Tự động điều khiển các quá trình công nghệ

M
621.3
T r121 T
TRẦN DOÃN TIẾN
ĐỘNG
ĐIỀU KHIÊN
CÁC QUÁ TRÌNH CỐNG N6HỆ
TRẦN DOÃN TIẾN
T ự ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
(Tái bản ỉần thứ ì , có sửa chữa)
! 1 ^ jị|£ ÍÌHẤ! kíỉlili 1
THisVẸỊ 1


* 5
b t À & ì) Á
NHÀ XUẤT BÁN GIÁO DỤC - 1999
6T0.1
GD -9 9
498/324 - 99
Mã số: 7B40 T9
LÒI NÓI ĐAU
Cuốn sách T ự ĐỘNG Đ IỀU K H IẾ N CÁC QUÁ TR ÌN H CÔNG
N G H Ệ có hai p hầ n lớn :
- Phần m ột : Điều khiển lôgích khả lập trình PLC.
- Phần hai : Điều khiển số N C và điều khiển số có dừ ng
m ảy tín h CNC.
Sách dược sù dụng làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên các
trường dại học kỹ thuật, làm tài liệu tham khảo cho cán bộ kỹ
thu ật trong lỉnh vực m ảy và công nghệ của tá t cả các ngàn h

công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, cấc ngành sản
xuất có liên quan dến tự dộng hóa.
Sách dược viết dưới dạng từ tháp đến cao, từ dẻ dén khó.
N h ữ ng dộc giả không cần di quá sâu có thề chi dọc các chương
dầu của từng phần là có dược m ột khải niệm tương dối dầy
dù vè công nghệ tự dộng hóa hiện dại. Cuốn sách có viết nhữ ng
ứng dụ ng thành tựu của kỹ thuật tin học vào các quả trìn h
công nghệ tự dộng dièu khiển.
Chúng tôi xin chân thành cấm ơn nhữ ng ý kiến dóng góp
của dộc giả trong thời gian qua dể cho cuốn sách ngày càng
hoàn thiện hơn. Tuy nhiên, nội dung cuốn sách chác vản còn
nhiều thiếu sót, mong dộc giả góp ý phê bình. Mọi ý kiến dóng
góp xin gửi vầ N hà xuất bản Giáo dục - 81 Trần H ưng Đạo -
H à Nội.
Tác giả
3
Phan một
ĐIÊU KHIỀN LOGIC KHẢ LẬP TRÌNH PLC
Chương 1
ĐẠI CƯONG VÊ ĐIÊU KHIÊN LOGIC KHẨ LẬP TRÌNH PLC
Chương này sẽ cung cấp những kiến thức sau đây :
1 - Khả năng của PLC
2 - Cấu tạo bộ PLC hiện đại.
3 - Phương thức hoạt động của luống liên lạc busline
4 - Sử dụng PLC
5 - Ý nghĩa kinh tế của PLC so với các loại điều khiển khác.
Kỷ thuật điều khiển logic khả lập trình đã phát triển mạnh và ngày càng chiếm vị
trí quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân ; không những thay thế cho kỹ thuật
điểu khiển bằng cơ cấu cam hoặc kỹ thuật rơle trước kia, mà còn chiếm lĩnh nhiều
chức năng phụ khác nữa, chảng hạn như chức năng chuẩn đoán vv Kỹ thuật này

điều khiển cd hiệu quả với từng máy làm việc độc lập cũng như với những hệ thống
m áy sản xuất linh hoạt phức tạp hơn.
LL Nhập đê
Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và công nghệ điều khiển
lògic khả lập trình dựa trên cơ sở phát triển của tin học, cụ thể là sự phát triển của
kỹ thuật máy tính.
Năm 1808, Joseph M. Jacquard đã dùng các lỗ đục trên những tấm thẻ kim loại
mỏng, sáp xếp chúng trên máy dệt theo nhiều cách khác nhau để điều khiển máy dệt
thực hiện tự động các mẫu hàng phức tạp. Sự có mặt hoặc vắng mặt của một lỗ xác
định việc một mũi kim có hoạt động hay khống. Phương pháp này là tiền thân của
nguyên lý vật mang tin di động. 55 năm sau, M. Fourneaux sáng chế ra người chơi
dương cám tự động cò tên là Pianola nổi tiếng thế giới. Sử dụng nguyên lý không khí
thổi qua một băng giấy đục lỗ, ông ta có thể điều khiển được hoạt động của cơ cấu
bàn phím trên dương cám. Về sau phương pháp này được phát triển để điều khiển
âm lượng, tốc độ cuộn giấy và các đặc tính của âm thanh.
Năm 1642 Pascal đã phát minh ra máy tính cơ khí dùng bánh răng. Năm 1834,
Babbage đã hoàn thiện máy tính cơ khí "vi sai" co' khả năng tính toán với độ chính
xác tới sáu con số thập phân, ô ng đã thử nghiệm với nhiều bản thiết kế nhằm thực
hiện ý tưởng của ông là mở rộng tầm vo'c và độ phiíc hợp của chiếc máy của ông. Từ
thòi đo' mà ỏng ta đã thiết kê' được một chiếc máy không những co' thể thực hiện
những phép tính số học, mà còn co' thể hoàn thành những chức năng như của những
máy tính hiện đại như lưu trữ, xử lý, nhớ, nhập và xuất dữ liệu.
7
Trước năm 1940, ở Hoa Kỳ và ở Đức sử dụng mạch điện rơle để triển khai ciiiêVì
máy tính điện tử đầu tiên trên thế giới. Năm 1943, Mauchly và Eckert chế tạo c:ái
"máy tính điện tử" đầu tiên gọi là "máy tính và tích phân số điện tử" viết tấr. ìh
ENIAC. Máy co' 18.000 đèn điện tử chân không và gán 500.000 mối hàn thủ cìntg,
nặng 30 tấn, chiếm diện tích m ặt sàn 1613 ft , và có công suất điện 174 kW 7iiệe,
lập trình là cực kỳ khổ khăn, qua 6000 nút bấm và khoảng vài trăm phích cám. Ciiiếcì
máy này phức tạp tới mức mà chỉ mới thao tác được vài phút, lỗi và hư hỏng đã zu:ất

hiện và, việc sửa chữa và láp đặt lại các đèn điện tử để chạy lại đã m ất đến cả tuini !
Chỉ tới khi ứng dụng kỹ thuật bán dẫn, triển khai vào năm 1948, và tới khi chưn
vào thao tác công nghiệp năm 1960, thỉ những máy tính điện tử lập trình lại miới
được sản xuất và thương mại hđa.
Các bóng bán dán co' những ưu điểm quyết định so với bo'ng đèn điện tử chíân
không như sau :
- kích thước nhỏ
- tuổi thọ cao
- độ tin cậy cao
- giá thành hạ
- năng lượng tiêu hao thấp
- tổn thất nhiệt thấp
Phát triển của máy tính điện tử, và kèm theo no' là phát triển tin học cùng với sir
phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động, dựa trên cơ sở tin học, gắn liền với làmg
loạt những phát minh liên tiếp như sau :
- mạch tích hợp điện tử - IC - nám 1959
- mạch tích hợp gam rộng - LSI - năm 1965
- bộ vi xử lý - nám 1974
- dữ liệu chương trinh - điều khiển
- kỹ thuật lưu trữ
- v.v
Những phát minh loại đđ đã đo'ng một vai trò quan trọng và quyết định trong viiệc
phát triển ổ ạt kỹ thuật máy tính và các ứng dụng của no' như PLC, CNC v.v
Trong quá trình phát triển của khoa học kỹ thuật, trước đây ngay vào khoảng thiời
gian những năm cách đây chưa phái là xa xôi lắm, người ta mới chỉ phân biệt hiaị
phạm trù kỹ thuật điều khiển bàng cơ khí và điểu khiển bằng điện tử.
Nhưng từ cuối thập kỷ 20 người ta đã phải dùng nhiều chỉ tiêu chi tiết để fhỉân
biệt các loại kỹ thuật điểu khiển, bởi vì trong thực tê' sản xuất cán đòi hỏi điểu kiiíển
tổng thể những hệ thống máy chứ không chỉ điểu khiển từng máy đơn lẻ.
Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy

