Trong một hệ thống thiết bị điều khiển tự động, bộ điều khiển PLC được coi như bộ não có khả năng điều hành toàn bộ hệ thống.. PLC có thể được sử dụng để điều khiển những thao tác ứng dụ
Trang 1người lập trình, thậm trí là cùng một lúc Những ứng dụng đòi hỏi thời gian đáp ứng cao cũng thường là những ứng dụng phức tạp, yêu cầu nhiều công sức
Tính hiệu quả của PLC này còn được thể hiện khả năng phân tán các
đầu vào ra trên nhiều khu vực khác nhau nhưng vẫn được quản lý tập trung Ngoài khả năng giảm đáng kể dây dẫn kết nối, tăng độ tin cậy và giảm thời gian sửa lỗi, PLC còn có tính năng vào ra thông minh Ví dụ: một đầu ra rơle
có thể tự ghi lại số lần đóng mở tiếp điểm cpu của PLC chính có thể đọc thông tin này và thông báo cho nhân viên bảo dưỡng cần kiểm tra hay thay thế tiếp điểm khi tuổi thọ làm việc đến hạn
Loại CS1D là một loại PLC mới có tính năng dự phòng ở nhiều cấp độ
- Dự phòng nguồn: Trên rack của CS1d có thể lắp 2 bộ nguồn, mỗi khi một trong hai bộ bị hỏng , lập tức sẽ có bộ dự phòng thay thế vào, đảm bảo hệ thống không bị ảnh hưởng
- Dự phòng cpu: CS1D hỗ trợ 2 cpu chạy song song với cơ chế đồng bộ dữ liệu và trạng thái với nhau Khi module giám sát có sự cố ở một trong hai cpu này thì cpu còn lại sẽ trở thành cpu chính tích cực
- Dự phòng bus: Thông tin giữa các PLC sẽ được đảm bảo thông suốt cả khi một đường cáp bị hỏng thông qua cơ chế đường vòng
Khi bất kỳ một thành phần nào của hệ thống có dự phòng bị sự cố, người vận hành có thể thay thế nó bằng một module mới mà không cần tắt nguồn
Sự phát triển của công nghệ đã giúp PLC ngày một mạnh hơn, thông minh hơn, nhỏ hơn, trong khi đó sự cạnh tranh của thị trường lai làm cho giá thành của nó ngay càng giảm đi dẫn đến khả năng ứng dụng của nó ngày càng cao và mang lại muôn vàn lợi ích cho nhân loại
3.1.2.4 Vai trò của PLC
Trong một hệ thống thiết bị điều khiển tự động, bộ điều khiển PLC
được coi như bộ não có khả năng điều hành toàn bộ hệ thống Với một chương thình ứng dụng điều khiển ( lưu giữ trong bộ nhớ PLC ) trong khâu chấp hành,
Trang 2PLC giám sát chặt chẽ, ổn định chính xác trạng thái của hệ thống thông qua tín hiệu của các thiết bị đầu vào Sau đó nó sẽ căn cứ trên chương trình logic
để xác định tiến trình hoạt động đồng thời truyền tín hiệu tới thiết bị đầu ra
PLC có thể được sử dụng để điều khiển những thao tác ứng dụng đơn giản, lặp đi lặp lại hoặc một vài thiết bị trong số chúng có thể được nối mạng cùng với hệ thống điều khiển trung tâm hoặc những máy tính trung tâm thông qua một phần của mạng truyền dẫn, Với mục đích để tổ hợp việc điều khiển một quá trình xử lý phức tạp
Trước kia bộ PLC giá rất đắt, khả năng hoạt động bị hạn chế và quy trình lập trình rất phức tạp Vì những lý do đó mà nó chỉ được dùng cho những máy và thiết bị đặc biệt có sự thay đổi thiết kế cần phải tiến hành ngay cả trong giai đoạn lập bảng nhiệm vụ và lập luận chứng
