trong hình 6.36 mô tả cấu hình chung của mạch ngõ ra AC Mạch này bao gồm các phần logic và điện, cùng với một mạch cách ly Mô-đun ngõ ra có thể được coi như một công tắc đơn giản (xem hình 6.37), dòng điện này cung cấp để điều khiển thiết bị ngõ ra có công suất nhỏ.

Hình 6.36 Sơ đồ ngổ ra dạng AC Trong quá trình hoạt động, bộ vi xử lý gửi trạng thái đến ngố ra Nếu ngõ ra được kích hoạt

ON (đặt mức logic 1 trong bảng ngõ ra), phần logic của mô-đun sẽ duy tri (chốt) trạng thái ON

Mạch ngõ ra AC điển hình hoạt động bằng cách gửi tín hiệu ON qua mạch cách ly, cung cấp điện áp cho các thiết bị trường và duy trì tín hiệu ON cho bảng ngõ ra Khi ngõ ra chuyển sang trạng thái OFF (không được kích hoạt), phần logic sẽ hủy duy trì tín hiệu, dẫn đến việc tín hiệu OFF không còn cung cấp điện áp cho thiết bị ngõ ra.

Hình 6.37 Chức năng như công tắc của một giao diện ngổ ra.

Hình 6.38 Mạch điện cơ bản ngõ ra AC.

Chuyển mạch trong phần công suất của mô-đun ngõ ra AC được thực hiện bằng cách sử dụng bộ khuếch đại triac hoặc bộ chỉnh lưu có điều khiển silicon (SCR) nhằm chuyển đổi điện.

Các ngõ ra AC được trang bị đèn LED để hiển thị tín hiệu logic và điện áp mạch điện Nếu mạch ngõ ra có cầu chì, sẽ có thêm đèn báo trạng thái cầu chì Hình 6.39 minh họa sơ đồ kết nối ngõ ra AC, trong đó nguồn điện (L1) cung cấp điện áp cho mô-đun sử dụng để cấp điện cho các thiết bị ngõ ra.

Chương 6: Hệthống vào/ra số 113

Hình 6.39 Sơ đồ kết nối mô-đun ngõ ra.

6.7.2 Ngõ ra DC (sink/sotưce)

Mô-đun ngõ ra DC điều khiển thiết bị bằng cách chuyển đổi trạng thái ON/OFF, hoạt động tương tự như mô-đun ngõ ra AC nhưng sử dụng transistor để truyền tải Giống như triAC, transistor dễ bị quá áp và quá dòng, có thể dẫn đến lồi ngõ ra và ngắn mạch Để ngăn chặn sự cố, transistor thường được bảo vệ bởi một diode tự do đặt trên tải, và có thể kết hợp thêm cầu chì để bảo vệ transistor khỏi quá tải, giúp ngắt dòng điện nhanh chóng khi xảy ra sự cố.

Mô-đun ngõ ra DC có khả năng cấu hình sink/source tương tự như mô-đun ngõ vào DC Khi mô-đun được cấu hình sink, dòng điện sẽ chảy từ tải vào đầu cuối của mô-đun, cung cấp nguồn âm cho tải Ngược lại, khi mô-đun được cấu hình source, dòng điện sẽ chạy từ mô-đun vào tải, chuyển điện áp dương sang tải.

Hình 6.40 mô tả mô-đun ngõ vào DC dạng Source điển hình, trong khi hình 6.41 thể hiện các kết nối thiết bị cho cả hai cấu hình Source và Sink Cần lưu ý rằng trong thiết bị ngõ ra Sink, dòng điện sẽ chạy từ mô-đun ra thiết bị, ngược lại, trong thiết bị ngõ ra Source, dòng điện sẽ chạy từ thiết bị vào mô-đun.

Hình 6.41 Kết nối mô-đun ngõ ra DC với thiết bị ngoài sink/source

6.7.3 Ngõ ra AC và DC cách ly

Các mô-đun ngõ ra AC và DC cách ly hoạt động tương tự như các mô-đun ngõ ra tiêu chuẩn, với điểm khác biệt là mỗi ngõ ra có mạch hồi tiếp riêng biệt Điều này cho phép mô-đun điều khiển các thiết bị ngõ ra hỗ trợ bởi các nguồn khác nhau và có thể nối đất khác nhau, tạo ra sự linh hoạt trong cấu hình hệ thống.

Hình 6.42 Sơ đồ cách ly ngõ ra AC.

Một mô-đun ngõ ra tiêu chuẩn không cách ly có một kết nối hồi tiếp chung cho tất cả các ngõ ra Tuy nhiên, một số mô-đun cung cấp một đường hồi tiếp chung riêng cho mỗi nhóm ngõ ra.

Mô-đun có tám hoặc nhiều ngõ ra thường được sử dụng trong các hệ thống điều khiển Mô-đun cách ly cung cấp ít tiếp điểm hơn so với các mô-đun thông thường, vì chúng cần các điếm phụ cho mỗi điếm hồi tiếp trên đường dây Hình 6.42 minh họa cách kết nối đến một mô-đun ngõ ra AC cách ly.

Chương 6: Hệ thống vào/ra số ÌÌ5

Mô-đun ngõ ra TTL cho phép PLC điều khiển các thiết bị ngõ ra TTL tương thích như hiển thị LED bảy đoạn, mạch tích hợp và thiết bị sử dụng điện áp 5 VDC Hầu hết các mô-đun này cần nguồn điện 5 VDC bên ngoài với yêu cầu dòng điện cụ thể, trong khi một số mô-đun có nguồn cung cấp 5 VDC nội bộ từ mạch điện phía sau của rack.

Mô-đun TTL mật độ cao có thể cung cấp lên đến 16 tiếp điểm ngõ ra, trong khi các mô-đun tiêu chuẩn thường có 8 tiếp điểm Các thiết bị ngõ ra phổ biến sử dụng mô-đun TTL mật độ cao bao gồm đèn LED 7 đoạn 5 VDC Hình 6.43 minh họa các loại kết nối ngõ ra điển hình đến mô-đun ngõ ra TTL, yêu cầu nguồn điện bên ngoài để hoạt động hiệu quả.

I ** Cáp chống nhiễu noi duy nhất

I một đầu (Bu lông lắp khung gầm)

Hình 6.43 Kết nối ngõ ra dạng TTL.

6.7.5 Ngõ ra thanh ghì/BCD

Mỗi ngõ vào điều khiển vị

► trí một bit trong thanh ngõ vào

Hỉnh 6.44 Kết nối ngõ ra BCD và led 7 đoạn

116 Chương 6: Hệ thống vào/ra số

Ngõ ra thanh ghi/BCD cho phép truyền thông song song giữa bộ vi xử lý và thiết bị ngõ ra như hiển thị LED bảy đoạn hoặc màn hình LCD Mô-đun ngõ ra thanh ghi có khả năng điều khiển tải DC với dòng điện thấp (0,5A) và cung cấp điện áp từ 5 VDC (TTL) đến 30 VDC, với 16 hoặc 32 tiếp điểm (một hoặc hai thanh ghi I/O) Thông tin được gửi đến mô-đun từ bảng dữ liệu thanh ghi lưu trữ, với một word 16-bit hoặc thanh ghi được truyền đến địa chỉ mô-đun qua lệnh thanh ghi Khi dữ liệu đến mô-đun, nó được chốt và tiếp điểm ngõ ra sẽ có điện.

Hình 6.45 Gửi bảng dữ liệu ngõ ra 16 bit.

Khối chuyển dữ I liệu hoặc lệnh J chuyển dữ liệu

Mô-đun ngõ ra ghép kênh có khả năng kết hợp các tín hiệu tương tự như ngõ vào ghép kênh Thiết bị ghép kênh, chẳng hạn như chữ số hiển thị BCD, yêu cầu cổng tín hiệu để hoạt động hiệu quả.

Các thông số I/O

Việc đánh giá thông số dòng điện, điện áp và kỹ thuật của các I/O trên mô-đun tiêu chuẩn thường bị bỏ qua, nhưng các thông số này rất quan trọng để đảm bảo sử dụng mô-đun một cách an toàn và hiệu quả Thông số kỹ thuật do nhà sản xuất cung cấp xác định các giới hạn hoạt động của mô-đun, và việc không tuân thủ những thông số này có thể dẫn đến hỏng hóc hoặc lỗi trong hoạt động của thiết bị Đặc biệt, điện áp định mức đầu vào, bao gồm giá trị chuẩn của tín hiệu AC hoặc DC, là yếu tố cần thiết mà các mạch cần phải chấp nhận, với một mức độ lệch nhất định.

Chương 6: Hệthống vào/ra số 121 giá trị định mức ±10 đến 15% Đặc điểm này cũng có thể được gọi là dải điện áp ngõ vào Đối với mạch có điện áp định mức là 120 VAC, với một khoảng lệch ± 10%, điện áp đầu vào chấp nhận được tối thiểu và lớn nhất cho hoạt động sẽ là từ 108 VAC đến 132 VAC.

Dòng điện định mức ngõ vào là dòng điện tiêu chuẩn tương ứng với mức điện áp định mức để mạch hoạt động hiệu quả Điện áp ngưỡng ngõ vào là giá trị điện áp mà tại đó tín hiệu ngõ vào được công nhận và xử lý chính xác.

Điện áp ngưỡng ON, hay còn gọi là đặc điểm kỹ thuật ON, là một yếu tố quan trọng trong thiết kế mạch Bên cạnh đó, một số nhà sản xuất cũng quy định điện áp OFF, xác định mức điện áp mà tại đó mạch đầu vào hoàn toàn không hoạt động.

Độ trễ ngõ vào xác định thời gian mà tín hiệu ngõ vào cần đạt ngưỡng ON để được công nhận, thường dao động từ 9-25 ms cho ngõ vào AC/DC tiêu chuẩn và 1-3 ms cho TTL hoặc ngõ vào điện tử Sự chậm trễ này là do mạch lọc nhằm bảo vệ khỏi nhiễu và quá áp Điện áp định mức ngõ ra là giá trị chuẩn của điện áp AC hoặc DC mà các mô-đun ngõ ra có thể điều khiển, với độ lệch cho phép thường là ± 10-15% Một số mô-đun ngõ ra có điện áp định mức, ví dụ như 48 VDC, có phạm vi làm việc từ 42 đến 56 VDC.

Dòng điện định mức ngõ ra, hay còn gọi là dòng điện trạng thái ON định mức, là dòng điện tiêu chuẩn mà mô-đun có thể chịu đựng Thông số này thường được xác định ở nhiệt độ môi trường từ 0-60°C Khi nhiệt độ môi trường tăng lên, dòng điện định mức ngõ ra sẽ giảm Việc vượt quá dòng định mức có thể gây hư hỏng cho thiết bị.

Công suất định mức ngõ ra xác định tổng công suất tiêu chuẩn mà đầu ra có thể tiêu hao cho tất cả các mạch điện, được đo bằng volt-ampe (VA) hoặc watt (W) Tuy nhiên, giá trị công suất mô-đun I/O có thể không chính xác nếu tất cả các ngõ ra trên mô-đun được kích hoạt cùng một lúc.

Dòng điện yêu cầu là mức điện năng mà một mạch logic của mô-đun I/O cần cung cấp Để xác định xem nguồn cung cấp có đủ công suất hay không, cần tính tổng tất cả các dòng điện yêu cầu của các mô-đun trên rack và so sánh với khả năng cung cấp của nguồn Nếu nguồn cung cấp không đáp ứng đủ dòng điện yêu cầu, sẽ xảy ra gián đoạn cho các thiết bị ngõ vào hoặc ngõ ra.

Dòng điện cực đại (Max) là giá trị dòng điện vượt ngưỡng cao trong một khoảng thời gian ngắn (ví dụ: 20 amps trong 0.1 giây) khi mạch ngõ ra ở trạng thái ON Hiện tượng dòng điện tăng cao thường xảy ra do quá tải ngõ ra hoặc điện áp dây, cũng như do việc chuyển đổi tải tạo dòng khởi động Để bảo vệ các thiết bị khỏi tình trạng quá dòng, có thể sử dụng diode, diode zener hoặc mạch RC.

Dòng điện rò là giá trị tối đa của dòng điện rò rỉ nhỏ qua triAC hoặc transistor trong trạng thái OFF, thường nằm trong khoảng an toàn từ vài microamper đến vài milliamper Độ trễ ngõ ra khi ON là thời gian cần thiết để ngõ ra chuyển từ trạng thái OFF sang ON sau khi mạch logic nhận lệnh kích hoạt, ảnh hưởng đến thời gian yêu cầu để kích hoạt thiết bị ngõ ra Thời gian tối thiểu này rất quan trọng để điều khiển hiệu quả thiết bị ngõ ra.

Khi logic điều khiển ở trạng thái TRUE, tổng thời gian cần thiết để bật thiết bị bao gồm thời gian quét chương trình, thời gian cập nhật I/O, độ trễ ngõ ra ON và thời gian đáp ứng của thiết bị Độ trễ ngõ ra khi chuyển từ trạng thái OFF sang ON là khoảng thời gian mà ngõ ra cần để thực hiện lệnh OFF đã nhận Thời gian này ảnh hưởng đến tổng thời gian tắt thiết bị Để tắt một thiết bị ngõ ra khi logic điều khiển ở trạng thái FALSE, tổng thời gian cần thiết bao gồm thời gian quét chương trình, thời gian cập nhật I/O, độ trễ ngõ ra OFF và thời gian đáp ứng của thiết bị Điện áp cách ly là giá trị tối đa của điện áp mà sự cô lập giữa mạch I/O và mạch logic điều khiển được đảm bảo.

Dải điện áp/dòng điện ngõ ra là phạm vi tín hiệu điện áp hoặc dòng điện mà bộ chuyển đổi D/A cung cấp ở ngõ ra tương tự Một mô-đun ngõ ra tương tự có thể có nhiều dải tín hiệu khác nhau, bao gồm cả dải phân cực và lưỡng cực, chẳng hạn như từ 0 đến 10 V, -10 đến +10 V, hoặc 4 đến 20 mA.

Dải điện áp/dòng điện ngõ vào của bộ chuyển đổi A/D xác định phạm vi tín hiệu điện áp hoặc dòng điện, với các mô-đun có thể có nhiều dải khác nhau như 0 đến 10 V, -10 đến +10 V, hoặc 4 đến 20 mA Độ phân giải là mức độ chuyển đổi của dòng điện hoặc điện áp ngõ vào/ngõ ra tương ứng với giá trị thực tế trong dải xác định, phụ thuộc vào số bít của bộ chuyển đổi A/D hoặc D/A Ví dụ, bộ chuyển đổi 8-bit có độ phân giải 1 phần 256, và với dải từ 0 đến 10 V, độ phân giải sẽ là 10 chia cho 256.

Số tiếp điểm trên mỗi mô-đun: Là số lượng ngõ vào/ngõ ra trên một mô-đun Thông thường, một mô-đun sẽ có 1,2, 4, 8 hoặc 16 tiếp điểm.

Kích thước dây là số lõi và đường kính mà I/O chấp nhận, tuy nhiên, người dùng cần tự xác minh thông số này vì nhà sản xuất không phải lúc nào cũng cung cấp Nhiệt độ môi trường định mức là mức nhiệt tiêu chuẩn xung quanh hệ thống I/O để đảm bảo hoạt động hiệu quả; thông số này quan trọng để sử dụng tản nhiệt cho các mạch khi nhiệt độ cao hơn mức cho phép Độ ẩm định mức, thường từ 0 - 95%, cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh ảnh hưởng đến thiết bị, vì độ ẩm cao có thể gây ra lỗi mạch do ngưng tụ trên bảng mạch.

Việc tuân thủ chính xác các thông số kỹ thuật từ nhà sản xuất không chỉ đảm bảo thiết bị hoạt động hiệu quả và an toàn, mà còn góp phần kéo dài tuổi thọ của nó.

Chương 7:Hệ thắng vào/ra tương tự ỉ 23

HỆ THÓNG VÀO/RA TƯƠNG Tự

Hệ thống vào/ra tuông tự

Mô tả dữ liệu ngõ vào tương tự

Các thiết bị ngõ vào tương tự nhận tín hiệu từ các cảm biến và đầu dò, chuyển đổi các tín hiệu này thành tín hiệu điện có thể khuếch đại Bộ chuyển đổi biến đổi tín hiệu từ các thiết bị trường như áp suất và nhiệt độ thành các giá trị điện áp hoặc dòng điện, thường là 0-10VDC cho điện áp và 4-20mA cho dòng điện Các bộ chuyển đổi hiện đại được thiết kế để tương thích với các phạm vi tín hiệu của cảm biến, đảm bảo tín hiệu điện áp đầu ra đủ lớn để mô-đun ngõ vào tương tự có thể đọc được.

Có nhiều loại cảm biến cung cấp các tín hiệu khác nhau, do đó các mô-đun ngõ vào tương tự cũng có các tiêu chuẩn điện áp hoặc dòng điện riêng Bảng 7.2 trình bày các tiêu chuẩn dòng và điện áp định mức cho các mô-đun ngõ vào tương tự Cần lưu ý rằng các mô-đun này có thể có điện áp dương (không có phần điện áp âm, ví dụ từ 0 đến +5 VDC) hoặc lưỡng cực (bao gồm cả điện áp âm và dương, ví dụ từ -5 đến +5 VDC).

Hình 7.5 Chuyển đổi tín hiệu tương tự bởi bộ chuyển đổi Bảng 7.2 Giá trị định mức của tín hiệu ngõ vào

Cảm nhận tín hiệu điện áp thấp từ khuếch đại điện áp hoặc dòng có giá trị số hiệu vạt lý tương thích với module giao tiếp, cho phép chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số hoặc BCD, như minh họa trong Hình 7.6.

Như đã đề cập ở trên, một mô-đun ngõ vào tương tự biển-đổi tín hiệu ngõ vào tương tự thành

Chương 7: Hệthống vào/ra tương tự 127 giá trị số để người dùng và máy hiểu được (xem hình 7.6) Giá trị số này là tương đương giá trị tương tự được chuyển đổi Thiết bị cảm biến trường gửi một tín hiệu điện áp thấp hoặc dòng điện rất thấp tới bộ chuyển đổi (đôi khi được kết hợp trong cùng một bộ phận của cảm biến) để khuếch đại tín hiệu theo tỉ lệ với tín hiệu đo Tín hiệu khếch đại này được đưa đến mô-đun ngõ vào Tiếp theo, mô-đun thực hiện sổ hóa tín hiệu bang cách chuyển đổi nó thành một số nhị phân tương đương, sau đó nó được chuyển vào bộ điều khiển Do đó, giá trị nhị phân mà PLC nhận được là tương đương tín hiệu tương tự đo được.

