BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC LẬP TRÌNH ĐƯỢC – PLC
CẤU TRÚC VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA PLC
Hệ thống PLC bao gồm các thành phần chức năng cơ bản như bộ vi xử lý trung tâm, bộ nhớ, bộ cung cấp nguồn điện, giao diện đầu vào/đầu ra, giao diện truyền thông và các thiết bị lập trình.
Bộ xử lý trung tâm (CPU) là bộ não của PLC, thực hiện và giải mã từng chương trình lưu trữ trong bộ nhớ CPU nhận dữ liệu từ ngõ vào, xử lý chương trình, lưu trữ chương trình và xử lý các kết quả.
DC cần thiết cho các bộ phận khác sử dụng
- Các thiết bị lập trình được sử dụng để thiết kế và nạp chương trình điều khiển vào bộ nhớ của PLC
Bộ nhớ là nơi lưu trữ các hoạt động của bộ vi xử lý, đồng thời cũng là nơi lưu trữ dữ liệu nhận từ đầu vào và dữ liệu đã được xử lý ở đầu ra.
Giao diện đầu vào/ra là bộ phận kết nối giữa hệ thống PLC và các thiết bị bên ngoài, với giao diện đầu vào nhận tín hiệu từ cảm biến và thiết bị đầu vào khác để đưa vào CPU Ngược lại, giao diện đầu ra truyền tín hiệu điều khiển từ CPU đến cơ cấu chấp hành Các giao diện này có thể được phân loại thành tín hiệu rời rạc, số và tương tự Thiết bị tín hiệu rời rạc hoặc số thường được sử dụng trong các ứng dụng với tín hiệu OFF hoặc ON, trong đó mỗi thay đổi tín hiệu tạo ra một trạng thái rời rạc Tín hiệu số là chuỗi các tín hiệu ON/OFF, trong khi tín hiệu tương tự có độ lớn tỷ lệ với nhau, như một bộ cảm biến nhiệt độ cung cấp điện áp tương ứng với nhiệt độ.
Giao diện truyền thông đóng vai trò quan trọng trong việc truyền và nhận dữ liệu giữa các PLC, giữa PLC với PC, hoặc các thiết bị giao tiếp khác Nó bao gồm các chức năng như xác minh thiết bị, thu thập dữ liệu, đồng bộ hóa ứng dụng người sử dụng và quản lý kết nối.
Chương trình v| bộ nhớ dữ liệu
Giao diện đầu v|o Bộ vi xử lý trung tâm (CPU)
Bộ cung cấp nguồn điện
Hình 1.1 Cấu trúc phần cứng PLC
CPU được kết nối với bộ xung nhịp có tần số từ 1 đến 8 MHz, xác định tốc độ hoạt động của PLC và đồng bộ hóa tất cả các yếu tố trong hệ thống Thông tin trong PLC được lưu trữ và xử lý dưới dạng tín hiệu số, được truyền qua một đường gọi là bus Trong vật lý, bus là dây dẫn truyền tín hiệu hoặc đường kết nối trong mạch in CPU sử dụng bus dữ liệu để truyền dữ liệu giữa các mô-đun qua các bus địa chỉ, đồng thời đưa ra các tín hiệu điều khiển Hệ thống bus này hỗ trợ truyền thông giữa các ngõ vào/ra và các khối vào/ra.
Pin nguồn CPU Đệm Chốt
Thiết bị giao diện Cảm biến quang
Bus điều khiển Chương trình điều khiển
Hình 1.2 Cấu trúc bên trong PLC a) Bộ điều khiển trung tâm CPU
Cấu trúc bên trong của CPU phụ thuộc vào bộ vi xử lý tương ứng nhưng nói chung nó sẽ bao gồm các yếu tố cơ bản sau đ}y:
- Khối logic và số học có chức năng thực hiện các phép tính logic và số học nhƣ cộng, trừ, nhân, chia, và logic (AND, OR, NOT)
- Bộ nhớ nằm bên trong CPU v| l| nơi lưu trữ thông tin liên quan đến việc thực hiện chương trình
- Bộ điều khiển đƣợc sử dụng để kiểm soát thời gian và hoạt động
Có các loại bus sau đ}y:
- Bus dữ liệu có chức năng truyền dữ liệu đƣợc xử lý bởi CPU
Bus địa chỉ có vai trò quan trọng trong việc truyền tải địa chỉ của các vị trí trong bộ nhớ Mỗi vị trí trong bộ nhớ được gán một địa chỉ cụ thể, giúp CPU truy xuất dữ liệu lưu trữ tại các vị trí đó một cách hiệu quả.
