2.2.1. Giới thiệu về PLC
PLC là viết tắt của Programmable Logic Control cú nghĩa là bộ điều khiển logic khả trỡnh. Được hỡnh thành từ nhúm cỏc kỹ sư General Motor năm 1968 với ý tưởng ban đầu là thiết kế bộ điều khiển thỏa món cỏc yờu cầu sau :
Lập trỡnh dễ dàng, ngụn ngữ lập trỡnh dễ hiểu.
Dễ dàng sửa chữa thay thế.
Ổn định trong mụi trường cụng nghiệp.
Giỏ cả cạnh tranh.
Thiết bị điều khiển logic khả trỡnh là thiết bị cho phộp điều khiển linh hoạt cỏc thuật toỏn điều khiển số thụng qua một ngụn ngữ lập trỡnh, thay cho việc thể hiện thuật toỏn đú bằng mạch số .
Như vậy với chương trỡnh điều khiển của mỡnh thỡ PLC đó trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toỏn và đặc biệt là dễ trao đổi thụng tin với mụi trường xung quanh ( với PLC khỏc hoặc với mỏy tớnh ). Toàn bộ chương trỡnh điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng cỏc khối chương trỡnh ( khối OB , FC hoặc FB ) và thực hiện lặp theo chu kỳ vũng quột.
Hỡnh 2.9 : Tổng quỏt khối PLC
Để cú thể thực hiện được một chương trỡnh điều khiển thỡ PLC phải cú tỡnh năng như một mỏy tớnh, nghĩa là phải cú một bộ vi xử lý ( CPU ), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trỡnh điều khiển, dữ liệu và cỏc cổng vào ra để giao tiếp với đối tượng điều khiển và trao đổi thụng tin với mụi trường xung quanh. Bờn cạnh đú để phục vụ bài toỏn điều khiển số PLC cần cú thờm cỏc khối chức năng đặc biệt khỏc như bộ đếm Counter, bộ thời gian Timer … và những khối hàm chuyờn dụng.
Ta cú sơ đồ khối như sau :
Hỡnh 2.10 : Sơ đồ khối của PLC
Một hệ thống điều khiển PLC cú cấu trỳc như sau :
2.2.2. Phõn loại
PLC được phõn loại theo 3 cỏch :
Hóng sản xuất: gồm cỏc nhón hiệu như SIEMEN, OMRON,
MITSUBISHI … Version: PLC SIEMEN cú cỏc họ PLC : S7-200 , S7-300 , S7-400 , LOGO … PLC MITSUBISHI cú cỏc họ : Fx , Fx0 , FxON … Kiểu ngừ ra của PLC : Kiểu Rơle : Kiểu Transito : Kiểu Tri-ắc : Hỡnh 2.12 : Cỏc kiểu ngừ ra của PLC NHểM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K535
2.2.3.Cỏc bộ điều khiển và phạm vi ứng dụng 2.2.3.1. Cỏc bộ điều khiển
Ta cú cỏc bộ điều khiển PLC, Vi Xử Lý, Mỏy tớnh.
2.2.3.2. Phạm vi ứng dụng
a. Mỏy Tớnh
Dựng trong những chương trỡnh phức tạp đũi hỏi độ chớnh xỏc cao.
Cú giao diện thõn thiện.
Tốc độ xử lý cao.
Cú thể lưu trữ với dung lượng lớn.
b. Vi Xử Lý :
Dựng trong những chương trỡnh độ phức tạp khụng cao(vỡ chỉ xử lý 8 bit)
Giao diện khụng thõn thiện với người sử dụng.
Tốc độ tớnh toỏn khụng cao.
Khụng lưu trữ hoặc lưu trữ với dung lượng ớt.
c. PLC
Độ phức tạp và tốc độ xử lý khụng cao.
Giao diện khụng thõn thiện với sử dụng.
Khụng lưu trữ hoặc lưu trữ với dung lượng ớt.
Mụi trường làm việc khắc nghiệt.
2.2.4. Cỏc lĩnh vực ứng dụng của PLC
PLC được ứng dụng khỏ rộng rói trong cỏc ngành: cụng nghiệp, mỏy nụng nghiệp, thiết bị y tế, ụ tụ ( xe hơi, cần cẩu ) …
2.2.5. Cỏc ưu điểm khi sử dụng hệ thống điều khiển với PLC
Khụng cần đấu dõy cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dựng Rơle.
Cú độ mềm dẻo sử dụng rất cao, khi chỉ cần thay đổi chương trỡnh ( phần
mềm) điều khiển.