trở nên nhanh nhạy, dễ dàng và tin cậy.
Từ "khả lập trình" - nghĩa là co' thể lập trình được - đã nổi lên một mối liêi }hệ
chặt chẽ với máy tính, trong đo' các ngôn ngừ lập trình như FORTRAN, COIO^L,
PASCAL, đã được sử dụng. No' bao hàm cả khả nãng giải các vấn để toán học 'Và
8
còng nghệ. Từ "điểu khiển" hàm ý mục tiêu ứng dụng công nghiệp của PLC, nghĩa
lằ tạo lập, gửi đi, và tiếp nhận những tín hiệu nhằm mục đích kiểm soát sự kích
hoạt hoặc đình chỉ những chức năng cụ thể của máy đã được ứng dụng của PLC
trong hệ thống.
Kỹ thuật điều khiển lôgic khả lập trinh phát triển trên cơ sở công nghệ máy tính
tù nám 1968 - 1970 và đã từng bước phát triển tiếp cận theo các nhu cấu của công
nghiệp. Quy trình lập trình lúc ban đấu được chuẩn bị để sử dụng trong các xí nghiệp
điện tử, ở đđ trang bị kỹ thuật và tay nghề thành thạo đã được kết hợp với nhau.
Đến nay, các thiết bị và kỹ thuật PLC đã phát triển tới mức những người sử dụng
nó không cẩn giỏi những kiến thức điện tử mà chỉ cần nắm vững công nghệ sản xuất
để chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trinh được.
'[Vinh độ của khả năng lập trình được, lập trinh dễ dàng hay khó khăn, cũng là
một chỉ tiêu quan trọng để xếp hạng hệ thống điều khiển, ở đây cd sự phân biệt giữa
những bộ điểu khiển mà người dùng có thể thay đổi được quy trình hoạt động so với
cãc bộ điểu khiển không thay đổi được quy trình hoạt động có nghĩa là điều khiển
theo quy trình cứng. Tùy theo kết cấu của hệ thông và cấu tạo của các thành phần
mà mỗi phạm trù điểu khiển trên đây lại chia ra làm nhiều loại điểu khiển khác nhau.
Những đặc trưng lập trình của các loại điểu khiển được trình bày trên sơ đổ hỉnh 1.1.
Hình 1.1. Những đặc trưng lập trình của các loại điều khiển
9
Rơle không phải là loại điều khiển duy nhất được coi là theo (ỊUV trình cứng, và
do đo' không thay đổi được. Nhiều loại điều khiển bằng các thanh phấn rnach đicn tử
cũng nằm trong số các quy trinh cứng này. Nếu chức năng của một hệ điổu khiến đã
được xác định bởi mối liên kết trong theo quy trình cứng của các phấn tử cá thế thi
nd thuộc loại điều khiển không thay đổi được hoặc còn gọi là loại có "chức nàng cố

định". Khi đó sự thay đổi muốn có chỉ cd thể được thực hiện bằng cách nối lại các
đường dây hoặc thay đổi một số thành phán.
Những hệ điều khiển không linh hoạt đd cd chứa các bộ phân phối thanh ngang,
máy đọc băng đục lỗ, hoặc các liên kết phích cắm khác, thi cd thể lập trinh lại được,
nhưng chỉ trong một giới hạn rất hạn hẹp.
Các hệ điều khiển linh hoạt được chia làm hai loại.
a) Điều khiển linh hoạt cd thể lập trình trực tiếp, hoặc còn gọi là "cd thể lập trình
tự do". Loại điều khiển này chứa bộ nhớ tiếp cận ngẫu nhiên (Randonì access memorics
RAM), cho phép nhập dữ liệu, hoặc phát lệnh thay đổi, hoặc thêm vào mà không cán
các thao tác cơ học.
b) Điếu khiển linh hoạt cd bộ nhớ thay được. Loại này dùng bộ nhớ chỉ được ghi
một lần và sau đd chỉ cd thể đọc ra mà thôi (ROM) và cd thể lập trình lại được bằng
cách thav bộ nhớ. Mỏt số thành phần của nd cd thể được thay khi một chương trinh
được soạn thao hoặc biến đổi. Trái với ROM là loại chỉ dược lập trinh một lần, loại
bộ nhớ chỉ đọc khả lập trình xda được (erasable programmable read only memories
EPROMs) cho phép xda sạch các thông tin từ các chíp (vi linh kiện điện tử) EPROM,
nên cd thể làm lại lập trình mới. Tuy nhiên vì chỉ co' thể làm được điều đo' bầng thiết
bị xda đặc biệt, cho nên EPROMs cũng được coi là những đơn vị nhớ thay được.
Vì cấu trúc của các bộ điều khiển khả lập trình được dựa trên cùng một nguyên
lý với kiến trúc của máy tính, cho nên no' không chỉ co thể thi hành các nhiệm vụ
chuyển đổi mà còn co' thể thực thi các ứng dụng khác như đếm, tính toán, so sánh
hoặc xừ lý các tín hiệu tương tự cho những mục đích riêng chảng hạn như trong các
quy trình kỹ thuật cơ khí v.v
1.2. Các thành phân của một bộ PLC
Phần cứng của các bộ điều khiển khả lập trỉnh PLC được cấu tạo thành những
môđun (hình 1-2) cho thấy sơ đổ các môđun phần cứng của một bộ PLC. Một bộ PLC
thông thường co' những môđun phần cứng như sau :
1. Môđun nguồn
2. Môđun đơn vị xử lý trung tâm (CPU)
3. Môđun bộ nhớ chương trình

4. Môđun đáu vào (thẻ đẩu vào)
5. Môđun đầu ra (thẻ đẩu ra)
6. Môđun phối ghép (thẻ phối ghép)
7. Môđun chức năng phụ
Mỗi môđun đo' được lắp thành một đơn vị riêng, co' phích cắm nhiều chân để cắm
vào rút ra dễ dàng trên một panen cơ khí co' dạng bảng hoặc hộp. Trên panen co' láp :
10
fl) Đường ray nguổn để đưa nguốn điện một chiếu (thương là 24V) từ đấu ra của
nôđun nguổn ìấy từ môđun nguồn, đưa đi cung cấp cho tất cả các môđun khác.
b) Luống liên lạc để trao đổi thông tin giữa các môđun và với bên ngoài.
Mở rộng được
Hìnhl.2. Các mô đun phán cứng cua một PLC
1. Dơn v ị x ử lý tr u n g tâm - C PU
Trong mỗi thiết bị PLC chỉ co' một đơn vị xử lý trung tâm. Co' hai loại đơn vị
xử lý :
a) . Dơn vị x ử lý "m ột - b it", thích hợp cho việc xử lý các thao tác logic, nhưng vì
thời gian xử lý là quá dài đối với một tín hiệu đơn cho nên không thực hiện được các
chức năng phức tạp mà không gặp phải những rác rối vẽ vấn đề thời gian. Loại xử
lý một bít kết cấu đơn giản cho nên giá thành hạ. Vì vậy tuy xử lý co' chậm nhưng
vẫn được dùng cho những trường hợp không cán nhanh lám và bài toán không quá
phức tạp.
b) Đơn vị xử lý bằng "từ ngữ". Loại xử lý này hấp dẫn hơn loại no'i trên, vì loại
dưới này thích hợp hơn nhiều với việc xử lý nhanh các thông tin số. Sở dĩ nó đạt
được tốc độ cao thì rõ ràng là vì no' không xử lý đơn bít mà xử lý từ ngữ bao gồm
nhiều bít và co' thể đạt tới 16 bít. Tuy nhiên bộ xử lý từ ngữ co' cấu trúc phức tạp
hơn nhiều và do đo' giá đắt hơn, cho nên no' khồng thể loại bộ xử lý đơn bít ra khỏi
thị trường tin học. Cả hai loại vẫn song song tổn tại và mỗi loại được lựa chọn sử
dụng tùy theo nhu cầu ứng dụng.
11
Bộ điều khiển logic khả lập trình với đơn vị xử lý trung tâm bằng từ ngừ đtợc

