CH CHƯƠNG 3 ƯƠNG 3 MÁY TÍNH MINI, MICRO MÁY TÍNH MINI, MICRO VÀ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯỢC VÀ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯỢC MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER, PROGRAMMMABLE CONTROL
Trang 1
CH
CHƯƠNG 3 ƯƠNG 3
MÁY TÍNH MINI, MICRO
MÁY TÍNH MINI, MICRO
VÀ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯỢC
VÀ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯỢC
(MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER, PROGRAMMMABLE
CONTROLLERS)
3.1 Tổng quan
3.1 Tổng quan
Vào giữa những năm 1960 những máy tính cỡ nhỏ xuất hiện, gọi là minicomputer để phân biệt với máy tính cỡ lớn Việc xuất hiện minicomputer phản ánh một xu hướng mini hóa trong công nghiệp máy tính mà đến nay một CPU cùng với bộ nhớ chính nhỏ xíu và bộ xuất nhập có thể chứa gọn trong một con chíp LSI (Large-Scale-Integrated) cỡ vài milimét Con chíp này khi phối hợp với các thiết bị xuất - nhập được gọi là
microcomputer Trong chương này chúng ta sẽ nói về minicomputer và microcomputer
là những máy tính thường được sử dụng trong CAD/CAM Chúng ta cũng sẽ bàn về PLC (Programmable Logic Controller) và những thiết bị được dùng trong việc điều khiển các qúa trình: Trước khi xem xét kỹ các thiết bị này, ta hãy định nghĩa chúng và tổng quan về việc ứng dụng chúng
Máy tính có ba loại:
1 Máy tính lớn
2 Máy tính mini
3 Máy tính micro
Máy tính lớn có giá thành lớn, khả năng lớn và chức năng cũng lớn Giá một máy tính mới loại lớn có thể đến hàng triệu USD Khả năng của bộ nhớ lớn hơn máy tính mini và micro đến vài lần, tốc độ tính lớn hơn vài lần
Chức năng có hai loại (bảng 3.1)
Bảng 3.1 Những ứng dụng điển hình của máy tính cỡ lớn
1 Dùng trong kỹ thuật và khoa học để giải những bài toán phức tạp trong CAD:
- Truyền nhiệt
- Động lực học dòng chảy
- Phân tích cấu trúc thiết kế
2 Xử lý số liệu có dung lượng lớn trong các ứng dụng CAM:
- Kế toán
- Lập biểu đồ sản xuất
- Tính giá thành sản phẩm
- Bảo trì các hồ sơ thông tin lớn
Máy tính mini là máy tính loại nhỏ Có hai xu hướng nhỏ hóa trong công nghiệp máy tính
Trang 21 Gói gọn năng lực tính toán to lớn trong máy có cùng kích thước ở những máy tính thế hệ mới
2 Gói gọn loại có cùng năng lực tính toán trong một máy tính có kích thước nhỏ hơn Các nhà sản xuất máy tính mini chọn hướng thứ 2 Gía thành một máy tính mini cỡ từ dưới 1000 đến 50.000 USD
Minicomputer có thể dùng cho hai chức năng chung như là máy tính cỡ lớn (xem bảng 3.1) Tuy nhiên kích thước của công việc được xử lý phải nhỏ hơn và nằm trong khả năng của minicomputer Các máy tính mini nhỏ hơn thường trùng với máy tính micro về chức năng của chúng Những chức năng của máy tính mini và micro có khác so với máy tính lớn Các đặc điểm của máy tính mini và micro được mô tả trong bảng 3.2
Bảng 3
Bảng 3 2222 Đặc tính điển hình của máy tính mini và micro