Bộ chuyển đổi tương tự sang số (A/D hoặc ADC) chuyển đổi tín hiệu trong mô-đun ngõ vào tương tự bằng cách chia tín hiệu thành nhiều số đại diện cho cường độ dòng điện hoặc điện áp Sự phân chia này được gọi là độ phân giải, cho biết số lượng mà bộ chuyển đổi A/D sẽ phân chia tín hiệu ngõ vào, được đặc trưng bởi số bit mà bộ chuyển đổi sử dụng Chẳng hạn, một bộ A/D với độ phân giải 12 bit có khả năng chia tín hiệu ngõ vào thành 4096 phần (212 = 4096), với giá trị nhị phân từ 0000 đến 1111 1111 1111.

Số 4095 (thập phân) đại diện cho tín hiệu, trong khi các bit còn lại (bit 14-17) có thể được sử dụng để theo dõi trạng thái của mô-đun, mô tả các điều kiện như hoạt động và điều khiển kênh.

Tín hiệu ngõ vào tương tự

(Điện áp 1X 12 Bits hoặc dòng— AD>—— - điện từ bộ 1^- Chuyển chuyển đôj ,.ưn đổi (Cảm hiệu.,ljên

Hình 7.7 Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số 12 bit

Bộ chuyển đổi A/D chuyển đổi các giá trị số sang định dạng có thể xử lý, sẵn sàng cho các thanh ghi hoặc từ Các giá trị này thường được định dạng theo yêu cầu của PLC, với nhị phân và BCD là hai định dạng phổ biến nhất Đặc biệt, trong định dạng BCD, mô-đun hoặc bộ xử lý cần thực hiện thêm các phép tính tuyến tính để tạo ra số BCD hợp lệ.

Một số PLC cung cấp bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự ngõ vào thành giá trị số từ 0 đến 9999 Bảng 7.3 minh họa quá trình chuyển đổi giá trị psi (đơn vị áp suất) sang các đơn vị kỹ thuật và số thập phân tương ứng Mô-đun chuyển đổi biến tín hiệu từ 0 đến 500 psi sang phạm vi điện áp 0 đến 10 VDC, sau đó chuyển đổi điện áp này thành giá trị thập phân tương đương.

BitO Bit 1 Bit 2 Bit 3 Bit 4 Bịt5 Bit 6 Bit 7

128 Chương 7: Hệ thống vào/ra tương tự

Giá trị thập phân là 0 tương ứng với 0 psi, trong khi giá trị thập phân là 4095 tương ứng với

500 psi Các ví dụ sau đây minh họa bộ chuyển đổi A/D tính toán giá trị số tương đương cho một tín hiệu vào tương tự.

Bảng 7.3 Giá trị chuyển đổi áp suất tương ứng Áp suất (PSI) Ngõ vào điện áp tương tự

Biểu diễn sổ dưới dạng thập phân (0 - 9999)

Biểu diễn số dưới dạng thập phân

Một mô-đun ngõ vào được kết nối với bộ biến đổi nhiệt độ và bộ chuyển đổi A/D có độ phân giải 12-bit Khi bộ chuyển đổi nhiệt độ nhận tín hiệu hợp lệ từ quá trình, nó sẽ thực hiện chuyển đổi và cung cấp dữ liệu chính xác cho hệ thống.

- 600°C), nó cung cấp tín hiệu điện áp thông qua một bộ chuyển đổi tín hiệu là (1 - 5 VDC) đe tương thích với mô-đun ngõ vằ tương tự.

Mối quan hệ giữa nhiệt độ, tín hiệu điện áp và giá trị sổ

Dải nh iệt độ Dải điện áp Giá trị số 12 bit (ĐV) Giá trị số 10 bit (ĐV)

Hình 7.8 Module tương tự kết nối với cảm biến nhiệt độ

Chương 7,- Hệ thổng vào/ra tương tự 129

Để tìm sự thay đổi điện áp tương đương cho mỗi đơn vị đếm, cần xác định sự thay đổi điện áp trên mỗi độ Celsius Giả sử mô-đun ngõ vào biến đổi dữ liệu từ 0 đến 4095, số đếm tương đương cho mỗi độ Celsius sẽ được tính toán dựa trên khoảng điện áp tối đa và tối thiểu.

(b) Tìm các giá trị tương tự cho một mô-đun có độ phân giải 10-bit.

(a) Mối quan hệ giữa nhiệt độ, điện áp và số đếm là:

Sự thay đổi (A) trong nhiệt độ, điện áp và số đếm là 500°C, 4 VDC và 4095 số đếm, Do đó, sự thay đổi điện áp cho 1 °C là:

Sự thay đổi điện áp cho mỗi đầu vào là:

Do đó, số đếm tương ứng của mỗi độ Celsius là:

(b) Độ phân giải bộ chuyển đổi A/D 10 bit sẽ số hóa tín hiệu ngõ vào thành 1024 (nghĩa là

210 = 1024 lần, từ 0000 đến 1023) Mối quan hệ giữa nhiệt độ, tín hiệu điện áp và số đếm là:

Sự thay đổi nhiệt độ, điện áp và đếm là 500°C, 4 VDC và 1023 số đếm Sự thay đổi điện áp trên mỗi mức độ sẽ giong như trong phần (a):

Sự thay đổi điện áp trên mỗi đầu vào là:

Như vậy, sổ đếm tương ứng của mỗi độ Celsius là:

Cảm biến nhiệt độ cung cấp tín hiệu điện áp 0-10 VDC tương ứng với nhiệt độ đo được từ 0 đến 1000°C Các mô-đun ngõ vào tương tự nhận tín hiệu điện áp đơn cực 0-10 VDC và chuyển đổi nó thành bộ đếm có phạm vi từ 0-4095 Hệ thống cũng sử dụng các báo động mức thấp và cao tại 100°C và 500°C để cảnh báo.

130 Chương 7: Hệthống vào/ra tương tự

Hỉnh 7.9 Cảm biến nhiệt độ kết nối với mô-đun tương tự Tìm mối quan hệ (tức là phương trình tuyến tính) giữa biến đổi tín hiệu ngố vào (nhiệt độ) và giá trị số trên PLC.

Tim số đếm tương ứng cho mỗi giá trị nhiệt độ báo động được cho trước.

Hình 7.10 minh họa mối quan hệ giữa số đếm, tín hiệu điện áp ngõ vào (VDC) và nhiệt độ (°C) Đường Y cho thấy sự liên kết tuyến tính giữa tín hiệu ngõ vào và số đếm.

0 VDC Đường thẳng: Yoc = mxcounls

Tính toán báo động 4095 Phạm vi kiểm tra

Phạm vi kiểm fra báo động °C

Để xác định mối quan hệ giữa nhiệt độ và số đếm, cần tìm các hệ số của phương trình cho đường biểu diễn tín hiệu ngõ vào.

Y Phượng trình này có dạng Y = mX + b, trong đỏ m là độ dốc của đường thẳng và được mô tả bởi: m = /020 - rHlEE XE2I3 - YEiaa = °C020 - °C0l®@count2 - countlE = 1000 — 004095 — 00= 1000040950

Y2, Y1, X2, và XI là điểm đã biết Giá trị b là giá trị của Y, hoặc °C, khi X, hoặc số đếm bằng 0 Giá trị này có thế được tính như sau: b = Y0°C0 - m XEcountsẼI

Trong đó Y và X là các giá trị tại các điểm đã biết (tức là ở o°c và số đếm 0) Khi X = 0, Y

Thay các giá trị xuất phát cho m và b vào phương trình Y = mX+ b tạo ra phương trình của dòng Y:

Chương 7: Hệthống vào/ra tương tự 13]

Sử dụng số đếm 4095 và 1000°C làm giá trị X và Y khi tinh b có thể dẫn đến cùng một phương trình.

(b) Dựa trên phương trình của đường Y, giá trị sổ cho mỗi phạm vi báo động là:

Vì vậy, đối với giá trị: Y 0°C và YP0°C, các giá trị X là:

Tại số đếm 100°C, giá trị tương ứng là 409,5, và tại 500°C là 2047,5 Sau khi làm tròn, các giá trị này trở thành 410 và 2048 Do đó, khi số đếm đạt 410, báo động nhiệt độ thấp sẽ kích hoạt, trong khi báo động nhiệt độ cao sẽ được kích hoạt khi số đếm đạt 2048.

Xử lý dữ liệu ngõ vào tương tự

Mô-đun chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số cho phép bộ vi xử lý đọc và sử dụng giá trị dưới dạng nhị phân cho các yêu cầu lập trình Trong quá trình đọc ngõ vào, bộ vi xử lý lấy giá trị từ mô-đun và chuyển tiếp thông tin đến vị trí được người dùng chỉ định, thường là khu vực word hoặc thanh ghi lưu trữ Bộ vi xử lý nhập giá trị đếm vào bộ nhớ thông qua các lệnh khác nhau so với các mô-đun ngõ vào số tiêu chuẩn, nhưng vẫn giữ nguyên cách thực hiện tương tự như các giao diện ngõ vào số.

Hầu hết các mô-đun tương tự đều có nhiều kênh ngõ vào, cho phép kết nối với nhiều tín hiệu miễn là chúng tương thích Một số nhà sản xuất bộ điều khiển lập trình sử dụng các lệnh như lệnh chuyển khối và lệnh số học để lấy giá trị từ địa chỉ của mô-đun tương tự.

132 Chương 7: Hệ thắng vào/ra tương tự

I Sự thay đổi liên tục Tín hiệu điện áp Input

Module ngõ vào tương tự Thanhshi ,U1J trií siá tri tự

Lệnh đọc ngõ vào tương tự • Vùng nhớ

Ví trí Word í hoặc vị trí I thanh ghi 1 lưu trữ I

Khi bộ xử lý thực hiện lệnh đọc tín hiệu tương tự, nó sẽ lấy dữ liệu từ mô-đun trong lần quét I/O tiếp theo và lưu trữ vào thanh ghi chỉ định Nếu có nhiều kênh cần đọc, bộ xử lý sẽ thu thập và lưu trữ dữ liệu từ từng kênh trong mỗi lần quét mà không làm chậm quá trình xử lý tín hiệu.

Bộ vi xử lý xác định xem mô-đun lắp vào slot trên rack có phải là mô-đun tương tự hay không Nếu đúng, bộ vi xử lý sẽ đọc dữ liệu từ các nhóm 16 bit hoặc 12 bit, tùy thuộc vào độ phân giải, và hiển thị giá trị tương tự dưới dạng nhị phân hoặc BCD Một số bộ điều khiển còn cung cấp thông tin chẩn đoán về mô-đun và các kênh của nó bằng cách đọc thêm một word hoặc thanh ghi sau khi tất cả các kênh đã được nhập.

•ẠC. l ệnh cho phép Rack 0

So kcnh 8 Thanh ghi chi dinh:

Anh thực tế module AD cua hãng Mitsubishi được láp đặt ờ Slot thứ 03

Hình 7.12 Địa chỉ module tương tự

Chương 7; Hệthống vào/ra tương tự 133

Trạng thái thanh ghi của module (2 Bits trên một kênh)

Hình 7.13 Các bit bên trong một thanh ghi cho biết trạng thái của mỗi kênh.

Vị trí vật lý của mô-đun trong rack xác định địa chỉ của nó, với quy tắc xác định bao gồm số thứ tự slot, rack, kênh hoặc ngõ vào tương tự, và địa chỉ thanh ghi đích Ví dụ, nếu mô-đun sử dụng tám kênh và thanh ghi đích bắt đầu từ địa chỉ 2008, thanh ghi cuối cùng sẽ là 2078 Mô-đun cũng có khả năng gửi tín hiệu đến thanh ghi trạng thái, nơi các bit sẽ chỉ ra trạng thái của mỗi kênh Bộ vi xử lý tự động gán phạm vi thanh ghi theo số kênh, nhưng lập trình viên cần tránh chồng chéo trong việc sử dụng các thanh ghi đã được chỉ định.

7.5 Ket nổi ngõ vào tưong tự

Các mô-đun ngõ vào tương tự thường có trở kháng ngõ vào cao, lên tới Megaohm, phù hợp với tín hiệu điện áp Ngược lại, các mô-đun ngõ vào kiểu dòng điện cung cấp trở kháng ngõ vào thấp, từ 250 đến 500 ohm, điều này là cần thiết để đảm bảo tính tương thích với các thiết bị cảm biến.

Mô-đun ngõ vào tương tự có hai loại ngõ vào: đơn và độc lập Trong ngõ vào đơn, các chân chung được kết nối với nhau, trong khi ngõ vào độc lập có các chân vào và chân chung riêng biệt cho từng kênh Mô-đun ngõ vào đơn thường có nhiều tiếp điểm hơn so với mô-đun ngõ vào độc lập Tùy thuộc vào nhà sản xuất, mô-đun có thể được cài đặt ở chế độ ngõ đơn hoặc độc lập thông qua thiết bị chuyển mạch Hình 7.14 minh họa các kết nối điển hình cho ngõ vào đơn và độc lập.

Mồi kênh trong một mô-đun tương tự cung cấp các mạch lọc và cách ly tín hiệu, giúp bảo vệ các mô-đun khỏi nhiễu từ các yếu tố bên ngoài.

Các mô-đun ngõ vào tương tự thường sử dụng nguồn điện chính từ phía sau rack thay vì nguồn bên ngoài Tuy nhiên, chúng yêu cầu dòng điện lớn hơn so với các mô-đun số, vì vậy cần chú ý đến vấn đề dòng tải khi cấu hình hệ thống PLC và lựa chọn nguồn cung cấp phù hợp.

134 Chương 7: Hệthống vào/ra tương tự

Hình 7.14 Sơ đồ kết nối các dạng mô-đun ngõ vào tương tự (a) Ngõ đơn; (b) Độc lập

7.6 Tổng quan về ngõ ra tương tự

Mô-đun ngõ ra tương tự được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển thiết bị ngõ ra với điện áp hoặc dòng điện dạng tương tự Một ví dụ điển hình là van điều chỉnh lưu lượng, thường thấy trong các máy ép thủy lực, yêu cầu tín hiệu 0-10 VDC để điều chỉnh thể tích dầu bơm vào xi-lanh, từ đó thay đổi tốc độ trục (pitton) Bảng 7.4 cung cấp danh sách một số thiết bị ngõ ra tương tự.

Tín hiệu áp suất tương tự

Valve điều chỉnh lưu lượng

Bộ chuyển đổi (Áp suất thành điện áp)

Tín hiệu ngõ ra dòng điện hoặc điện áp Đếnhệ con lặc imtliuy lực hoặc xi lanh thủy lực Áp suất psi 7

Hình 7.15 Tín hiệu tương tự điều khiển van Bảng 7.4 Các thiết bị ngổ ra tương tự

Cơ cấu chấp hành Động cơ điện

Bộ chuyển đổi áp suấtThiết bị hiểnthị tương tự

Chương 7:Hệ thốngvào/ra tươngtự 135

7.7 Các lệnh mô-đun ngõ ra tương tự

Các lệnh cho ngõ ra tương tự tương tự như các lệnh cho ngõ ra số, được sử dụng để gửi thông tin đến các thiết bị trường Bộ điều khiển truyền nội dung từ thanh ghi, thường được xác định bởi các tham số cụ thể.

Mô-đun ngõ ra 12 bit thực hiện lệnh bằng cách chuyển đổi giá trị số sang dạng tương tự (Digital to Analog) ở định dạng BCD hoặc nhị phân, sau đó gửi đến thiết bị điều khiển trường Hình 7.18 minh họa quá trình chuyển 12 bit dữ liệu từ thanh ghi 2000 đến mô-đun ngõ ra tương tự kết nối với van điều khiển Thông tin 12 bit này, được truyền đến thiết bị trường để điều khiển, là kết quả của các phép tính trong chương trình PLC.

Tín hiệu liên tục (Dòng điện hoặc điện áp tương tự cấp cho cơ cấu chấp hành điều khiển )

Hình 7.16 Chuyển đổi dữ liệu thanh ghi sang tín hiệu tương tự

J Module ngõ vào tương ỉ; tự hãng Mitsubishi (Q68DAI)

Cơ cấu chấp hành (ví dụ: valve điều khiển)

17 16 15 14 13 12 trong PLC sử dụng lệnh From/To để đọc hoặc xuất dữ liệu giữa module CPU và module AD/DA

Hình 7.17 Các bước chuyển đổi dữ liệu sang tín hiệu tương tự

136 Chương 7: Hệ thống vào/ra tương tự

PLC trong sử dụng lệnh From/To để đọc hoặc xuất dữ liệu giữa module CPU và module AD/DA

Ví dụ Mitsubishi Module CPU hãng

Cơ cấu chấp hành (valve)

Hình 7.18 Sơ đồ khối chuyển đổi dừ liệu tín hiệu ngõ ra

Hình 7.18 minh họa quá trình truyền thông tin nhị phân sang mô-đun ngô ra thông qua một lệnh đa nhiệm Mô-đun này thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu số dựa trên giá trị nhị phân 0000 0000.

Giá trị 0 trong thanh ghi 2000 sẽ khiến van điều khiển đóng hoàn toàn, trong khi giá trị 4095 sẽ mở van hoàn toàn Do đó, trạng thái của van phụ thuộc vào giá trị tương ứng trong thanh ghi 2000.

Giá trị lưu trữ trong thanh ghi 2000 là 0000 0011 1111, tương đương với số thập phân 63

Van mở khoảng 1/65, tương đương 1,53% vị trí mở hoàn toàn Vị trí của van được xác định bởi số thập phân tương ứng với giá trị nhị phân Nếu giá trị trong thanh ghi là BCD, mô-đun ngố sẽ chuyển đổi giá trị sang thập phân để xác định vị trí van.

7.8 Biểu diễn dữ liệu ngõ ra tương tự

Các lệnh mô - đun ngõ ra tương tự

Các lệnh cho ngõ ra tương tự tương tự như các lệnh cho ngõ ra số, được sử dụng để truyền tải thông tin đến các thiết bị trong môi trường Bộ điều khiển chịu trách nhiệm truyền nội dung từ thanh ghi, thường được xác định bởi các tham số cụ thể.

Mô-đun ngõ ra 12 bit thực hiện lệnh bằng cách chuyển đổi giá trị từ số sang tương tự (Digital to Analog) ở dạng BCD hoặc nhị phân, sau đó truyền đến thiết bị điều khiển trường Hình 7.18 minh họa quá trình chuyển 12 bit dữ liệu từ thanh ghi 2000 đến mô-đun ngõ ra tương tự kết nối với van điều khiển Thông tin 12 bit này được gửi đến thiết bị trường để điều khiển, là kết quả của các phép tính trong chương trình PLC.

