2.2.1 Cấu hình cứng
Hình 2.1 trình bày những thành phần cơ bản của bộ điều khiển PLC
* Bộ vi xử lý
Bộ xử lý (còn gọi là bộ xử lý trung tâm CPU là hạt nhân của PLC) thực hiện các phép toán logic, số học và điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống.
Thiết bị lập trình Bộ nhớ Giao diện đầu vào Giao diện đầu ra Bộ xử lý Nguồn cung cấp
Bộ xử lý làm việc theo tuần tự từng bước, đầu tiên các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và được kiểm soát bởi bộ đếm chương trình và chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu lạ và thực hiện các phép tính toán rồi đưa kết quả tới đầu ra.
Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn đến một thời gian trễ, chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét (scan), thời gian quét phụ thuộc vào dung lương bộ nhớ, phụ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, phụ thuộc vào tốc độ của CPU.
Chu kỳ một vòng quét trong PLC được trình bày như hình 2.2.
* Bộ nguồn
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC 220v hoặc 110v (5060Hz)
thành điện áp thấp cho vi xử lý (5v hoặc 24v) và cho các modul còn lại. * Thiết bị lập trình
Thiết bị lập trình được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần thiết sau đó được nạp vào PLC. Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng hoặc có thể là thiết bị lập trình bằng tay, có thể là máy tính cá nhân có phần mềm được cài đặt trên đó.
Hình 2.2. Chu kỳ làm việc của PLC
Đưa dữ liệu tới ngoại vi
Truyền thông nội bộ Thực hiện chương trình Nhập dữ liệu từ đầu vào
Thiết bị lập trình cầm tay chỉ có thể dùng cho những bài toán đơn giản ngắn gọn, còn với những bài toán phức tạp và số lệnh là nhiều thì phải sử dụng những máy lập trình chuyên dụng hoặc có thể sử dụng phần mềm trên máy tính cá nhân để lập trình, chương trình sau khi viết được nạp xuống PLC qua thiết bị ghép nối.
* Bộ nhớ
Bộ nhớ PLC thường có các bộ nhớ như: RAM và ROM... có dung lượng tùy thuộc vào thiết kế riêng của từng loại PLC, có thể phân chia bộ nhớ của PLC ít nhất thành các vùng sau:
- Bộ nhớ điều hành:
Hệ điều hành thường nằm trong vùng nhớ của ROM, do được phát triển bởi nhà sản xuất nên ít khi cần thay đổi, hệ điều hành là một chương trình ngôn ngữ máy đặc biệt để chạy PLC, nó chỉ dẫn cho vi xử lý đọc và hiểu các lệnh, các biểu tượng do người sử dụng lập trình, theo dõi mọi trạng thái vào/ra và duy trì giám sát các trạng thái hiện tại của hệ thống.
-Bộ nhớ hệ thống
Khi hệ điều hành thực hiện nhiệm vụ của mình thường cần một số vùng để lưu giữ kết quả và thông tin trung gian, do đó một phần của bộ nhớ RAM được dùng cho mục đích này.
-Bộ nhớ đệm vào/ra
CPU không lấy dữ liệu trực tiếp từ đầu vào thiết bị đầu vào cũng như không đưa kết quả đến trực tiếp thiết bị đầu ra ngoại vi, mà nó sẽ đưa các tín hiệu đó đến bộ đệm vào/ra.
- Bộ nhớ chương trình
Vùng nhớ này dùng để chứa chương trình ứng dụng, đây là vùng nhớ mà hệ điều hành sẽ chỉ cho CPU đọc và thực hiện các lệnh của chương trình, vùng bộ nhớ chương trình nằm trong RAM, lưu ý rằng bộ nhớ RAM có đặc điểm là nội dung bộ nhớ thay đổi nhanh, nội dung bộ nhớ sẽ bị xóa khi có lỗi của nguồn cung cấp và không có nguồn dự phòng, để lưu giữ một cách an toàn thì chương trình điều khiển phải được ghi vào bộ nhớ ERPOM hay EEPROM.
*Giao diện vào/ra
Giao diện này thực hiện công việc ghép nối giữa các thiết bị công nghiệp công suất lớn với điện tử công suất nhỏ, phần lớn các PLC thực hiện với các điện áp từ 515V DC (điện áp TTL và CMOS). Trong khi tín hiệu từ thiết bị vào có thể lớn hơn rất nhiều từ 24V DC đến 240V AC với dòng một vài ampe.
Như vậy giao diện này là bộ ghép nối giữa mạch điện tử PLC với thế giới thực bên ngoài do đó phải đảm bảo được trạng thái tín hiệu cần thiết với tính chất cách ly, điều này cho phép PLC có thể được nối trực tiếp với các cơ cấu chấp hành, các thiết bị vào/ra.
-Tín hiệu vào được cách ly nhờ linh kiện quang (hình 2.3.a).
- Tín hiệu ra được cách ly kiểu rơle và cách ly quang (hình 2.3.b,c).
Tín hiệu vào/ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic, ví dụ như tín hiệu vào có thể là từ các công tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào
Ghép nối quang Tín hiệu đến CPU Diode bảo vệ Mạch phân áp Tín hiệu vào a) PLC
Ghép nối quang Tín hiệu ra
c) PLC Cầu chì Tín hiệu ra PLC Rơle b)