Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn ®−îc l−u trong bé nhí cña PLC cã thÓ b»ng c¸ch lËp tr×nh b»ng thiÕt bÞ cÇm tay nèi trùc tiÕp víi PLC hoÆc lËp tr×nh trªn m¸y tÝnh c¸ nh©n nhê c¸c phÇn mÒm chuyª[r]
(1)Ch−¬ng Giíi thiƯu vỊ PLC I.1 Mở đầu
Trong cỏc h thng sn xut, thiết bị tự động bán tự động, hệ thống điều khiển đóng vai trị điều phối tồn hoạt động máy móc thiết bị Các hệ thống máy móc thiết bị sản xuất th−ờng phức tạp, có nhiều đại l−ợng vật lý phải điều khiển để hoạt động đồng theo trình tự cơng nghệ định nhằm tạo sản phẩm mong muốn Từng đại l−ợng vật lý đơn lẻ đ−ợc điều khiển mạch điều khiển sở dạng t−ơng tự hay gián đoạn Điều khiển nhiều đại l−ợng vật lý đồng thời dùng mạch điều khiển t−ơng tự mà phải sử dụng hệ thống điều khiển lô gíc Tr−ớc hệ thống điều khiển lơ gíc đ−ợc dụng hệ thống lơ gíc rơ le Nhờ phát triển nhanh chóng kỹ thuật điện tử, thiết bị điều khiển lơ gíc khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) xuất vào năm 1969 thay hệ thống điều khiển rơ le Càng ngày PLC trở nên hoàn thiện đa Các PLC ngày khơng có khả thay thể hoàn toàn thiết bị điều khiển lo gíc cổ điển, mà cịn có khả thay thiêt bị điều khiển t−ơng tự Các PLC đ−ợc sử dụng rộng rãi công nghiệp
Chức PLC kiểm tra trạng thái đầu vào điều khiển trình hệ thống máy móc thơng qua tín hiệu đầu PLC Tổ hợp lơ gíc đầu vào để tạo hay nhiều tín hiệu đ−ợc gọi điều khiển lơ gíc Các tổ hợp lơ gíc th−ờng đ−ợc thực theo trình tự điều khiển hay cịn gọi ch−ơng trình điều khiển Ch−ơng trình điều khiển đ−ợc l−u nhớ PLC cách lập trình thiết bị cầm tay nối trực tiếp với PLC lập trình máy tính cá nhân nhờ phần mềm chuyên dụng truyền vào PLC qua mạng hay qua cáp truyền liệu Bộ xử lý tín hiệu, th−ờng vi xử lý tốc độ cao, thực ch−ơng trình điều khiển theo chu kỳ Khoảng thời gian thực chu trình điều khiển từ lúc kiểm tra tín hiệu vào, thực phép tính lo gíc đại số để có đ−ợc tín hiệu điều khiển, cho đén phát tín hiệu đến đầu đ−ợc goi chu kỳ thời gian quét
PLC cơng nghiệp th−ờng có cấu hình đơn giản nhất, ch−ơng trình trình điều khiển q trình cơng nghệ hay máy móc th−ờng đ−ợc hoạt động 24/24 không cần can thiệp ng−ời trình điều khiển PLC dừng quét ch−ơng trình điều khiển ngắt nguồn cơng tắc ngừng đ−ợc kích hoạt Sơ đồ khối đơn giản hố PLC đ−ợc thể hình 1.1
I.1 I.2
Cuén hót
Công tắc
Mô đun Mô đun
Vào CPU Ra Đèn tín hiệu
Điện áp 110 V 220 V
(2)Trên đầu vào PLC có kênh tín hiệu t−ơng tự kênh tín hiệu số Các kênh tín hiệu xuất phát từ cảm biến, từ công tắc hành trình, cơng tắc đóng ngắt mạch điện từ biến lơ gíc t−ơng ứng với các trạng thái máy móc, thiết bị Tín hiệu vào đ−ợc xử lý trung tâm xử lý nhờ phép tính lơ gíc hay số học kết tín hiệu Các tín hiệu tín hiệu tín hiệu truyền điện đến cho cấu chấp hành nh− cuộn hút, đèn hiệu, động vv
Điện áp đầu vào PLC điện áp công suất thấp, t−ơng ứng với mức từ 0V đến 5V chiều Khi ta nối đầu vào có mức điện áp cao 5V, th−ờng phải dùng kênh có mạch chuyển đổi để biến điện áp vào thành điện áp t−ơng đ−ơng với mức +/- 5VDC Điện áp đầu PLC có nhiều mức điện áp khác nhau, nh−ng có mức l−ợng thấp Nếu cần phải điều khiển cấu chấp hành có mức l−ợng cao hơn, ta phải sử dụng thiết bị khuych i cụng sut
I.2 lịch sử phát triển cña PLc