dùng khi đòi hỏi xử lý văn bản và các thông tin số, các phép tính, đo lường đánh £Ìá,
điều khiển, kiểm tra, ghi nhớ cũng như xử lý các tín hiệu đơn trong mã nhị nguiyên.
Nguyên lý vận hành của một đơn vị xử lý trung tâm CPU được mô tả ngắn £ọn
như sau :
Các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự vì đã đtợc
điều khiển và kiểm soát bởi bộ đếm chương trình do đơn vị xử lý trung tâm khống
chế. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu cá lẻ lại với nhau theo quy định và từ đổ nút ra
kết quả là các lệnh cho đầu ra. Sự thao tác tuán tự của chương trình dẫn đến uột
thời hạn trễ trong khi đđ bộ đếm của chương trình đi qua một chu trinh đầy đìủ rối
sau đó lại bắt đầu từ đẩu. Chu kỳ thời gian này được coi là "thời gian quét" Oscưi)
và phụ thuộc trực tiếp vào tầm vđc của bộ nhớ.
Thông thường đo thời gian quét của một chương trinh 1-kbyte, và lấy con Sỉố đó
làm một chỉ tiêu để so sánh giữa các PLC. Đối với nhiều loại thiết bị, thời hạm trễ
này cổ thể dài tới 20 miligiây hoặc hơn tùy thuộc vào tấm vóc mở rộng của bộ rhớ.
Trong thực tế, nd là một công tắc giới hạn, chỉ
có thể được gọi lên sau mỗi 20 milũgây.
Nếu điều đó gây nên trở ngại thì cấn phải dùng những biện pháp đặc biệt, chảngr lạn
như lặp lại những lần gọi đặc biệt trong thời gian một lần quét, hoặc là điểu khiển
các thông tin chuyển giao để bỏ đi những lấn gọi ít quan trọng khi thời gian quết
dài tới mức không thể chấp nhận được. Nếu giải pháp như thế không được thỏa năn
thì cần phải dùng một PLC với thời gian quét ngắn hơn. ví dụ như 1 miligiây/ :ho
một Kbyte. Như vậy rõ ràng là chính bộ xử lý quyết định khả năng và chức n ăng :ủa
PLC. Dưới đây là bảng so sánh các đặc trưng của đơn vị xử lý trung tâm (CPU)) oại
một-bít và loại từ ngữ.
Bộ xử ly m ột-hít Bộ xừ lý từ ngữ
Xù lý trực tiếp các tín hiộu dầu vào và dầu
ra (dịa chỉ dơn)
Các tín hiệu dầu vào và dấu ra chì có thể
dược dịa chỉ hóa thông qua từ ngữ.
Cung cấp những lộnh nhỏ hdn. thông thường

chỉ là một quyết dinh có/khổng .
Viộc cung cấp lệnh lớn hơn dòi hòi những
tri thức vô vi tính
Ngôn ngữ dấu vào ddn giàn, không cấn kiến
thức tinh toán
Ngổn ngữ dầu vào phức tạp dùng cho viộc
cung cấp lệnh lớn.
Khả nAng hạn chế trong víộc xử lý dữ liệu
số (nghĩa là không có các chức nftng toán
hoc và logic)
Thu thập và xử lý dữ liệu số
Chương trình liên tiếp chạy không gián doạn.
thời gian chu trình tương đổi dài.
Các quá trình thời gian - tới hạn địa chỉ
hóa qua các lệnh gián đoạn hoặc chuyền doi
diều khién khẩn cấp.
Chỉ phối ghép vơi máy tính dơn giàn
Phổi ghép với máy tính lớn hoặc hệ thống
máy tính
Khả năng xử lý các tín hiệu tương tự hị hạn
chế
Xử lý tín hiệu tương tự ờ cà dầu vào/dấu ra.
12
2. Bộ n h ớ ch ư ơ n g trìn h
Chương trình điều khiển hiện hành được giữ lại trong bộ nhớ chương trỉnh bằng
các bộ phận lưu trữ điện tử như RAM, PROM hoặc EPROM. Chương trình được tạo
ra với sự trợ giúp của một đơn vị lập trình chuyên dùng, rồi được chuyển vào bộ nhớ
chiiơng trình , cắm trên panen của PLC. Một nguồn điện dự phòng là cấn thiết cho
RAM để duy trì chương trình ngay cả trong trường hợp mất nguổn điện chính. Người
ta đã thiết kế bộ nhớ thành từng môđun để cho phép dễ dàng thích nghi với các chức

năng diều khiển có kích cỡ khác nhau. Và nếu muôn 111Ở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm
thêm ¿ác thẻ nhớ điện tử vào panen của PLC,
3. M ôdun d ấu vào
Môđun đấu vào cd chức nàng chuẩn bị các tín hiệu bên ngoài để chuyển vào trong
PLC, nó chứa các bộ lọc và bộ thích ứng mức năng lượng. Một mạch phối ghép cố
lựa chọn được dùng để ngàn cách điện giải mạch trong ra khỏi mạch ngoài. Phẩn lớn
các mòđun đầu vào được thiết kế để cố thể nhận nhiẽu đấu vào (8-16-24-32 chẳng
hạn) và nếu cấu thêm đấu vào thỉ cổ thể cắm thêm các thẻ đẩu vào khác. Việc chẩn
đoán các sai sót hư hỏng sẽ được thực hiện rất dễ dàng nếu mỗi đẩu vào được trang
bị một điổt phát sáng (LED), như vậy người ta có bộ chỉ thị ánh sáng báo hiệu cho
sự co' mặt của điện thế đầu vào.
4. M ôđun d ấu ra
Môđun đấu ra co' cấu tạo tương tự như môđun đáu vào. Nd gửi thẳng các thông
tin đấu ra đến các phần tử kích hoạt (cho dẫn động) của các máy làm việc. Vì vậy
ixià nhiều môđun đẩu ra thích hợp với hàng loạt mạch phối ghép khác nhau đã được
cung cấp.
‘Điốt phát quang (LED) củng co' thể giúp quan sát điện thế đấu ra. Khả năng kiểm
tra bằng mất lại càng quan trọng hơn đối với những thiết bị sử dụng cấu chì đầu ra
pihụ vã một đi ốt phát quang (LED) trung tâm có thể hỗ trợ thêm rất nhiều. Số lượng
đau ra co' thể đổng thời hoạt động, phụ thuộc vào loại thiết bị và co' thể bị hạn chế
vì lý do nhiệt hoặc điện.
5. M ôdun p h ối ghép
Môdun phối ghép dùng để nối bộ điều khiển khả lập trình PLC với các thiết bị bên
nigoài, như m àn hình, thiết bị lập trình hoặc với panen 111Ở rộng. Thêm vào đo', nhiều
C:hức năng phụ cũng cần thiết hoạt động song song với những chức năng thuần túy
léồgic của bộ PLC cơ bản. Cũng co' khi người ta ghép thêm những thẻ điện tử phụ đặc
b)iệt đế tạo ra các chức năng phụ đó. Trong những trường hợp này đều phải dùng đến
ttnạch phối ghép.
6. Các ch ứ c n ă n g p h ụ
N hĩng chức năng phụ điển hình nhất của PLC là :

