I. tìm hiểu chung về bộ điều khiển logic khả lập trình
1.Sự ra đời và phát triển của công nghệ PLC.
* Sơ lược về sự phỏt triển của kĩ thuật mỏy tớnh.
Năm 1808 Joseph M. Jacquard đó dựng cỏc lỗ đục trờn những tấm thẻ kim loại mỏng ,sắp sếp chỳng trờn mỏydệt theo nhiều cỏch khỏc nhau để điều khiển mỏy dệt thực hiện tự động cỏc mẫu hàng phức tạp . sự cú mặt hoặc vắng mặt của một lỗ xỏc định việc một mũi kim cú hoạt động hay khụng. phương phỏp này là tiền thõn cảu nguyờn lý vật mang tin di động. 55 năm sau M. Fourneaux sỏng chế ra người chơi dương cầm tự động cú tờn là Pianola nổi tiếng thế giới . sử dụng nguyờn lý khụng khớ thổi qua một băng giấy đục lỗ, ụng ta cú thể điều khiển được hoạt động của cơ cấu bàn phớm trờn dương cầm. về
sau phương phỏp này được phỏt triển để điều khiển õm lượng., tốc độ
Năm 1642 Pascal đó phỏt minh ra mỏy tớnh dựng bỏnh răng. năm 1834 Babbage đó hoàn thiện mỏy tớnh cơ khớ " vi sai" cú khả năng tớnh toỏn với độ chớnh xỏc tới 6 con số thập phõn. ụng thử nghiệm với nhiều bản thiết kế nhằm thực hiện ý tưởng của ụng là mở rộng tầm vúc và độ phức hợp của chiếc mỏy của ụng. từ thời đú mà ụng ta đó thiết kế được một chiếc mỏy khụng những cú thể thực hiện được những phộp tớnh số học, mà cũn cú thể hoàn thành những chức năng như của những mỏy tớnh hiện đại như lưu trữ, xử lý, nhớ, nhập,và xuất dữ liệu.
Trước năm 1940 ở Hoa kỳ và Đức sử dụng mạch điện rơ le để
triển khai chiếc mỏy tớnh điện tử đầu tiờn trờn mỏy tớnh điện tử đầu tiờn trờn thế giới. Năm 1943 Manchly và Eckert chế tạo cỏi "MTĐT"
đầu tiờn gọi là"MVT và tớch phõn số điện tử " viết tắt là ENIAC . Mỏy cú 18000 đốn điện tử chõn khụng và gần 500000 mối hàn thủ
cụng nặng 30 tấn, chiếm diện tớch mặt sàn 1613 ft2 và cú cụng suất
điện 174 kw .Việc lập trỡnh là cực kỡ khú khăn, qua 6000 nỳt bấm và khoảng vài trăm phớch cắm. chiếc mỏy này phức tạp tới mức mà chỉ
mới thao tỏc được vài phỳt ,lỗi và hư hỏng đó xuất hiện và việc sửa chữa lắp giỏp lại cỏc đốn điện tử để chạy lại đó mất cả tuần, chỉ tới khi ứng dụng kĩ thuật bỏn dẫn, triển khai vào năm 1948 và tới khi đưa vào thao tỏc cụng nghiệp năm 1960 thỡ những MTĐT lập trỡnh lại mới được sản xuất và thương mại hoỏ.
Cỏc búng bỏn dẫn cú những ưu điểm quyết định so với búng đốn
điện tử chõn khụng như sau: - Kớch thước nhỏ
- Độ tin cậy cao - Giỏ thành hạ
- Năng lượng tiờu hao thấp - Tổn thất nhiệt thấp
Phỏt triển của MTĐT và kốm theo nú là phỏt triển tin học cựng với sự phỏt triển của kĩ thuật điều khiển tự động, dựa trờn cơ sở tin học gắn liền với hàng loạt những phỏt minh liờn tiếp như sau :
- Mạch tớch hợp điện tử - IC - năm 1959 - Mạch tớch hợp gam rộng- LSI- 1965 - Bộ VXL -1974 - dữ liệu chương trỡnh điều khiển - Kĩ thuật lưu trữ - ..v.V..
Những phỏt minh loại đú đó đúng một vai trũ quan trọng và quyết
định trong việc phỏt triển ồ ạt của kĩ thuật mỏy tớnh và cỏc ứng dụng của nú như PLC ,CNC vv…
* Sơ lược về sự phỏt triển của bộ điều khiển khả lập trỡnh .