Tín hiệu liên tục (Dòng điện hoặc điện áp tương tự cấp cho cơ cấu chấp hành điều khiển )

Hình 7.16 Chuyển đổi dữ liệu thanh ghi sang tín hiệu tương tự

J Module ngõ vào tương ỉ; tự hãng Mitsubishi (Q68DAI)

Cơ cấu chấp hành (ví dụ: valve điều khiển)

17 16 15 14 13 12 trong PLC sử dụng lệnh From/To để đọc hoặc xuất dữ liệu giữa module CPU và module AD/DA

Hình 7.17 Các bước chuyển đổi dữ liệu sang tín hiệu tương tự

136 Chương 7: Hệ thống vào/ra tương tự

PLC trong sử dụng lệnh From/To để đọc hoặc xuất dữ liệu giữa module CPU và module AD/DA

Ví dụ Mitsubishi Module CPU hãng

Cơ cấu chấp hành (valve)

Hình 7.18 Sơ đồ khối chuyển đổi dừ liệu tín hiệu ngõ ra

Hình 7.18 minh họa quá trình truyền thông tin nhị phân sang mô-đun ngô ra thông qua một lệnh đa nhiệm Trong ví dụ này, mô-đun thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu số dựa trên giá trị nhị phân 0000 0000.

Khi giá trị trong thanh ghi 2000 là 0000 (0 - thập phân), van điều khiển sẽ đóng hoàn toàn Ngược lại, khi giá trị là 1111 1111 1111 (4095 - thập phân), van sẽ mở hoàn toàn Trạng thái của van phụ thuộc vào giá trị tương tự được truyền từ thanh ghi 2000.

Giá trị lưu trữ trong thanh ghi 2000 là 0000 0011 1111, tương đương với số thập phân 63

Van mở với khoảng 1/65, tương đương 1,53% vị trí mở hoàn toàn (63 + 4095 = 1,53%) Vị trí của van được xác định bởi số thập phân tương ứng với giá trị nhị phân Nếu giá trị trong thanh ghi là BCD, mô-đun ngố ra sẽ chuyển đổi giá trị sang thập phân để xác định vị trí của van.

Biểu diễn dữ liệu ngõ ra tương tự

Các mô-đun ngõ ra tương tự thường kết nối với thiết bị điều khiển thông qua các bộ chuyển đổi, như được minh họa trong hình 7.19 Các bộ chuyển đổi này có chức năng khuếch đại, giám sát hoặc chuyển đổi tín hiệu điện áp thành tín hiệu tương tự phù hợp để điều khiển thiết bị ngõ ra Điều này là cần thiết vì nhiều loại thiết bị điều khiển có quy định về điện áp và dòng định mức khác nhau Bảng 7.5 liệt kê các điện áp và dòng điện tiêu chuẩn thường được sử dụng trong bộ điều khiển lập trình có ngõ ra tương tự.

Chuông 7: Hệ thống vào/ra tương tự 137

Dữ liệu nhị phân gửi đến module ngõ ra ■ tương tự từ CPU

Module ngõ ra tương tự Bộ chuyển đổi

Chuyển giá trị số thành điện áp hoặc đòng điện (Ví dụ: Điện áp thành áp suất)

Lấy sự thay đổi điện áp hoặc dòng điện để điều khiển quá trình (Ví dụ: sự tăng hoặc áp lưu lương thông qua áp suất)

Hình 7.19 Thiết bị với ngõ ra tương tự kết nối với bộ chuyển đổi

Bảng 7.5 Giá trị định mức ngõ ra tương tự

0 đến +10 VDC ± 2.5 VDC ± 5 VDC ± 10 VDC

Mô-đun ngõ ra tương tự hoạt động ngược lại với mô-đun ngõ vào tương tự, chuyển đổi dữ liệu từ giá trị nhị phân của PLC thành tín hiệu tương tự mà các thiết bị ngõ ra có thể nhận diện Bộ vi xử lý của PLC có khả năng giải mã các số nhị phân, do đó, nó giả định rằng tất cả các thiết bị hoạt động theo cách tương tự Nhiệm vụ chính của mô-đun ngõ ra tương tự là đảm bảo rằng dữ liệu được chuyển đổi chính xác để các thiết bị ngõ ra có thể hoạt động hiệu quả.

Ngõ ra điện áp hoặc dòng điện DC

Chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu liên tục D/A

Bito Bit 1 Bit 2 Bit 3 Bit 4 Bit 5 Bit 6 Bit 7

17 16 15 14 13 12 11 10 07 06 05 04 03 02 01 00 Thanh ghi 16 bits trong PLC

Chuyển đổi giá trị số sang tương tự là quá trình diễn ra trong mô-đun ngõ ra, hoàn toàn khác biệt với chuyển đổi trong mô-đun ngõ vào tương tự Bộ chuyển đổi số-tương tự (D/A hoặc DAC) thực hiện chức năng biến đổi này, đảm bảo dữ liệu số được chuyển thành tín hiệu tương tự để sử dụng trong các ứng dụng khác nhau.

Chương 7: Hệ thống vào/ra tương tự chuyển đổi dữ liệu số (BCD hoặc nhị phân) từ bộ vi xử lý sang tín hiệu tương tự Giá trị ngõ ra tương tự tỷ lệ thuận với giá trị số của mô-đun, với bộ chuyển đổi D/A tạo ra tín hiệu liên tục tương ứng với điện áp và dòng điện trong phạm vi tiêu chuẩn của thiết bị (ví dụ từ 0 đến 10 VDC) Độ phân giải của bộ chuyển đổi D/A được xác định bởi số bít sử dụng cho quá trình chuyển đổi tín hiệu.

Bộ D/A với độ phân giải 12 bit có khả năng tạo ra tín hiệu tương tự từ 0 đến 4095, tương ứng với tín hiệu số 12 bit (2^12 = 4096) Giá trị tương tự 2047 trong độ phân giải này đại diện cho một nửa phạm vi Đối với thiết bị ngõ ra tương tự có dải từ 0 VDC đến 10 VDC, giá trị 2047 sẽ tương ứng với tín hiệu 5 VDC Bảng 7.6 trình bày các giá trị dòng điện, điện áp và psi từ bộ chuyển đổi D/A với độ phân giải 12-bit.

Bảng 7.6 Giá trị ngõ ra ứng với 12 bit dữ liệu

Thanh ghi PLC Ngõ ra Ảp suất

Thập phân Nhị phân 0-10VDC 4-20 mA (psi)

Mô-đun ngõ ra tương tự chuyển đổi giá trị từ bộ vi xử lý thành tín hiệu điều khiển thiết bị trường, với ví dụ điển hình là điều khiển áp suất từ 100 đến 800 psi Các giá trị này sẽ tương ứng với dải áp suất mà thiết bị yêu cầu Mô-đun ngõ ra có thể được cấu hình dưới dạng đơn cực hoặc lưỡng cực, cho phép cung cấp các khoảng điện áp điều khiển với các giá trị dương hoặc cả giá trị âm và dương.

Bộ chuyển đổi mô-đun ngõ ra tương tự kết nối với van điều khiển dòng chảy, cho phép mở từ 0 đến 100% tổng lưu lượng Tỷ lệ mở van tương ứng với tín hiệu đầu vào từ -10 đến +10 VDC Chúng ta lập bảng mối quan hệ giữa tỷ lệ mở van, điện áp ngõ ra và số điểm cho mô-đun ngõ ra với gia số 10% (10%, 20%, ) Mô-đun ngõ ra lưỡng cực sử dụng bộ chuyển đổi D/A 12 bit, áp dụng dấu cực tính cho tín hiệu ngõ ra.

Mô đun tương tự nhận giá trị từ -4095 đến +4095, tương ứng với tín hiệu -10 đến +10 VDC của bộ chuyển dịch Hình 7.21 minh họa mối quan hệ giữa số đếm của mô-đun, điện áp đầu ra và phần trăm mở van.

Để xây dựng bảng quan hệ giữa bộ đếm, điện áp và phần trăm mở van, trước tiên cần xác định các giá trị tương đương cho từng biến.

Chương 7: Hệthống vào/ra tương tự 139 sau: giải pháp thể hiện bằng các gia số như là một tỷ lệ phần trăm, phần trăm thay đổi được tính như

△Percentage AVoltage(-K) to +10) △Counts(-4095 to +4095)

1% thay đổi điện áp = 20 VDC01OOI21 = 0.2 VDC

1% thay đổi bộ đếm = 819001000 = 81.90 counts '

Để tính toán cường độ, cần lưu ý rằng các giá trị bù đắp cho điện áp và số đếm phải được thêm vào, với sự xem xét đến hiệu ứng lường cực của mô-đun và sự thay đổi âm trong số đếm Để xác định điện áp và tính tương đương trên mỗi phần trăm thay đổi, hãy thêm điện áp tắt thiết lập và tính giá trị khi tỷ lệ phần trăm là 0% Cụ thể, phần trăm điện áp được tính bằng công thức: 0.2 X P0 - 10 VDC, và phần trăm bộ đếm được tính bằng: 81.9 X P0 - 4095 counts.

Để tính toán bảng yêu cầu, cần nhân điện áp mồi với số đếm, trong đó p là phần trăm được sử dụng trong bảng và tỷ lệ này liên quan đến mong muốn mở van (tham khảo Bảng 7.7).

Chương trình phần mềm của PLC thực hiện tính toán đầu ra dựa trên một thuật toán xác định trước Đầu ra thường được biểu diễn bằng các đơn vị kỹ thuật (số thập phân), với giá trị dao động từ 0000 đến 9999 (giá trị nhị phân hoặc BCD) Các giá trị này cần được chuyển đổi thành số, trong khoảng từ -4095 đến +4095.

Bảng 7.7 Quan hệ giữa giá trị đếm, điện áp và tỷ lệ phần trãm mở van

Tỷ lệ van mở Điện áp Giá trị số

7.9 Xử lý đữ liệu ngõ ra tương tự

Bài viết trước đã giải thích cách một mô-đun truyền tín hiệu tới bộ dịch chuyển để gửi tín hiệu điều khiển thiết bị ngõ ra Bây giờ, chúng ta sẽ tìm hiểu về cách bộ vi xử lý xử lý dữ liệu này Phần lưu trữ hoặc bảng I/O trong vùng bảng dữ liệu của PLC chứa dữ liệu từ mô-đun ngõ ra tương tự, được tính toán từ chương trình Khi cập nhật ngõ ra, bộ vi xử lý gửi nội dung thanh ghi/word đến mô-đun ngõ ra tương tự theo địa chỉ trong lệnh Mô-đun này sẽ chuyển đổi giá trị nhị phân thành điện áp hoặc dòng điện ngõ ra tương tự Người sử dụng cần thận trọng khi lập trình để tránh gửi các giá trị không hợp lệ cho mô-đun, như khi gửi giá trị nhị phân +5173 tới mô-đun có độ phân giải 12-bit mà không kiểm tra.

Chương 7: Hệ thống vào/ra tương tự kiểm tra tính hợp lệ, tuy nhiên mô-đun không thể giải thích dữ liệu chính xác Kết quả là, tín hiệu tương tự được xuất ra sẽ không chính xác, ví dụ như số thập phân 5173 trong hệ nhị phân sử dụng hơn 12 bit.

Sự thay đổi liên tục

Tín hiệu r điện áp II

_ Thanh ghi 12 bits lưu trữ Module ngõ ra tương tự gia° " g

V í trí Word hoặc vị trí thanh ghi lưu trữ trong PLC

Mô-đun ngõ ra tương tự có khả năng điều khiển nhiều thiết bị nhờ vào việc sử dụng nhiều kênh Để chuyển đổi dữ liệu từ word hoặc thanh ghi vào mô-đun, các lệnh chuyển khối, xử lý khối, hoặc lệnh số học được áp dụng.

Kết nối ngõ ra tương tự

Mô-đun ngõ ra tương tự có sẵn với nhiều cấu hình khác nhau, từ 2 đến 8 ngõ ra cho mỗi mô-đun, nhưng phổ biến nhất là từ 4 đến 8 ngõ ra Các ngõ ra này có thể được cấu hình như ngõ ra đơn hoặc độc lập, tùy thuộc vào yêu cầu của thiết bị, trong đó một số thiết bị ngõ ra cần có cách ly.

144 Chương 7: Hệ thống vào/ra tương tự

Thiết bị ngõ ra tương tự < - Tín hiệu 1 tương tự 1

Thiết bị ngõ ra tương tự

Thiết bị ngồ ra tương tự

Thiết bị ngõ ra tương tự

Hình 7.27 Sơ đồ kết nối ngõ ra tương tự với thiết bị ngõ ra (a) Dạng ngố ra đơn, (b) Dạng ngõ ra độc lập

Các ngõ ra tương tự được cách ly với nhau để bảo vệ hệ thống khỏi hư hỏng do quá áp Mặc dù một số mô-đun có thể yêu cầu nguồn điện bên ngoài từ bảng điều khiển, nhưng hầu hết đều nhận nguồn từ hệ thống cấp nguồn của PLC Cần lưu ý rằng yêu cầu dòng điện cho các mô-đun tương tự cao hơn so với các ngõ ra số và điều này phải được xem xét trong quá trình tính toán dòng tải.

Hình 7.27 minh họa các kết nổi điển hình cho cả hai dạng mô-đun ngõ ra tương tự đơn và độc lập.

Chương 8: Chứcnăng I/O đặc hiệt vàtruyền thông nổi tiếp Ì45

Chương 8 CHỨC NĂNG I/O ĐẶC BIỆT VÀ TRUYỀN THÔNG NÓI TIẾP

Trong chương này, chúng ta sẽ khám phá các mô-đun I/O đặc biệt có khả năng xử lý cả tín hiệu tương tự và tín hiệu số, cùng với mô-đun điều khiển vị trí thông minh, mô-đun xử lý dữ liệu và các mô-đun truyền thông mở rộng cho PLC Những mô-đun này rất cần thiết cho các quy trình yêu cầu tín hiệu đặc biệt mà các mô-đun I/O thông thường không đáp ứng được Sau khi hoàn thành chương này, bạn sẽ nắm vững tất cả các thành phần chính của bộ điều khiển lập trình, từ bộ vi xử lý đến các mô-đun thông minh, và sẵn sàng cho việc lập trình PLC.

8.1 Giói thiệu về các mô-đun I/O đặc biệt

Mô-đun I/O chức năng đặc biệt cung cấp khả năng kết nối giữa PLC và các tín hiệu đặc biệt, chiếm khoảng 5-10% trong các ứng dụng PLC Những tín hiệu này khác với tín hiệu tương tự và tín hiệu số chuẩn, và nếu không có mô-đun đặc biệt, bộ vi xử lý sẽ không thể xử lý chúng và thực hiện các chương trình điều khiển.

Mô-đun I/O đặc biệt có thể được chia thành hai loại:

■ Mô-đun tác động tích cực

Mô-đun I/O tác động tích cực là các mô-đun kết nối trực tiếp với ngõ vào và thiết bị trường, thực hiện chức năng tiền xử lý tín hiệu ngõ vào/ra và cung cấp thông tin sơ bộ cho bộ vi xử lý của PLC Các mô-đun này bao gồm tất cả các mô-đun I/O số và tương tự được đề cập trong chương 6 và 7, cùng với các mô-đun I/O đặc biệt Đặc biệt, mô-đun I/O tác động tích cực bao gồm các mô-đun có khả năng xử lý tín hiệu ngõ vào tần số cao mà các mô-đun I/O tiêu chuẩn không thể đọc được.

Dữ liệu ngõ vào h chuyển Module ngõ I đến PLC vào tác động trực tiếp ■

Dữ ra đển ngõ liệu ngõ chuyển module ra Module ngõ ra tác động trực tiếp

► Đường dữ liệu c Đường kểt nối tín hiệu

Hình 8.1 ứng dụng giao tiếp I/O trực tiếp

146 Chương 8: Chức năng I/O độc biệt và truyền thông nối tiếp

Các mô-đun I/O thông minh kết hợp bộ vi xử lý trên bo mạch để bổ sung thông tin dữ liệu cho mô-đun, cho phép thực hiện các thao tác xử lý độc lập với bộ vi xử lý của PLC và chương trình quét Chúng có khả năng đọc tín hiệu số và tương tự, cũng như điều khiển ngõ vào và ngõ ra Phương pháp phân bổ nhiệm vụ điều khiển cho các mô-đun này được gọi là xử lý I/O phân tán.

Mô-đun I/O đặc biệt được sử dụng rộng rãi trong các bộ điều khiển lập trình, từ những thiết bị nhỏ đến những hệ thống lớn hơn Các mô-đun này thường tương thích với hầu hết các dòng PLC, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả trong quá trình điều khiển.

-► Đường dữ liệu 1 - Đườnẽ kết nối tín hi?u

Hình 8.2 ứng dụng giao tiếp I/O thông minh

Các mô-đun I/O đặc biệt thường gặp nhất:

■ Mô-đun số đặt biệt

■ Mô-đun tương tự đặc biệt

■ Mô dung truyền thông/máy tính/mạng

■ Mô-đun logic mờ (Fuzzy)

8.2 Mô-đun số đặc biệt

8.2.ỉ Mô-đun ngõ vào tác động nhanh

Mô-đun ngõ vào tác động nhanh có khả năng phát hiện các xung ngõ vào với thời gian rất ngắn, điều này rất quan trọng vì một số thiết bị phát ra tín hiệu nhanh hơn thời gian quét của PLC, khiến chúng không thể được phát hiện bởi các mô-đun I/O thông thường Những mô-đun này hoạt động như các bộ dao động xung, cho phép tín hiệu ngõ vào duy trì hiệu lực trong suốt một chu kỳ quét.

Chuông 8: Chức năng I/O đặcbiệtvà truyền thông nối tiếp 147

Nếu một PLC có khả năng phân tích ngõ vào ngay lập tức, nó sẽ có thể đáp ứng nhanh chóng các tín hiệu ngõ vào thông qua chương trình ngắt trong PLC.

Dải điện áp ngõ vào của mồ-đun ngô vào tác động nhanh thường nằm trong khoảng 10 đến 24 VDC cho tín hiệu ON (1), với cạnh lên hoặc cạnh xuống của tín hiệu ngõ vào kích hoạt mô-đun Khi mô-đun được kích hoạt, nó kéo dài tín hiệu ngõ vào và làm cho tín hiệu này có hiệu lực đến bộ vi xử lý Mô-đun cũng cung cấp cho PLC bộ lọc và cách ly, tuy nhiên, quá trình lọc có thể gây ra một chút trễ tín hiệu ngõ vào Các thiết bị ngõ vào nhanh điển hình bao gồm công tắc tiệm cận, cảm biến quang và các thiết bị chuyển đổi, cung cấp tín hiệu xung từ 50 đến 100 micro giây.

Kết nối với các mô-đun ngõ vào tác động nhanh tương tự như mô-đun ngõ vào DC tiêu chuẩn Để đảm bảo thiết bị hoạt động hiệu quả, việc kết nối thiết bị ngõ vào phải tuân theo kiểu Sink/Source của mô-đun tương ứng.