1) 3ộ nhớ duy trì co' cùng chức năng như rơle duy trì, nghĩa là bảo tồn tín hiệu
tìrong quá trình mất điện. Khi nguổn điện trở lại thì bộ chuyển đổi của bộ nhớ nằm
ở; tư thế như trước lúc mất điện.
13
2) Bô thời gian của PLC có chức năng tương tự như các rơle thời gian. Việc đặt
thời gian được lập trình hoặc điều chinh từ bên ngoài.
3) Bộ đém được lập trình bằng các lệnh logic cơ bàn hoặc thông qua các thẻ điện
tử phụ. Việc đật bộ đếm được thực hiện qua lập trình hoặc bằng nút bấm.
4) Bộ gh i tương ứng với cơ cấu nút bấm - bước. Bước tiếp theo được thả ra bời
bộ phát thời gian hoạc bằng xung của mạch chuyển đổi.
5) Chức nang số học được thiết kế để thực hiện bốn chức năng số học cơ bản :
cộng, trừ, nhân và chia, và các chức năng so sánh : lớn hơn, nhỏ hơn, bàng và không
bằng. Sự co' mặt của chức năng số học giúp mở rộng đáng kể cơ hội ứng dụng cho PLC.
6) Chức năng điều khiển số (NC) - làm cho PLC co' thể được ứng dụng để điểu
khiển các quá trình công nghệ trên máy công cụ hoặc trên các tay máy người máy
công nghiệp.
Bộ PLC với các chức năng phụ đặc biệt chỉ thích hợp nếu co' chủ định thực hiện
các chức năng khác ngoài sự thay thế việc điểu khiển rơle đơn giản. Nếu các chức
nàng đo' không được sử dụng một cách đấy đủ thì tốt nhất là dùng các bộ PLC khồng
co' các chức nàng đo'.
1.3. Luồng liên lạc - Busline - Bus
Tát cả các môđun của một PLC đều được nối với nhau bằng một "luổng liên lạc",
tên là business line, gọi tắt là busline hay gọn hơn nữa là bus. Luồng liên lạc gổm co'
nhiếu mạch nối dẫn đến từng môđun. Sự trao đổi toàn bộ dữ liệu và thông tin giữa
các môđun trong PLC và với các thiết bị bên ngoài đều được thực hiện qua các mạch
đó. Dưới đây dùng hỉnh tượng xa lộ để minh họa sự hoạt động của luồng liên lạc BUS
(hỉnh 1.3). Co' nhiều địa điểm ký hiệu bằng các chữ cái A, B G, H. Hỉnh 1.3a vẽ
các con đường nhỏ, mỗi đường chỉ nối hai địa điểm với nhau, tương đương các mạch
nối cứng chỉ nối hai địa chỉ với nhau.
Hình 1.3b vẽ một xa lộ co' thể nối nhiều địa điểm, nằm rải rác hai bên xa lộ với

nhau, tương đương với một luồng liên lạc BƯS có thể giao lưu thông tin giữa tất cà
các địa chỉ bố trí dọc theo no'. Các lái xe không thông thuộc vùng này cứ đi dọc xa
lộ là co' thể tìm thấy địa chỉ cán đến. Hành trình trở về cũng theo một quy trình đo'
nhưng theo chiểu ngược lại.
Sự tương tự là như sau :
9
* đường cao tốc tương đương với luồng liên lạc BUS
* các địa điểm tương đương với các "địa chỉ"
* các chiếc xe tương đương với các "dữ liệu".
Trên các con đường nhỏ chỉ nối hai địa điểm, mỗi chiếc xe chỉ co' thể đi lại giữa
hai địa điểm, không đến được các địa điểm khác. Cũng thế trên mạch nối cứng, các
thông tin chỉ được trao đổi giữa từng cặp địa chỉ, không đến được các địa chỉ khác.
Trên xa lộ, các xe cộ co' thể đi từ hoặc đến với bất kỳ địa điểm nào. Cũng thế trên
luống liên lạc BUS thông tin được trao đổi giữa hai địa chỉ bất kỳ. Có thể thấy rõ
ràng rằng luồng liên lạc kinh tế hơn nhiều so với mạch nối cứng.
14
Hình 1.3. Luồng liên lạc BUS
Cũng cố thể so sánh luồng liên lạc BUS với một mạng đường sắt cố hệ thống bẻ
ghi cho phép các đoàn tàu giao lưu giữa hai ga bất kỳ trên mạng.
1.4. Chức năng và úng dụng của PLC
Vê cơ bản, chức năng của bộ điều khiển lôgic khả lậpi trinh cũng giống như chức
náng của bộ điều khiển thiết kế trên cơ sở các rơle hoác các thành phần điện tử :
1. Thu nhận các tín hiệu đầu vào và phàn hôi (từ các cảm biến).
2. Liên kết, ghép nối lại và đống mở mạch phù hợp Víứi chương trình.
3. Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin
thu được.
4. Phân phát các lệnh điều khiển đó đến các địa chỉ thích hợp.
Riêng đối với máy công cụ và người máy công nghiệp thì bộ PLC cố thể liên kết
với bộ điểu khiển số NC hoặc CNC (xem phần hai) hình thành 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 trong trạng thái nguy hiểm. Trong hệ thống trung tâm gia
công, mọi quy trình công nghệ đều được bộ PLC điều khiển tập trung.
Hình 1-4 cho thấy một ví dụ về chức năng điều khiển của bộ PLC. Số lượng đầu
vào — đẩu ra phụ thuộc vào yêu cầu của người dùng. Nhưng nếu số đầu vào - đấu
rn tăng lên thì cũng yêu cẩu phải tăng khối lượng bộ nhiớ của chương trình và nhất
là chu trinh máy hoặc thời gian quét cũng tăng lên.
15
1.5. Lập trình và tư liệu
Một PLC cổ thể được sử dụng một cách kinh tế hay không chịu ảnh hưởng lớn của
những thuận tiện và dễ dàng sản cd và thưởng trực trên panen lập trình. Trái với
điểu khiển số, chỉ cđ thể dùng được bộ điều khiển khả lập trình nếu cổ một panen
lập trình luôn luôn sẵn sàng. Như vậy khi trang bị một bộ PLC cũng đồng thời phải
trang bị một panen lập trình của cùng một nhà chế tạo. Ngay cả khi môđun đẩu vào
được tiêu chuẩn hđa, thì vẫn đòi hỏi bộ PLC phải cđ những bộ đẩu ra khác nhau và
đặc biệt.
Sự khác nhau chính giữa bộ điều khiển khả lập trình và công nghệ rơle hoặc bán
dẫn là ở chỗ kỹ thuật nhập chương trình vào bộ điểu khiển như thế nào (hình 1-5);
Trong diễu khiển rơle, bộ điều khiển chuyển đổi bao gồm một cách cơ học những
môđun cá thể phù hợp với chương trình mạch và dãy điều khiển được kiểm soát bàng
tay thông qua việc nối dây do đố mà có từ kỹ thuật : - điều khiển "cứng". Trái lại,
việc nhập một dãy điểu khiển vào một PLC được thực hiện thông qua một panen. lập
trình và một ngoại vi chương trình, cd thể chỉ ra mọi phương pháp và qui trình có
thể để nhập lôgic vào các bộ phận lưu trữ điện tử.
16
Logic mạch Cling PLO với chức năng lạp trìnhlưu trừ
‘1'ia ghép nòi riêng lò trong bộ nhớ điện tử (RAM, ROM, EPROM ,v.v )
Ilin h Lô. Sụ khác biệt giờii điêu khiôn bang mạch cứng và PLO
kinh 1.5 là sơ đố khôi trình bày sự khác biệt giữa PLC và bộ điều khiển bàng
mạici cứng trên phương diện quá trình hình thành và chuẩn bị.
Eể lập trình người ta có thể sử dụng một trong những mô hình sau đây :