Từ "khả lập trỡnh" nghĩa là cú thể lập trỡnh được , đó núi lờn một mối liờn hệ chặt chẽ với mỏy tớnh, trong đú cỏc ngụn ngữ lập trỡnh như Fortran, Cobol, Pascal… đó được sử dụng, nú bao hàm cả khả
năng giải cỏc vến đề toỏn học và cụng nghệ.
Từ điều khiển hàm ý mục tiờu ứng dụng cụng nghiệp của PLC. Nghĩa là tạo lập gửi đi và tiếp nhận những tớn hiệu nhằm kiểm soỏt sự kớch hoạt hoặc đỡnh chỉ những chức năng cụ thể của mỏyđó được ứng dụng của PLC trong hệ thống.
Kĩ thuật điều khiển logic khả lập trỡnh phỏt triển trờn cụng nghệ mỏy tớnh từ năm 1968-1970. và đótừng bước phỏt triển tiếp cận theo cỏc nhu cầu của cụng nghiệp. Qui trỡnh lập trỡnh lỳc ban đầu được chuẩn bị để sử dụng trong cỏc xớ nghiệp điện tử , ở đú trang bị kĩ thuật và tay nghề thành thạo đó được kết hợp với nhau. Đến nay cỏc thiết bị
và kĩ thuật PLC đó phỏt triển tới mức những người sử dụng nú khụng cần giỏi những kiến thức đIện tử mà chỉ cần nắm vững cụng nghệ sản xuất để chọn thiết bị thớch hợp là cú thể lập trỡnh được.
Trỡnh độ của khả năng lập trỡnh được lập trỡnh dễ dàng hay khú khăn cũng là một chỉ tiờu quan trọng để xếp hạng hệ thống đIều khiển. ở đõy cú sự phõn biệt giữa những bộ điều khiển mà người ta dựng cú thể thay đổi được qui trỡnh hoạt động so với cỏc bộ điều khiển khụng thay đổi được qui trỡnh hoạt động cú nghĩa là điều khiển theo qui trỡnh cứng. Tuỳ theo kết cấu của hệ thốngvà cấu tạo của cỏc thành phần mà mỗi phạm trự đIều khiển trờn đõy laị chia làm nhiều loại
điều khiển khỏc nhau.
Những đặc trưng lập trỡnh của cỏc loại điều khiển được trỡnh bày trờn sơ đồ .
Rơle khụng phải là loại đIều khiển duy nhất được coi là theo
qui trỡnh cứng và do đú khụng thay đổi được. Nhiều loại điều khiển bằng cỏc thành phần mạch điện tử cũng nằm trong số cỏc qui trỡnh cứng này. Nếu chức năng của một hệđiều khiển đó được xỏc định bởi mối liờn kết trong theo qui trỡnh cứng của cỏc phần tử cỏ thể thỡ nú thuộc loại điều kiện khụng biến đổi được hoặc cũn gọi là loại " cú
Điều khiển
với cỏc chức năng được lưu trữ bằng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tiếp xỳc vật lớ Bộ nhớ khả lập trỡnh Qui trỡnhcứng Qui trỡnh mềm khả lập trỡnh tự do Bộ nhớ thay đổi được khụng thay đổi thay đổi được liờn kết cứng EEPROM RAM Liờn kết phớch cắm ROM EPROM
Rơ le linh kiện điện từ mạch điện tử, cơ
thuỷ khớ
PLC xử lý một bớt PLC xử lý từ ngữ
chức năng cố định " . Khi đú sự biến đổi chỉ cú thể thực hiện được bằng cỏch nối lại cỏc đường dõy hoặc biến đổi một số thành phần Những hệ điều khiển khụng linh hoạt đú cú chứa cỏc bộ phõn phối thanh ngang , mỏy đọc băng đục lỗ hoặc cỏc liờn kết phớm cắm khỏc , thỡ cú thể lập trỡnh lại được . Nhưng chỉ trong giới hạn rất hẹp . Cỏc hệ điều khiển linh hoạt được chia làm hai loại :
a/ Điều khiển linh hoạt bằng cỏch lập trỡnh trực tiếp hay cũn gọi là " cỏ thể lập trỡnh tự do " . Loại này chứa bộ nhớ tiếp cận ngẫu nhiờn ( Random acces memres . RAM) cho phộp nhập dữ liệu hoặc phỏp lệnh biến đổi ,thờm vào mà khụng cần cỏc thao tỏc cơ học
b/ Điều khiển linh hoạt cú bộ nhớ thay được .Loại này dựng bộ nhớ
chỉ ghi được một lần, sau đú chỉ đọc ra (Rom ) mà cú thể lập trỡnh lại bằng cỏch thay bộ nhớ . Một số thành phần của nú cú thể đực thay khi một trương trỡnh được soạn thảo hoặc biến đổi . Trỏi với Rom là cỏc loai đực lập trỡnh một lần , Loại bộ nhớ chỉ đọc khả lập trỡnh xoỏ được ( Ersable Program mable . Read only memories EPROM ) cho phộp
xoỏ sạch cỏc thụng tin từ cỏc chớp ( vi linh kiện điện tử ) EPROM. Nờn cú thể làm lập trỡnh mới . T uy nhiờn vỡ chỉ cú thể làm dược
đIều đú bằng thiết bị xoỏ đặc biệt , cho nờn Eprom cũng được coi là những đơn vị nhớ thay được .