1 Là một thành phần của hệ thống: thí dụ dùng trong thiết bị thử, máy công cụ, chi nhánh ngân hàng để chuyển mạch, mở nguồn điện, hoặc hiện hình Máy tính có thể không được trông thấy ở bên ngoài
2 Máy tính thực hiện một nhiệm vụ đặc biệt trong hệ thống, không chia sẻ tài nguyên cho các nguồn khác giống như máy tính lớn Thí dụ dùng trong thiết bị y tế, máy sản xuất
3 Máy tính có chương trình cố định, ít khi phải thay đổi Không giống như máy tính lớn có thể giải những bài toán lớn của kỹ thuật và kinh doanh, máy tính nhỏ chỉ thực hiện những nhiệm vụ riêng biệt Thí dụ, điều khiển hệ thống an toàn, hiện hình đồ họa sản phẩm, hoặc uốn tấm kim loại Chương trình thường được chứa trong các bộ nhớ thường trực hoặc ROM
4 Máy tính thường thực hiện những nhiệm vụ tức thời, tức là tại một thời điểm nhất định, nó đáp ứng nhu cầu của hệ thống Thí dụ trong máy công cụ, nó làm nhiệm vụ xoay dụng cụ tại đúng thời điểm cho trước hoặc trong việc lái một phi đạn tại sao cho tại mỗi thời điểm chính xác phải đạt được quỹ đạo cần thiết
5 Máy tính thực hiện việc điều khiển hơn là việc sử lý số liệu và tính toán Nhiệm vụ đầu tiên có thể là quản lý kho, điều khiển hệ thống dây chuyền hoặc đảm bảo điều kiện của người bệnh
Máy tính micro
Máy tính micro:::: Dùng bộ vi xử lý làm thiết bị xử lý trung tâm Bộ vi xử lý có chứa các mạch IC trong con chip LSI Những con chip LSI có thể sản xuất hàng loạt và giá rẻ Bộ vi xử lý có thể thực hiện tất cả các nhiệm vụ của CPU cổ điển (Thí dụ, thực hiện các phép tính lôgic, số học hoặc truy xuất dữ liệu trong bộ nhớ) Bộ vi xử lý có thể nối với bộ nhớ và các bộ xuất nhập để tạo thành máy tính micro Đặc điểm điển hình của máy tính micro cũng được cho trong bảng 3.2
Bộ điều khiển logic lập trình được: Bộ điều khiển logic lập trình được: Bộ điều khiển logic lập trình được: Được đưa vào sử dụng vào những năm 1960 để thay thế cho các hệ thống lôgic sử dụng rơle điện - cơ Nhược điểm của việc dùng rơle điện - cơ là kích thước lớn và không mềm dẻo trong việc lập trình Những bộ điều khiển lập trình được (Programmable Logic Controller) loại bỏ được nhược điểm trên Bộ điều
Trang 3khiển lập trình được (PLC) có thể được định nghĩa như một thiết bị lôgic tuần tự có thể xuất ra tín hiệu tùy theo các phép toán lôgic của tín hiệu vào
Trước kia trong nhiều năm khi dùng hệ thống rơle, phải có sơ đồ gọi là sơ đồ bậc thang để bộ phận kỹ thuật lắp đặt Phần lớn các bộ phận PLC được lập trình với việc sử dụng cùng kiểu sơ đồ bậc thang Điều thuận lợi là mọi người có thể thích ứng dễ dàng với thiết bị điều khiển mới Những năm gần đây với công nghệ LSI, sự khác biệt giữa PLC và máy tính mini, micro được giảm xuống Các bộ PLC có giao diện với máy tính ở trong sản xuất Các bộ PLC được dùng để trực tiếp thực hiện những nhiệm vụ cụ thể còn máy tính được dùng để theo dõi, điều khiển và xử lý dữ liệu
Bỏ qua việc tìm hiểu sâu về minicomputer và microcomputer vì phần lớn những vần đề liên quan là tương tự như đối với máy tính nói chung mà ta đã tìm hiểu trong chương 2,