* mô hình khuôn khổ dãy
* mô hình khuôn khổ chức năng
* mô hỉnh biểu đổ nồi dây hoặc biểu đổ mạch công tác
* mô hĩnh khuôn khổ lốgic
Vệe lựa chọn mô hình trong số 4 111Ô hình trên đây cho thích hợp là tùy thuộc vào
loạii PLC và điểu quan trọng đối với người dùng là lựa chọn loại PLC nào cho phép
sự gao lưu tư liệu không gập khd khàn và tránh được những chi phí không cẩn thiết.
£)ai íố các thiết bị lưu hành trên thị trường hiện nay là dùng mô hình khuôn khổ dãy
hoỉật là khuôn khổ biểu đồ nối dây. Những thiết bị hiện đại nhất cho phép người dùng
chiinển đổi từ một phương pháp nhập này sang một phương pháp nhập khác ngay cả
tro>n£ quá trình nhập, bởi vì độc lập với phương pháp được dùng, khuôn khổ khác được
tạo ra đổng thời. Kinh nghiệm cho thấy lập trinh với khóa ký hiệu và chức năng sẽ
gâ}y ra một số vấn đề nếu lập trình viên đả quen với điều khiển bằng rơle và nếu
biềĩu đổ mạch công tắc hiện ra trên màn hình trong quá trình lập trình giống hệt như
biểỉu đổ mạch sử dụng trong kỹ thuật rơle. Mặt khác những người dùng đã cđ sẵn
phửig hiểu biết cơ bản vé ngôn ngữ lập trình phát hiện được rằng sẽ dễ dàng hơn
nhiiéu nếu dùng mô hình khuôn khổ dãy.
khừng chữ viết tát giúp trí nhớ được dùng trong kỷ thuật có ưu điểm là chúng
khtỏig thu nhỏ khả nàng của PLC. Do có nhiều đòi hỏi khác nhau mà các thiết bị lập
tri nỉ phải thỏa mãn cho nên đa phẩn các nhà chế tạo đã cung cấp nhiều loại thiết
2 T<Đf<
H /é tã i
17
bị với những khả nàng khác nhau. Những mô hình đơn giản nhất là thích hợp đối với
thiết bị thử nghiệm cho giai đoạn khởi động của lẩn láp đặt, bảo quản và sửa lối
chương trình. Chúng co' những chức năng cơ bản sau đây :
* Lập trinh và soạn thào khuôn khổ dãy.
* Tìm kiếm và hiển thị các bước của chương trinh, các lệnh và các địa chi.
* Biểu thị tín hiệu đầu vào đấu ra và kết quả.
* 'Xóa bỏ, thay đổi và lập trình cho EPROM

Nhiều thiết bị kiểu mới thường được lắp thêm một màn hỉnh hiển thị và mạch phối
ghép cho bầng ghi catxét, máy in băng và bộ dẫn động đĩa trong và ngoài Những
thiết bị tối tân nhất đã xuất hiện trên thị trường bao gồm một trạm lập trinh tiện
nghi, cung cấp cho lập trinh viên những chỉ dẫn, những tư liệu chương trinh có thể
tra cứu tự dộng, cho phép nhập trực tiếp các lệnh và tư liệu mà không cán dùng bát
kỳ một ngôn ngữ lập trinh nào. v ì mục đích đo' còn co' thể dùng máy tính cá nhân
nếu co' trang bị phần mềm cần thiết và sự lựa chọn phán cứng như hướng lặp trinh
EPROM, kho'a chức năng và đáu nối một đường với PLC cho thao tác quan sát và
soạn thảo chương trình nếu RAM được sử dụng.
Một khi chương trinh đã được lập ra thì thiết bị lập trình còn phải thực hiện nhííng
nhiệm vụ khác như :
* In khuôn khổ dãy với những chú giải và tên thiết bị được điều khiển.
* In danh sách đối chiếu chỉ ra những liên hệ của các bộ nhớ phụ, bộ thời gian,
và những bộ điều khiển với các môđun trong và ngoài.
* In danh sách địa chỉ co' kèm theo chi tiết chỉ ra những địa chỉ đổ được gắn vói
đầu vào đáu ra ; bộ nhớ phụ ; bộ thời gian v.v
* In biểu đổ mạch công tác chỉ ra được hỉnh dạng và mã hiệu của các công tắc ,
cộng thêm một số thông tin phụ.
Mỗi nhà chế tạo co' những thiết kế và phương thức thao tác thiết bị lập trình riêng
của minh. Những nhân viên kỹ thuật chưa co' kinh nghiệm với PLC thường đòi hỏi
hai hoặc ba tuán lễ để làm quen với panen lập trình mới và để hiểu được no'. Ngay
cả những thao tác viên có kinh nghiệm cũng cần khoảng một tuần lễ huấn luyện mới
co' thể làm việc trên loại PLC mới một cách đáng tin cậy.
1.6. Bộ nhớ chưong trình
Chỉ có thông qua chương trình máy tính thi bộ PLC mới trở nên hữu dụng. Da số
các bộ nhớ hiện dùng là những bộ nhớ bán dẫn và bảng dưới đây liệt kê ra những
đặc trưng chính của 4 loại bộ nhớ thường dùng nhất
I.oại hộ nhớ
Khả nang thay dổi
dơn - tuyến

Mất lưu trữ
vi mất diện
Bàn vệ chổng
thay chương trình
không mong muốn
RAM Có
Có Không
ROM Không Không Có
EEROM Không
Không
Có
EEPROM Có Không
Không
18 - TXđk
Thế mạnh của điếu khiển khả lập trinh sơ với các phương pháp điều khiển mạch
cứng là ở chồ trong bộ PLC dễ dàng thay chương trinh, bỏ chương trinh cũ nạp chương
trinh mới trong một thời gian ngán và ít tôn kém. T\iy thuộc vào việc sự thay đổi
chương trình đó được thực hiện bằng cách thay bộ phận của bộ nhớ hay là bàng cách
trực tiếp lặp trinh lại, người ta phân biệt hai loại bộ nhớ : bộ nhớ thay được và bộ
nhớ lập trình tự do.
Những bộ điếu khiển sử dụng kỹ thuật lập trình loại thứ nhất chủ yếu dùng các
bộ nhớ có thể xóa bảng tia cực tím (EPROM). Sau khi xóa phải đợi khoảng một giờ
mới nhập được các thông tin mới.
Những bộ điều khiển co' thể lập trỉnh tự do thường chứa RAM với một bộ nguổn
điện dự trữ dể bảo vệ chương trình khi mất điện. Gán đây người ta phát triển loại
bộ nhớ dùng bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS) có mức tiêu thụ năng lượng nhỏ
tời mức một nguồn pin nhỏ cũng co' thế nuôi bộ nhớ hơn một nám. Nếu nguồn năng
lượng dự trữ sấp cạn thì co' một mạch điện tử báo hiệu và ngàn cản việc mở máy cho
đến khi thay bộ nguốn mới. Kỹ thuật PLC cũng được hưởng lợi ích của việc giảm giá
các thành phán rút ngán chiều dài chương trình không còn quan trọng lắm như trước