1 Tín hiệu ngõ vào xung - -

_ Thời gian một _ ► lần quét r 1

1 Tín hiệu được kéo dài _ J

1 Tín hiệu được kéo dài

Hình 8.3 Sự kéo dài xung của mô-đun ngõ vào nhanh

8.2.2 Mô-đun xử lỹ lỗi tin hiệu ngõ vào

Mô-đun xử lý lỗi tín hiệu ngõ vào là thiết bị chuyên dụng giúp phát hiện ngắn mạch hoặc hở mạch trong kết nối giữa các mô-đun và thiết bị ngõ vào Mặc dù hoạt động như các mô-đun ngõ vào DC tiêu chuẩn, chúng có khả năng phát hiện các sự cố kết nối một cách chính xác Hình 8.4 minh họa sơ đồ khối của mô-đun Allen-Bradley, cho phép xác định tình trạng các kết nối ngõ vào quan trọng, từ đó dễ dàng thực hiện sửa chữa khi cần thiết.

Hình 8.4 Sơ đồ khối một của mô-đun lỗi dây ngõ vào

148 Chương 8:Chứcnăng I/O độc biệt và truyền thông nối tiếp

Các mô-đun này phát hiện ngắn mạch hoặc hở mạch bằng cách đo sự thay đổi của dòng điện Khi ngõ vào là OFF (0), mô-đun cho dòng 6 mA qua điện trở shunt, và khi ngõ vào là ON (1), dòng này tăng lên 20 mA Sự thay đổi dòng điện do ngõ vào hở hoặc ngắn mạch sẽ kích hoạt mô-đun phát hiện lỗi trên đường dây, báo hiệu bằng cách nhấp nháy các LED tương ứng Chương trình điều khiển cũng có khả năng phát hiện và xử lý lỗi Hình 8.5 minh họa sơ đồ kết nối cho mô-đun phát hiện lỗi dây ngõ vào, với lưu ý rằng điện trở shunt phải luôn được kết nối, ngay cả khi mô-đun không kết nối với thiết bị Giá trị định mức của điện trở shunt phụ thuộc vào điện áp nguồn DC, dao động từ 15 đến 30 VDC.

Hình 8.5 Sơ đồ kết nối dây ngõ vào với các điện trở shun

8.2.3 Mô-đun đáp ứng nhanh

Mô-đun đáp ứng nhanh là phiên bản nâng cấp của mô-đun ngõ vào nhanh, cho phép phát hiện tín hiệu ngõ vào một cách hiệu quả và cung cấp phản hồi tức thì Thời gian phản hồi ngõ ra của các mô-đun này hoàn toàn độc lập với bộ vi xử lý PLC và thời gian quét, đảm bảo hiệu suất cao trong các ứng dụng tự động hóa.

Chương 8: Chức năng I/O đặc biệt và truyền thông nối tiếp Ỉ49

Mô-đun đáp ứng nhanh nổi bật với khả năng tiếp nhận tín hiệu đầu vào một cách nhanh chóng và cung cấp phản ứng đầu ra gần như ngay lập tức.

Chức năng I/O dặt biệt và truyền thông

Mô đun tương tự đặc biệt, cặp nhiệt, PID

HỆ THỐNG SỚ VÀ MÂ

' 1RUONG ĐAI HỌC CONGNGHiẸP TP.HCV

Chương này giới thiệu về các hệ thống số trong bộ điều khiển lập trình, bao gồm nhị phân (Bin), bát phân (OCT), thập phân (DEC) và thập lục phân (HEX) Bên cạnh đó, chúng ta sẽ khám phá sổ thập phân mã hóa nhị phân (BCD), mã Gray, bộ ký tự ASCII, và một số hệ thống số khác trong PLC Những mã và hệ thống số này tạo thành nền tảng logic cho các PLC, giúp người đọc nắm vững kiến thức cơ bản để hiểu cách thức hoạt động của PLC.

Việc hiểu rõ các hệ thống số là rất quan trọng khi làm việc với bộ điều khiển lập trình, vì chức năng cơ bản của các thiết bị này là mô tả, lưu trữ và xử lý dữ liệu số Mỗi hệ thống số đều tuân theo những quy tắc chung nhất định.

■ Mỗi hệ thống số có một cơ số.

■ Mỗi hệ thống số có thể được sử dụng để đếm.

■ Mỗi hệ thống số có thể được sử dụng để miêu tả sổ lượng hoặc mã số.

■ Mỗi hệ thống số đều sử dụng một bộ ký hiệu.

Cơ số của một hệ thống số được xác định bởi tổng số ký hiệu sử dụng, trong đó ký hiệu có giá trị lớn nhất tương ứng với cơ số Các hệ thống số phổ biến trong lập trình bộ điều khiển (PLC) bao gồm cơ số 2 (nhị phân), cơ số 8 (bát phân), cơ số 10 (thập phân) và cơ số 16 (thập lục phân).

2.2 Hệ thống số thập phân

Hệ thống số thập phân, với cơ số 10, là hệ thống số phổ biến nhất hiện nay Nó sử dụng các ký hiệu từ 0 đến 9, trong đó ký hiệu có giá trị lớn nhất là 9 Tổng số ký hiệu trong hệ thống này là 10, thể hiện rõ ràng đặc điểm của cơ số.

Số ——► Giá trị vn V^ v2 V, Vo

Hình 2.2 Giá ứị trọng số

Vị trí đầu tiên (xem hình 2.1), bắt đầu từ vị trí bên phải, là vị trí 0, thứ hai là vị trí 1 và cứ

1 0 Giátii = (Cơsố)vl,ri ' y y (Cơ Số đối với Số thập phân) ' -►10°=l

Chương 2: Hệ thống số và mã trình bày cách biểu diễn giá trị trọng số của mỗi vị trí trong hệ thống số Như hình 2.2 cho thấy, trọng số của các chữ số từ phải sang trái được xác định bằng cách sử dụng cơ số với số mũ n, trong đó trọng số đầu tiên là 1, tiếp theo là 10.

Phương pháp tổng hợp trọng số là cách tính giá trị của một số, trong đó giá trị của mỗi chữ số được nhân với trọng số tương ứng với vị trí của nó Để tính giá trị của số thập phân, ta cộng tất cả các kết quả này lại với nhau Ví dụ, số 9876 có thể được tính toán theo phương pháp này.

Trong các hệ thống số, giá trị thập phân của một số được tính bằng cách nhân mỗi chữ số với cơ số tương ứng tại vị trí của nó Cách tính này được minh họa cụ thể dưới đây.

Hệ thống số nhị phân, với cơ số 2, chỉ sử dụng hai chữ số 0 và 1, rất hữu ích cho các thiết bị như bộ điều khiển lập trình và máy tính số Hầu hết các thiết bị vật lý chỉ có hai trạng thái: bật hoặc tắt, mở hoặc đóng Trong thực tế, khi sử dụng máy tính, việc bật công tắc sang vị trí 1 (ON) để khởi động và lật sang vị trí 0 (OFF) để tắt là minh chứng cho hệ thống nhị phân Các mạch số có khả năng phân biệt giữa hai cấp điện áp, chẳng hạn như +5V và 0V, làm cho hệ nhị phân trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng kỹ thuật số.

Chương 2: Hệ thống số và mã 19

Hình 2,3 Một dạng của hệ thống sổ nhị phân

Giống như hệ thống thập phân, các số nhị phân được biểu diễn bằng cách gán giá trị trọng số cho từng vị trí từ phải sang trái Giá trị trọng số của một số nhị phân được tính theo cơ số 2, thay vì cơ số 10 như trong hệ thống thập phân Cụ thể, các giá trị trọng số từ phải sang trái lần lượt là 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, tương ứng với các vị trí 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Số nhị phân 10110110 tương đương với số 182 trong hệ thập phân Mỗi chữ số trong số nhị phân được gọi là một bit, điều này làm cho số nhị phân trở nên đặc biệt.

Trong hệ thống nhị phân, số 182 được biểu diễn bằng 8 bit Một nhóm 4 bit gọi là nibble, trong khi một nhóm 8 bit được gọi là byte, và hai byte tạo thành một word Hình 2-4 minh họa một sổ nhị phân 16 bit, trong đó bit LSB (Least Significant Bit) có giá trị thấp nhất và bit MSB (Most Significant Bit) có giá trị cao nhất trong word.

Bit có trọng số lớn nhất

Bit có trọng số nhỏ nhất

WordHình 2.4 1 Word, 2 byte, 16 bit

Hệ thống đếm nhị phân phức tạp hơn hệ thập phân do sự không quen thuộc của chúng ta với nó Trong khi hệ nhị phân chỉ sử dụng hai chữ số (0 và 1), chúng ta chỉ có thể đếm từ 0 đến 1, với mỗi lần thay đổi chỉ xảy ra ở một vị trí chữ số Ngược lại, hệ thập phân cho phép chúng ta đếm từ 0 đến 9, với mười chữ số, trước khi cần thêm một vị trí chữ số mới.

Trong hệ nhị phân, tương tự như hệ thập phân, chúng ta thêm một vị trí chữ số khi có sự chuyển tiếp Khi đếm trong hệ nhị phân, sau 0 và 1, chúng ta có 10 (một-không, không phải mười), giống như trong hệ thập phân, sau 0, 1, 2, 9, chữ số tiếp theo là 10 (mười) Bảng 2.1 minh họa sự tương ứng giữa các số trong hệ nhị phân và hệ thập phân từ 0 đến 15.

Bảng 2.1: Chuyển đổi giữa thập phân và binary

2.2.2 Hệ thống sổ bát phân

Việc viết số trong hệ nhị phân yêu cầu nhiều chữ số hơn so với hệ thập phân; ví dụ, số 9110 được biểu diễn là 10110112 Điều này tạo ra sự khó khăn trong việc đọc và viết cho con người Do đó, hệ thống số bát phân thường được sử dụng để rút gọn số lượng chữ số nhị phân Hệ bát phân có cơ số 8 với tám chữ số là 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 và 7 Bảng 2.2 minh họa sự tương ứng giữa số nhị phân và bát phân cho các số từ 0 đến 15 trong hệ thập phân.

Bảng 2.2: Chuyển đổi số thập phần, nhị phân và bát phân

Trong hệ thống số bát phân, mỗi chữ số mang một trọng số theo vị trí của nó, tương tự như các hệ thống số khác Chẳng hạn, số bát phân 1767 tương ứng với giá trị thập phân là 1015.

Chương 2:Hệ thống số và mã 21

Mô đun điều khiển chuyển động

Mô-đun điều khiển chuyển động là các thiết bị thông minh cung cấp thông tin về vị trí, khoảng cách và tốc độ cho ứng dụng điều khiển trục máy Chúng cho phép bộ điều khiển lập trình thực hiện các chức năng đặc biệt, như điều khiển điểm-điểm và định vị trục, trong các hệ thống servo của máy CNC.

8.4.1 Giới thiệu về mô-đun điều khiển chuyển động

156 Chương 8: Chức năng 1/0 đặc hiệt và truyén thông nôi tiêp

Mô-đun điều khiển định vị sử dụng lệnh PLC để chuyển các khối dữ liệu đồng thời, bao gồm tham số khởi tạo, khoảng cách, giới hạn và vận tốc Các lệnh như di chuyển giới hạn vào/ra và di chuyển dữ liệu vào/ra thường được sử dụng để thực hiện các chức năng này.

Mô-đun Encoder/Counter là bộ giao tiếp encoder, hoạt động độc lập với bộ vi xử lý và quét I/O, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển lập trình Nó được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển vị trí, như vị trí vòng kín của trục công cụ máy, cần trục và băng tải Ngoài ra, mô-đun này còn hỗ trợ các công nghệ theo dõi chu kỳ của máy tốc độ cao, bao gồm máy dập lon, máy xếp dỡ và thiết bị tạo khuôn.

Có hai loại mô-đun encoder/counter: tuyệt đối và tương đối Bộ mã hóa tuyệt đối cung cấp phép đo góc và vị trí góc của trục thông qua các mã BCD, nhị phân hoặc Gray Ngược lại, bộ mã hóa tương đối đo sự di chuyển của trục bằng cách phát ra một số xung cố định cho mỗi vòng quay của trục Mô-đun này tạo ra hai tín hiệu xung với sự sai khác 90° để xác định chiều quay của trục Bộ encoder tương đối cũng cung cấp một điểm đánh dấu, gửi một xung cho mỗi tọa độ trục.

Chương 8: Chức năng I/O đặc biệt vờ truyền thông nối tiếp 157 này, là một đầu vào cho mô-đun, có thể được sử dụng để tạo ra các công tắc giới hạn của mô-đun, hoặc để thiết lập một vị trí ban đầu cho các phép đo cùa bộ encoder Khi mô-đun encoder được sử dụng trong cấu hình bộ đếm (counter), chỉ có một kênh ngõ vào có thể được kết nối với một thiết bị cung cấp xung đếm.

TTL Output Device TTL Output Device

Hinh 8.17 Sơ đồ kết nối mô-đun encoder/counter Trong quá trình hoạt động, một mô-đun encoder/counter (loại mã hóa tương đối) nhận được hai kênh xung ngõ vào và so sánh với giá trị đặt trước đã được người sử dụng xác định Mô-đun sử dụng một hoặc hai ngõ ra có sẵn, được kích hoạt khi các xung đen bàng, lớn hơn hoặc thấp hơn các giá trị đặt trước Các kênh ngõ vào và ngõ ra có sẵn thường được cấu hình loại TTL hoặc 12

48 VDC Tần sổ ngõ vào tối đa có phạm vi từ 50 đến 60 kHz.

Giao tiếp giữa mô-đun encoder/counter và bộ vi xử lý diễn ra theo hai chiều, trong đó mô-đun nhận giá trị đặt trước và dữ liệu điều khiển từ bộ vi xử lý, đồng thời chuyển giá trị trạng thái dữ liệu sang bộ nhớ PLC Mô-đun cũng thông báo cho PLC khi công tắc điểm và công tác giới hạn được kích hoạt từ vị trí ban đầu Ngược lại, bộ vi xử lý điều khiển các ngõ ra dựa trên giá trị nhận được và chương trình điều khiển cho phép thực hiện việc đặt lại hoạt động đếm.

Chiều dài giữa mô-đun và encoder không nên vượt quá 50 feet, do đó cần sử dụng cáp bảo vệ Cần cách ly giữa ngõ vào và mạch ngõ ra, cũng như giữa logic điều khiển và mạch I/O Sử dụng nguồn điện riêng để tăng cường sự cách ly Hình 8.17 minh họa các kết nối điển hình của một encoder tương đối.

8.4.3 Mô-đun động co servo Ị58 Chương8: Chức năng ỉ/o đặc hiệt và truyền thông nối tiếp

Các mô-đun động cơ servo được sử dụng để điều khiển động cơ thông qua bộ điều khiển ổ đĩa servo, với thiết kế đặc biệt chứa nam châm vĩnh cửu Tốc độ của động cơ servo có thể thay đổi dễ dàng bằng cách điều chỉnh điện áp đầu vào Mô-đun servo cung cấp tín hiệu ±10 VDC, cho phép điều chỉnh tốc độ và đảo chiều của động cơ Chúng thường được sử dụng để điều khiển chuyển động tịnh tiến hoặc quay, như trong trường hợp trục xoay xoan ốc Mô-đun servo cũng điều khiển hệ thống bánh răng ly hợp và các cơ cấu khác, mang lại ưu điểm như thời gian định vị ngắn, độ chính xác cao, độ tin cậy tốt và khả năng hồi tiếp cải tiến Các ứng dụng tiêu biểu của servo trong việc điều khiển vị trí bao gồm máy mài, máy gia công kim loại, đường truyền, máy xử lý vật liệu và điều khiển van servo trong các quy trình liên tục.

Hình 8.18 Úng dụng động cơ servo

Bộ điều khiển định vị Servo hoạt động trong hệ thống vòng kín, yêu cầu thông tin phản hồi về vận tốc hoặc vị trí Mô-đun điều khiển servo nhận tín hiệu phản hồi vận tốc từ máy đo tốc độ hoặc tín hiệu vị trí từ encoder, cung cấp thông tin về tốc độ và vị trí thực tế của động cơ Thông tin này được so sánh với vận tốc và vị trí mong muốn; nếu phát hiện sự khác biệt, mô-đun sẽ điều chỉnh đầu ra cho đến khi sai lệch giữa dữ liệu phản hồi và giá trị điểm đặt bằng không.

Chương 8: Chức năng I/O đặc biệt và truyền thông nối tiếp Ỉ59

Hình 8.19 Sơ đồ khối điều khiển Servo

Di chuyển quay về 3 (a) Chế độ bước độc lập

Tốc đô Tốc độ hằng số

Di chuyển quay về 3 (b) Chế độ liên tục

Hình 8.20 mô tả hai phương pháp điều khiển động cơ servo: (a) điều khiển đơn bước và (b) điều khiển liên tục Hình 8.19 trình bày sơ đồ khối của hệ thống điều khiển động cơ servo, trong đó PLC đảm nhận vai trò điều khiển định vị với hai mô-đun: một mô-đun để thực hiện điều khiển servo và một mô-đun khác để nhận phản hồi từ vòng lặp kín Nhiều nhà sản xuất hiện nay cung cấp giải pháp điều khiển động cơ servo hoàn chỉnh cho một trục trong một mô-đun duy nhất, giúp tối ưu hóa quy trình và giảm thiểu không gian lắp đặt.

Chương 8 đề cập đến chức năng I/O đặc biệt và truyền thông nối tiếp trong việc điều khiển động cơ servo Động cơ servo có thể hoạt động ở hai chế độ: đơn bước và liên tục, tùy thuộc vào nhà sản xuất Điều khiển đa bước cũng có thể được đồng bộ hóa trong cả hai chế độ này Bộ vi xử lý PLC sẽ gửi thông tin về dịch chuyển và vị trí, bao gồm gia tốc, giảm tốc, vận tốc cuối cùng và tốc độ không đổi đến mô-đun động cơ servo.

Khi mô-đun hoạt động, bộ vi xử lý giám sát trạng thái mà không can thiệp vào các tính toán phức tạp Bộ vi xử lý cập nhật mô-đun cho một dịch chuyển mới của trục sau khi di chuyển trước đó đã hoàn tất và mô-đun đã sẵn sàng nhận dữ liệu mới Hình 8.31 minh họa sơ đồ kết nối điển hình cho mô-đun động cơ servo.

Khi sử dụng mô-đun servo để điều khiển định vị, độ phân giải phản hồi từ hệ thống là yếu tố quan trọng cần xem xét Đặc biệt, nếu mô-đun sử dụng trục xoay xoắn ốc và encoder để cung cấp tín hiệu phản hồi, người dùng cần nắm rõ số ren của trục, số xung encoder mỗi vòng quay và hệ số nhân trong mã hóa của mô-đun Một số mô-đun cho phép tùy chọn hệ số nhân để cải thiện độ phân giải phản hồi mà không cần thay đổi encoder Độ phân giải phản hồi của mô-đun servo (tuyến tính) được định nghĩa là một trong những tham số quan trọng trong quá trình này.