ta hãy tìm hiểu sâu về Programmable Logic Controller
3.2 Programmable Logic Controller
3.2 Programmable Logic Controller PLC PLC PLC
Là một thiết bị điện hoạt động theo kiểu số hóa dùng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ chương trình ở bên trong để thực hiện các chức năng chuyên dùng như logic, tuần tự, thời gian, đếm, và số học để điều khiển máy móc và qúa trình khác nhau qua các môdun xuất nhập tương tự hoặc số PC được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, thí dụ điều khiển băng tải, máy đùn nhựa, máy mài, máy hàn, các qúa trình sản xuất Ximăng, thực phẩm, quản lý năng lượng, thiết bị thử sản phẩm
Các thành phần của PL
Các thành phần của PLC CC C
Gồm có:
- Input/Output interfaces
- Processor,
- Memory
- Programming device
- Power supply Các thành phần này được giữ trong hộp kín và chắc chắn để có thể chịu đựng được trong môi trường sản xuất Cấu hình của hệ thống PLC được vẽ trên hình 3.5
Hình 3.5 Cấu hình điển hình của hệ thống PLC
Bộ xử lý (Processor) là thành phần trung tâm của PLC và đôi khi được nhắc đến như CPU Nó thực hiện nhiều chức năng logic khác nhau, thực hiện các phép toán từ dữ liệu nhập và xác định dữ liệu ra cần thiết Do công nghệ vi xử lý phát triển nên nó được gói
Thiết bị lập
trình
Nguồn điện Bộ xử lý Bộ nhớ
Nối với thiết bị công nghiệp Giao diện
vào ra
Trang 4Bộ nhớ (PLC memory) được dùng để lưu chương trình chỉ định hoạt động logic của quá trình xuất/nhập Khả năng nhớ của PLC memory vào khoảng 1Kb đến 4Kb
Chương trình được nạp vào bộ nhớ của PLC qua thiết bị lập chương trình Việc lập trình có thể được thực hiện bằng màn hình CRT (Cathode Ray Tube) hoặc từ bàn phím
Màn hình CRT cho phép người lập trình sử dụng hoặc sơ đồ bậc thang rơle hoặc một ngôn ngữ lập trình khác để nhập chương trình logic điều khiển vào bộ nhớ
Bàn phím cho phép người lập trình nhập chương trình logic điều khiển và các dữ liệu khác bằng các nút chức năng và núm xoay Cách này rẻ hơn và linh hoạt hơn, nhưng màn hình CRT thì lại thích hợp hơn cho việc lập trình
Bộ nguồn (power supply) làm cho PLC hoạt động và là nguồn năng lượng cho các tín hiệu ra Nó cũng được dùng để bảo vệ PLC chống lại nhiễu trong các đường dây dẫn điện
Lập trình cho PLC
Lập trình cho PLC
Một trong những đặc điểm hấp dẫn của PLC là dễ lập trình Có 3 ngôn ngữ lập trình cho PC:
• Sơ đồ bậc thang
• Biểu thức đại số Boole
• Ngôn ngữ tượng trưng giống như ngôn ngữ assembly
Ba kiểu lập trình này được thể hiện trên hình 3.6
Sơ đồ bậc thang là thông dụng nhất vì quen thuộc đối với các thợ điện, kỹ sư điều khiển và đội ngũ bảo trì Như hình 3.6 cho thấy sơ đồ mạch gồm các ký hiệu thường mở và thường đóng và các thành phần khác để điều khiển thiết bị điện
Biểu thức Boole thiết lập quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của PC Biểu thức Boole có thể bao gồm các phép toán logic AND (dấu ), OR (dấu +) , EQUAL (dấu =)