Ngày nay, với những tiến bộ nhanh chóng trong công nghệ siêu nhỏ
đem lại hiệu năng cao và tối thiểu hoá kích thước, chúng đã mở ra thị trường mới cho PLC Các phần cứng điều khiển hoặc các điều khiển dựa trên máy tính PC ( Personal Computer ) được mở rộng với các tính năng thực, nay đã có thể điều khiển các quá trình tự động hoá phức tạp
Nhiều loại PLC khác nhau bao trùm nhiều chức năng, từ các máy tính mạng nhỏ và các khối phân tán cho tới các PLC hiệu năng cao, ít lỗi, có tính modul Chúng khác nhau về tốc độ xử lý, khả năng nối mạng hoặc các modul vào ra Các PC hiện đại đã cho phép phát triển công cụ lập trình PLC nhanh chóng trong vòng 10 năm qua Các phương pháp lập trình PLC truyền thống như danh sách lệnh, logic bước hoặc sơ đồ hàm hệ thống điều khiển, cho tới nay đang
được áp dụng mạnh mẽ và đang trên con đường đạt tới đỉnh cao của nó
3.1.2.5 Ưu điểm của PLC
Với khả năng lập trình đơn giản, cùng với sự phát triển của công nghệ máy tính Đến nay bộ điều khiển PLC đạt được những ưu thế cơ bản trong việc ứng dụng điều khiển các dây truyền công nghệ:
Trang 3* Chuẩn bị vào tác động nhanh:
Thiết kế modul cho phép thích nghi đơn giản với bất kỳ mọi chức năng
điều khiển Khi bộ điều khiển và các bộ phụ kiện đã được lắp ghép thì bộ PLC vào tư thế sẵn sàng làm việc ngay
* Độ tin cậy cao và ngày càng tăng:
Các thành phần điện tử có tuổi thọ dài hơn so với các thiết bị cơ Độ tin cậy của PLC ngày càng cao và tuổi thọ ngày càng tăng Việc bảo dưỡng định
kỳ thường là cần thiết đối với điều khiển Rơle nhưng với PLC việc này được loại bỏ
* Dễ dàng thay đổi hoặc soạn thảo chương trình:
Những thay đổi cần thiết cả khi bắt đầu khởi động hoặc những lúc tiếp theo đều có thể thực hiện dễ dàng mà không cần bất cứ một thao tác nao ở phần cứng Mặt khác có thể thay đổi mà không tổn thất gì về mặt kinh tế
* Sự đánh giá các nhu cầu la đơn giản:
Nếu biết chính xác số đầu vào và đầu ra cần thiết thì có thể đánh giá kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ ( độ dài của chương trình) tối đa là bao nhiêu Do
đó có thể dễ dàng, nhanh chóng lựa chon loại PLC phù hợp với yêu cầu đề ra
* Xử lý tư liệu tự động:
Trong nhiều bộ điều khiển PLC việc xử lý tư liệu được tiến hành tự
động làm cho việc thiết kế tự động trở nên đơn giản
* Khả năng tái tạo:
Người ta ưa dung các bộ PLC hơn các bộ điều khiển khác không chỉ vì
nó có thể sử dụng thuận lợi cho các máy đã làm việc ổn định mà còn vì nó có thể đáp ứng nhu cầu của các thiết bị mẫu đầu tiên mà người ta có thể thay đổi cải tiến trong quá trình vận hành
* Tiết kiệm không gian:
PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với điều khiển bằng rơle tương ứng Trong nhiều trường hợp không gian được thu hẹp vì có nhiều bộ phận được giảm bớt
Trang 4Sự cải biến thuận tiện: Những bộ điều khiển nếu chỉ muốn cải biến một