_ 9I khoảng cảch di chuyền ch.0 mỗi vòng quay của trục Độ phẳn giải phản hoi — ;— - 7777— V , V ■ ,A-

(số xung encoder trên một vòng quay) (nệ số hôi tìẽp)

Mỗi mô-đun servo có độ phân giải được xác định trước, thay đổi từ 0.001 đen 0.0001 inch

Sự cân bằng giữa tốc độ trục và độ phân giải phản hồi là rất quan trọng, vì tốc độ trục tỷ lệ thuận với độ phân giải phản hồi Tốc độ điển hình của trục thường nằm trong khoảng từ 500 đến 1000 inch/phút (1PM), cùng với tần số ngõ vào phản hồi.

Ngôn ngữ lập trình

Ngôn ngữ lập trình PLC

Ngôn ngữ lập trình sử dụng trong PLC có ba dạng:

Ngôn ngữ Ladder và Boolean có cách thực hiện tương tự nhau, nhưng khác biệt về cú pháp và cách viết chương trình Trong khi đó, ngôn ngữ Graph hoạt động dựa trên các bước và hành động.

PLC được thiết kế để tối ưu hóa quá trình lập trình thông qua việc sử dụng các ký hiệu rơ-le, tương tự như sơ đồ mạch điện, nhằm biểu diễn chương trình điều khiển logic cho thiết bị hoặc quy trình Chương trình điều khiển này được gọi là ngôn ngữ Ladder Hình 9.1 minh họa mạch điều khiển logic dạng rơ-le cùng với chương trình Ladder tương ứng.

(a) Mạch kết nối bằng dây

Ngôn ngữ Ladder đã trở thành một công cụ lập trình mạnh mẽ với nhiều chức năng như bộ định thời (Timer) và bộ đếm (Counter) Khái niệm chức năng được sử dụng để mô tả các tập lệnh, bao gồm việc lưu trữ thông tin, xử lý dữ liệu nguồn và đích, cùng với quá trình truyền dữ liệu Mặc dù các tập lệnh mở rộng cho phép thực hiện các tác vụ phức tạp, chúng vẫn dựa trên các nguyên tắc đơn giản của logic tiếp điểm.

Chưorig 9: Ngôn ngữ ỉập trĩnh 177

Các khối chức năng mới trong ngôn ngữ Ladder nâng cao sức mạnh của ngôn ngữ này, biến nó thành một công cụ lập trình mạnh mẽ hơn Hình 9.2 minh họa cách biểu diễn chương trình Ladder cơ bản và chương trình sử dụng khối chức năng, cho thấy sự phát triển và linh hoạt trong lập trình với ngôn ngữ Ladder.

Reset Functional Instruction MOVE register to table

Ngôn ngữ Ladder có nhiều cách biểu diễn chức năng nâng cao khác nhau tùy thuộc vào từng nhà sản xuất Dù định dạng có khác biệt, tất cả các chức năng của ngôn ngữ Ladder, cả nâng cao lẫn cơ bản, đều hoạt động theo nguyên tắc tương tự Trong chương này, các lập trình Ladder nâng cao sẽ được trình bày dưới định dạng khối chức năng.

Như đã nêu ở trên, các ngôn ngừ Ladder cho PLC có thề được chia thành hai nhóm;

■ Ngôn ngữ Ladder cơ bản

■ Ngôn ngữ Ladder nâng cao

Mỗi nhóm bao gồm nhiều tập lệnh tạo thành hình thức cua ngôn ngữ, và việc phân loại các tập lệnh này thành hai nhóm chỉ mang tính tương đối, phụ thuộc vào nhà sản xuất Bảng 9-1 minh họa sự phân loại điển hình.

Bảng 9.1 Phân loại tập lệnh PLC Đôi khi tập lệnh Ladder cơ bán được gọi là ngôn ngữ cấp thấp, trong khi các chức năng mở

Relay contact Double-precision arithmetic

Latch Move register to table

Jump to/Go to First in-first out

Master control relay Shift register

Subir Action Block transfer (in/out)

Go to Subroutine Logic matrix

Ngôn ngữ lập trình rộng được gọi là ngôn ngữ cấp cao, thường được phân loại dựa trên nhóm chức năng của các tập lệnh Các nhóm tập lệnh này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng và ứng dụng của ngôn ngữ lập trình.

■ Chương trình/điều khiển lưu trình

Việc phân loại các tập lệnh cơ bản có tính chủ quan, với một số người cho rằng chúng bao gồm tiếp điếm, thời gian, đếm, chương trình, xử lý toán học và xử lý dữ liệu Trong khi đó, một số khác chỉ xem xét các nhóm tiếp điểm, thời gian và đếm là những tập lệnh cơ bản.

Sự phân loại PLC hỗ trợ nhiều nhóm lệnh giúp nâng cao khả năng điều khiển Số lượng và nhóm lệnh nâng cao thường phụ thuộc vào loại PLC Gần đây, tiến bộ trong phát triển phần mềm và phần cứng I/O đã tăng cường sức mạnh tính toán của các PLC nhỏ thông qua các tập lệnh nâng cao Xu hướng này đã biến các PLC thành thiết bị độc lập trong hệ thống điều khiển phân tán và nhiều ứng dụng khác.

(a) Mạch-kết nổi bằng dây

Lập trình dạng câu lênh

Một số PLC sử dụng ngôn ngữ Boolean để lập trình, với cú pháp theo dạng đại số Boolean Ngôn ngữ này cho phép lập trình và biểu diễn chương trình điều khiển logic một cách hiệu quả.

Ngôn ngữ Boolean sử dụng các hàm logic AND, OR, NOT để xây dựng mạch điều khiển trong chương trình điều khiển Hình 9.3 minh họa một chương trình Boolean cơ bản.

Ngôn ngữ Boolean là phương pháp thuần túy để nhập chương trình điều khiển vào PLC, khác với ngôn ngữ hướng tập lệnh thực tế Trên màn hình lập trình, ngôn ngữ Boolean thường được hiển thị dưới dạng mạch Ladder, thay vì các lệnh Boolean đã được định dạng.

Graph hay Grafcet (Graphe Fonctionnel de Commande Étape Transition) là ngôn ngữ đồ họa có nguồn gốc từ Pháp, dùng để biểu diễn chương trình điều khiển của thiết bị hoặc quá trình theo từng bước hoặc trạng thái Từ "Grafcet" trong tiếng Anh có nghĩa là "biểu đồ chức năng bước chuyển tiếp".

Hình 9.4 minh họa mạch đơn giàn qua ngôn ngữ Graph, thể hiện tiến trình các sự kiện diễn ra trong từng trạng thái của chương trình điều khiển Biểu đồ Graph bao gồm ba thành phần chính: Bước (Step), Chuyển tiếp (Transitions) và Hành động (Action), dùng để mô tả các sự kiện Tập lệnh thực hiện tại mỗi bước có thể được lập trình bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau, bao gồm cả ngôn ngữ Ladder.

Hình 9.4 Mạch điều khiển rơ-le và biểu diễn dưới dạng Graph

180 Chương 9: Ngân ngữ lập Irình

Ngôn ngữ Graph của Siemens là một công cụ lập trình ít được sử dụng trực tiếp trên PLC, nhưng đã có phần mềm phát triển cho phép lập trình trên máy tính cá nhân Sau khi lập trình xong, các lệnh Graph có thể được nạp vào PLC thông qua trình biên dịch hoặc bộ chuyển đổi, giúp chuyển đổi chương trình Graph sang chương trình Ladder hoặc Boolean Phương pháp này cho phép nhà sản xuất phần mềm Graph cung cấp giải pháp cho nhiều loại PLC khác nhau Hình 9.5 minh họa quá trình biên dịch khi sử dụng ngôn ngữ Graph.

9.3 Chưong trình sử dụng ngôn ngữ ladder

Tập lệnh tiếp điểm rơ-le

Lệnh tiếp điểm rơ-le là phần cơ bản nhất trong ngôn ngữ Ladder, thể hiện trạng thái ON/OFF của các kết nối ngõ vào và ngõ ra Chúng bao gồm hai dạng ký hiệu: tiếp điểm (Contact) và cuộn dây (Coil), trong đó tiếp điểm biểu diễn điều kiện đầu vào và cuộn dây đại diện cho ngõ ra của một nhánh Ladder Mỗi tiếp điểm và cuộn dây trong chương trình đều có địa chỉ tham chiếu, cho biết trạng thái của chúng Các địa chỉ này được đánh số theo vị trí trong bảng dữ liệu I/O hoặc vùng nhớ nội, giúp xác định ngõ vào, ngõ ra hoặc ngõ ra trung gian trong PLC, và được sử dụng trong chương trình điều khiển.

Trong chương trình PLC, tổ hợp các tiếp điểm của một nhánh Ladder phụ thuộc vào yêu cầu điều khiển Các tiếp điểm có thể được kết hợp theo dạng nối tiếp, song song hoặc kết hợp để điều khiển ngõ ra Nếu có một đường thông mạch qua các tiếp điểm từ trái sang phải, điều kiện của nhánh Ladder sẽ là TRUE; ngược lại, nếu không có đường thông mạch, điều kiện sẽ là FALSE.

Bảng 9.3 Tập lệnh tiếp điểm rơ-le

Tập lệnh tiếp điềm rơ-le (Mục đích: Sơ đồ mạch điện dạng rơ-le có thể được lập trình trong PLC)

Lệnh Ký hiệu Chức năng

Open 1 Ị Kiểm tra điều kiện ON của một bit địa chỉ tham chiếu

Closed 1 j/j"- Kiểm tra điều kiện OFF của một bit địa chỉ tham chiếu

Output Coil Điều khiến ngõ ra thiết bị hoặc trung gian lên ON khi ngõ vào ON

NOT Output Coil —— Điều khiển ngõ ra thiết bị hoặc trung gian về OFF khi ngõ vào ON

Latch Output Coil —©— Duy trì ngõ ra lên ON một khi cuộn dây có điện

Unlatch Output Coil —Q— Reset ngõ ra được duy tri (ngõ ra chốt hoặc ngõ ra có nhớ)

One-Shot Output —— Điều khiển ngõ ra lên ON trong một chu kỳ quét hoặc ít hơn

Tiếp điểm đóng trong chu kỳ quét theo cạnh xung ngõ vào là một lệnh cơ bản trong PLC, cho phép xử lý như mạch điện điều khiển dạng tiếp điểm nhưng với tính linh hoạt cao hơn Lệnh này được sử dụng để kiểm tra trạng thái ON/OFF của một địa chỉ bit trong bộ nhớ, từ đó điều khiển trạng thái các ngõ ra và trạng thái ngõ ra trung gian.

Chương 9: Ngôn ngữ lập trình Ỉ87

9.4.1 Lệnh tiếp điểm thường mở

Lệnh tiếp điểm thường mở được sử dụng để kiểm tra trạng thái ON của một địa chỉ bit được tham chiếu, có thể là ngõ vào/ra kết nối với thiết bị hoặc địa chỉ bit trung gian trong vùng nhớ nội.

Trong quá trình xử lý chương trình, bộ điều khiển kiểm tra trạng thái của địa chỉ ô nhớ được gán cho lệnh để xác định trạng thái tiếp điểm Nếu bit tham chiếu là 0 (OFF), bộ xử lý không thay đổi trạng thái tiếp điểm, dẫn đến nhánh Ladder không liên tục Ngược lại, nếu bit tham chiếu là 1 (ON), bộ xử lý sẽ thay đổi trạng thái tiếp điểm, làm cho nhánh Ladder trở nên liên tục.

Hình 9.14 (a) Minh họa lệnh tiếp điểm thường mở với địa chỉ tham chiếu có mức logic 0; (b)

Minh họa lệnh tiếp điểm thường mở với địa chỉ tham chiếu có mức logic 1

9.4.2 Lệnh tiếp điểm thường đóng

Lệnh tiếp điểm thường đóng được sử dụng để kiểm tra trạng thái OFF của một địa chỉ bit được tham chiếu Địa chỉ này có thể là ngõ vào/ra kết nối với thiết bị hoặc địa chỉ bit trung gian trong vùng nhớ nội.

0 OFF (no continuily) 1 ON (no continuily)

Hình 9.15 (a) Minh họa lệnh tiếp điểm thường đóng với địa chỉ tham chiếu có mức logic 0; (b)

Minh họa lệnh tiếp điểm thường đóng với địa chỉ tham chiếu có mức logic 1

Trong quá trình xử lý chương trình, bộ điều khiển kiểm tra trạng thái địa chỉ ô nhớ gán cho lệnh để xác định trạng thái tiếp điểm Nếu bit tham chiếu có mức logic 0 (OFF), bộ xử lý sẽ giữ nguyên trạng thái tiếp điểm - thông mạch, dẫn đến nhánh Ladder liên tục Ngược lại, nếu bit tham chiếu có mức logic 1 (ON), bộ xử lý sẽ thay đổi trạng thái tiếp điểm - hở mạch, khiến nhánh Ladder không liên tục Lệnh tiếp điểm thường đóng có thể được kết hợp từ hàm logic NOT và lệnh tiếp điểm thường hở.

188 Chương 9:Ngôn ngữ lập trình

9.4.3 Lệnh cuộn dây ngõ ra

Lệnh cuộn dây ngõ ra cho phép điều khiển các ngõ ra kết nối với PLC hoặc các ngõ ra trung gian trong vùng nhớ nội của PLC, sử dụng một bit địa chỉ ngõ ra trong bộ nhớ làm địa chỉ tham chiếu.

Trong quá trình thực hiện lệnh cuộn dây, bộ vi xử lý kiểm tra các điều kiện trong nhánh Ladder của ngõ ra Nếu không có đường thông mạch qua nhóm điều kiện, bộ vi xử lý sẽ ghi giá trị 0 vào địa chỉ bít ngõ ra, tương ứng với trạng thái OFF của lệnh cuộn dây.

Hình 9.16 minh họa lệnh cuộn dây với địa chỉ tham chiếu ở mức logic 0 và 1 Nếu có một đường thông mạch qua nhóm điều kiện, bộ xử lý sẽ ghi giá trị tương ứng.

Địa chỉ bit ngõ ra (hình 9.16b) thể hiện trạng thái ON của lệnh cuộn dây với mức logic 1 Khi địa chỉ tham chiếu của lệnh ngõ ra là một bit trong bảng ngõ ra thiết bị, bộ xử lý sẽ kích hoạt.

Khi thiết bị kết nối với ngõ ra được điều khiển ON, PLC sẽ chỉ thực hiện điều này sau khi hoàn tất chương trình và cập nhật trạng thái ngõ ra vào cuối chu kỳ quét (EOS).

Khi sử dụng cuộn dây ngõ ra trung gian, địa chỉ tham chiếu cho lệnh cuộn dây là địa chỉ bít trong vùng nhớ nội, khác biệt với địa chỉ ngõ ra thiết bị kết nối bên ngoài Khi ngõ ra trung gian được bật ON, bit tương ứng trong vùng nhớ nội sẽ có mức logic 1 Những ngõ ra này thường được dùng để khóa liên động trong chương trình hoặc khi không cần thiết sử dụng ngõ ra thiết bị Tiếp điểm thường mở và thường đóng của cuộn dây sẽ thay đổi trạng thái theo cuộn dây Hình 9.17 minh họa một chương trình Ladder đơn giản với tiếp điểm thường mở và thường đóng để điều khiển ngõ ra.

Hình 9-17 Tiếp điểm thường hở và thường đóng diều khiển ngõ ra thiết bị và ngõ ra trung gian

Chương 9: Ngôn ngữ lập trình Ì89 Để ngõ ra 20 lên ON, hai yếu tố cần phải đáp ứng: (1) PB1 phải được nhấn để ngố vào 10 lên ON và (2) công tắc giới hạn LSI không được tác động để giữ ngõ vào 11 ở trạng thái OFF; nếu cả hai điều kiện logic này được thỏa mãn, cuộn dây 20 sẽ có điện Khi cuộn dây 20 lên ON, tiếp điểm thường mở 20 sẽ đóng, điều khiển ngố ra trung gian 100 lên ON Đồng thời, tiếp điểm thường đóng 20 sẽ mở, khi đó ngõ ra nhánh gian 101 sẽ OFF Tại thời điểm EOS, đèn PL1 sẽ sáng vì bộ vi xử lý sẽ xuất giá trị 1 ra mô-đun ngõ ra, giá trị ngõ ra sẽ tiếp tục duy trì ở mức 1 nếu ngõ ra 20 duy trì trạng thái ON Lưu ý, ngõ ra trung gian 100, 101 không điều khiển thiết bị ngõ ra vì địa chỉ gán cho lệnh lưu trong vùng nhớ nội và không được ánh xạ qua bảng địa chỉ ngõ ra.

9.4.4 Đảo cuộn dây ngõ ra

Lệnh đảo cuộn dây ngõ ra, hay còn gọi là hàm NOT, thực hiện chức năng ngược lại với lệnh cuộn dây ngõ ra Khi tổ hợp điều kiện của nhánh Ladder cho kết quả OFF, lệnh đảo cuộn dây sẽ chuyển sang trạng thái ON, làm cho địa chỉ bit ngõ ra được gán trở thành ON Ngược lại, nếu tổ hợp điều kiện cho kết quả ON, lệnh đảo cuộn dây sẽ OFF, khiến địa chỉ bit ngõ ra trở về trạng thái OFF Khi lệnh đảo cuộn dây được kích hoạt ON, trạng thái của các tiếp điểm ngõ ra sẽ thay đổi: tiếp điểm thường hở sẽ đóng lại và tiếp điểm thường đóng sẽ mở ra Khi lệnh đảo cuộn dây trở về OFF, các tiếp điểm ngõ ra sẽ trở lại trạng thái ban đầu, với tiếp điểm thường hở mở ra và tiếp điểm thường đóng đóng lại.

Triển khai chương trình Ladder được trình bày trong hình 9.18 sử dụng lệnh phủ định cuộn dây.