Dạng ngôn ngữ lập trình PLC thứ 3 hoàn toàn giống với ngôn ngữ assembly Ngôn ngữ thường gồm các câu lệnh như LOAD, AND, OR và STORE như được minh họa trên hình Địa chỉ trong câu lệnh thường là chỉ tín hiệu vào/ra Việc lập trình cho PLC bằng ngôn ngữ tượng trưng trong nhà máy thường phải nhờ tới một chuyên gia lập trình máy tính
vì đội ngũ thợ trong nhà máy không quen Tuy nhiên trong tương lai thì việc lập trình bằng ngôn ngữ tượng trương cho PLC nhất định sẽ tăng lên vì sẽ có nhiều người hiểu biết về máy tính hơn
Các chức năng của PLC
Các chức năng của PLC
1 Các chức năng điều khiển rơle: tạo tín hiệu theo quy tắc logic chứa trong PLC memory
2 Chức năng thời gian: phát tín hiệu sau thời gian cho trước
3 Chức năng đếm: phát tín hiệu sau khi đạt được số đếm nhất dịnh
4 Chức năng số học: cộng, trừ, nhân, chia
5 Chức năng điều khiển tương tự: thực hiện các chức năng điều khiển tỉ lệ, tích phân, đạo hàm
Ba chức năng đầu là thông dụng trong PLC Hai chức năng sau chỉ tồn tại trong các PLC mạnh
Ưu điểm của PLC
Trang 5• Có thể lập trình lại
• Tiết kiệm không gian hơn
• Bảo trì PLC dễ hơn , tin cậy hơn
• PLC có thể giao diện với hệ thống máy tính trong nhà máy dễ hơn so với hệ rơle
Trong những năm gần đây, việc sử dụng các bộ vị xử lý đã làm tăng khả năng của PLC và có xu hướng giảm sự cách biệt giữa PLC và minicomputer/microcomputer
Sơ đồ bậc thang thông dụng
• Lập trình kiểu sơ đồ PLC tương đương dạng tự do
• Lập trình kiểu biểu thức Boole:
((1PB.2CR)+3LS).4CR.5CR=SOL A
• Lập trình kiểu mã hoá hoặc ngôn ngữ tượng trưng:
LOAD 1PB AND 2CR
OR 3LS AND 4CR NAND 5CR STORE SOL A Hình 3.6 Ba dạng ngôn ngữ lập trình PC
-
So sánh sự khác nhau giữ
So sánh sự khác nhau giữa máy tính và PLC a máy tính và PLC a máy tính và PLC
- Công nghệ : Như nhau
- Ứùng dụng : Khác nhau
PLC có thể xem như một máy tính chuyên dùng Sự khác biệt giữa PLC và máy tính được thể hiện ở những khía cạnh sau:
3LS
1PB 2CR
B
3LS
Trang 6• Kết nối với sản xuất: PLC dùng để giao diện với sản xuất công nghiệp Đầu vào và đầu ra được nối trực tiếp với các thiết bị công nghiệp trong nhà máy thông qua các modun xuất nhập Với máy tính, ta phải thực hiện công việc đặc biệt là kết nối với qúa trình, mà chúng ta sẽ xem xét trong chương 17
• PLC được thiết kế để đặt trong sản xuất, chịu đựng va đập , tiếng động, độ ẩm (0 - 90%), nhiệt độ thay đổi trong phạm vi rộng ( 0 - 600C)
• Lập chương trình: PLC dùng ngôn ngữ lập trình (sơ đồ bậc thang) quen thuộc cho CB kỹ thuật,
Việc bảo dưỡng PLC được thực hiện bởi các hệ thống gọi là Modular và vì vậy mà sự chẩn đoán sự cố dễ hơn
Câu hỏi ôn tập
Câu hỏi ôn tập
1 Hãy cho biết chức năng và đặc điểm của máy tính lớn, máy tính mini và máy tính micro
2 PLC là gì? Cấu hình của PLC gồm những thành phần gì? Cho biết chức năng của mỗi thành phần
3 PLC được lập trình như thế nào?
4 So sánh PLC và máy tính
HẾT CHƯƠNG 3
