4.1 .GIỚI THIỆU PLC DÕNG Q-CPU
4.4. MODULE INPUT VÀ OUTPUT
giới thiệu
Hệ thống ngõ vào/ ngõ ra số (còn gọi là rời rạc) làm nhiệm vụ kết nối vật lý giữa bộ xử lý trung tâm và các thiết bị trường, để truyền và nhận các tín hiệu số (xem hình 6-1). Tín hiệu số là các tín hiệu khơng liên tục chỉ có hai trạng thái ON hoặc OFF. Thơng qua các mạch giao tiếp khác nhau và các thiết bị trường – thiết bị ngõ vào/ ngõ ra (công tắc giới hạn, cảm biến, ...), bộ điều khiển nhận và đo các đại lượng vật lý (ví dụ: khoảng cách, vị trí, chuyển động, mức, nhiệt độ, áp suất, dòng điện và điện áp) liên quan đến máy hoặc q trình . Dựa vào tín hiệu nhận được từ các thiết bị ngõ vào hoặc các giá trị đo được, CPU sẽ ra lệnh điều khiển các thiết bị ngõ ra. Tóm lại, mơ-đun ngõ vào / ngõ ra là nơi thực hiện cảm nhận và các kỹ năng hoạt động trong điều khiển máy móc hoặc q trình.
Hình 4.3. Sơ đồ khối của PLC và hệ thống ngõ vào/ ra.
Những PLC thuộc thế hệ trước giới hạn các dạng giao diện ngõ vào / ngõ ra, chỉ cho phép kết nối với các thiết bị ON/ OFF. Giới hạn này làm PLC chỉ điều khiển một phần của quá trình, bởi vì nhiều ứng dụng quá trình yêu cầu các phép đo tương tự ( Analog) và thao tác các giá trị số (digital) để điều khiển. Tuy nhiên, các bộ điều khiển ngày nay có đầy đủ các dạnggiao diện I/O số và tương tự, cho phép PLC được áp dụng cho hầu hết các quá trình điều khiển. Hình 6-2 cho thấy một hệ thống I/O số điển hình.
31
Hình 4.4. Một dạng hệ thống I/O số
Dạng ngõ vào phổ biến nhất là số. Các giao diện ngõ vào số kết nối các thiết bị ngõ vào số (các thiết bị này không truyền dữ liệu liên tục và các giá trị được giữ cố định) với các mơ-đun ngõ vào để lập trình điều khiển. Tín hiệu số, đặc trưng bởi sự không liên tục các tín hiệu truyền đi, chỉ có 2 trạng thái (1/0, ON/OFF, OPEN/CLOSED, TRUE/FASLE, …). Các thiết bị đó có thể chuyển trạng thái mở hoặc đóng, có nghĩa là mức 1 (ON) hoặc mức 0 (OFF). Bảng 6-2 sẽ đưa ra một số ví dụ về các thiết bị ngõ vào số. Các thiết bị ngõ vào số CB Công tắt Cơng tắc hành trình Cơng tắc khởi động Cảm biến quang Cảm biến tiệm cận Nút nhấn
Tiếp điểm rơ-le
Công tắc nhiều tiếp điểm
Bảng chuyển mạch (TWS) (cho ra mã BCD số 0- 9)
Bảng 4.1: Thiết bị ngõ vào số
Có nhiều thiết bị được thiết kế để điều khiển các ngõ vào số, các thiết bị này xử lý từng bit một nếu được kết nối điều khiển với 1 đầu vào hoặc nhiều bit với nhiều đầu
32
vào được nối. Bất chấp việc các thiết bị này điều khiển một hay nhiều đầu vào, các thông tin được cung cấp bởi chúng là như nhau ON hoặc OFF.
Trong quá trình tìm hiểu về các mô-đun ngõ vào, lưu ý rằng mối quan hệ giữa các tín hiệu chuyển tiếp (ON/OFF), vị trí của rack và mơ-đun (nơi các thiết bị ngõ vào được kết nối), bảng sơ đồ địa chỉ, địa chỉ I/O (được sử dụng trong chương trình điều khiển). Mỗi PLC của các hãng khác nhau có địa chỉ và sơ đồ I/O khác nhau. Các nhà sản xuất thường sử dụng mức 1 cho ngõ vào và mức 0 cho ngõ ra hoặc đơn giản họ sẽ đánh dấu các địa chỉ I/O trên các ngõ vào hoặc ra của các mơ-đun trên mỗi slot của một rack. Hình 6-12 chỉ ra ví dụ đơn giản về kết nối 8-bit khi khoá LS1 được kết nối với mơ-đun ngõ vào ở rack 0, nó có thể được nối với một trong 8 điểm (0-7). Lưu ý LS1 hiện tại được gắn ở ngõ vào 014 tương ứng với rack 0, slot 1, vị trí thứ 4.