Triển khai hàm phủ định trạng thái logic Y mà không sử dụng lệnh phủ định cuộn dây

Hình 9.18 Nhánh Ladder cho ví dụ 9-3

Phương trình logic điều khiển ngõ ra Y: Y = (A + C) • B

Sử dụng định lý De Morgan’s (xem chương 3), phủ định ngố ra Y được viết lại như sau: ya = A+50-50 = A + 500 + 50 - A® • CEE + 50

Hình 9-19 Nhánh Ladder như hình 9.18 nhưng sử dụng lệnh đảo ngõ ra

190 Chương 9: Ngôn ngữ lập trình

Lập trình ngôn ngữ ladder

9.5.1 Chu kỳ quét chương trình ladder Đánh giá chu kỳ quét là một khái niệm quan trọng vì nó định nghĩa trình tự xử lý một chương trình Ladder Bộ xử lý bắt đầu xử lý chương trình Ladder sau khi đọc trạng thái tất cả ngõ vào và lưu thông tin trong bảng ngõ vào Quá trình này được thực hiện từ đầu chương trình hay bắt đầu từ nhánh đầu tiên và chỉ xử lý một nhánh duy nhất tại một thời điểm Khi xử lý chương trình điều khiển, bộ xử lý sẽ kiểm tra địa chỉ tham chiếu của từng lệnh để xác định kết quả của nhánh Ladder đang được xử lý Ngay cả khi điều kiện ngõ ra trong nhánh được xử lý ảnh hưởng đến nhánh trước, bộ vi xử lý cũng không quay lại nhánh trước để xử lý lại. Đe làm rõ thêm nội dung này, chúng ta cùng xem xét ví dụ hình 9-25 gồm bốn nhánh Tiếp diêm thường mở 10 được tác động từ một nút nhấn bên ngoài và được viết ở dòng đầu tiên Nếu tiếp điểm 10 lên ON (ấn nút nhấn) thì ngõ ra 100 lèn ON Trong dòng kế tiếp, tiếp điểm 100 sẽ tác động ngõ ra 101 lên ON, tiếp diêm 101 sẽ tác động ngõ ra 102 lên ON, và tiếp diêm 102 sẽ tác động ngộ ra 103 lên ON Mặc dù các ngõ ra được lập trình ở các dòng khác nhau nhưng tẩt cả đều lên ON trong một chu kỳ quét, vì bộ xử lý cập nhật trạng thái điều khiển các thiết bị được kết nổi với ngõ ra sau khi kết thúc chu kỳ quét Trong trường hợp này, nếu ngõ ra 100, 101, 102, 103 được kết nối với đèn thì tất cả các đèn sẽ lên ON cùng lúc.

Hình 9.25 Các nhánh Ladder có tẩt cả ngỡ ra lên ON trong cùng chu kỳ quét

Chương 9: Ngôn ngữ lập trình Ì93

Chương trình Ladder trong Hình 9-26 có cấu trúc tương tự như Hình 9-25 nhưng thứ tự các nhánh đã được đảo ngược Khi ngõ vào 10 được kích hoạt (ấn nút nhấn) trong chu kỳ quét đầu tiên, bộ vi xử lý cần thực hiện bốn chu kỳ quét để ngõ ra 103 bật ON Trong chu kỳ đầu tiên, bộ vi xử lý kiểm tra địa chỉ 102 và nhận thấy trạng thái là OFF, do đó ngõ ra 103 vẫn OFF Tiếp theo, do tiếp điểm 101 cũng OFF, ngõ ra 102 vẫn giữ trạng thái OFF Tương tự, tiếp điểm 100 OFF dẫn đến ngõ ra 101 vẫn OFF Cuối cùng, với tiếp điểm 10 ON, ngõ ra 100 sẽ bật ON Nếu tiếp điểm 10 vẫn ON trong chu kỳ quét thứ hai, ngõ ra 101 sẽ bật ON do địa chỉ tham chiếu 100 có mức logic 1 từ chu kỳ trước Quá trình này sẽ tiếp tục cho đến chu kỳ thứ tư, khi tất cả ngõ ra lần lượt bật ON Khi nút nhấn không còn tác động (tiếp điểm 10 OFF), các ngõ ra sẽ trở về trạng thái OFF theo thứ tự đã nêu.

Trong quá trình hoạt động của PLC, việc quan sát trinh tự tác động ngõ ra đối với mạch điện kết nối ngoại vi gần như là không thể do chu kỳ quét chỉ diễn ra trong vài mill giây Mặc dù tất cả các đèn có vẻ như được bật cùng một lúc, thực tế chúng được tác động ở các chu kỳ khác nhau Để theo dõi kết quả ngõ ra của chương trình Ladder, cần dựa vào hoạt động của một chu kỳ quét Trong chu kỳ này, bộ vi xử lý sẽ đọc tất cả tín hiệu ngõ vào, thực thi chương trình logic, cập nhật trạng thái ngõ ra và sau đó dừng lại cho đến khi chu kỳ tiếp theo bắt đầu Hoạt động của chu kỳ quét thường được áp dụng trong quá trình kiểm tra chương trình điều khiển.

Hình 9.26 Các nhánh Ladder có các ngõ ra lên ON trong các chu kỳ quét khác nhau

Khi sử dụng chương trình dạng Ladder, cần lưu ý rằng nếu ngõ ra tác động lên một nhánh khác trong cùng một chu kỳ quét, ngõ ra đó phải được lập trình trước nhánh bị tác động Nếu lập trình không đúng thứ tự, sẽ xảy ra lỗi khi sử dụng tiếp điểm xung và ngõ ra xung để thực hiện lệnh reset trong nhánh khác Một ví dụ về lỗi do thứ tự lập trình là dòng lệnh reset ngõ ra chốt sẽ không bao giờ được thực thi.

194 Chương 9: Ngôn ngữ lập trình

Ngõ ra dạng xung không bao giờ reset ngõ ra chốt 100 Khi tiếp điểm 10 đóng, ngõ ra 100 sẽ chuyển sang trạng thái ON và chỉ được chốt lại khi tiếp điểm 11 đóng Tiếp điểm 12 khi đóng sẽ điều khiển ngõ ra 11 lên ON trong một chu kỳ Tuy nhiên, khi chu kỳ kết thúc, ngõ ra xung sẽ trở về OFF và ngõ ra chốt 100 sẽ không được reset trong chu kỳ tiếp theo.

9.5,2 Lập trình với ngõ vào thường đỏng

Trong mạch điều khiển rơ-le, việc sử dụng tiếp điểm thường mở và thường đóng rất quan trọng Tiếp điểm thường mở thường được dùng để đơn giản hóa lập trình trong PLC, trong khi tiếp điểm thường đóng lại cần được sử dụng cẩn thận để tránh nhầm lẫn Để minh họa cách lập trình với tiếp điểm thường đóng, chúng ta xem xét ví dụ về việc điều khiển đèn báo PL1 Chương trình logic yêu cầu rằng nếu không ấn nút PB1, PL1 sẽ bật; nếu ấn PB1, PL1 sẽ tắt Hai cách lập trình khác nhau cho PB1 được trình bày, và chỉ có cách thứ hai mới đáp ứng đúng yêu cầu của mạch điện.

Hình 9.28 Mạch điện kết nối bằng dây

Hình 9.29 Mạch logic với PB1 được lập trình là một tiếp điểm thường đóng

Chuông 9: Ngôn ngữ lập trình 195

Hình 9.30 Mạch logic với PB1 được lập trình lẩ một tiếp điểm thường mở

Trong hình 9.29, địa chỉ tham chiếu của PB1 (ngõ vào 10) được lập trình là tiếp điểm thường đóng để điều khiển cuộn dây ngõ ra 100, kết nối với đèn PL1 Khi PTC đọc trạng thái của thiết bị tại ngõ vào 10, nếu PB1 không được ấn, PLC sẽ nhận diện ngõ vào 10 có mức logic 1, dẫn đến tiếp điểm thường đóng mở ra, làm cho ngõ ra 100 và đèn PL1 tắt Ngược lại, khi PB1 được ấn, ngõ vào 10 sẽ có mức logic 0, tiếp điểm thường đóng sẽ đóng lại, cho phép ngõ ra 100 bật và đèn PL1 sáng.

Trong quá trình hoạt động, điều kiện tiếp điểm thường đóng được lập trình với lệnh tiếp điểm thường mở Nếu PB1 không tác động, trạng thái ngõ vào là ON và PTC sẽ lưu mức logic 1 vào bảng dữ liệu ngõ vào, khiến lệnh tiếp điểm thường mở tại địa chỉ ngõ vào 10 đóng lại, cho phép ngõ ra 100 ON và đèn PL1 sáng Ngược lại, khi PB1 được ấn, trạng thái ngõ vào chuyển thành OFF, PLC lưu mức logic 0 vào bảng dữ liệu ngõ vào, làm lệnh tiếp điểm thường mở tại địa chỉ ngõ vào 10 mở ra, dẫn đến ngõ ra 100 OFF và đèn PL1 tắt.

Giải pháp lập trình cho ngõ vào sử dụng tiếp điểm thường đóng cho phép mạch đấu dây hoạt động như một thiết bị thường đóng khi kết nối với rơ-le, và cần được lập trình giống như lệnh cho tiếp điểm thường mở Ngõ vào của PLC có thể được thiết lập để hoạt động như tiếp điểm thường đóng hoặc thường mở, tùy thuộc vào cài đặt ban đầu của người dùng, cho phép kiểm tra trạng thái của thiết bị ngõ vào Điều này thể hiện sự linh hoạt của PLC, vì bộ điều khiển có thể được lập trình để điều khiển theo yêu cầu mà không cần thay đổi sơ đồ đấu dây, bất kể thiết bị ngõ vào là thường mở hay thường đóng Trạng thái lập trình của ngõ vào không chỉ phụ thuộc vào cách đấu dây mà còn vào cách kiểm tra trong chương trình, như ví dụ về chương trình PLC sử dụng nút nhấn với hai tiếp điểm khác nhau tùy thuộc vào loại tiếp điểm kết nối với mô-đun PLC.

Viết chương trình Ladder cho sơ đồ mạch điện trong hình 9-33 với hai trường hợp sử dụng một nút nhấn: (a) Kết nối tiếp điểm thường mở của nút nhấn với mô-đun ngõ vào PLC, cho phép tín hiệu được gửi khi nút nhấn được nhấn; (b) Kết nối tiếp điểm thường đóng với mô-đun ngõ vào PLC, tín hiệu sẽ được gửi khi nút nhấn không được nhấn Mô tả chi tiết hoạt động của từng trường hợp để hiểu rõ cách thức hoạt động của hệ thống điều khiển.

Nút nhấn ngõ vào sử dụng địa chỉ 10 và địa chỉ 30, 31 tương ứng cho đèn PL1 và PL2 Màu đèn đậm thể hiện trạng thái đèn sáng; ví dụ, khi không ấn nút nhấn PB1, đèn PL1 tắt trong khi PL2 sáng (Hình 9-33).

196 Chương 9: Ngôn ngừ ỉập trình

Hình 9.31 Dòng điện qua mạch ở hình 9.29 khi (a) PB1 không ấn (b) PB1 được ấn

Hình 9.32 Dòng điện qua mạch ở hình 9.30 khi (a) PB1 không ấn (b) PB1 được ấn

Sơ đồ mạch điện hình 9.33 cho thấy rằng khi không ấn nút PB1, đèn PL1 sẽ tắt trong khi đèn PL2 sáng do tiếp điểm thường đóng của PB1 cấp điện cho PL2 Để đáp ứng yêu cầu, chúng ta có thể đấu dây cả hai tiếp điểm của nút nhấn PB1 với mô-đun ngõ vào PLC Chương trình PLC cho phép sử dụng cả tiếp điểm thường mở và thường đóng.

Hình 9.33 Sơ đồ mạch điện cho ví dụ 9.2

Chương 9: Ngôn ngữ lập trình Ỉ97

Hình 9.34 mô tả cách kết nối ngõ vào với tiếp điểm thường mở, nơi lệnh từ tiếp điểm này điều khiển đèn PL1, trong khi lệnh từ tiếp điểm thường đóng điều khiển đèn PL2 Khi tiếp điểm A của nút nhấn PB1 không được nhấn, đèn PL1 sẽ tắt và đèn PL2 sẽ sáng Trong nhánh đầu tiên, tiếp điểm thường mở của nút nhấn trong mạch ngõ vào PLC hoạt động tương tự như tiếp điểm thường mở của một nút nhấn thông thường Trong nhánh thứ hai, tiếp điểm thường mở của nút nhấn trong mạch ngõ vào PLC hoạt động như tiếp điểm thường đóng của một nút nhấn.

Not Writed to PLC input

Mạch logic trong Hình 9.34 sử dụng tiếp điểm thường mở, trong khi Hình 9.35 minh họa trường hợp kết nối ngõ vào với tiếp điểm thường đóng Lệnh từ tiếp điểm thường đóng điều khiển đèn PL1 (địa chỉ 30), trong khi lệnh từ tiếp điểm thường mở điều khiển đèn PL2 (địa chỉ 31) Trong quá trình hoạt động, nếu PB1 không được ấn, tiếp điểm sẽ không được kích hoạt.

Khi nút nhấn B được kích hoạt, tín hiệu vào mô-đun ngõ vào PLC sẽ duy trì ở địa chỉ 10 với mức logic 1 Điều này dẫn đến việc tiếp điểm thường đóng tại địa chỉ 10 mở ra, khiến đèn PL1 vẫn tắt Đồng thời, lệnh từ tiếp điểm thường mở điều khiển đèn PL2 sẽ đóng lại khi nút nhấn PB1 không được ấn Trong mạch ngõ vào PLC, tiếp điểm thường đóng của nút nhấn hoạt động tương tự như tiếp điểm thường mở của một nút nhấn khác.

Hình 9.35 Mạch logic như hình 9.33 với tiếp điểm thường đóng

Các bộ timer và counter

Timer và Counter là các lệnh trong PLC với chức năng tương tự như thiết bị phần cứng dùng để định thời và đếm Chúng có khả năng tác động hoặc ngừng tác động thiết bị sau khoảng thời gian đã định hoặc khi bộ đếm đạt giá trị đặt trước Thường thì, timer và counter được coi là ngõ ra nội của PLC và là các lệnh cơ bản trong ngôn ngữ Ladder.

Lệnh Timer có nhiều độ phân giải khác nhau, được sử dụng để tạo sự kiện theo thời gian, còn gọi là mức thời gian cơ sở (Timer Base) Để định thời gian 10 giây với độ phân giải 1 giây, người dùng cần đếm mười xung thời gian, được gọi là sổ đếm Các độ phân giải phổ biến của bộ định thì bao gồm 0.01 giây, 0.1 giây và 1 giây.

10 giây, dựa trên độ phân giải khác nhau.

Bảng 9.4 Độ phân giải của cảc Timer

Thời gian trễ Số đếm Độ phân giải (giây)

Chú ý: Thời gian trễ = số đếm X Độ phân giải

Preset Register: Reg 100 = 50 Accumulated Register: Reg 1001 - XX

Lệnh Timer trong PLC rất quan trọng cho các ứng dụng yêu cầu thời gian trễ cụ thể khi điều khiển ngõ ra Nó có khả năng thay thế hoàn toàn các bộ định thời trong hệ thống điều khiển tự động Ví dụ, Timer có thể được lập trình để tạo ra thời gian trễ 0.01 giây, giúp PLC xuất tín hiệu ngõ ra nhanh chóng hơn so với hệ thống điện sử dụng rơ-le Sự chậm trễ nhỏ này cần thiết để đảm bảo đáp ứng chính xác của các thành phần khác trong hệ thống.

Lệnh Counter được sử dụng để đếm số lần tác động, như lượng hàng di chuyển qua băng tải hoặc số lần một cuộn dây được kích ON Counter có hai giá trị chính: giá trị đặt và giá trị tích lũy, được lưu trữ trong các thanh ghi hoặc word trong bảng dữ liệu Giá trị đặt là số cần đạt được để kích hoạt ngõ ra, trong khi giá trị tích lũy là số đếm hiện tại trong quá trình hoạt động Giá trị đặt được lưu trữ trong thanh ghi đặt (Preset register), còn giá trị tích lũy được giữ trong thanh ghi tích lũy (Accumulated register).

Chương 9: Ngônngữlập trĩnh 20Ỉ lập trình Chương trình viết theo ngôn ngữ Ladder hoặc khối đều có thể sừ dụng lệnh timer và counter.

PLC cung cấp nhiều loại timer định thời khác nhau, nhưng các nhà sản xuất có thể thiết kế các chức năng của bộ định thời theo những cách riêng biệt Bảng 9-4 liệt kê các timer điển hình được sử dụng trong các hệ thống PLC.

Tập lệnh tiếp điểm rơ-le (Mục đích: Sơ đồ mạch điện dạng rơ-le có thể được lập trình trong PLC)

Lệnh Ký hiệu Chức năng

TON Ngõ ra Timer lên ON sau khi đếm đủ thời gian khi logic ngố vào = 1

TON Ngố ra Timer OFF sau khi đếm đủ thời gian khi logic ngõ vào = 0

TOF Ngõ ra Timer lên ON sau khi đếm đũ thời gian khi logic ngõ vào = 1

TOF Điều khiển ngõ ra thiết bị hoặc trung gian về OFF khi ngõ vào ON

RTO Energizes an output after a set time period when logic 1 exists and then retains the accumulated value Retentive Timer Reset

R^R Resets the accumulated value of a retentive timer

Bộ định thời (timer) có hai định dạng chính: dạng khối và dạng Ladder, như được thể hiện trong Hình 9.38 Chức năng của các bộ định thời này về cơ bản là giống nhau, nhưng khác nhau ở loại ngõ ra mà chúng cung cấp.

Accumulated Register Enable/Reset o control——

Chương 9: Ngôn ngữ lập trình có thể có một hoặc hai ngõ vào, tùy thuộc vào bộ điều khiển lập trình Các ngõ vào này bao gồm ngõ vào điều khiển (Control) và ngõ vào cho phép/reset (Enable/Reset).

Khi tín hiệu điều khiển timer là TRUE (mạch liên tục) và tín hiệu cho phép hoạt động cũng là TRUE, khối chức năng sẽ bắt đầu quá trình định thời gian Timer trong định dạng ladder thường chỉ có một ngõ vào, đó là tín hiệu điều khiển Nếu tín hiệu điều khiển ở trạng thái ON, timer sẽ bắt đầu đếm thời gian.

Hai định dạng timer trong PLC đều sử dụng một thanh ghi để lưu giá trị đặt (Preset) và một thanh ghi khác để lưu giá trị thời gian đếm hiện tại (Accumulate) Một số PLC cho phép người dùng nhập trực tiếp hằng số làm giá trị đặt cho timer, nhưng giá trị này phải được nhập vào thanh ghi tương ứng với địa chỉ của mỗi timer Độ phân giải của timer có thể tùy chọn, phụ thuộc vào loại PLC, như 0.01 giây, 0.1 giây hoặc 1 giây Khi giá trị đếm tích lũy đạt giá trị đặt trước, timer sẽ thực hiện chức năng của nó và thiết lập các điều kiện ngõ ra tương ứng với loại timer Khi sử dụng timer trong PLC để thay thế thiết bị định thời gian, cần lưu ý rằng phải thay thế các tiếp điểm đóng/mở theo thời gian của timer, không thay thế các tiếp điểm đóng/mở tức thời từ thiết bị định thời gian Hình 9-39 minh họa một mạch điện sử dụng thiết bị định thời với tiếp điểm đóng/mở theo thời gian và tiếp điểm đóng/mở tức thời để điều khiển, cũng như chương trình PLC sử dụng timer của Siemens và Mitsubishi.