Vào khoảng năm 1968, nhà sản xuất ô tô đ−a yêu cầu kỹ tht cho thiết bị điêù khiển lơ gíc khả lập trình Mục đích thay cho tủ điêu khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện th−ờng xuyên phải thay thể rơ le hỏng cuộn hút hay gẫy lò xo tiếp điểm Mục đích thứ hai tạo thiều bị điều khiển có tính linh hoạt việc thay đổi ch−ơng trình điều khiển Các yêu cầu kỹ thuật sở máy tính cơng nghiệp, mà −u điểm lập trình dễ dàng kỹ thuật viên kỹ s− sản xuất Với thiết bị điều khiển khả lập trình, ng−ời ta giảm thời gian dừng sản xuất, mở rộng khả hoàn thiện hệ thống sản xuất thích ứng với thay đổi sản xuất Một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển sở máy tính sản xuất thiết bị điều khiển khả lập trình cịn gọi PLC
Những PLC đ−ợc ứng dụng công nghiệp ô tô vào năm 1969 đem lại −u việt hẳn hệ thống điều khiển sở rơ le Các thiết bị đ−ợc lập trình dễ dàng, khơng chiếm nhiều khơng gian x−ởng sản xuất có độ tin cậy cao hệ thống rơ le Các ứng dụng PLC nhanh chóng rộng mở tất ngành công nghiệp sản xuất khác
Hai đặc điểm dẫn đến thành cơng PLC độ tin cậy cao khả lập trình dễ dàng Độ tin cậy PLC đ−ợc đảm bảo mạch bán dẫn đ−ợc thiết kế thích ứng với mơi tr−ờng cơng nghiệp Các mạch vào đ−ợc thiết kế đảm bảo khả chống nhiễu, chịu đ−ợc ẩm, chịu đ−ợc dầu, bụi nhiệt độ cao Các ngơn ngữ lập trình PLC t−ơng tự nh− sơ đồ thang hệ thống điều khiển lơ gíc, nên kỹ s− làm quen với sơ đồ thang, dễ dàng thích nghi với việc lập trình mà khơng cần phải qua trình đào tạo Một số ứng dụng máy tính sản xuất thời gian đầu bị thất bại, việc học sử dụng phần mềm máy tính khơng dễ dàng với kỹ s−
(3)cách xa hàng vài trăm mét Các PLC trao đổi liệu cho việc điều khiển qua trình sản xuất trở nên dễ dàng
Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC máy tính cơng nghiệp dùng cho mục đích điều khiển máy, điều khiển ứng dụng công nghiệp thay cho thiết bị “cứng” nh− rơ le, cuộn hút tiếp điểm
Ngày thấy PLC hàng nghìn ứng dụng công nghiệp Chúng đ−ợc sử dụng công nghiệp hố chất, cơng nghiệp chế biến dầu, cơng nghiệp thực phẩm, cơng nghiệp khí, cơng nghiệp xử lý n−ớc chất thải, công nghiệp d−ợc phẩm, công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, công nghiệp khai khống, giao thơng vận tải, qn sự, hệ thống đảm bảo an toàn, hệ thống vận chuyển tự động, điều khiển rô bốt, điều khiển máy cơng cụ CNC vv Các PLC đ−ợc kêt nối với máy tính để truyền, thu thập l−u trữ số liệu bao gồm trình điều khiển thống kê, trình đảm bảo chất l−ợng, chẩn đoán cố trực tuyến, thay đổi ch−ơng trình điều khiển từ xa Ngồi PLC cịn đ−ợc dùng hệ thống quản lý l−ợng nhằm giảm giá thành cải thiện môi tr−ờng điều khiển các hệ thống phục vụ sản xuất, dịch vụ văn phịng cơng sở
Sự đời máy tính cá nhân PC năm tám m−ơi nâng cao đáng kể tính khả sử dụng PLC điều khiển máy trình sản xuât Các PC giá thành khơng cao sử dụng nh− thiêt bị lập trình giao diện ng−ời vận hành hệ thống điêu khiển Nhờ phát triển phần mềm đồ hoạ cho máy tính cá nhân PC, PLC đ−ợc trang bị giao diện đồ hoạ để mơ thị hoạt động phận hệ thống điêu khiển Điều có ý nghĩa đặc biệt quan trọng máy CNC, tạo cho ta khả mơ tr−ớc q trình gia cơng, nhằm tránh cố lập trình sai Máy tính cá nhân PC PLC đ−ợc sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển sản xuất hệ thống dịch vụ