2. Chức năng và ứng dụng của PLC.
Về cơ bản chức năng của bộ điều khiển logic khả lập trỡnh cũng giống như chức năng của bộ điều khiển thiết kế trờn cơ sở cỏc rơle hoặc cỏc thành phần điện tử :
- Tớnh toỏn và soạn thảo cỏc lệnh điều khiển trờn cơ sở so sỏnh cỏc thụng tin thu được.
- Phõn phỏt cỏc lệnh điều khiển đú đến cỏc địa chỉ thớch hợp.
Riờng đối với mỏy cụng cụ và người mỏy cụng nghiệp thỡ bộ PLC cú thể liờn kết với bộ đIều khiển số NC hoặc CNC hỡnh thành bộ điều khiển thớch nghi nú chỉ cho phộp chuyển lệnh từ bộ NC sang mỏy nếu cả người thao tỏc và mỏy hoặc sản phẩm khụng ở trong trạng thỏi nguy hiểm. Trong hệ thống gia cụng trung tõm mọi qui trỡnh cụng nghệđều được bọ PLC điều khiển tập chung.
hỡnh 1.2 cho thấy một vớ dụ về chức năng điều khiển của bộ PLC. Số
lượng đầu vào- đầu ra phụ thuộc vào yờu cầu của ngời dựng. Nhưng nếu số đầu vào- đầu ra tăng lờn thỡ cũng yờu cầu phải tăng khối lượng bộ nhớ của chương trỡnh và nhất là chu trỡnh mỏy hoặc thời gian quột cũng tăng lờn.
3. Lớ do sử dụng PLC.
Trước kia bộ PLC rất đắt khả năng hoạt động bị hạn chế và qui trỡnh lập trỡnh phức tạp. Vỡ những lớ do đú mà nú chỉ được dựng cho những mỏy và thiết bị đặc biệt cú sự thay đổi thiết kế cần phải tiến hành ngay cả trong giai đoạn lập bảng nhiệm vụ và lập luận chứng. Do giảm giỏ liờn tục, kốm theo tăng khả năng của PLC dẫn đến kết quả là sự phỏt triển rộng rói của việc ỏp dụng PLC . Bõy giờ nú thớch hợp cho một phạm vi rộng cỏc loại thiết bị mỏy múc.
Cỏc bộ PLC đơn khối với 24 kờnh đầu vào và 16 kờnh đầu ra là thớch hợp với những mỏy tiờu chuẩn đơn , hệ thống gia tải- bỏ tải và những trang thiết bị liờn hợp xử lớ tự liờn tự động là khụng cần thiết sử dụng PLC trờn cỏc mỏy tiờu chuẩn bởi vỡ ớt cú khả năng phải chịu
một sự thay đổi. Hơn nữa cỏc biểu đồ mạch tiờu chuẩn đó đủ cho việc xử lớ tư liệu. sự hấp dẫn của PLC trờn trờn thị trường được khẳng
định cho những ứng dụng đơn giản núi trờn là bởi vỡ nú cú độ tin cậy cao. Chiếm ớt chỗ và loại bỏ được yờu cầu nối dõy, ghộp cỏc rơle và cỏc bộ thời gian.
