Chương MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER, Thực PROGRAMMABLE CONTROLLER Lê Trung CHƯƠNG CHƯƠNG MÁY TÍNH MINI, MICRO VÀ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯC (MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER, PROGRAMMMABLE CONTROLLERS) 3.1 Tổng quan Vào năm 1960 máy tính cỡ nhỏ xuất hiện, gọi minicomputer để phân biệt với máy tính cỡ lớn Việc xuất minicomputer phản ánh xu hướng mini hóa công nghiệp máy tính mà đến CPU với nhớ nhỏ xíu xuất nhập chứa gọn chíp LSI (Large-Scale-Integrated) cỡ vài milimét Con chíp phối hợp với thiết bò xuất - nhập gọi microcomputer Trong chương nói minicomputer microcomputer máy tính thường sử dụng CAD/CAM Chúng ta bàn PLC (Programmable Logic Controller) thiết bò dùng việc điều khiển qúa trình: Trước xem xét kỹ thiết bò này, ta đònh nghóa chúng tổng quan việc ứng dụng chúng Máy tính có ba loại: Máy tính lớn Máy tính mini Máy tính micro Máy tính lớn có giá thành lớn, khả lớn chức lớn Giá máy tính loại lớn đến hàng triệu USD Khả nhớ lớn máy tính mini micro đến vài lần, tốc độ tính lớn vài lần Chức có hai loại (bảng 3.1) Bảng 3.1 Những ứng dụng điển hình máy tính cỡ lớn Dùng kỹ thuật khoa học để giải toán phức tạp CAD: - Truyền nhiệt - Động lực học dòng chảy - Phân tích cấu trúc thiết kế Xử lý số liệu có dung lượng lớn ứng dụng CAM: - Kế toán - Lập biểu đồ sản xuất - Tính giá thành sản phẩm - Bảo trì hồ sơ thông tin lớn Máy tính mini máy tính loại nhỏ Có hai xu hướng nhỏ hóa công nghiệp máy tính CAD/CAM 29 Chương MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER, Thực PROGRAMMABLE CONTROLLER Lê Trung Gói gọn lực tính toán to lớn máy có kích thước máy tính hệ Gói gọn loại có lực tính toán máy tính có kích thước nhỏ Các nhà sản xuất máy tính mini chọn hướng thứ Gía thành máy tính mini cỡ từ 1000 đến 50.000 USD Minicomputer dùng cho hai chức chung máy tính cỡ lớn (xem bảng 3.1) Tuy nhiên kích thước công việc xử lý phải nhỏ nằm khả minicomputer Các máy tính mini nhỏ thường trùng với máy tính micro chức chúng Những chức máy tính mini micro có khác so với máy tính lớn Các đặc điểm máy tính mini micro mô tả bảng 3.2 Bảng 33-2 Đặc tính điển hình máy tính mini micro Là thành phần hệ thống: thí dụ dùng thiết bò thử, máy công cụ, chi nhánh ngân hàng để chuyển mạch, mở nguồn điện, hình Máy tính không trông thấy bên Máy tính thực nhiệm vụ đặc biệt hệ thống, không chia sẻ tài nguyên cho nguồn khác giống máy tính lớn Thí dụ dùng thiết bò y tế, máy sản xuất Máy tính có chương trình cố đònh, phải thay đổi Không giống máy tính lớn giải toán lớn kỹ thuật kinh doanh, máy tính nhỏ thực nhiệm vụ riêng biệt Thí dụ, điều khiển hệ thống an toàn, hình đồ họa sản phẩm, uốn kim loại Chương trình thường chứa nhớ thường trực ROM Máy tính thường thực nhiệm vụ tức thời, tức thời điểm đònh, đáp ứng nhu cầu hệ thống Thí dụ máy công cụ, làm nhiệm vụ xoay dụng cụ thời điểm cho trước việc lái phi đạn cho thời điểm xác phải đạt quỹ đạo cần thiết Máy tính thực việc điều khiển việc sử lý số liệu tính toán Nhiệm vụ quản lý kho, điều khiển hệ thống dây chuyền đảm bảo điều kiện người bệnh Máy tính micro: micro: Dùng vi xử lý làm thiết bò xử lý trung tâm Bộ vi xử lý có chứa mạch IC chip LSI Những chip LSI sản xuất hàng loạt giá rẻ Bộ vi xử lý thực tất nhiệm vụ CPU cổ điển (Thí dụ, thực phép tính lôgic, số học truy xuất liệu