PLC đ−ợc sản xuất nhiều hãng khác giới Về nguyên lý hoạt động, PLC có tính t−ơng tự giống nhau, nh−ng lập trình sử dụng chúng hồn tồn khác thiết kế khác nhà sản xuất PLC khác với máy tính khơng có ngơn ngữ lập trình chung khơng có hệ điều hành Khi đ−ợc bất lên PLC chạy ch−ơng trình điều khiển ghi nhớ nó, khơng thể chạy đ−ợc hoạt động khác Một số hãng sản xuất PLC lớn có tên tuổi nh−: Siemens, Toshiba, Mishubisi, Omron, Allan Bradley, Rocwell, Fanuc hãng chiếm phần lớn thị phần PLC giới Các PLC hãng đ−ợc ứng dụng rộng rãi công nghiệp sử dụng cơng nghệ tự động hố
Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ tính linh hoạt cho hệ thống cơng nghiệp Bằng thay phần tử điện PLC, trình điều khiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn, quan trọng hiệu PLC lựa chọn tốt hệ thống rơ le hay máy tính tiêu chuẩn số lý sau:
- Tèn Ýt kh«ng gian: Mét PLC cần không gian máy tính tiêu chuÈn
hay tủ điều khiển rơ le để thực hin cựng mt cc nng
- Tiết kiệm lợng: PLC tiêu thụ lợng mức thấp, máy tính thông thờng
- Giá thành thấp : Một PLC giá t−ơng đ−ơng cỡ đến 10 rơ le, nh−ng có
kh¶ thay hàng trăm rơ le
- Khả thích ứng với môi trờng công nghiệp: Các vỏ PLC đợc làm
(4)- Giao diện tực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có hệ thống phức tạp để giao tiếp với mơi tr−ờng cơng nghiệp Trong PLC giao diện trực tiếp nhờ mơ đun vào I/O
- Lập trình dễ dàng: Phần lớn PLC sử dụng ngơn ngữ lập trình sơ đồ
thang, t−ơng tự nh− sơ đồ đấu hệ thống điều khiển rơ le thông th−ờng - Tính linh hoạt cao: Ch−ơng trình điều khiển PLC thay đổi nhanh
chãng vµ dƠ dàng cách nạp lại chơng trình điều khiển vào PLC lập trình, thẻ nhớ, truyền tải qua mạng
I.3 Phân loại PLC
Căn vào số lợng đầu vào/ ra, ta phân PLC thành bốn loại sau: - micro PLC loại có dới 32 kênh vào/
- PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/
- PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ - PLC cỡ lớn có 1024 kênh vào/ra
Các micro – PLC th−ờng có 32 đầu vào/ra Trên hình 1.2 ví dụ micro PLC họ T100MD-1616 hãng Triangle Research International sản xuất Cấu tạo t−ơng đối đơn giản toàn phận đ−ợc tích hợp bảng mạch có kích th−ớc nhỏ gọn Micro – PLC có cấu tạo gồm tất phận nh− xử lý tín hiệu, nguồn, kênh vào/ra khối Các micro – PLC có −u điểm PLC nhỏ giá thành rẻ, dễ lắp đặt
H×nh 1.2 Micro PLC họ T100MD-1616
Một loại micro PLC khác DL05 hÃng Koyo, loại có 30 kênh vào/
Hình 1.3 Micro PLC họ DL05 hÃng Koyo
(5)Hình 1.4 Micro-PLC xê ri 90 cđa Fanuc
PLC loại nhỏ có đến 256 đầu vào/ra Trên hình 1.5 PLC hãng OMRON loại ZEN – 10C Loại PLC có 34 kênh vào/ gồm: kênh vào kênh mơ đun CPU, cịn lại mô đun vào/ ra, với kênh vào kênh cho mơ đun
H×nh 1.5 PLC lo¹i ZEN-10C cđa Omron
(6)AND IR1
OUT IR2
STR X4
OR IR3
AND NOT IR5 (Tạo mạch trì cho trạng thái soát vé ra)
AND IR0
OUT IR3
STR IR3
AND X2
OR Y1 ( Tạo mạch trì cho đầu Y1)
AND NOT IR5
OUT Y1
STR X3
AND Y1
OR IR4
AND NOT IR5 (Tạo xung đếm cho xe )
AND IR0
OUT IR4
STR NOT X3
AND IR4
OUT IR5
STR X7
AND Y1
STR IR5
STR IR2 ( Đếm xe bật đèn đỏ số xe 10)
OR IR5
CTR 45
10
OUT Y3
STR IR0
AND NOT Y3 ( Tạo tín hiệu đèn xanh)
OUT Y2
END
(7)X5 X6 IR0
IR0
X0 IR2 IR0 Y3 Y0 Y0
X1 IR2 Y0 IR1 IR1
X1 IR1 IR2
X4 IR5 IR0 IR3 IR3
IR3 X2 IR5 Y1 Y1
X3 Y1 IR5 IR0 IR4 IR4
X3 IR4 IR5
X7 IR0
CTR 45 IR5
10
IR2 Y3
IR5