Những bộ PLC với nhiều khả năng ứng dụng và lựa chọn được dựng cho những nhiệm vụ phức tạp hơn, cho nờn người ta mong muốn cú cả một loạt PLC cú thể được lập trỡnh qua một panen kớch cỡ chung và dựng một qui trỡnh lập trỡnh chung.
Những ưu điểm của việc ứng dụng PLC là:
* Chuẩn bị vào hoạt động nhanh, thiết kế mụđun cho phộp thớch nghi
đơn giản với bất kỡ loại chức năng điều khiển. Khi bộ điều khiển và cỏc phụ kiện đó được lắp ghộp thỡ bộ PLC vào tư thế sẵn sàng làm việc ngay. Ngoài ra nú cũn cú thể được sử dụng cho những lại cho những ứng dụng khỏc.
•Độ tin cậy cao và ngày tăng, cỏc thành phần điện tử cú tuổi thọ dài hơn cỏc thiết bị cơ-điện tử. Độ tin cậy của PLC ngày càng cao và tuổi thọ ngày càng tăng. cũn việc bảo dưỡng định kỡ thường là cần thiết đối với điều khiển rơle nhưng được loại bỏ với PLC.
•Dễ dàng thay đổi hoặc soạn thảo chương trỡnh. Những thay đổi cần thiết cả ở khi bắt đầu khởi động hoặc những lỳc tiếp theo, đều cú thể thực hiện dễ dàng mà khụng cần cú bất kỳ một tao tỏc nào ở
phần cứng.
•Sự đỏnh giỏ cỏc nhu cầu là đơn giản nếu biết con số đỳng của đầu vào và đầu ra cần thiết thỡ cú thể đỏnh giỏ kớch cỡ yờu cầu của bộ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
nhớ .(đụ dài chương trinh) tối đa là bao nhiờu . Do đú cú thể để
dung va nhanh chong lưa chọn loại plc phự hợp va yờu cầu đề ra.
•xử lý tư liệu tự động. trong nhiều bộ plc ; việc xử lý tư liệu được tiến hành tự động , làm cho viờc thiết kế điện tử trở nờn đơn giản hơn.
•tiết kiệm khụng gian. plc đũi hỏi ớt khụng gian hơn so vơi bộ điều khiển rơle tương đương, trong nhiều trường hợp khụng gian được thu hẹp vỡ cú nhiều bộ phận được giảm bớt.
•khả năng tỏi tạo nếu dựng nhiều mỏy PLC với những quy cỏch kĩ
thuật của bộ điều khiển giống hệt nhau thỡ làm chi phớ lao động sẽ
rất thấp so với bộ điều khiển rơle. Điều đú là do giảm phần lớn lao
động lắp giỏp, hơn nữa người ta ưa dựng PLC hơn cỏc loại đIều khiển khỏc khụng chỉ vỡ nú cũn cú thể đỏp ứng nhu cầu nhu cầu của cỏc thiết bị mẫu đầu tiờn mà ta cú thể thay đổi cải tiến trong quỏ trỡnh vận hành.
•Sự cải biến thuận tiện: những bộ điều khiển, nếu chỉ muốn cải biến một phần nhỏ trong dóy chức năng, cú thể được tỏi tạo một cỏch
đơn giản bằng sao chộp, cải biờn và hoặc thờm vào những phần mới. Những phần trong chương trỡnh vẫn sẵn sàng sử dụng được thỡ vẫn được dựng lại khụng cần thay đổi gỡ. So với kĩ thuật rơle ở đõy cú thể giảm phần lớn thời gian lắp giỏp bởi vỡ cú thể lập trỡnh cỏc chức năng điều khiển trước hoặc trong khi lắp giỏp bảng điều khiển.
•nhiều chức năng người ta thường hay dựng PLC cho tự động linh hoạt bởi vỡ dễ dàng thuận tiện trong tớnh toỏn so sỏnh cỏc giỏ trị
tương quan thay đổi chương trỡnh và thay đổi cỏc thụng số. Một lớ do nữa là nú đó được nối sẵn với một mỏy tớnh mạnh
4. Biểu đồ so sỏnh giỏ cả giữa rơ le và PLC
Từ biểu đồ so sỏnh ta thấy nếu số lượng đầu vào ,ra lớn thỡ hệ điều khiển PLC sẽ kinh tế