dây khi khả nàng lưu trữ của bộ nhớ có tám quan trọng lớn.
Những chi tiêu chương trình khác dược coi quan trọng là :
- Chương trình co' cấu trúc rõ ràng để tránh nhẩm lẫn
- Chương trình dễ thay thế hoặc dễ soạn thào
- Có ưu thế trong việc sử dụng các chương trình con
- Dễ phát hiện lỗi.
Diểm cuối cùng này được coi là co' ý nghĩa đặc biệt giữ thời gian máy ở mức tối
thicu. Ngoài bản thân chương trình điếu khiến, còn phải co' các chương trình chẩn
đoán đặc biệt để :
- Quan sát thời gian chu trình máy
- So sánh các qui trinh hiện hành và sẽ lập
- Tạo biểu đổ phát triển
- Giải mã các thông báo lỗi
- Chỉ ra một số chỉnh lý sửa chữa cấn thiết
- Diều khiển máy công cụ và người máy.
Một trong những đòi hỏi quan trọng đối với các chương trinh chẩn đoán là tác dụng
co' hiệu quả trong việc tránh và khử các lỗi (pari) của các môđun đẩu vào đẩu ra và
các khâu nối của chủng. Những thành phần chẩn đoán đậc biệt của bộ điều khiển
dòng chương trinh đã được phát triển để có thể sử dụng ngay cả khi chưa biết chương
trình điều khiển hoặc dòng thông tin của no'. Chúng có thể tự học, nghĩa là dòng chảy
chuẩn xác của chương trinh làm việc được lưu trữ bàng thiết bị đđ và trong trường
hợp co' sai sdt bước chương trình mà ỏ đo' dòng chuẩn xác bị ngát, được hiện lên màn
hỉnh. Ưu điểm của các chương trỉnh chẩn đoán này là :
- Không cần phải lập trình.
- Chủng không ảnh hưởng đến khả náng bộ nhớ của PLC.
- Tác dụng chẩn đoán có hiệu lực trước khi soạn thảo xong chương trinh, nghĩa là
trong giai đoan thử máy.
19
1.7. Lý do sử dụng PLC
Trước kia bộ PLC giá rất đát, khả nãng hoạt động bị hạn chế và quy trình lăp

trình rất phức tạp. Vi những lý do đó mà nó chi được dùng cho những máy và thiết
bị đặc biệt có sự thay đổi thiết kế cấn phải tiến hành ngay cả trong giai đoạn lạp.
bảng nhiệm vụ và lập luận chứng. Do giảm giá liên tục, kèm theo tàng khả nang của
PLC dẫn đến kết quả là sự phát triển rộng rãi của việc áp dụng kỹ thuật PLC. BAy
giờ nó thích hợp cho một phạm vi rộng các loại thiết, bị máy móc.
Các bộ PLC đơn khối với 24 kênh đáu vào và 16 kênh đáu ra là thích hợp vớ ỉ
nhửng máv tiêu chuẩn đơn, hệ thống gia tải - bỏ tài và những trang thiết bị liên hep
Xử lý tự liệu tự động là không cán thiết phải dùng PLC trên các máy tiêu chuẩn hởỉ
vi ít co' khả năng phải chịu một sự thay đổi. Hơn nữa các biểu đô mạch tiêu chuẩn
dã đủ cho việc xử lý tư liệu. Sự hấp dẫn của PLC trên thị trường được khảng định
cho những ứng dụng đơn giản nói trên là bời vi nó có độ tin cậy cao, chiếm ít chồ
và loại bỏ được nhu cáu nối dây, ghép các rơle và các bộ thời gian.
Những bộ PLC với nhiều khả náng ứng dụng và lựa chọn được dùng cho những;
nhiệm vụ phức tạp hơn, cho nên người ta mong muốn có cả một loạt PLC có thế ctuỢơ
lập trinh qua một panen kích cỡ chung và dùng một quy trình lập trình chung.
Hỉnh 1.6 dưới đây cho thấy các nhu cấu điểu khiến diện tử và phạm vi điếu khiển
các loại máy móc thiết bị
Những ưu điếm của việc ứng dụng kỹ thuật PLC là :
*Chuán bị vào hoạt dộng n hanh. Thiết kế môđun cho phép thích nghi đơn giản với
bất kỳ mọi chức náng điều khiển. Khi bộ điều khiến và các phụ kiện đã được lắp ghép
thi bộ PLC vào tư thế sản sàng làm việc ngav. Ngoài ra, nó còn co' thể được sử dụng
lại cho những ứng dụng khác.
* Độ tin cậy cao và ngày càng tàng. Các thành phán điện tử co' tuổi thọ dài hơn
các thiết bị cơ - điện tử. Độ tin cậy cúa PLC ngày càng cao và tuổi thọ ngày càng
tang. Còn việc bảo dường định kỳ thường là cán thiết đôi với điểu khiển rơle nhưng
được loại bỏ đỏi với PLC.
* Dẻ dàng thay dổi hoặc soạn thảo chương trinh. Những thay đổi cần thiết cả ở
khi bắt đấu khởi động hoặc những lúc tiếp sau đều co' thể được thực hiện dễ dàng
mà không cấn co' bất kỳ một thao tác nào ở phẩn cứng.
* Sự dành g iá các nhu càu là dơn giản. Nếu biết con sô đúng của đáu vào và đáu

ra cán thiết, thi co' thể đánh giá kích cỡ yêu cáu của bộ nhớ (độ dài chương trinh)
tối đa là bao nhiêu. Do đo' có thể dễ dàng và nhanh chóng lựa chọn loại PLC phu
hợp với yêu cầu để ra.
* Xù lý tư liệu tự dộng. Trong nhiều bộ PLC, việc xử lý tư liệu được tiến hành tự
động, làm cho việc thiết kê' điện tử trở nên đơn giàn hơn.
* Tiết kiện khôn g gian. PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với bộ điều khiển rơle
tương đương, trong nhiều trường hợp không gian được thu hẹp vì co' nhiều bộ phận
được giảm bớt.
20
- -
Dơn khôi
Cỏ nhỏ
(’ờ 1 rung bmh
1
___
1
('<■> I
(in
«
M ay 1 ính quá ỉ rinh
1
u
<
Điều khiến hằn í.
vi xứ lý đãr biét
('ông nghệ hán dẫn
Logic Ròle
«
K
Độ phức tạ Ị) tăng