Hình 9.39 Sơ đồ mạch điện sử dụng timer và tiếp điểm timer trong PLC

Bộ định thời gian TMR1 trong nhánh 1 có tiếp điểm tác động tức thời (TMR1-1) tại nhánh 2, được sử dụng để duy trì nút nhấn PB1, cùng với tiếp điểm theo thời gian (TMR1-2) trong nhánh 5 Để chuyển mạch logic thành chương trình PLC, người sử dụng cần "bẫy" bộ đếm thời gian thông qua sự liên kết nhằm tạo tiếp điểm đóng tức thời.

Preset Register: Reg 100 = 50 Accumulated Register: Reg 1001 = XX

1 Giản đồ thời gian Timer On Del

Timer ON-delay (TON) là lệnh ngõ ra thực hiện các tác động sau một khoảng thời gian nhất định, đếm thời gian khi các sự kiện xảy ra Khi điều kiện của nhánh liên tục, timer sẽ bắt đầu đếm thời gian theo độ phân giải và đếm ngược cho đến khi thời gian tích lũy đạt giá trị yêu cầu.

Trong Chương 9 về ngôn ngữ lập trình với thời gian đặt, khi giá trị đếm tích lũy và giá trị đặt bằng nhau, bộ đếm thời gian (timer) sẽ kích hoạt và đóng tiếp điểm theo thời gian liên kết với ngõ ra Các tiếp điểm theo thời gian có thể được sử dụng trong toàn bộ chương trình dưới dạng tiếp điểm thường mở hoặc thường đóng Nếu điều kiện cho timer bị ngắt trước khi ngõ ra được kích hoạt, timer sẽ reset thanh ghi tích lũy về 0 Hình 9-41 minh họa giản đồ thời gian cho loại timer ON-delay.

Lệnh ngõ ra Timer Off-Delay (TOF) phục hồi tác động sau một khoảng thời gian nhất định Khi điều kiện của nhánh liên tục, trạng thái tiếp điểm của timer sẽ được tác động ngay lập tức mà không thực hiện định thời Ngược lại, khi điều kiện không liên tục, timer bắt đầu đếm ngược cho đến khi thời gian tích lũy bằng thời gian đã đặt Khi giá trị đếm và giá trị đặt trùng nhau, timer sẽ reset ngõ ra và phục hồi trạng thái tiếp điểm theo thời gian liên kết với ngõ ra Các tiếp điểm này có thể được sử dụng như tiếp điểm thường mở hoặc thường đóng trong toàn bộ chương trình Nếu điều kiện cho timer trở lại liên tục trước khi ngõ ra được kích hoạt, timer sẽ reset thanh ghi tích lũy về 0 Hình 9.43 minh họa giản đồ thời gian của timer OFF-delay.

Preset Register: Reg 100 = 50 Accumulated Register: Reg 1001 = XX

Timer’s 1 Control input 0 OFF-Delay 1 Energize 0

Timer output 100 is turned ON

Lệnh Timer OFF Delay Giàn đồ thời gian Timer OFF Delay

Hình 9.43 Giản đồ thời gian và chương trình PLC của timer OFF-delay

9.7.3 Lệnh Timer On-Deiay có nhớ

Lệnh ngõ ra timer ON-delay có nhớ (RTO) được sử dụng để giữ lại giá trị tích lũy của bộ định thời gian ngay cả khi điều kiện logic không liên tục hoặc hệ thống bị mất điện Khi bất kỳ đường dẫn nào của nhánh liên tục được kích hoạt, timer bắt đầu đếm thời gian cho đến khi giá trị tích lũy đạt đến thời gian đã đặt Thanh ghi tích lũy sẽ ghi lại giá trị đã đếm được, duy trì thông tin ngay cả khi nguồn điện hoặc tín hiệu logic không còn liên tục Khi thời gian tích lũy đạt thời gian đã đặt, bộ đếm thời gian sẽ kích hoạt ngõ ra và bật ON (đóng) các tiếp điểm theo thời gian liên kết với ngõ ra Các tiếp điểm của timer trong chương trình có thể là tiếp điểm thường mở hoặc thường đóng.

Lệnh Timer on delay có nhớ trong PLC Siemens

Lệnh Reset ngõ ra timer có nhớ (RTR) là phương pháp duy nhất cho phép tự động đặt lại giá trị đếm tích lũy của timer có nhớ về 0 khi điều kiện đầu vào của nhánh liên tục được đáp ứng Cần lưu ý rằng địa chỉ tham chiếu của lệnh RTR phải trùng khớp với địa chỉ tham chiếu ngõ ra của timer mà bạn muốn reset.

Lệnh bộ đếm

Có hai loại counter cơ bản: counter đếm lên (Up Counter) và counter đếm xuống (Down Counter) Các định dạng của counter phụ thuộc vào bộ điều khiển, với một số PLC sử dụng định dạng ladder (cuộn dây ngõ ra) và một số khác sử dụng định dạng khối chức năng Hình 9-44 minh họa hai định dạng này, trong khi Bảng 9-5 giới thiệu các lệnh counter thông dụng.

206 Chương 9:Ngôn ngữ lập trình

Hỉnh 9.48 (a) Lệnh counter dạng khối (b) và dạng Ladder

Tập lệnh Counter (Mục đích: Thiết lập bộ đếm trong PLC)

Lệnh Ký hiệu Chức năng

CTU Tăng giá trị thanh ghi đem tích lũy khi điều kiện đếm xảy ra

CTD Giảm giá trị thanh ghi đem tích lũy khi điều kiện đem xảy ra

OR Reset giá trị thanh ghi đếm tích lũy của

Couter đếm lên hoặc đếm xuống

Lệnh ngõ ra Counter đếm lên (CTU) được sử dụng để tăng giá trị đếm lên 1 mỗi khi có sự kiện đếm xảy ra Trong các ứng dụng điều khiển, counter điều khiển thiết bị ON hoặc OFF khi giá trị đếm đạt ngưỡng nhất định Ngoài ra, counter còn được dùng để theo dõi số lượng sản phẩm di chuyển qua vị trí xác định Khi giá trị đếm đạt giá trị cài đặt, counter sẽ kích ngõ ra và đóng các tiếp điểm liên kết Tùy thuộc vào loại PLC, sau khi đạt giá trị cài đặt, bộ đếm có thể thiết lập lại giá trị về 0 hoặc tiếp tục đếm, trong trường hợp này, lệnh reset sẽ được sử dụng để xóa giá trị tích lũy.

Lệnh counter trong PLC Siemes và Misubishi

Lệnh ngõ ra Counter đếm xuống (CTU) giảm giá trị đếm trong thanh ghi tích lũy một đơn vị khi điều kiện đếm tác động Trong thực tế, counter đếm xuống thường được kết hợp với counter đếm lên để tạo thành bộ đếm hai chiều (CTUD), yêu cầu cả hai bộ đếm phải có cùng địa chỉ thanh ghi.

Lệnh counter trong PLC Siemens, đặc biệt là bộ đếm CTUD, cho phép sửa đổi dữ liệu đầu vào một cách hiệu quả Cụ thể, khi CTU đếm số chai đã được đổ đầy, CTD với cùng địa chỉ tham chiếu có thể trừ giá trị đếm tích lũy mỗi khi nhận biết chai rỗng Tùy thuộc vào loại bộ điều khiển lập trình, bộ đếm xuống có thể dừng lại khi giá trị đạt 0 hoặc tiếp tục đến giá trị âm cực đại Đối với lệnh counter dạng khối, bộ đếm sẽ bắt đầu đếm khi điều kiện chuyển từ trạng thái OFF sang ON.

Lệnh reset counter (CTR) có chức năng đặt lại giá trị của thanh ghi đếm tích lũy về 0 cho các counter đếm lên hoặc đếm xuống Khi được lập trình, lệnh này sử dụng cùng một địa chỉ tham chiếu với các counter tương ứng Nếu điều kiện cho phép reset là TRUE, lệnh sẽ xóa giá trị tại địa chỉ tham chiếu đó.

208 Chương 9:Ngôn ngữ lập trình

Dòng reset của bộ đếm dạng khối sẽ đưa giá trị trong thanh ghi đếm tích lũy về 0 Bộ đếm này hoạt động theo các điều kiện: đếm lên khi tiếp điểm 10 đóng, đếm xuống khi tiếp điểm 11 đóng, và reset giá trị thanh ghi 1003 về 0 khi tiếp điểm 12 đóng Nếu giá trị đếm đạt 15, ngõ ra 100 sẽ được kích hoạt Ngược lại, nếu giá trị thanh ghi 1003 lớn hơn 15, ngõ ra 101 sẽ được bật Trong trường hợp giá trị đếm tích lũy nhỏ hơn 15, ngõ ra 102 sẽ được kích hoạt.

Hình 9.45 Counter dạng khối với điều kiện đếm lên, đếm xuống và reset

Hình 9.46 minh họa một bộ đếm dạng khối dùng để đếm số sản phẩm phát hiện qua cảm biến quang (PE) với giá trị khởi tạo là 500 Cần sửa đổi mạch để bộ đếm tự động reset khi đạt giá trị 500 Thêm vào đó, cần thiết lập các lệnh điều khiển cho một cuộn dây ngõ ra để thông báo khi bộ đếm đạt đến 500.

Hình 9-46 Lệnh counter dạng khối chức năng

Mạch điện trong Hình 9.47 tự động reset bộ đếm khi giá trị đặt trước và giá trị tích lũy bằng nhau Khi đó, ngõ ra 100 của bộ đếm sẽ chuyển sang trạng thái ON, và ngõ ra nhớ 101 cũng sẽ báo hiệu rằng giá trị bộ đếm đã đạt yêu cầu Ngõ ra này không chỉ thông báo mà còn được sử dụng để đặt lại bộ đếm PLC sẽ kiểm tra tất cả các ngõ vào, do đó bộ đếm sẽ được reset trong chu kỳ tiếp theo Ngõ vào 11 được sử dụng để reset ngõ ra 101 bằng tay.

Chương9: Ngôn ngữ lập trình 209

Hình 9-47 Tự động reset giá trị đếm counter

Tham khảo hướng dẫn từ ví dụ 9-3 (Hình 9.47) để thực hiện mạch phát hiện counter đã đếm đủ Trong mạch này, chỉ sử dụng cuộn dây ngõ ra thông thường và tiếp điểm thay thế cho cuộn dây ngõ ra chốt/không chốt.

Mạch liên động được minh họa trong Hình 9.48 cho phép chốt ngõ ra của bộ đếm, từ đó xác định giá trị bộ đếm so với giá trị đã đặt Cần lưu ý rằng nút nhấn reset 11 được lập trình là tiếp điểm thường đóng, lấy tín hiệu từ thiết bị ngõ vào sử dụng tiếp điểm thường hở Nếu ngõ vào này quan trọng và liên quan đến an toàn của hệ thống, mạch đấu dây thiết bị ngõ vào nên sử dụng tiếp điểm thường đóng, tương tự như cách lập trình lệnh tiếp điểm thường đóng.

9.9 Lệnh điều khiến chương trình

Lệnh điều khiển chương trình có vai trò quan trọng trong việc quản lý tiến trình hoạt động và thực hiện các tập lệnh trong chương trình Ladder Các chức năng này đảm bảo sự chính xác và hiệu quả trong quá trình vận hành.

Chương 9: Ngôn ngữ lập trình với các tập lệnh rẽ nhánh và quay lại chỉ được thực hiện khi các điều kiện logic trong chương trình được thỏa mãn Lệnh điều khiển chương trình tạo ra một hàng rào trong chương trình điều khiển, chứa các lệnh khác trong tập lệnh Ladder để thực hiện các chức năng mong muốn Hình 9-49 mô tả hàng rào này khi sử dụng lệnh điều khiển chương trình.

If the rung is TRUE, the fenced program (routine) is executed If the rung is FALSE, the fenced program is bypassed

Hình 9.49 Đoạn chương trình được tạo bởi lệnh điều khiển chương trình

Tùy thuộc vào thiết bị và ứng dụng, các bộ điều khiển lập trình sử dụng nhóm lệnh điều khiển chương trình để xử lý hiệu quả các chương trình do người dùng lập trình Những lệnh này chỉ được thực hiện trong các trường hợp cần thiết, giúp giảm thời gian chu kỳ quét của PLC và tối ưu hóa khả năng đáp ứng của hệ thống Bảng 9.6 mô tả một số lệnh điều khiển chương trình phổ biến, thường được sử dụng theo cặp Lệnh đầu tiên khởi động điều khiển chương trình, chuyển hướng PLC đến một đoạn chương trình khác, trong khi lệnh còn lại cho phép PLC quay trở lại vị trí ban đầu trong chương trình điều khiển.

Bảng 9.7 Tập lệnh điều khiển chương trinh

Tập lệnh điều khiển chương trình

(Mục đích: Điều khiển hoạt động xử lý lệnh trong chương trình Ladder)

Lệnh Ký hiệu Chức năng

Master Control Relay Thực hiện/không thực hiện một nhóm nhánh Ladder

Chương 9: Ngôn ngữ lập trình 211

Zone Control Last State ZCL Xác định có hay không một nhóm nhánh

Ladder được phép thực hiện

END Xác định nhánh cuối cùng của lệnh MCR hoặc ZCL

JMP Nhảy có điều kiện tới một nhánh xác định trong chương trình

Go To Subroutine GOSUB Chuyển tới đoạn chương trình con khi điều kiện chuyển lên ON

Label —|lbl|— Xác định nhánh cho lệnh JMP hoặc

Kết thúc đoạn chương trình con

If the rung is TRUE, the fenced program (routine) is executed If the rung is FALSE, the fenced program is bypassed

Lệnh ngõ ra MCR (Master Control Relay) được sử dụng để kích hoạt hoặc tạm dừng xử lý của một nhóm hoặc đoạn chương trình Nó kết hợp với lệnh END để tạo rào chắn cho một nhóm các nhánh trong chương trình.

Chương trình PLC sử dụng lệnh MCRA và MCR

Chương 9: Ngôn ngữ lập trình 213

Lệnh ZCL (Zone Control Last State) tương tự như lệnh MCR, có chức năng kiểm soát hoặc cho phép thực hiện một đoạn chương trình Trong lệnh này, điều kiện đầu vào của nhánh chứa lệnh ZCL được đặt ở đầu đoạn chương trình cần kiểm soát, trong khi ngõ ra END không yêu cầu điều kiện đầu vào ở cuối đoạn chương trình đó.

Tập lệnh số học

Tập lệnh số học trong PLC bao gồm bốn phép toán cơ bản: cộng, trừ, nhân và chia Một số PLC lớn còn hỗ trợ phép tính căn bậc hai Bảng 9-7 cung cấp danh sách các tập lệnh số học điển hình cùng với ký hiệu tương ứng.

Các lệnh số học trong lập trình có hai dạng cơ bản là Ladder và khối chức năng, nhưng chúng hoạt động tương tự nhau Hình 9.54 minh họa sự khác biệt giữa hai định dạng này Để thực hiện hầu hết các lệnh số học, cần sử dụng ba thanh ghi tham chiếu, trong đó hai thanh ghi được dùng cho các phép toán.

Chương 9 trình bày về ngôn ngữ lập trình toán hạng nguồn và một thanh ghi dùng cho toán hạng đích, là kết quả của phép tính Một số lệnh như phép nhân và chia có thể sử dụng đến bốn thanh ghi Tuy nhiên, phần lớn các PLC chỉ yêu cầu thực hiện các phép toán số học trên thanh ghi đơn, cho phép lưu trữ giá trị của các toán hạng nguồn và kết quả tính toán trên mỗi thanh ghi.

Bảng 9.8 Tập lệnh số học

Tập lệnh số học (Mục đích: Thực hiện các tính năng tính toán vói thanh ghi dữ liệu )

Lệnh ■ Ký hiệu Chức năng

ADD - -Phép cộng giá trị hai thanh ghi

A D ddition—Block ADD Phép cộng giá trị hai thanh ghi

Phép trừ giá trị hai thanh ghi

Subtraction—Block SUB Phép trừ giá trị hai thanh ghi

- ® - Phép trừ giá trị hai thanh ghi Multiplication—Ladder MUL Phép nhân giá trị hai thanh ghi

Phép chia giá trị hai thanh ghi

Division—Block DIV Phép chia giá trị hai thanh ghi

Square Root—Block SQR Phép lấy giá trị căn bậc hai

Để xử lý với số lượng lớn hơn, một PLC có thể cung cấp lệnh số học với thanh ghi đôi Lệnh số học trên thanh ghi đôi cho phép hệ thống sử dụng hai thanh ghi để lưu trữ giá trị toán hạng và kết quả, nhằm chứa những con số lớn hơn Chẳng hạn, lệnh trên thanh ghi đôi sẽ sử dụng tổng cộng sáu thanh ghi, bao gồm hai cho mỗi toán hạng và hai thanh ghi cho kết quả.

Hình 9-54 minh họa các thành phần của lệnh số học dạng cuộn dây (a), tiếp điểm (b) và Block (c) Một thanh ghi có giá trị tối đa lên đến 65535 trong định dạng 16 bit, với tất cả các bit đều được sử dụng.

1) nếu không có bit dau Neu bit lớn nhất được sử dụng làm bit dấu, thanh ghi đó có thể lưu giá trị

Chương 9: Ngôn ngữ lập trình 2Ỉ7 lớn nhất là +32 767 và giá trị thấp nhất là -32767 Neu kết quả cùa các phép tính số học có giá trị lớn hơn giá trị một thanh ghi có thể lưu, tình trạng tràn sẽ xuất hiện, và lệnh sẽ bật ON bit báo tràn hoặc ngõ ra Định dạng số được sử dụng trong các phép toán sẽ khác nhau tùy thuộc vào PLC nhưng thường là ba, bốn, hoặc năm chữ so (BCD hoặc nhị phân) Lưu ý giá trị BCD lưu trong một thanh ghi tối đa là 9999 (không dấu) hoặc ± 999 (có dấu).

Bài viết này sẽ trình bày về các lệnh số học trong hai định dạng Ladder và khối chức năng, đồng thời chỉ ra sự khác biệt giữa chúng Lệnh số học trong định dạng Ladder có thể yêu cầu thêm lệnh chuyển dữ liệu cho các toán hạng Trong khi đó, định dạng khối chức năng cho phép "thực hiện nối tiếp" các khối, điều này rất hữu ích cho việc thực hiện nhiều phép toán, vì mỗi lệnh sẽ kích hoạt lệnh tiếp theo khi hoàn tất Một số loại PLC hỗ trợ thực hiện lệnh số học theo khối chức năng, trong đó các thanh ghi liên tục được sử dụng để lưu trữ giá trị các toán hạng, nhưng kết quả lại được lưu trong một thanh ghi khác.