Chiếm vị trớ khụng gian nhỏ trong hệ thống .
Nhiều chức năng điều khiển.
Cụng suất tiờu thụ nhỏ.
Khụng cần quan tõm nhiều đến vấn đề lắp đặt.
Cú khả năng mở rộng số lượng đầu vào/ra khi nối thờm cỏc khối vào/ra
chức năng.
Tạo khả năng mở ra cỏc lĩnh vực ứng dụng mới.
Giỏ thành khụng cao.
Nhờ những ưu điểm đú nờn ngày nay PLC được ứng dụng rộng rói trong cỏc hệ thống điều khiển tự động , cho phộp nõng cao chất lượng sản xuất, năng suất và sự đồng nhất sản phẩm, tăng hiệu suất và giảm năng lượng tiờu tốn, tăng mức an toàn, tiện nghi và thoải mỏi trong lao động. Đồng thời nõng cao tớnh thị trường của sản phẩm .
2.2.6. Giới thiệu cỏc ngụn ngữ lập trỡnh
Yờu cầu về ngụn ngữ lập trỡnh của PLC : dễ hiểu , dễ sử dụng trong lập
trỡnh điều khiển.
Do đú cần cú ngụn ngữ lập trỡnh bậc cao nhưng tiện ớch hơn những ngụn ngữ bậc cao thụng thường ( hợp ngữ hay C/C++ … ).
Hai loại ngụn ngữ thụng dụng nhất của PLC : - Liệt kờ cỏc lệnh STL ( Statement List )
- Kiểu bậc thang LAD ( Lader Diagram )
Trong đú, STL và LAD dễ dàng chuyển sang nhau.
Tập lệnh : PLC cú riờng tập lệnh phục vụ cho yờu cầu lập trỡnh điều khiển.Tập lệnh cú thể chia làm :
- Cỏc lệnh Logic
- Cỏc lệnh tỏc vụ cơ bản : SET, RESET …
- Cỏc lệnh làm việc với cỏc khối chức năng : Bộ định thời, bộ đếm …
PLC của cỏc hóng khỏc nhau thỡ từ khúa cỏc lệnh cú thể khỏc nhau nhưng tương tự nhau về hoạt động.
2.2.7. Cơ chế hoạt động
Khi chương trỡnh vừa lập được chuyển vào PLC ( Dowload ) thỡ chương trỡnh được lưu giữ trong vựng nhớ riờng ( Bộ nhớ chương trỡnh ) trong CPU và CPU cú thanh ghi đếm lệnh : Chứa địa chỉ lệnh sắp thực hiện.
Khi CPU đặt sang chế độ RUN :
Bộ đếm lệnh chỉ đếm lệnh đầu tiờn .
Bộ xử lý giải mó và thi hành lệnh.
Trạng thỏi cổng vào được ghi vào bộ đệm cổng vào ( thuộc RAM ).
CPU sẽ quột bộ nhớ RAM và ghi trạng thỏi cổng vào bộ nhớ tạm.
Bộ đếm lệnh sẽ tự động tăng lờn 1 để chỉ lệnh kế tiếp.
Hoạt động này sẽ tiếp tục theo thứ tự trờn cho đến khi kết thỳc ( gặp lệnh
END).
Bộ đếm chương trỡnh ( đếm lệnh ) trở về giỏ trị 0 , chương trỡnh được thực
hiện lại từ đầu ( thành chu kỡ ).
PLC thực hiện chương trỡnh theo một chu trỡnh vũng quột.Vũng lặp này kết thỳc thỡ tiếp đến vũng lặp khỏc.Thời gian thực hiện chương trỡnh phụ thuộc vào độ lớn của chương trỡnh điều khiển.
2.2.8. Phương phỏp xử lý tớn hiệu 2.2.8.1. Phương phỏp cập nhật liờn tục
Đọc trạng thỏi cỏc cổng vào sẽ được xử lớ.
Cổng ra chỉ được kớch sau khi đó kiểm tra logic.
Trạng thỏi ngừ ra được chốt và được duy trỡ cho đến lần cập nhật kế tiếp.
2.2.8.2. Phương phỏp xử lý một khối
Khi số lượng cổng vào/ra lớn thỡ CPU kiểm tra riờng biệt từng cổng vào rồi xử lý tất cả cỏc lệnh cú liờn quan đến cổng vào đú. Vậy thời gian một vũng quột sẽ tăng khi số ngừ vào tăng.