bộ phận nhỏ trong dãy chức năng, có thể cải tạo một cách đơn giản bằng cách sao chép, cải biến hoặc thêm vào phần mới So với kỹ thuật điều khiển bằng rơle ở đây có thể giảm phần lớn tổng thời gian lắp ráp, do có thể lập trình các chức năng điều khiển trước hoặc trong khi lắp ráp bẳng điều khiển
* So với bộ điều khiển bằng Rơle thì việc lắp đặt bộ PLC đơn giản hơn nhiều so với việc lắp đặt một bộ điều khiển bằng Rơle
* Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt:
Các PLC có thể làm việc trong môi trường nhiệt độ cao, độ ẩm cho phép, sự dao động của điện áp lớn…
* Có thể tính toán được giá thành:
Khi điều khiển một hệ thống nào đó ta lập chương trình điều khiển và chon thiết bị điều khiển Như vậy với yêu cầu của công nghệ ta có thể lựa chọn được thiết bị và tính toán được chi phí của một hệ thống điều khiển
* So sánh với hệ thống điều khiển logic thông thường (dạng kinh điển) thì hệ thống điều khiển dung PLC có những chỉ tiêu ưu việt hơn hẳn:
kinh điển
Điều khiển Logic khả trình
động công suất nhỏ
Ưu điểm với mọi vùng hoạt động
Trang 5* ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng:
Ngày nay, với nhiều chức năng, PLC cho phép ta ứng dụng chúng vào rất nhiều hệ thống điều khiển
3.1.2.6 Hiệu quả kinh tế của PLC
Khi sử dụng một phương án nào trong điều khiển tự động thì ngoài yếu
tố kỹ thuật chúng ta cũng phải xét đến tính kinh tế của phương án đó để xem phương án có thể khả thi hay không? Nếu phương án đó khả thi thì cả hai yếu
tố kinh tế kỹ thuật đều phải đảm bảo
Do PLC ra đời thay thế cho hệ rơle nên việc so sánh PLC và hệ rơle đã
được các nhà đầu tư tính toán và đưa ra kết quả dưới đây:
Từ hình 2.1 có thể thấy rằng: Về mặt kinh tế, việc sử dụng PLC kinh tế hơn hệ Rơle rất nhiều ở quy mô sản xuất lớn, vì tổng chi phí của một hệ PLC thấp hơn so với tổng chi phí cho một hệ Rơle
Về mặt kỹ thuật, thì việc sử dụng bộ PLC có một hạn chế là phải dùng
đội ngũ nhân viên kỹ thuật trình độ cao thì mới có thể thiết kế lập trình và
Giá
tiền
Số luợng đầu vào/ra
So sánh giữa hệ kinh tế Rơle và PLC
Lập trình PLC
Tổng giá trị của Rơle
Tổng giá trị của PLC Logic mạch cứng hệ Rơle
Phần cứng PLC Phần cứng hệ Rơle - cuộn từ
Hình 11: So sành kinh tế Rơle và PLC
Trang 6thao tác bộ PLC Tuy nhiên với tính năng hơn hẳn hệ rơle, người ta đã sử dụng PLC thay thế cho hệ rơle Dưới đây chúng tôi đưa ra một số ưu, nhược điểm về mặt kỹ thuật của hai hệ điều khiển này:
Ưu điểm
* Nắm biết được và độ tin cậy trong
một thời gian dài
* Nắm biết đươc độ tin cậy
* Nhiều bộ phận đã tiêu chuẩn hoá
* Rất ít nhạy cảm với nhiễu
* Kinh tế nhất đối với hệ thống nhỏ
Ưu điểm
* Độ tin cậy cao nhờ sử dụng các phần
tử tiếp xúc
* Thay đổi dễ dàng qua công nghệ phích cắm
* Lắp đặt đơn giản
* Thay đổi nhanh quy trình điều khiển
mà không cần thay đổi phần cứng
* Kích thước nhỏ
* Có thể nối với mạng máy tính
Nhược điểm
* Thời gian lắp đặt lâu ( nối dây,
nối mạch)
* Thay đổi quy trinh rất khó khăn
do phải đổi lại phần cứng của hệ
thống
* Khó theo dõi và kiểm tra các hệ
