CHƯƠNG II. CẤU TRÚC HỆ THỐNG CIM
CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ BĂNG TẢI
II. Tổng quan về PLC
2.1. Giới thiệu chung về các bộ PLC.
Ngày nay, khi nói đến khái niệm tự động hoá phần lớn mọi người sẽ nghĩ về một hệ thống được điều khiển bằng máy tính, tuy nhiên trong các ngành công nghiệp hiện đại thì các bộ lập trình logic PLC ngày càng được sử dụng rộng rãi như một thiết bị điều khiển nhỏ gọn và hiệu quả. PLC là cụm từ viết tắt tiếng Anh (Programmable Logic Controller) tức là bộ điều khiển logic có khả năng lập trình được, hay bộ điều khiển logic khả trình. Bộ điều khiển này thực hiện các chức năng Logic tương tự như 1 panel trễ hay một hệ thống điều khiển logic ở trạng thái cứng.
PLC được phát triển dựa trên cơ sở kỹ thuật Vi Xử Lý, hay nói một cách khác sự phát triển cao của kỹ thuật máy tính là nền tảng cho PLC ra đời. Nó cho phép ta 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. Ngày nay trong công nghiệp PLC (còn được gọi là các máy tính công nghiệp) ngày càng được sử dụng rộng rãi nhờ tính linh hoạt của 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, như với các PLC khác, với các thiết bị phụ trợ trong hệ thống và với máy tính.
Các chức năng điều khiển của PLC có thể được phân loại thành 4 dạng sau:
1. Điều khiển on-off (on-off control) 2. Điều khiển dãy (sequential control) 3. Điều khiển phản hồi (feedback control) 4. Điều khiển sự chuyển động (motion control) 2.2. Các bộ PLC thường gặp.
Sau đây là một số các bộ PLC thường gặp sử dụng rộng rãi trong công nghiệp:
- Bộ PLC ALLEN-BRADLEY SLC500 của hãng AMATROL Mỹ.
- Họ các bộ PLC Simatic S5, Simatic S7 của hãng Siemens, cộng hoà liên bang Đức.
- Các họ PLC Series 90 TM của hãng Fanme, Nhật Bản.
- Các họ PLC CQM1, CPM1, CPM1A và SRM1 của hãng OMRON, Nhật Bản.
2.3. Chức năng của các bộ PLC.
Các bộ PLC cung cấp hệ điều khiển thích hợp cho các máy móc và các ứng dụng trong công nghiệp, chỉ với một máy tính để lập trình cho PLC, thay vì phải sử dụng các thiết bị phần cứng cồng kềnh như: các cuộn Rơle và các công tắc điện. Các bộ PLC có thể điều khiển thích hợp với bất kỳ loại máy móc hay hệ thống công nghiệp nào như là:
- Các Robot.
- Điều khiển môi trường trong các công trình xây dựng.
- Các dây chuyền lắp ráp.
- Các hệ thống an toàn.
- Các dây truyền tự động.
Về cơ bản, chức năng của bộ điều khiển Lôgic khả lập trình cũng giống như chức năng của bộ điều khiển thiết kế trên cơ sở các Rơle hoặc các thành phần điện tử khác nhưng ở PLC mang tính nhỏ gọn và linh hoạt hơn trong việc thay đổi các ứng dụng điều khiển mà không phải thay đổi phần cứng điều khiển:
(1) Thu nhận các tín hiệu đầu vào và phản hồi (từ các cảm biến, các công tắc hành trình).
(2) Liên kết, ghép nối lại và đóng mở mạch phù hợp với chương trình.
(3) Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu được từ các đầu vào.
(4) Đưa các lệnh điều khiển đó đến các địa chỉ thích hợp ở đầu ra.
Riêng đối với máy công cụ và người máy công nghiệp thì bộ PLC có thể liên kết với bộ điều khiển số NC hoặc CNC hình thành nên các bộ điều khiển thích nghi. Nó chỉ cho phép chuyển lệnh từ bộ NC sang máy nếu cả người thao tác và máy hoặc sản phẩm không ở trạng thái nguy hiểm. Trong hệ thống trung tâm gia công, mọi quy trình công nghệ đều được bộ PLC điều khiển tập trung
2.4. Các bộ phận cơ bản của PLC.
Bộ xử lý
Mudul vào/ra Bộ
nhớ Nguồn
Các công tắc Các máy móc khác
Bộ Load Chương trình
Máy in Cassette Loader EPROM Loader
Sơ đồ cấu trúc các thành phầncủa một bộ PLC
Mỗi môđun được cắm lên đáy hộp nhờ các giắc cắm và qua các giắc cắm nối với luồng liên lạc nội bộ. Luồng này cũng có thể đưa tín hiệu ra ngoài. Có hai cách nối nối với ngoài:
- Nối trực tiếp bằng dây dẫn.
- Qua các mối liên lạc nối tiếp hoặc song song có giắc cắm.
Số lượng môđun vào ra có thể thay đổi nhiều hay ít tuỳ theo nhu cầu điều khiển nhưng không thể vượt quá khả năng của bộ nhớ. Nếu cần có thể tăng thêm bộ nhớ phụ.
Trung t©m Xử lý
Nguồn Môđun Nguồn
Bé nhí
Môđun phèi ghÐp
vào ra
Môđun vào
Môđun ra Luồng liên lạc nội bộ
Hình 3.1.2.Sơ đồ về sự liên lạc giữa các môđun:
2.5. Sự hoạt động của PLC theo vòng quét chương trình.
Hoạt động của một bộ PLC có thể được mô tả tóm tắt như sau: PLC tiến hành hoạt động bằng cách kiểm tra trạng thái các đầu vào của nó và so sánh chúng với logic chương trình. Các đầu ra sau đó được kích hoạt on hay off tuỳ thuộc vào logic các dòng lệnh trong chương trình của PLC. PLC không quan tâm đến việc thiết bị nào được nối với các môđun vào ra của nó mà chỉ kiểm tra xem trạng thái của các đầu vào là on hay off và thực hiện kích hoạt các đầu ra theo chương trình của nó. Điều này làm cho PLC trở thành một bộ điều khiển lí tưởng cho mọi thiết bị công nghiệp.
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (scan) (Hình 7). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyền dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block End). Sau giai đoạn thực hiện chương trình
Chuyền dữ liệu
từ Q tới cổng ra Thực hiện Chương trình
Vòng
QuÐt là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q
tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi.
Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đệm
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét thực hiện lâu, có vòng quét thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thông... trong vòng quét đó
Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao
Hình3.1.3.Vòng quét của PLC
PLC thực hiện vòng quét. Nếu sử dụng các khối chương trình dặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ như khối OB40, OB80..., chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại. Các khối chương trình này có thể thực hiện tại mọi điểm trong vòng quét chứ không bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình. Chẳng hạn nếu một tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, để thực hiện khối chương trình tương ứng với tín hiệu báo ngắt đó. Với hình thức xử lí tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó, để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đối không nên viết chương trình xử lí ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số module CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp tới cổng vào/ra