Chú ý: K33 trong khối hàm chia chỉ thị là hằng số có giá trị 33 Hình 9.55 Các khối lệnh số học được thực hiện một cách tuần tự

Ghi chú: Giá trị trong thanh ghi 1000, 1001, 1002, 1003 sẽ được cộng với thanh ghi 1200, 1201, 1203, 1204 và kết quả được lưu trong các thanh

Hình 9.56 Hoạt động của lệnh số học dạng khối

Lệnh ADD (Addition) trong lập trình ladder thực hiện phép cộng giá trị lưu trong hai thanh ghi tham chiếu Các bộ điều khiển khác nhau có cách truy cập giá trị này khác nhau; ví dụ, một số PLC sử dụng lệnh GET để đọc giá trị từ thanh ghi, trong khi một số khác chỉ đọc giá trị từ hai thanh ghi bằng ký hiệu tiếp điếm Bộ vi xử lý sẽ lưu trữ kết quả phép cộng trong thanh ghi được gán cho lệnh Phép toán cộng chỉ được thực hiện khi điều kiện đầu vào của nhánh là TRUE, do đó, điều kiện của phép toán cần được lập trình trước nhánh chứa lệnh cộng Một bit trong thanh ghi kết quả thường được sử dụng để báo hiệu khi xảy ra tình trạng tràn.

2Ỉ8 Chương 9: Ngôn ngữ lập trình

Nếu A được đóng lại, giá trị trong thanh ghi X và Y sẽ được cộng và lưu trữ trong thanh ghi Z Ngược lại, nếu A không được đóng, lệnh khôrig sẽ không được thực hiện và điều kiện sẽ bị bỏ qua.

A thì lệnh sẽ được thực hiện trong mỗi chu kỳ quét.

Nếu A đóng, nội dung của thanh ghi X sẽ được cộng với thanh ghi Y, và kết quả sẽ được lưu vào thanh ghi Z Ngược lại, nếu A mở, phép cộng sẽ không được thực hiện Lưu ý rằng không có tiếp điểm nào trong trường hợp này.

A thì phép cộng sẽ thực hiện trong mỗi chu kỳ quét.

Hĩnh 9.57 Lệnh ADD dạng Ladder

Lệnh cộng trong PLC Mishubishi

Khối lệnh ADD thực hiện phép cộng hai giá trị được lưu trữ trong các thanh ghi và lưu kết quả vào một thanh ghi khác Các toán hạng có thể là hằng số, giá trị từ I/O, thanh ghi hoặc biến số trong bộ nhớ nội của bộ điều khiển Hình 9-58 minh họa một khối ADD điển hình với các tín hiệu điều khiển như Enable hoặc Done.

Hình 9.58 Lệnh ADD dạng khối chức năng

Chương 9: Ngôn ngữ lập trình 219

Lệnh ADD thực hiện phép cộng giữa hai thanh ghi khi tín hiệu điều khiển được kích hoạt Khi tín hiệu điều khiển chuyển từ OFF sang ON, bộ vi xử lý sẽ cộng giá trị trong hai thanh ghi, chẳng hạn như thanh ghi 1000 và 1001, và lưu kết quả vào một thanh ghi khác Các thanh ghi này có thể được định nghĩa là hằng số, thanh ghi lưu trữ, hoặc thanh ghi vào/ra.

Khi lệnh thực hiện xong hoặc được phép, cuộn dây ngõ ra sẽ thông báo trạng thái hoàn thành Ngõ ra sẽ tiếp tục ở trạng thái ON khi tín hiệu điều khiển là TRUE Cờ báo tràn sẽ kích hoạt ngõ ra khi có hiện tượng tràn Nếu phép cộng bị tràn, một số PLC sẽ khóa hoặc lưu lại kết quả bằng giá trị lớn nhất mà thanh ghi có thể lưu trữ, trong khi một số khác sẽ trả về giá trị chênh lệch giữa giá trị tối đa của thanh ghi và giá trị bị tràn.

Một số bộ điều khiển hỗ trợ khối cộng với giá trị toán hạng được lưu trong hai thanh ghi Lệnh này được lập trình tương tự như lệnh cộng trên một thanh ghi, nhưng PLC sẽ đọc giá trị từ hai thanh ghi cho mỗi toán hạng, và kết quả cũng được lưu trong hai thanh ghi.

Lệnh cộng trong PLC Simems

Trong Hình 9.60, hai thành phần được đưa vào két phản ứng để trộn Mô-đun đầu vào cung cấp thông tin 12 bit dạng BCD, truyền dữ liệu lưu lượng đến PLC Các giá trị này được lưu trữ trong thanh ghi 1000 và 1001 Sử dụng các lệnh để theo dõi tổng lượng các thành phần kết hợp, nhằm hiển thị thông tin này trên màn hình cho người vận hành.

220 Chương 9: Ngôn ngữ lập trình

Các lệnh thao tác dữ liệu

Các lệnh thao tác dữ liệu tăng cường chức năng của lệnh ladder cơ bản Trong khi các lệnh tiếp điểm rơ-le điều khiển các ngõ ra bên trong và bên ngoài, lệnh thao tác dữ liệu dựa trên trạng thái các địa chỉ bít đặc biệt để xử lý đa bit Những lệnh này cho phép thực hiện các hoạt động trong một hoặc nhiều thanh ghi Bảng 9.9 cung cấp tóm tắt về các lệnh thao tác dữ liệu.

Các lệnh CMP (Compare) được sử dụng để so sánh giá trị trong hai thanh ghi, rất hữu ích trong việc kiểm tra phạm vi giá trị trong điều khiển hoặc dữ liệu nhập của chương trình ứng dụng Trong sổ bộ điều khiển, lệnh CMP có thể được mở rộng theo định dạng lệnh ladder cơ bản, trong khi một số khác sử dụng dạng khối chức năng Cả hai dạng lệnh này đều cung cấp ba điều kiện so sánh cơ bản: so sánh bằng (=), so sánh lớn hơn (>), và so sánh nhỏ hơn ( (1200) > (1300) Nếu điều kiện này được thỏa mãn (TRUE), cuộn dây ngõ ra 101 sẽ được bật (ON).

Chương 9: Ngôn ngữ ỉập trình 229

Ngõ ra 100 ON khi lệnh được cho phép thực hiện.

Một số bộ điều khiển không tích hợp khối CMP có khả năng thực hiện so sánh giá trị giữa hai thanh ghi thông qua khối SUB Kết quả của phép so sánh này sẽ cho biết ba khả năng: giá trị dương (>), bằng 0 (=), hoặc giá trị âm () nhằm tránh việc bỏ sót các so sánh bằng do những biến đổi nhỏ khi đọc dữ liệu đầu vào tương tự.

Khối chức năng ma trận logic thực hiện các phép toán logic như AND, OK, NOT, EX-OR, NAND và NOR giữa hai hoặc nhiều thanh ghi Hoạt động logic giữa hai thanh ghi có thể được hiểu như hoạt động của ma trận hàng Hình 9.78 minh họa một khối ma trận logic điển hình.

Các thanh ghi 1000 và 1100 lưu trữ các giá trị toán hạng, trong khi thanh ghi 2000 lưu giữ kết quả của hoạt động Độ dài (length) được định nghĩa là số lượng từ hoặc thanh ghi liên tiếp cho mỗi toán hạng cung cấp dữ liệu trong ma trận Khi lệnh được kích hoạt, phép logic sẽ được thực hiện cho từng cặp bit tương ứng trong hai thanh ghi toán hạng, với bit kết quả cũng nằm ở vị trí tương ứng trong thanh ghi kết quả Hình 9.79 minh họa hoạt động AND của dữ liệu giữa hai thanh ghi toán hạng trong nhánh chương trình.

Chương 9: Ngón ngữ lập trình 231

Hình 9.78 Lệnh ma ưận logic

Logic Function AND, OR, NOI Reg 1000 Reg 1100

Hình 9.79 Ket quả thực hiện lệnh ma trận logic Hình 9.80 diễn tả một khối ma trận logic có thông số length=8 và thực hiện logic AND.

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Mask (Reg 1100) nnnn Result after (Reg

V Oniu bits passed (Othrs are masked out)

Reg 1000 Holds data to be masked Reg 1100 Holds mask

Reg 2000 Holds results Holding Register Mask Register Result Register 1000

Hình 9.80 Hoạt động của một khối chức năng ma trận logic

232 Chương 9:Ngôn ngữ lập trình

Lệnh chuyển đổi dữ liệu thực hiện việc chuyển nội dung của thanh ghi từ định dạng này sang định dạng khác Các lệnh chuyển đổi dữ liệu phổ biến bao gồm BCD sang BIN (nhị phân), BIN sang BCD, lấy trị tuyệt đối, bổ sung dấu, và đào ngược.

Lệnh chuyển đổi dừ liệu BCD - BIN (xem Hình 9.81) đoi dữ liệu ngõ vào

BCD inn^ in j l 0 1 0 111 0 0 010 1 1 110 1 1 0 h *eRg’°00 ŨMI ũ' I input into I I I I II (5876 BCD) register

Reg 1200 Holds BCD value Holds binary value after conversion

Hình 9.81 Chuyển đổi dừ liệu BCD - BIN.

BCD chuyển đổi dữ liệu từ các thiết bị ngõ vào, như bảng công tắc, sang mã nhị phân để phục vụ cho tính toán Ngược lại, lệnh chuyển đổi từ BIN sang BCD trong PLC cho phép điều khiển các thiết bị ngõ ra sử dụng mã BCD, ví dụ như hiển thị trên đèn LED 7 đoạn.

Reg 1200 Holds binary value Holds BCD value after conversion Reg 1200

BCD number is transferred to seven-segment LEDs via block transfer or other instruction Hình 9.82 Chuyển đổi dữ liệu BIN — BCD

Hoạt động của khôi chuyển đoi dữ liệu về cơ bản giống như cách chuyển đồi BCD - BIN

Các lệnh di chuyển dữ liệu

Các lệnh di chuyển dữ liệu trong PLC cho phép chuyển đổi dữ liệu số giữa các thanh ghi hoặc nhóm thanh ghi Những lệnh này có khả năng chuyển dữ liệu đến và đi từ bất kỳ vị trí nào trong vùng nhớ dữ liệu, ngoại trừ các vùng nhớ hạn chế Chúng thường được sử dụng để cập nhật các giá trị cho bộ đếm hoặc bộ định thời, cũng như để đọc tín hiệu tương tự từ các mô-đun ngõ vào và chuyển dữ liệu đến các mô-đun ngõ ra Các lệnh di chuyển dữ liệu có thể được thể hiện dưới dạng ladder hoặc khối chức năng.

Chương 9: Ngôn ngữ lập trình 239 Định dạng ladder là các lệnh GET và PUT (xem Hình 9.94) Các lệnh này thường dùng trong các hoạt động so sánh hoặc tính toán số học Lệnh GET cập nhật dữ liệu trong một thanh ghi xáe định, lệnh PUT cất dữ liệu vào một thanh ghi cỏ địa chỉ cụ thế.

Hình 9.94 Sử dụng lệnh GET và PUT dạng ladder.

Khối chức năng di chuyển dữ liệu là hình thức phổ biến nhất trong lập trình PLC, chỉ đứng sau nhóm lệnh rơ-le cơ bản Nhóm khối lệnh này rất hữu ích cho việc lập trình các PLC nâng cao và tên gọi của chúng có thể khác nhau tùy theo từng bộ điều khiển Các lệnh di chuyển dữ liệu thông dụng được liệt kê trong bảng 9-9.

Bảng 9.10 Tập lệnh di chuyển dữ liệu

Tập lệnh dỉ chuyển dữ liệu (Mục đích: Chuyển dữ liệu số bên trong PLC )

Di chuyển dữ liệu từ một vị trí đến một vị trí khác

Mov Block MOVBK Di chuyển dữ liệu từ một nhóm thanh ghi đến một vị trí khác

Di chuyển dữ liệu từ một khối hay bảng vào một thanh ghi.

Block Transfer-In/Out BKXFER Cất một khối dữ liệu vào bộ nhớ cụ thể hoặc các vị trí thanh ghi.

ASCII Transfer ASCII XFER Truyền dữ liệu ASCII giữa thiết bị ngoại vi và PLC.

First In - First Out FIFO Xây dựng một bảng hoặc một chuỗi dữ liệu khi lưu kho.

Sort SORT Sắp xếp dữ liệu tăng dần hoặc giảm dần vảo khối thanh ghi

Khối chức năng MOV (Move) có nhiệm vụ di chuyển thông tin từ vị trí này sang vị trí khác, với nơi đen có thể là một bit đơn hoặc thanh ghi Hình 9.95 minh họa chức năng di chuyển bit (MOVB) và di chuyển thanh ghi (MOVR) Nhiều PLC cũng hỗ trợ chức năng di chuyển byte và di chuyển word.

240 Chương 9:Ngôn ngữ lập trĩnh

Một số PLC có khả năng thực hiện chức năng di chuyển đến các vị trí riêng biệt trong bảng Word Trong trường hợp này, PLC tự động chuyển đổi dữ liệu sao chép sang định dạng số học tương ứng với vị trí đích.

Lệnh di chuyển che lấp (MOVM) là một loại di chuyển cho phép chỉ một sổ bit xác thực đi qua thanh ghi mask Hình 9.96 minh họa khối chức năng này.

Các bit được đi qua

Khi lệnh MOVM được thực hiện, dữ liệu từ thanh ghi 1000 được chuyển sang thanh ghi 1100 thông qua thanh ghi che lấp 2000 Chỉ những bit tương ứng với vị trí các bit 1 trên thanh ghi 2000 mới được di chuyển, trong khi các bit còn lại sẽ bị che lấp thành 0 trong thanh ghi kết quả 1100.

Một số bộ điều khiển sử dụng lệnh di chuyển dữ liệu để chuyển trạng thái hệ thống hoặc mô-đun I/O đến kho lưu trữ hoặc thanh ghi kết quả Thông tin này sau đó được so sánh, che lấp hoặc giám sát với các trạng thái lỗi của hệ thống hoặc mô-đun I/O Dựa trên thông tin này, PLC có khả năng thực hiện xử lý lỗi thông qua chương trình điều khiển khi cần thiết.

Chương9: Ngôn ngừ lập trình 241

Lệnh di chuyển khối MOVBK cho phép sao chép dữ liệu từ một nhóm thanh ghi này sang một nhóm thanh ghi khác Thông số length xác định số lượng thanh ghi trong nhóm Hình 9.97 minh họa chức năng và hoạt động của lệnh này.

Lệnh di chuyển bảng là quá trình chuyển dữ liệu từ một khối hay bảng đến một thanh ghi hoặc word trong bộ nhớ, bao gồm hai loại: chuyển dữ liệu từ bảng đến thanh ghi (TABLE - REG) và từ thanh ghi đến bảng (REG - TABLE) Đặc điểm nổi bật của lệnh này là sự điều khiển của thanh ghi con trỏ (Pointer), giúp xác định vị trí cụ thể của thanh ghi hoặc word nơi dữ liệu sẽ được lưu trữ Hình 9.98 minh họa chức năng của lệnh di chuyển bảng.

Khi tín hiệu từ ngõ vào Control chuyển từ OFF sang ON, khối được phép hoạt động Ngõ vào giữa (Increment Pointer) cũng chuyển từ OFF sang ON, làm tăng giá trị trong thanh ghi con trỏ lên một đơn vị và thực hiện quá trình dịch chuyển Cuối cùng, ngõ vào ở cuối khối (Reset Pointer) sẽ reset con trỏ về giá trị ban đầu.

Để quản lý dữ liệu trong bảng, cần thiết lập giá trị cho thanh ghi con trỏ thông qua lệnh set tham số hoặc di chuyển thanh ghi Lệnh di chuyển bảng có nhiều ứng dụng, bao gồm tải dữ liệu mới, lưu trữ thông tin từ các mô-đun đặc biệt, xử lý thông tin lỗi từ bộ vi xử lý, và điều khiển các thiết bị I/O Ngoài ra, lệnh này cũng được sử dụng để truy xuất giá trị trong bảng nhằm thực hiện so sánh hoặc nội suy tuyến tính.

242 Chương 9: Ngôn ngữ ỉập trình

Hình 9.98 Khối chức năng (a) TABLE-REG và (b) REG-TABLE

Reg: 1000 j- a f a 5876 _ Thanh ghi con trỏ

Reg: 2003 9876 Thanh ghi con trỏ Reg: 2002

Reg: 2004 9876 rd Reg: 2003 9850 _ Thanh ghi con trỏ

Reg: 2007 Thanh ghi den Reg: 2007

Chương 9: Ngôn ngữ lập trĩnh 243

Hệ thống trộn hoạt động trong một ca tám giờ, xử lý nhiều cỡ lô với tốc độ khoảng một mẻ mỗi giờ Nó sử dụng các tập lệnh để lưu trữ thông tin lô, bao gồm kích thước lô tính bằng gallon và thời gian trong ngày khi lô hoàn thành Thanh ghi 1000 lưu giữ tổng số lô, trong khi thanh ghi 1500 ghi lại thời gian trong ngày theo định dạng BCD (HHMM).

Hình 9.99 minh họa lệnh chuyến thanh ghi sang bảng sẽ chuyến đẩu ra của các thanh ghi

Trong quá trình lưu trữ dữ liệu vào hai bảng đồng thời, các thanh ghi con trỏ từ 1000 và 1500 được sử dụng để đảm bảo rằng con trỏ chỉ trỏ đến số lượng lô tương ứng với thời gian của lô Tín hiệu Batch Done có thể được kích hoạt từ việc mở van xả, dẫn đến lệnh chuyển dữ liệu từ thanh ghi sang bảng Sau khi dữ liệu đã được lưu trữ, đầu ra Enable/Done sẽ làm tăng con trỏ, nhưng chỉ ở một trong các khối để tránh việc tăng gấp đôi Sự gia tăng này chỉ xảy ra sau khi cả hai lệnh đã được thực thi, nhằm đảm bảo rằng dữ liệu được lưu trữ theo cùng một bộ đếm con trỏ Cần lưu ý rằng tín hiệu Batch Done hoạt động như một tiếp điểm chuyển tiếp, cho phép lệnh chuyển thanh ghi chỉ thực hiện một lần đến vị trí bảng thích hợp.

Hình 9.99 Lệnh thanh ghi vào bảng được sử dụng đế lưu trữ thông tin lô.

244 Chương 9: Ngôn ngữ lập trình

Table 8-Hour Shift Table 3000 Table Time of Day Table 4000

Batch (in gallons) Time (in hr:min)

Hình 9.100 Bảng 3000 lưu trữ kích thước lô và bảng 4000 lưu trữ thời gian trong ngày các lô được hoàn thành.

9.Ỉ2 4 Chuyển khối ngõ Vàữ/Ra

Một số PLC sử dụng lệnh chuyển khối BXFER để chuyển dữ liệu giữa các mô-đun I/O Khối chức năng BXFER bao gồm hai dạng chính: chuyển khối vào (BXFER IN) và chuyển khối ra (BXFER OUT) Hình 9-101 minh họa lệnh chuyển khối vào/ra.

Hình 9.101 Khối chức năng BXFER IN/OUT

Dữ liệu di chuyến là địa chỉ của mô-đun được đánh dấu rõ ràng vị ttí rack, slot của giao diện