thống lớn, phức tạp
* Có hư hao trong sử dụng, do đó
cần bảo dưỡng thường xuyên
* Kích thước lớn
Nhược điểm
* Giá thành tạo dựng cao
* Ngôn ngữ lập trình là ngôn ngữ
"đóng", mỗi hãng sản xuất có một ngôn ngữ riêng, dẫn đến khó khăn cho việc trao đổi ngôn ngữ lập trình
Trang 7Những ưu điểm trên đây của bộ điều khiển PLC so với bộ điều khiển bằng rơle đã cho phép nó có mặt hầu hết trong quá trình điều khiển từng máy, thiết bị sản xuất độc lập hoặc cả một dây chuyền sản xuất lớn Và đặc biệt bộ
điều khiển PLC đã thay thế hoàn toàn bộ điều khiển bằng rơle trong những quá trình điều khiển quan trọng của quá trình sản xuất
3.1.2.7 ứng dụng của PLC
Đối với mỗi hệ thống điều khiển, PLC đều có những chức năng khác nhau để ứng dụng vào hệ thống đó Dưới đây chúng tôi xin trình bày chức năng của PLC đối với từng kiểu điều khiển
Điều khiển chuyên gia giám sát
* Thay cho điều khiển rơle
* Thời gian đếm
* Thay cho các panel điều khiển mạch in
* Điều khiển tự động, bán tự động, bằng tay các máy và các quá trình
Điều khiển dãy
* Thực hiện các phép toán số học
* Cung cấp thông tin
* Điều khiển liên tục (Nhiệt độ áp xuất)
* Điều khiển động cơ chấp hành
* Điều khiển động cơ bước
Điều khiển mềm dẻo
* Điều hành quá trình và báo động
* Phát hiện lỗi và điều hành
* Ghép nối với máy tính (RS232/RS242)
* Ghép nối với máy in
* Mạch tự động hoá xí nghiệp
Trang 8Trong việc điều khiển, chức năng của PLC còn được thể hiện ở chỗ:
- thu nhận các tín hiệu đầu vào, tín hiệu phản hồi (Từ các cảm biến)
- Liên kết ghép nối và đóng mở mạch phù hợp với chương trình
- Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu được
- Phát triển các lệnh điều khiển đó đến các địa chỉ thích hợp
Trong sản xuất, bộ điều khiển lập trình PLC được ứng dụng rất phổ biến Dưới đây chúng tôi đưa ra một số ứng dụng của nó
* Hệ thống bơm cấp nước: trong sản xuất, trong sinh hoạt hay trong lĩnh vực chăm sóc cây trồng trong nhà kính, có những yêu cầu tự động bơm nước với những chương trình khác nhau:
+ Hệ thống bơm nước cung cấp cho sản xuất và sinh hoạt: trong các xí nghiệp công nghiệp hay các khu nhà ở cao tầng, thường được thiết kế có hồ chứa nước phục vụ cho sản suất và sinh hoạt Động cơ bơm nước của hồ chứa theo nguyên tắc:
- Khi mức nước trong hồ giảm xuống dưới mức thấp thì động cơ được cấp điện để bơm nước từ giếng hay từ hệ thống nước thuỷ cục vào hồ chứa
- Khi mực nước trong hồ tăng lên đến mức cao thì động cơ bị ngắt điện
và ngừng bơm
- Động cơ bơm có thể hoạt động ở chế độ tự động hay chế độ điều khiển bằng tay
+ Hệ thống bơm nước thải công nghiệp: Trong công nghiệp, một số nhà máy, xí nghiệp trong nước thải có mang theo hoá chất độc hại nên không trực tiếp thải ra môi trường mà phải cho vào một hồ chứa Sau khi sử lý các loại hoá chất độc hại mới được bơm nước đã xử lý ra môi trường bên ngoài
Đối với hệ thống loại này, khi mực nước trong hồ lên đến mức cao thì