Hình 4.5. Bảng ngõ vào 8 bit
Khi tín hiệu ngõ vào được kích hoạt (ON), giao diện ngõ vào cảm nhận được điện áp cung cấp bởi thiết bị ngõ vào và chuyển đổi nó thành tín hiệu logic (1 hoặc 0) biểu thị cho trạng thái thiết bị đó. Mức logic 1 trong bảng ngõ vào biễu thị cho điều kiện ON hoặc CLOSE và mức logic 0 biễu thị cho điều kiện OFF hoặc OPEN. Các
33
lệnh đặc trưng của PLC bao gồm thường hở (-| |-) và thường đóng (-|/|-), chuyển các thơng tin trạng thái thiết bị này vào bảng ngõ vào.
Đối với mơ-đun tổ hợp bit nhận nhiều tín hiệu ngõ vào, chẳng hạn như từ công tắc bảng, thiết bị chuyển mạch được sử dụng giao tiếp thanh ghi (BCD), chuyển khối hoặc nhận các lệnh dữ liệu đặt các giá trị ngõ vào vào bảng dữ liệu (xem hình 6-13).
Hình 4.6. Truyền dữ liệu khối vào thanh ghi Ví dụ 6-1:
Một rack được kết nối như hình 6-14, xác định địa chỉ của mỗi thiết bị ngõ vào được nối với mô-đun ngõ vào số 8 bit. Biết rằng 4 slot đầu của PLC là ngõ ra, 4 slot sau là ngõ vào. Các địa chỉ tuân theo quy định rack-slot-connection (3 bit) và địa chỉ I/O bắt đầu từ 000. Lưu ý các số trong hệ thống là hệ bát phân.
Hình 4.7. Cấu hình rack cho ví dụ 6-1. Giải:
34
Mơ-đun ngõ vào số sẽ có địa chỉ từ 070 đến 077, vì nó nằm ở rack 0 và slot 7. Như vậy, mỗi thiết bị trường sẽ có địa chỉ tương ứng như hình 6-15. LS1 có địa chỉ ngõ vào 070, PB1 có địa chỉ ngõ vào 071, và LS2 có địa chỉ ngõ vào 072. Chương trình điều khiển sẽ truy xuất các địa chỉ này. Nếu LS1 được nối vào tiếp điểm khác, địa chỉ của nó sẽ bị thay đổi. Dẫn đến địa chỉ trong chương trình điều khiển cũng thay đổi theo vì chỉ có một địa chỉ cho việc kết nối một thiết bị ngõ vào số.
Hình 4.8. Địa chỉ thiết bị ngõ vào có cấu hình rack ở ví dụ 6.1.
Một mô-đun ngõ vào DC với các thiết bị trường ngõ vào cung cấp điện áp DC. Sự khác biệt giữa mạch DC và AC/DC chính là mạch DC khơng có mạch cầu H vì nó khơng cần phải chuyển tín hiệu AC sang DC. Dãy điện áp DC là từ 5 đến 30V DC. Mơ-đun sẽ cảm nhận tính hiệu DC ở mức ON nếu điện áp vào ở mức 40% (hoặc theo phần trăm do nhà sản xuất quy định) của nguồn cấp. Mô-đun sẽ phát hiện ra mức OFF khi điện áp rơi xuống dưới mức 20% (hoặc theo phần trăm do nhà sản xuất quy định) của nguồn cấp DC.
Mơ-đun ngõ vào DC có thể tương tác với các thiết bị trường khi vận hành sink và source. Một tiện ích mà mạch AC/DC không có. Sink và source hoạt động phụ thuộc vào cách kết nối của mô-đun với các thiết bị trường. Nếu thiết bị cung cấp dịng khi nó đóng thì được gọi là dịng điện source. Ngược lại nếu thiết bị nhận dòng điện khi nó đóng thì được gọi là dịng điện sink.
35
Hình 4.9. Dịng điện trong (a) mơ-đun sink/thiết bị source; (b) mơ-đun sounce/thiết bị sink
Có cả hai loại thiết bị ngõ vào sink và source, cũng như các mô-đun ngõ vào sink và source. Tuy nhiên, phổ biến nhất là các thiết bị ngõ vào source và mô-đun ngõ vào sink. Các công tắc đảo bên trong mô-đun thường được dùng để chuyển chế độ sink hoặc source. Hình 6-19 sẽ mơ tả ngun lý và chiều dịng điện của chế độ sink/source.
Trong quá trình sử dụng, người dùng phải ln nhớ các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất đã qui định của dòng điện để các thiết bị trường và mô-đun ngõ vào được kết nối sink hay source. Nhưng nếu mô-đun cho phép lựa chọn chế độ sink/source bằng cơng tắc thì người dùng phải chọn đúng.
Một sự cố tiềm tàng có thể xãy ra, chẳng hạn như, nếu có 8 ngõ vào của mơ- đun được cài đặt chế độ hoạt động source và tất cả thiết bị ngõ vào ngoại trừ một thiết bị đang hoạt động được cài đặt ở chế độ source. Tiếp điểm thiết bị ngõ vào source sẽ đóng, nhưng mơ-đun sẽ khơng nhận được mức tính hiệu ON mặc dù volt kế vẫn đo
36
được nguồn từ các chân của mơ-đun. Hình 6-20 mơ tả 3 thiết bị ngõ vào kết nối với mô-đun DC với 2 thiết bị chế độ sink và 1 ở chế độ source.