Máy t hủ còng
M.ív co nu cu tiêu ch 11 an
!<
Máy quan sát và có mục đích dặc hiệt
Hệ I hỏng gia t ái/hỏ tái
ihièl l)ị nang chuyên vật tư
May cóng cụ
I lộ thông gia công tự dông linh hoạt va liõn họp
Ị linh 1.(). Ư11Í» (lụm* vã nhỉi I ÙM (lióii khiên ỉliộtì tư !*!,(
* Khờ năng tái tạo. Nếu dùng nhiêu máy LLC với nhúng quy cách kỹ thuật của
hộ đi ều khiên giông hệt nhau thì làm chi phí lao động sẽ rất thấp so với bộ điểu khiến
rctle. Diếu đo' là do giảm phán lớn lao động láp ráp. Hơn nửa, người ta ưa dùng PLC
hơn cac loại điếu khiển khác không chỉ vì no' có thể sử dụng thuận lợi cho các máy
đá làun việc ổn định mà còn vì no' còn co' thể đáp ứng nhu cẩu của các thiết bị mẫu
đấu tiền mà người ta co' thể thay đổi cải tiến trong quá trinh vận hành.
* Sự cải biến thuậ n tiện. Những bộ điểu khiển, nếu chỉ muốn cải biến một phán
nhỏ trong dãy chức năng, co' thể đươc tái tạo một cách đơn giản bàng sao chép, cải
biên và hoặc thêm vào những phần mới. Những phán, trong chương trình, vẫn sản
21
sàng sử dụng được thì vần được dùng lại không cần thay dổi gi. So với kỹ thu ật Tơie,
ỏ đây có thế giám phần lớn tổng thời gian láp ráp hởi vi có thể lập trinh các ehưo
nang điếu khiển trước hoạc trong khi lap ráp hảng dieu khiến.
* N hiêu chức nùng. Người ta thường hay dùng PLC cho tự dộng linh hoạt hoi Vị
dễ dàng thuận tiện trong tinh toán, so sánh các giá trị tương quan, thay dõi chương
trinh và thay đổi các thông số. Một lý do nữa là nó da dược nổi sản với một may
tính manh.
1.8. Giá trị kinh tê của PLC
Láp đật hộ PLC đơn giản nhiều so với láp dật hệ rơle. Sừ dụng bộ PLC rấ t kinh tẽ.
Giá của nó giảm do hạ giá hàng điện tử, do sự phát triển của các bản t.hiẻt. kế ngay
càng rẻ hơn và táng số lượng của PLC ứng dụng trong mọi lỉnh vực. Hơn nữa khi so

sánh giá cả thi phải tính đến cả giá hán của các bộ phận phụ không thể thiêu dv.Ợó
như panen lạp trình, máy in, hãng ghi v.v. và cả việc dào tạo nhân viên kỷ thuạt.
Hình 1.7 dưới dây đưa ra một sự so sánh giá cả giữa PLC và hộ rơle
I lình 1.7. So sánh giá ca giữa hộ rôle va PLG
Một dieu rát quan trọng ỉà phải dùng đội ngu nhân viên kỷ thuật lành nghề có
kinh nghiệm có hiểu biết tốt vế phấn mém dế thiết kế lập trinh và thao táíC bộ PLG
VI phấn mém dùng cho những mục dich đặc biệt là cực kỳ dát giá. Tuy nhiên, nhiêu
cái dã trở nên khả thi nhờ phán mém ré đi. Nhiều nhà chế tạo PLC cung cấp trọn
bộ dóng gói phán mém dã dược thử nghiệm, nhưng việc thay thế và hoặc thêm các
phán mém cho các nhu cầu riêng là không thể tránh khỏi và khi đó đòi hỏi kỷ năng
phấn mém. Nếu không phải tự mình tạo ra phán mém, chảng hạn do mộtt cóng ty
phán mém sàn xuất, thi diếu tồi quan trọng là mọi yêu cáu phải dược xác dịnh chính
xác, tỉ mỉ và viết rõ ràng ra trước lúc bát đáu.
22
phân bố điển hình giá cả cho việc láp đạt một PLC mẫu như sau :
* 5 0 r/r cho phán cứng của PLC
:| 107( cho thiết kế khuôn khổ chương trinh
1 207 cho lặp trinh và soạn thảo
157 cho thừ nghiệm
* 57t cho tư liệu.
Viòc láp đạt. một bộ PLC tiếp theo chỉ trị giá bàng khoảng một nửa giá cho bộ mẫu
đ;íu tiên, nghỉa là chi CÒ11 phải chi cho phán cứng mà thòi. Bộ thứ hai trở đi giá tiền
chi cho một bộ PLC sẽ rẻ hơn rất nhiều so với bộ điếu khiển bằng rơle.
'Puy nhiên, chi nên láp đặt bộ điều khiển khả lập trình PLC khi có một sô lượng
đù lớn lán điểu khiển cán phải lập trinh hàng' nam để đủ bù lại chi phí tương đôi
CHO
của những panen lập trinh tốt và của việc huấn luyện đội ngủ nhản viên kỹ thuật
Cỉin thiết. Không nên nìáy móc sử dụng PLC với bất kỳ giá nào mà phải tính toán
11 ước khi dặt hàng. Việc lắp đặt PLC làm tăng đáng kế giá thành của thiết bị gia
cóng và do đó tâng giá thành của sản phẩm. Mặt khác ta có thể thuê thiết bị lập

tìinh chứ khổng mua nếu như mua về mà không sử dụng hết năng suât.
Dưới đây nêu ưu khuyết điểm để so sánh hai loại diều khiển : diều khiển bàng
rơle và PLC dể tham khảo.
D ie u k h iể n h ang rơ lc
D iêu k h iê n kh ù lậ p tr in h
.
ư u d ir m
ư u (firm
• N a m h ic t dược v ;i tm cạy dư ơc c h o m ộ i
• D ọ tin cậ\ c a o I|ii;i SỪ d ụ n g c ác p h ần lừ
thơi gian li.li Mép Xl.lt
• N ă m hiò t d ư ơ e m ứ c ilộ tin cậy
• T h a v d ô i de d a n g t|Lia cô nu n g h ê p h íc h căm
• N h iề u h ộ p h ú n d ù liê u ch u ẩ n ht». 1
• l.ã p d a i d ơn g iàn
• Kfit ít n h ậ y c ù m vơ i n hiề u
• T h a y d õ i n h an h l ịiiy trin h d iều k lìie n m a
• K in h ti- n h à i d b i với hộ thông nh ò
khôn g cán thay d ô i p h ân c ứ n g.
• K íc h Ih ư ơ c nht
X h ưtu (tir/n • C o the nói m ang vơ i máy tin h.
• T h ờ i g ia n lá p d ụ i lâu ( n o i d â y. noi m ạ ch )
• T h .lV d o i k ho k h á n ( th a y d ô i m ạ n g n o i d âv)
Xhuựt dir tu
• Kho theo d õ i vũ k iê m tra có c hệ thố n g • ( iiá th anh la o d ự ng c a o
lờ n. p lu íc tọp.
• Itộ Ih ict hị lá p trin h th ư ơ ng g iá d a l
• C o lu i h ao tron g SỪ d ụ n g , d o d o c a n h à o
lịU .àn th ư ớ ng x u yên.
• K íc h th ư ớ c lơ n

Số hãng cung cáp PLC thi nhiều nhưng chỉ có một ít các hảng dưa ra được cả một
dãy day đủ các loại PLC từ cái rát dơn giản cho đến những thiết bị hiện dại nhất,
phức tạp nhất có một vùng khả nang và chức nang rộng. Những người dùng PLC còn
ít kinh nghiệm. Như vậy có thể thử và chọn dược sản phẩm thích hợp nhất với các
doi hỏi của công việc mà có thể hạ xuống mức thấp nhát giá mua bộ lập trình và
giảm chi phí huấn luyện dội ngu nhân viên kỹ thuật.
23
Chương 2
CÁC HỆ THỐNG Tự ĐỘNG PHỤC vụ SẢN XUẤT
Mực tiêu của chương này là cung cấp những kiến thức sau đây :
1 - Mục đích, cấu trúc và sự hoạt động của các hệ thống tự động.
2 - So sánh những khác biệt giữa công nghệ lập tuyến và công nghệ lập trình
’* - Nhưng kiến thức về các thành phán và sự cấu thành của các bộ phận điện tử
cua hô thống tự động.
4 - Sự tiến hóa của nhừng nhu cấu vế tự động hóa sản xuất.
Trong nhi011 linh vực, một bên là sự phát triển của các nhu cáu của sản xuát, nuột
hcn là các tiên bộ của công nghệ đã làm nảy sinh những vân đê xứng đáng IưíỢc
nghiôn cứu một cách nghiêm túc. Với nhửng kiến thức đđ có thể ctề cập đến nlừ ng
bài toan tế nhị của việc lựa chọn công nghệ và các thành phán tự động hóa trong Cĩác
chương sau
2.1. Hệ thống sản xuất công nghiệp và tự động hóa
1. Hệ th ố n g sản xư á t c ô n g n g h iệp
Mục tiêu của một hệ thông sán xuất là mang lại một giá trị tăng thêm hoặc là c ho
nguyên liệu, cho bán thành phẩm hoặc cho một tổ hợp thành phấm để tạo ra nlững
sán phẩm có giá trị cao hơn. đó có thế là :
* Những thành phẩm cuối cùng đã có thể trực tiếp tung ra thị trường.
* Nhửng thành phẩm trung gian dùng để tạo ra những thành phẩm cuối Cim g.
Muốn cho hệ thống sản xuất hoạt động được phải cung cáp cho nđ nguồn nguyên liỉệu
chinh, phôi, bán thành phẩm cùng các nguyên liệu phụ can thiết Đổng thời phái uung
cấp nguồn năng lượng (điện, khí nén, chát đốt ) cùng với nước sạch, chất bồi* rcơỉi

