Thiết bị điều khiển logic khả lập trình (Programmable Logic Control), viết tắt thành PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Như vậy, với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện lặp theo chu kỳ vòng quét (scan).
Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên là phải có các cổng vào/ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn phải cần thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer) và những khối hàm chuyên dụng.
Bộ nhớ chương trình
Khối vi xử lý trung tâm + Hệ điều hành Bộ đệm vào/ra Timer Bộ đếm Bit cờ Cổng vào ra onboard Cổng ngắt và đếm tốc độ cao Quản lý ghép nối Bus của PLC CPU
Hình 4.4. Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển PLC
Trên thế giới cũng như trên thị trường Việt Nam có rất nhiều hãng PLC nổi tiếng như OMRON, SIEMENS v.v…Hiện nay tại phòng thí nghiệm sử dụng PLC của hãng SIEMENS loại S7 – 300.
Nguyên lý chung về cấu trúc của bộ điều khiển khả lập trình PLC được mô tả ở hình 4.4 sau đây:
Thuyết minh sơ đồ:
- Bộ nhớ chương trình để chứa toàn bộ chương trình điều khiển của PLC. - Khối xử lý trung tâm + hệ điều hành: là bộ não của PLC, thực hiện tất cả các chương trình tính toán làm nền để chạy các chương trình điều khiển.
- Bộ đệm vào/ra: là bộ nhớ có tác dụng nhận dữ liệu từ cổng vào số và gửi dữ liệu từ CPU đến cổng ra số.
- Cổng ngắt, đếm tốc độ cao, bít cờ, timer: là những khối được chỉ đạo bằng phần mềm chương trình dùng để hỗ trợ CPU trong quá trình làm việc.
-69-
Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46 69
Cáp chương trìnhThiết bị chương trình (PC)Sự truyền một chương trình
CPU
Module nguồn Module vào Module ra
- Các cổng vào ra onboard: là nơi tiếp nhận hoặc gửi tín hiệu số hoặc tương tự.
- Quản lý gép nối: là phần cứng chuyên dùng để quản lý việc trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với PLC khác hoặc với máy tính).
- Bus của PLC: là hệ thống đường dẫn, tín hiệu, dữ liệu và nguồn nuôi. - Hệ thống rắc chuẩn và giá đỡ để lắp các môdun.
- Hệ thống các bus địa chỉ, bus điều khiển, bus số liệu, bus nguồn nuôi. Thông thường, để tăng tính mềm dẻo trong chương trình thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng phải có một module chính là module CPU. Các module còn lại là những module nhận/truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các module chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ…Chúng được gọi chung là module chức năng mở rộng. Tất cả các module được gá trên những thay ray (Rack).