Hình 4.10. Mơ-đun ngõ vào source,các thiết bị ngõ vào sink/source
Đa số các cảm biến tiệm cận được sử dụng như thiết bị ngõ vào của PLC có ngõ ra cảm biến sink, do đó phải cần có một mơ-đun ngõ vào sink.Tuy nhiên nếu hệ thống chỉ có một ngõ ra sink và bộ điều khiển đã có sẵn một vài thiết bị được kết nối với mơ-đun ngõ vào source, người dùng thường có thể sử mạch điện đơn giản ở hình 6-21 để kết nối ngõ ra sink với mơ-đun ngõ vào source. Dịng source được cung cấp bởi bởi ngõ ra này xấp xỉ 50mA. Lưu ý nếu điện áp nguồn cấp tăng lên thì dịng điện ra sẽ lớn hơn 50mA.
37
Module input
Mục QX42
Số điểm đầu vào 64
Phương pháp cách ly Photocoupler Áp định mức đầu vào 24V DC Dòng định mức đầu vào 4mA
Dòng ON,áp ON >=19V DC />=3 mA Dòng OFF,áp OFF <=11V DC/<=1.7 mA Trở kháng ngõ vào 5.6 KΩ
Nhóm của ngõ vào 2;32 tiếp điểm/chân chung
Hiện thị trạng thái ngõ vào Một LED trên một nhóm đầu vào Kết nối với bên ngồi Hai rack 40 chân
Kích thước của dây 0.3mm2
Phụ kiện Dây kết nối bên ngồi
Dịng tiêu thụ 90mA Thời gian đáp ứng OFF -> ON 1,5,10,20,70 ms ON->OFF 1,5,10,20,70,ms Khối lượng 0.18kg
38
1. thời gian đáp ứng OFF->ON và ON->OFF không thể cài đặt các giá trị khác nhau
2.sơ đồ đấu chân
39
Module output
Mô-đun ngõ ra DC điều khiển thiết bị ngõ ra DC số bằng cách chuyển đổi chúng ON/OFF. Chức năng hoạt động của một mô-đun ngõ ra DC cũng tương tự như mô-đun ngõ ra AC, tuy nhiên, mạch điện ngõ ra DC sử dụng một linh kện bán dẫn (transistor) để chuyển tải. Giống như triac, transistor cũng dễ bị quá áp và quá dịng, có thể gây ra lỗi ngõ ra và xãy ra ngắn mạch. Để ngăn chặn các sự cố này, transistor thường được bảo vệ bởi một diode tự do đặt trên tải (thiết bị ngõ ra). Ngõ ra DC cũng có thể kết hợp một cầu chì để bảo vệ transistor khi q tải. Những cầu chì này có khả năng ngắt dịng điện nhanh chóng khi q tải xảy ra.
Giống như các mô-đun ngõ vào DC, các mô-đun ngõ ra DC cũng có thể cấu hình sink/soure. Nếu một mơ-đun có cấu hình sink, dịng điện chạy từ tải vào đầu cuối của mơ-đun, cấp nguồn âm cho tải. Dịng điện dương chạy từ tải đến chân chung (âm) qua transistor của mơ-đun.Mơ-đun được cấu hình Source, dịng điện chạy từ mơ-đun vào tải, chuyển điện áp dương sang tải.
Hình 6-40 mơ tả một mơ-đun ngõ vào DC dạng Sorce điển hình, và hình 6-41 cho thấy các kết nối thiết bị cho cả hai cấu hình Source và Sink. Lưu ý rằng trong thiết bị ngõ ra sink, dòng điện sẽ chạy vào thiết bị từ mô-đun. Ngược lại, trong thiết bị ngõ ra source, dịng điện sẽ chạy từ thiết bị vào mơ-đun.
40
Hình 6.41: Kết nối mơ-đun ngõ ra DC với thiết bị ngồ sin/source
Module output
Mục QY42
Số điểm đầu ra 64
Phương pháp cách ly Photocoupler
Tải định mức 12-24V DC
Dòng tải lớn nhất 0.1 A mỗi ngõ ra,2A mỗi module Dòng lớn nhất 0.7A .10ms hoặc hơn
Dòng rò tại OFF <=0.1mA Điện áp rơi lớn nhất tại ON <=0.2 tại 0.1A
Chức năng bảo vệ Bảo vệ quá nhiệt và quá tải
Nhóm ngõ ra 2;32 points/common
Hiện thị trạng thái ngõ ra 1 đèn ngõ ra hoạt động 32 point switch-over using switch
Kích thước dây 0.3mm2
Phụ kiện Dây kết nối breen ngoài
Thời gian đáp ứng
OFF -> ON <=1 ms ON->OFF <=1ms
Khối lượng 0.17kg
41
42