nhớ) Bộ vi xử lý nối với nhớ xuất nhập để tạo thành máy tính micro Đặc điểm điển hình máy tính micro cho bảng 3.2 Bộ điều khiển logic lập trình được: Được đưa vào sử dụng vào năm 1960 để thay cho hệ thống lôgic sử dụng rơle điện - Nhược điểm việc dùng rơle điện - kích thước lớn không mềm dẻo việc lập trình Những điều khiển lập trình (Programmable Logic Controller) loại bỏ nhược điểm Bộ điều CAD/CAM 30 Chương MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER, Thực PROGRAMMABLE CONTROLLER Lê Trung khiển lập trình (PLC) đònh nghóa thiết bò lôgic xuất tín hiệu tùy theo phép toán lôgic tín hiệu vào Trước nhiều năm dùng hệ thống rơle, phải có sơ đồ gọi sơ đồ bậc thang để phận kỹ thuật lắp đặt Phần lớn phận PLC lập trình với việc sử dụng kiểu sơ đồ bậc thang Điều thuận lợi người thích ứng dễ dàng với thiết bò điều khiển Những năm gần với công nghệ LSI, khác biệt PLC máy tính mini, micro giảm xuống Các PLC có giao diện với máy tính sản xuất Các PLC dùng để trực tiếp thực nhiệm vụ cụ thể máy tính dùng để theo dõi, điều khiển xử lý liệu Bỏ qua việc tìm hiểu sâu minicomputer microcomputer phần lớn vần đề liên quan tương tự máy tính nói chung mà ta tìm hiểu chương 2, ta tìm hiểu sâu Programmable Logic Controller Controller PLC 3.2 Programmable Logic Controller Là thiết bò điện hoạt động theo kiểu số hóa dùng nhớ lập trình để lưu trữ chương trình bên để thực chức chuyên dùng logic, tuần tự, thời gian, đếm, số học để điều khiển máy móc qúa trình khác qua môdun xuất nhập tương tự số PC ứng dụng rộng rãi công nghiệp, thí dụ điều khiển băng tải, máy đùn nhựa, máy mài, máy hàn, qúa trình sản xuất Ximăng, thực phẩm, quản lý lượng, thiết bò thử sản phẩm PLC Các thành phần PL C Gồm có: - Input/Output interfaces - Processor, - Memory - Programming device - Power supply Các thành phần giữ hộp kín chắn để chòu đựng môi trường sản xuất Cấu hình hệ thống PLC vẽ hình 3.5 Nguồn điện Thiết bò lập trình Bộ xử lý Giao diện vào Nối với thiết bò công nghiệp Bộ nhớ Hình 3.5 Cấu hình điển hình hệ thống PLC Bộ xử lý (Processor) thành phần trung tâm PLC nhắc đến CPU Nó thực nhiều chức logic khác nhau, thực phép toán từ liệu nhập xác đònh liệu cần thiết Do công nghệ vi xử lý phát triển nên gói gọn bên thiết kế PLC để tăng khả tính toán đònh CAD/CAM 31 Chương MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER, Thực PROGRAMMABLE CONTROLLER Lê Trung Bộ nhớ (PLC memory) dùng để lưu chương trình đònh hoạt động logic trình xuất/nhập Khả nhớ PLC memory vào khoảng 1Kb đến 4Kb Chương trình nạp vào nhớ PLC qua thiết bò lập chương trình Việc lập trình thực hình CRT (Cathode Ray Tube) từ bàn phím Màn hình CRT cho phép người lập trình sử dụng sơ đồ bậc thang rơle ngôn ngữ lập trình khác để nhập chương trình logic điều khiển vào nhớ Bàn phím cho phép người lập trình nhập chương trình logic điều khiển liệu khác nút chức núm xoay Cách rẻ linh hoạt hơn, hình CRT lại thích hợp cho việc lập trình Bộ nguồn (power supply) làm cho PLC hoạt động nguồn lượng cho tín hiệu Nó dùng để bảo vệ PLC chống lại nhiễu đường dây dẫn điện Lập trình cho PLC Một đặc điểm hấp dẫn PLC dễ lập trình Có ngôn ngữ lập trình cho PC: • Sơ đồ bậc thang • Biểu thức đại số Boole • Ngôn ngữ tượng trưng giống ngôn ngữ assembly Ba kiểu lập trình thể hình 3.6 Sơ đồ bậc thang thông dụng quen thuộc thợ điện, kỹ sư điều khiển đội ngũ bảo trì Như