2.2.1.1 Giới thiệu chung về PLC
Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được sáng tạo từ những ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968. Cùng với sự phát triển công nghệ máy tính đến hiện nay, bộ điều khiển lập trình đạt được những ưu thế cơ bản trong ứng dụng điều khiển công nghiệp. Như vậy, PLC là 1 máy tính thu nhỏ nhưng với các tiêu chuẩn công nghiệp cao và khả năng lập trình logic mạnh. PLC là đầu não quan trọng và linh hoạt trong điều khiển tự động hóa.
15
PLC là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay trong thực tế.
Ưu điểm:
- Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn.
- Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao.
- Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa.
- Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức năng khác.
- Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp. Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác.
Nhược điểm:
- Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình.
- Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao.
2.2.1.2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC
Cấu trúc:
Tất cả các PLC đều có thành phần chính là:
- Bộ xử lý trung tâm (CPU): Chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu được nhập vào và thực hiện các hành động điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC.
- Bộ nguồn: Có nhiệm vụ chuyển điện áp AC thành DC (24V) cần thiết cho các bộ vi xử lý cũng như các mạch điện có trong module giao tiếp nhập và xuất hoạt động.
- Bộ nhớ: Lưu trữ các chương trình để sử dụng cho các hoạt động dưới sự quản lý của bộ vi xử lý.
16
- Các thành phần giao tiếp nhập/ xuất: Là nơi nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vì rồi gửi cho các thiết bị điều khiển. Tín hiệu vào có thể là công tắc, cảm biến,… , tín hiệu ra có thể là động cơ, biến tần, …
- Chương trình điều khiển được nạp vào với sự giúp đỡ của bộ lập trình hay bằng máy vi tính.
Hình 2.5 Cấu trúc chung của PLC
Nguyên lý hoạt động:
- PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo.
- Đầu tiên các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (sensor, contact, …) được đưa vào CPU thông qua module đầu vào. Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra các thiết bị được điều khiển bên ngoài theo 1 chương trình đã được lập trình sẵn.
- Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội, tự kiểm tra lỗi, gửi cập nhật tín hiệu đầu ra được gọi là 1 chu kỳ quét hay 1 vòng quét.
17
2.2.1.3 Ngôn ngữ lập trình PLC
PLC thường có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản sau:
- Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement List). Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo 1 thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm 1 hàng và đều có cấu trúc chung là “tên lệnh”+”toán hạng”.
- Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder Logic). Đây là dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic.
- Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram). Đây là dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển số.