12 34 5≡1 A+ B+ B A-A+
3.1.1.Thiết bị điều khiển logic lập trỡnh:
PLC đầu tiên xuất hiện vào năm 1969. Ngày nay chúng ta đ−ợc sử dụng rộng rãi. Từ các thiết bị nhỏ, độc lập sử dụng khoảng 20 đầu vào/đầu ra digital đến các hệ thống nối ghép theo mạch module có thể sử dụng rất nhiều đầu vào/đầu ra, xử lý các tín hiệu digital hoặc analog. Ngoài ra, chúng còn thực hiện các chế độ điều khiển tỷ lệ-tích phân- đạo hàm (PID)
Thiết bị logic lập trình đ−ợc (PLC- Programmable Logic Controler) là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình đ−ợc để l−u trữ các lệnh và thực hiện các chức năng. Chẳng hạn phép tính logic, định giờ, đếm, thuật toán để điều khiển máy và các quá trình.
PLC đ−ợc thiết kế để dễ cài đặt hoặc thay đổi ch−ơng trình. Thuật ngữ logic đ−ợc sử dụng vì việc lập trình chủ yếu liên quan đến các hoạt logic thực thi và chuyển mạch.
Các thiết bị nhập (bộ cảm biến, các công tắc,...) và các thiết bị xuất trong hệ thống đ−ợc điều khiển (các
động cơ, các van,...) đ−ợc nối kết với PLC. Thiết bị điều khiển sẽ giám sát các tín hiệu vào và các tín hiệu ra theo ch−ơng trình này và thực hiện các quy tắc điều khiển đã đ−ợc lập trình.
Các PLC có −u điểm chính là có thể sử dụng cùng một thiết bị điều khiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển. Để sửa đổi hệ thống điều khiễn và các quy tắc đang đ−ợc sử dụng, ng−ời vận hành chỉ cần nhập tập lệnh khác (không cần mắc nối lại dây). Nhờ vậy, hệ thống rất linh hoạt, hiệu quả.
Các PLC t−ơng tự máy tính, nh−ng máy tính đ−ợc tối −u hóa cho các tác vụ tính toán và hiển thị; còn PLC đ−ợc chuyên biệt cho các tác vụ điều khiển và môi tr−ờng công nghiệp. Vì vậy, các PLC:
- Đ−ợc thiết kế và tăng bền để chịu đựoc rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn - Có sẵn giao diện cho các thiết bị nhập và xuất
- Đ−ợc lập trình đễ dàng với ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch.
3.1.2. Phần cứng:
Hệ thống PLC thông dụng có 5 bộ phận cơ bản:
Hình 1.1 Thiết điều khiển logic lập trình Tín hiệu ngõ vào Tín hiệu ngõ ra Chuơng trình điều khiển PLC Giao diện nhập Bộ xử lý trung tâm Giao diện xuất Thiết bị lập trình Bộ nhớ Bộ nguồn
a. Bộ xử lý trung tâm (CPU): Là linhkiện chứa bộ xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo ch−ơng trình đựoc l−u trong bộ nhớ của CPU, Truyền các quyết định d−ới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất. Cấu hình CPU tùy thuộc vào bộ vi xử lý. Nói chung, CPU có:
- Bộ thuật toán và logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu, thực hiện các phép toán số học (cộng, trừ) và các phép toán logic AND, OR, NOT và EXCLUSIVE-OR.
- Bộ nhớ (các thanh ghi) bên trong bộ xử lý, đ−ợc sử dụng để l−u thông tin liên quan đến sự thực thi ch−ơng trình.
- Bộ điều khiển đ−ợc sử dụng để điều khiển chuẩn thời gian của các phép toán b. Bộ nguồn: Có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp DC(5V) cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện trong các module giao diện nhập và xuất.
c. Thiết bị lập trình: Sử dụng để lập ch−ơng trình cần thiết vào bộ nhớ của bộ xử lý. Ch−ơng trình đ−ợc viết trên thiết bị này, sau đó đ−ợc chuyển đến bộ nhớ của PLC.
d. Bộ nhớ: Là nơi l−u ch−ơng trình đ−ợc sử dụng cho các hoạt động điều khiển, d−ới sự kiểm tra của bộ vi xử lý. Trong PLC có nhiều loại bộ nhớ:
- Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) cung cấp dung l−ợng l−u trữ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định đ−ợc CPU sử dụng.
- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho ch−ơng trình của ng−ời dùng - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho dữ liệu. Đây là nơi l−u trữ thông
tin theo trạng thái của các thiết bị nhập, xuất, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn, các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác. RAM dữ liệu đôi khi đ−ợc xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi. Một phần của bộ nhớ này, khối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào và ngõ ra, cùng với trạng thái của các ngõ vào và ngõ ra đó. Một phần dành cho dữ liệu đ−ợc cài đặt tr−ớc, và một phần khác dành để l−u trữ các giá trị của bộ đếm, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn,...
- Bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa và lập trình đ−ợc (EPROM) là các ROM có thể đ−ợc lập trình, sau đó ch−ơng trình này đ−ợc th−ờng trú trong ROM.
Ng−ời dùng có thể thay đổi ch−ơng trình và dữ liệu trong RAM. Tất cả các PLC để l−u ch−ơng trình do ng−ời dùng cài đặt và dữ liệu ch−ơng trình. Tuy nhiên, để tránh mất mát ch−ơng trình khi nguồn công suất bị ngắt, PLC sử dụng ắc quy để duy trì nội dung RAM trong một thời gian. Sau khi đựoc cài đặt vào RAM, ch−ong trình có trể đ−ợc tải vào vi mạch của bộ nhớ EPROM, th−ờng là module có khóa đối với PLC, do đó ch−ơng trình trở thành vĩnh cửu. Ngoài ra còn có các bộ đệm tạm thời, l−u trữ các kênh nhập/xuất.
Dung l−ợng l−u trữ của bộ nhớ đựoc xác định bằng số l−ợng từ nhị phân có thể l−u trữ đ−ợc. Nh− vậy, nếu dung l−ợng bộ nhớ là 256 từ, bộ nhớ đó có thể l−u trữ 256x8= 2048 bit, nếu sử dụng các từ 8 bit, và 256x16= 4096 bit, nếu các từ đ−ợc sử dụng là 16 bit. Kích cỡ bộ nhớ th−ờng đ−ợc chuyên biệt theo số l−ợng vị trí l−u trữ khả dụng với 1K biểu diễn số 210=1024. Các nhà sản xuất cung cấp vi mạch bộ nhớ với các vị trí l−u trữ theo nhóm 1, 4 và 8 bit. Bộ nhớ 4Kx1x1024 bit vị trí. Bộ nhớ 4Kx8 có 4x8x1024 bit vị trí. Thuật ngữ byte đ−ợc sử dụng cho từ có độ dài 8 bit. Vì vậy, bộ nhớ 4Kx8 có thể l−u trữ 4096 byte. Với bus địa chỉ 16 bit, bạn có thể có 216 địa chỉ khác nhau, và với các từ 8 bit đ−ợc l−u trữ ở mỗi địa chỉ, bạn có thể có 216x8 địa chỉ l−u trữ, và để sử dụng bộ nhớ có dung l−ợng 216x8/210= 64Kx8, bạn có thể có cấu hình gồm bốn vi mạch nhớ 16Kx8.
48
e. Các phần nhập và xuất: Là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu nhập có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến, các tế bào quang điện trong cơ cấu đếm, các bộ cảm biến nhiệt độ, các bộ cảm biến l−u l−ợng,... Các thiết bị xuất có thể đến cuộn dây của bộ khởi động động cơ,