hình 3.6 cho thấy sơ đồ mạch gồm ký hiệu thường mở thường đóng thành phần khác để điều khiển thiết bò điện Biểu thức Boole thiết lập quan hệ đầu vào đầu PC Biểu thức Boole bao gồm phép toán logic AND (dấu ), OR (dấu +) , EQUAL (dấu =) Dạng ngôn ngữ lập trình PLC thứ hoàn toàn giống với ngôn ngữ assembly Ngôn ngữ thường gồm câu lệnh LOAD, AND, OR STORE minh họa hình Đòa câu lệnh thường tín hiệu vào/ra Việc lập trình cho PLC ngôn ngữ tượng trưng nhà máy thường phải nhờ tới chuyên gia lập trình máy tính đội ngũ thợ nhà máy không quen Tuy nhiên tương lai việc lập trình ngôn ngữ tượng trương cho PLC đònh tăng lên có nhiều người hiểu biết máy tính Các chức PLC Các chức điều khiển rơle: tạo tín hiệu theo quy tắc logic chứa PLC memory Chức thời gian: phát tín hiệu sau thời gian cho trước Chức đếm: phát tín hiệu sau đạt số đếm dònh Chức số học: cộng, trừ, nhân, chia Chức điều khiển tương tự: thực chức điều khiển tỉ lệ, tích phân, đạo hàm Ba chức đầu thông dụng PLC Hai chức sau tồn PLC mạnh Ưu điểm PLC • Dễ lập trình so với panel điều khiển rơle CAD/CAM 32 Chương MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER, Thực PROGRAMMABLE CONTROLLER Lê Trung Có thể lập trình lại Tiết kiệm không gian Bảo trì PLC dễ , tin cậy PLC giao diện với hệ thống máy tính nhà máy dễ so với hệ rơle Trong năm gần đây, việc sử dụng vò xử lý làm tăng khả PLC có xu hướng giảm cách biệt PLC minicomputer/microcomputer • • • • Sơ đồ bậc thang thông dụng 1PB 2CR 4CR 5CR SOL A 3LS Lập trình kiểu sơ đồ PLC tương đương dạng tự • 1PB 2CR B 4CR 5CR SOL A 3LS • Lập trình kiểu biểu thức Boole: ((1PB.2CR)+3LS).4CR.5CR=SOL A • Lập trình kiểu mã hoá ngôn ngữ tượng trưng: LOAD 1PB AND 2CR OR 3LS AND 4CR NAND 5CR STORE SOL A Hình 3.6 Ba dạng ngôn ngữ lập trình PC - So sánh khác máy tính PLC - Công nghệ : Như - Ứùng dụng : Khác PLC xem máy tính chuyên dùng Sự khác biệt PLC máy tính thể khía cạnh sau: CAD/CAM 33 Chương MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER, Thực PROGRAMMABLE CONTROLLER Lê Trung • Kết nối với sản xuất: PLC dùng để giao diện với sản xuất công nghiệp Đầu vào đầu nối trực tiếp với thiết bò công nghiệp nhà máy thông qua modun xuất nhập Với máy tính, ta phải thực công việc đặc biệt kết nối với qúa trình, mà xem xét chương 17 • PLC thiết kế để đặt sản xuất, chòu đựng va đập , tiếng động, độ ẩm (0 - 90%), nhiệt độ thay đổi phạm vi rộng ( - 600C) • Lập chương trình: PLC dùng ngôn ngữ lập trình (sơ đồ bậc thang) quen thuộc cho CB kỹ thuật, Việc bảo dưỡng PLC thực hệ thống gọi Modular mà chẩn đoán cố dễ Câu hỏi ôn tập Hãy cho biết chức đặc điểm máy tính lớn, máy tính mini máy tính micro PLC gì? Cấu hình PLC gồm thành phần gì? Cho biết chức thành phần PLC lập trình nào? So sánh PLC máy tính HẾT CHƯƠNG CAD/CAM 34 ... chức đặc điểm máy tính lớn, máy tính mini máy tính micro PLC gì? Cấu hình PLC gồm thành phần gì? Cho biết chức thành phần PLC lập trình nào? So sánh PLC máy tính HẾT CHƯƠNG CAD/ CAM 34 ... Các máy tính mini nhỏ thường trùng với máy tính micro chức chúng Những chức máy tính mini micro có khác so với máy tính lớn Các đặc điểm máy tính mini micro mô tả bảng 3. 2 Bảng 33 -2 Đặc tính. .. nguồn khác giống máy tính lớn Thí dụ dùng thiết bò y tế, máy sản xuất Máy tính có chương trình cố đònh, phải thay đổi Không giống máy tính lớn giải toán lớn kỹ thuật kinh doanh, máy tính nhỏ thực