điều khiển động cơ bơm nước phải thải đi, khi mực nước xuống mức thấp thì
điểu khiển động cơ ngừng lại
Trang 9+ Hệ thống bơm nước, phun sương cho nhà kính, hoạt động theo giờ tong ngày và ngày trong tuần: Một số loại cây trồng được tưới nước trong mỗi ngày hai lần vào buổi sáng và buổi tối, mỗi lần tưới trong thời gian 5 phút Một số loại cây khác có yêu cầu tưới nước cách ngày, hai ngày tưới một lần vào buổi tối, thời gian tưới 5 phút
PLC hoàn toàn có thể đáp ứng các yêu cầu tự động điều khiển trên rất
đơn giản và ít hao tốn thiết bị điện hơn so với sơ đồ điểu khiển có tiếp điểm dùng khí cụ điện từ
* Hệ thống tự động đóng mở cửa: trong các xí nghiệp công nghiệp, các nhà hàng khách sạn cao cấp, hay trong các hoạt động phục vụ cho đời sống, cho sinh hoạt khác, người ta cần một hệ thống cửa tự động mở khi có người hay xe vào ra và tự đóng lại khi người hay xe đã qua khỏi cửa
Đối với các hệ thống đóng mở cửa tự động như đã nêu trên, thường được thiết kế có hai bộ cảm biến là loại thu phát hồng ngoại được đặt ở bên ngoài và bên trong cửa Khi có người hay xe đến trước cửa thì tia hồng ngoại từ bộ phát sẽ phản chiếu về bộ thu và cho ra tín hiệu điều khiển đóng hay mở cửa
mở hay đóng cửa Khi mở hết cửa thì tiếp điểm hành trình sẽ tác động ngắt mạch, đóng hết cửa thì tiếp điểm hành trình cũng sẽ tác động để ngắt mạch
Hệ thống tự động điều khiển động cơ : trong lĩnh vực trang thiết bị diện cho các nhà máy công nghệ hay các máy công cụ hoặc phụ trợ cho sản xuất, các nguyên tắc điều khiển tự dộng điều khiển thường gặp như:
- Điều khiển động cơ chạy tuần tự hay dừng tuần tự
- Động cơ khởi động kiểu sao - tam giác để giới hạn dòng
- Động cơ đấu kiểu tam giác-sao để đổi tốc độ
- Điều khiển động cơ máy nén khí
- Điều khiển tự động hệ thống lạnh công nghiệp
Với bộ PLC, việc thực hiện các nguyên tắc tự động điều khiển trên sẽ trở thành rất đơn giản
Trang 10- Nhà sản xuất Thụy sĩ mikron chọn PLC của Siemens sử dựng trong xưởng chế tạo của họ PLC đối thoại qua hệ thống máy tính công nghiệp chạy phần mềm HMI là chìa khoá để làm cho hệ thống lớn này đẽ thiết lập và sử dụng
- Nhà sản xuất Ôtô Jaguar (Anh) sử dụng các PLC và bộ truyền động để
đảm bảo hoạt động của dây chuyền sản xuất với các tính năng mosbus Ethernet TCP/IP và Web cho phép các kỹ sư kiểm tra tình trạng thiết bị từ mọi
vị trí trong nhà máy
Chúng tôi có thể liệt kê một số ứng dung thông dụng của PLC:
* Hệ thống cấp nhiên liệu
* Hệ thống điều khiển băng truyền
* Điều khiển dây truyền đóng gói
* Điều khiển chuyển động của Robot
* Công nghệ giấy
* Chế tạo kính
* Sản xuất xi măng
* Công nghệ in
* Xử lý thực phẩm
* Các máy công cụ
* Sản xuất thuốc lá
* Công nghiệp giấy và nghiền
* Điều khiển quá trình tháo rót
* Thiết bị xử lý hoá chất
* Điều khiển thiết bị điều hoà không khí
* Điều khiển thiết bị xử lý giám sát
* Dây truyền chế tạo linh kiện điện - điện tử
* Nhà máy hoá dầu
* Hệ thống điều khiển đèn giao thông