v.v Hệ thõng sản xuát còn thái ra các phế liệu, các chất cạn bà, nước bẩn v.v .
Dế cho hệ thống sản xuất hoạt động được binh thường cán nhiều loại nhân vfèni :
* Nhân viên khai thác, vận hành, phải có mạt thường xuvên bén máy trong thiờị
gian máy hoạt động và can thiệp nhiểu hay ít tùy thuộc vào trinh độ tự động cỉu hô
thống sản xuát
- Giám sát các máy tự động
- Nạp liệu, phôi, kiểm tra và tháo dờ sản phẩm đối với các máy bán tự động
- Tham gia vào quá trình sản xuất trong trường hợp máy không tự động.
24
Nhân viên hiệu chinh làm những thao tác diếu chinh đố đạt được chất lượng vận
hanh theo vôu cáu vào lúc khởi đáu một đợt sản xuất, nhất là lúc bát đáu một loạt
sấn phấm mới.
* Nhân viên bảo dưỡng định kv, sửa chữa khi có sự rỏ hòng hóc, báo dưỡng dư phòng.
chỉnh
Hình 2-1. Sodn iu» ihonu >.ỈC. \u;it
2. Mục tiêu của tự đ ộng hóa sản x uất
Nen sân xuất cổng nghiệp dược tự đông hóa ngày càng nhiêu. Nhiêu tiến bộ da đạt
dưực trên các phương diện :
Tự động hóa những thao tác trước kia hoàn toàn thủ công, vi dụ như láp ráp,
kiếm tra do lường v.v
* Tự dộng hóa ở mức độ cao hơn, dáy dù hơn các thao tác trước đây dã dược tự
dộng hóa từng phán ít hoặc nhiều, ví dụ như :
- (’huyen nhưng máy bán tự dộng sang tự dỏng hoàn toàn
- (’huyên những máy tư động cứng (chi cho tạo dược một loại sán phấm) sang
nhưng mav tự dộng linh hoạt có thô lân lượt chò tạo các loại sán phẩm Sư chuyển
dối từ sán phám này sang sản phấm kháo dược thực Ilion một cách nhanh chóng và
thuận lợi và không phái thay những phan cứng cùa may.
Việc tự dộng hóa có thể nham vào nhiếu mục tiêu da dạng. Có thể kể ra một sò
nụic tiêu sau dây làm vi dụ :
* Tim kiếm những giá thcành sán xuãt tháp hơn hàng cách :

- Giảm số lượng nhân công
- Giảm tiêu hao vật tư, năng lượng, v.v
* Loại bỏ cho người những công việc nạng nhoc, nguv hiểm dộc hại và cải thiện
diếu kiện làm việc bàng cách làm cho công việc trở nên ván minh hơn
* Làm cho chất lương sản phcấm tốt hơn bang cách dưa vào dây chuyến sản xuất
nhưng thao tác mà chỉ có tư dộng hóa mới thực hiện nổi trẽn bình diện cồng nghiệp.
' Làm cho chát lượng sản phấm dòng dếu hơn, ổn định hơn do loại bó yếu tố con
người (do ngẫu nhiên, đãng trí, tinh trạng, sức khỏe v.v ) và bàng cách tang cường
kiếm tra tự động. Điếu này đạc biệt quan trọng đối với khả nãng chiếm lĩnh thị trường,
4‘‘10 uy tín cho sản phẩm đối với khách hàng.
25
* Thực hiện những thao tác mà con người không thể làm được dù bàng thủ 'ông
hay trí óc, ví dụ như chế tạo hoặc láp ráp những bộ phận cực nhỏ, những t.hac tát'
cực nhanh, phôi hợp phức tạp các động tác v.v
3. Tự d ộng hóa n â n g cao sức c ạnh tran h củ a sản phẩm .
Trong nền kinh tế thị trường, mọi động thái tư động hda đều có mục đích nhàm tảng
cao sức cạnh tranh của sản phẩm một cách trực tiếp (giá thành hạ, chát lượng cao VV I
hoặc là gián tiếp (cải thiện điều kiện làm việc, giảm thời gian chuẩn bị V.V Ì.
Sức cạnh tranh của sàn phẩm được xác định ở khả năng tiêu thụ tốt, bán manh
nhiều trên thị trường. Sức cạnh tranh là kết quả tất yếu của hiệu quả thu được trên
bốn yếu tố sau đây : giá thành, chất lượng, dổi mới và sản xuất nhanh.
* Giá thành bao gồm :
- Giá công nhản được giảm nhiều do áp dụng tự động hóa
- Giá vật tư và nàng lượng củng được giảm do tự động hóa đem lại phương án
tối ưu tiêu hao vật tư và nâng lượng
* C hát lượng bao gồm độ tin cậy và tuổi thọ của sản phẩm dược nâng cao và tổng
đểu nhờ kết quả của tự động hda.
* Đổi m ới bao gốm
- Hoàn thiện sản phẩm
- Nâng cao tính mỹ thuật của sản phẩm

- Tối ưu hóa kết cấu của sản phẩm
Kinh nghiệm cho thấy việc đầu tư vào tự động hóa thường dẫn đến việc nghiên cứu
lại quy trinh sản xuất do đó dẫn đến viộc nghiên cứu lại sản phẩm. Việc thiết kv lại
đống thời sản phẩm và các phương tiện chế tạo sẽ cho những kết quả tốt hơn vế sức
cạnh tranh. Giữa quá trình thiết kế lại sản phẩm, việc lựa chọn quy trình sản xuất
cùng với việc chọn và tự động hóa trang thiết bị cd quan hệ tác dộng qua lại nhu
sau 'hình 2.2) : 4
Hình 2-2. Tác (lộng qua lại giữa thiết kê và sàn xuất
4. T inh h iệu qu ả củ a việc dâu tư vào tự dộng hóa.
Củng như mọi việc đầu tư khác, khi dáu tư vào tự động hóa phải xét đến tính hiệu
quả kinh tế. Hiệu quả của đáu tư vào tự động hóa dược đánh giá bàng thời gian loàn
vón, tính theo công thức sau đây :
vốn đấu tư
—— :

— = số năm hoàn vốn
lợi nhuận hàng nám
Nếu thời gian hoàn vốn đạt dưới 3 nam, thi dự án đấu tư cho tự động hóa tược
coi là khả thi, sản phẩm bền và tốt hơn trước.
2 6