Bus điều khiển truyền tín hiệu từ CPU, thông báo cho bộ nhớ về việc nhận dữ liệu đầu vào hoặc đầu ra, và thực hiện tín hiệu xung nhịp để đồng bộ hóa hoạt động của PLC.
- Bus hệ thống vào/ra có chức năng truyền thông tin liên lạc giữa c{c đầu v|o v| đầu ra c) Bộ nhớ
Bộ nhớ có chức năng lưu trữ dữ liệu với đơn vị nhỏ nhất là bit, là nơi chứa hệ điều hành - phần mềm hệ thống cần thiết cho hoạt động của PLC, đồng thời cũng là nơi lưu trữ chương trình điều khiển do người sử dụng thiết lập.
Bộ nhớ gồm các loại sau đ}y:
ROM (Read–Only Memory) là bộ nhớ chỉ đọc, có đặc điểm là nội dung bên trong không thể chỉnh sửa hoặc thay đổi Loại bộ nhớ này được sử dụng để lưu trữ dữ liệu cố định, và thông tin trong ROM sẽ không bị mất hay thay đổi ngay cả khi nguồn điện bị ngắt Đồng thời, ROM có khả năng đọc và ghi dữ liệu vào RAM bất cứ lúc nào.
RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) là loại bộ nhớ mà dữ liệu sẽ bị mất khi nguồn điện bị ngắt.
Bộ nhớ của PLC là loại CMOSRAM, tiêu tốn năng lƣợng kh{ ít v| đƣợc cấp pin dự phòng khi mất nguồn Nhờ đó dữ liệu sẽ không bị mất
EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) là một loại bộ nhớ ROM cho phép ghi lại nội dung thông qua việc chiếu tia cực tím sau khi đã loại bỏ lớp bảo vệ.
- EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read–Only Memory) là một kiểu EPROM có thể xóa bằng tín hiệu điện, tuy nhiên chỉ giới hạn một số lần
Khối vỏ/ra là mạch giao tiếp quan trọng giữa hệ thống bên trong PLC và các thiết bị bên ngoài Khối đầu vào tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến và các thiết bị đầu vào, sau đó truyền tín hiệu này vào CPU Đồng thời, khối đầu ra chuyển tín hiệu điều khiển từ CPU đến cơ cầu chấp hành.
Khối vào/ra của PLC kết nối trực tiếp với thiết bị ngoại vi, trong khi mạch điện tử bên trong sử dụng dòng điện một chiều với điện áp tương thích mức TTL Tuy nhiên, các khối vào/ra hoạt động ở mức điện áp khác, cụ thể là 24 VDC.
220 VAC), do đó ta phải chú ý khi giao tiếp giữa bên trong và bên ngoài PLC Dưới đ}y l| những yêu cầu cho đầu v|o, đầu ra của PLC:
- Phải phù hợp với thiết bị bên ngoài về những thông số kỹ thuật điện
- Nhiễu từ những thiết bị bên ngoài không làm ảnh hưởng đến CPU
- Kết nối với thiết bị bên ngoài phải dễ dàng
- Có thể theo dõi tình trạng của từng mối liên hệ giữa đầu v|o v| đầu ra (sử dụng đèn LED chỉ thị)
Bảng 1.3 Một số thiết bị vào
Bộ đếm thời gian Cảm biến ảnh Bộ mã hoá quang học
Bảng 1.4 Một số thiết bị ra
Hình ảnh Tên thiết bị Kí hiệu Động cơ
Khởi động từ e) Quá trình quét của CPU
Quá trình quét là quá trình liên tục và tuần tự, bao gồm việc đọc các yếu tố đầu vào, thực hiện các chương trình và cập nhật kết quả đầu ra Thời gian quét đóng vai trò quan trọng trong khả năng phản ứng với các yếu tố đầu vào và đánh giá quá trình điều khiển logic.
Cập nhật dữ liệu đầu ra Đọc dữ liệu đầu v|o
Hình 1.3 Vòng quét của CPU
Có thể kể ra c{c ƣu điểm của PLC nhƣ sau: