Tài liệu Tổng quan về bộ điều khiển lập trình PLC doc

3.1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC:
V
ới những hệ thống điều khiển dùng khí cụ điện từ, hệ thống điều khiển có kích thước
lớn; khó thay đổi qui trình điều khiển để đáp ứng các cải tiến qui trình sản xuất . Tiến bộ hơn với
các hệ thống điều khiển dùng các mạch điện tử bán dẫn, không gian choán chỗ thiết bị điều
khiển thu gọn lại; nhưng cũng chưa đáp ứng được yêu cầu thay đổi qui trình điều khiển theo yêu
cầu cải thiện các qui trình sản xuất.
V
ào năm 1968, các kỹ sư của General Motors Copration’s Hydramatic đã nghiên
cứu và phát triển một thiết bị có tên gọi là bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic
Controllers). Bộ điều khiển lập trình giúp người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một qui
trình điều khiển theo trình tự định trước. Các tín hiệu điều khiển trên ngõ ra PLC thường được
kích hoạt bởi tác nhân kích thích bố trí trên ngọ vào; hơn nữa PLC cho phép thực thi quá trình có
thời gian trễ( định thì ) hay thực thi các đếm chu trình có lập lại; thu thập và xử lý các tín hiệu số
. . . . . Với thiết bị mới này, người vận hành có thể thay đổi qui trình điều khiển dễ dàng mà
không cần phải thay đổi cách liên kết các thiết bị động lực đang được kết nối.
Q
ui trình vận hành toàn hệ thống được thay đổi dễ dàng theo các yêu cầu vận hành
mới, theo các qui trình sản xuất cần cải tiến bằng cách lập trình lại nội dung chương trình bên
trong PLC.Như vậy với PLC, con người có khả năng làm cho hệ thống điều khiển đạt đến các
kết quả :
 Vận hành ổn định.
 Giao tiếp được với máy tính.
 Dễ lập trình và bảo trì.
 Có thể tái sử dụng vào các ứng dụng khác; cũng như khả năng mở rộng hệ
thống điều khiển.
C
ác ưu điểm chính của PLC :
 PLC có thể điều khiển nhiều tình huống xảy ra trong công nghiệp. Từ việc thực hiện một
hành động đơn giản cho đến nhiều hành động được tích hợp với nhau một cách phức tạp.
 Các chương trình trong PLC có thể được lập lại rất nhanh để điều khiển các công việc

khác nhau trong một hệ thống, nghĩa là ta không cần phải đấu nối lại mạch điều khiển vốn rất
phức tạp và tốn kém.
 Một chương trình PLC khi được viết hoàn chỉnh, ta có thể sao chép sang các PLC khác
dễ dàng. Khối lượng công việc lập trình và thiết kế của con người khi nhân bản các thiết bị của
dây chuyền sản xuất.
 Đáp ứng công việc nhanh, chính xác, ổn định trong thời gian dài so với các thiết bị điều
khiển khác, đây là tiêu chuẩn quan trọng nhất và là thế mạnh của PLC.
 Khi xét tính kinh tế, với một hệ thống điều khiển cần dùng relay trung gian ; nhiều bộ
định thì và bộ đếm nên thay thế bằng PLC.
 Khi dùng PLC, và kết nối mạng các PLC ; chúng ta có thể liên kết sử dụng được các thiết
bị giao tiếp khác: bộ chuyển đổi A/D, bộ đếm nhanh… Ngoài ra còn có thể dùng màn hình theo
1
dõi hiển thị, nhập xuất ghi nhân các dữ liệu; đây chính là bước chuyển tiếp từ quá trình điều
khiển dùng PLC sang hệ thống giám sát SCADA,
2.2 CẤU TRÚC CỦA PLC:
C
ấu trúc của PLC bao gồm các thành phần sau:
 Thiết bị giao tiếp ngõ vào (Input Interface)
 Thiết bị giao tiếp ngõ ra (Output Interface)
 Đơn vị xử lý trung tâm (CPU – Central Processing Unit)
 Đơn vị lưu trữ (bộ nhớ - Memory )
Mối quan hệ giữa các thành phần trên được trình bày trong hình 3.1 :
L
ưu đồ thông tin trong PLC được xử lí theo trình tự sau:
 CPU sẽ đọc bộ nhớ
 Kiểm tra trạng thái thiết bị giao tiếp ngõ vào – nhập dữ liệu
 Cập nhật trạng thái CPU – xử lý dữ liệu
 Cập nhật trạng thái thiết bị giao tiếp ngõ ra – xuất dữ liệu
2.2.1.THIẾT BỊ GIAO TIẾP TRÊN NGÕ VÀO ( INPUT INTERFACE )
Đ

ây là nơi nhận tất cả các tín hiệu ngõ vào (thường dùng điện áp 24VDC hoặc 110VAC).
Người thiết kế phải lựa chọn loại PLC tương thích với điện áp đang sử dụng. Các tín hiệu nhận
trên ngõ vào được chuyển đến bộxử lý trung tâm CPU, để phòng ngừa sự cố gây hư hại cho
CPU các nhà sản xuất sử dụng các linh kiện chuyển tín hiệu dùng phương pháp quang “Opto-
Isolation” để tách biệt CPU với các tín hiệu điện áp cấp trực tiếp trên các ngõ vào.
2.2.2.THIẾT BỊ GIAO TIẾP TRÊN NGÕ RA ( OUTPUT INTERFACE )
Đ
ây là nơi xuất các tín hiệu điều khiển đến các thiết bị; linh kiện bố trí trên ngõ ra PLC.
Tín hiệu ngõ ra được cung cấp từ bộ xử lý trung tâm đến các ngõ ra thông qua các phần tử (trình
bày trong bảng tóm tắt sau); tùy thuộc loại PLC và các yêu cầu điều khiển.
LOẠI THIẾT BỊ ĐÓNG
CẮT
TẦM ĐIỆN ÁP VẬN
HÀNH
THỜI GIAN TÁC ĐỘNG TRUNG
BÌNH
RELAY
250VAC HOẶC 30VDC 10ms
TRANSISTOR 5V ĐẾN 30V DC 0.2ms
TRIAC 85V AC ĐẾN 242V AC ON :1ms ; OFF :10ms
Tương tự như ngõ vào, Output Interface giao tiếp trực tiếp với CPU nên cũng cần sự tách
biệt dùng “Opto-Isolation” để tránh các sự số áp có thể gây thiệt hại cho CPU.
2
Input Interface
Output Interface
CPU Memory
HÌNH 3.1: các thành phần cơ bản của một PLC
KHI CÁC NGÕ VÀO, RA LIÊN KẾT DẠNG LOGIC :
 Module trên ngõ vào cho phép ghi nhận quá trình diển tiến các trạng thái , đồng
thời chuyển đổi tín hiệu điện nhận được sang các trạng thái logic (0 hay 1)

 Module trên ngõ ra cho phép tác động lên các cơ cấu khởi động được liên kết với
nó; đồng thời các module ngõ ra có thể chuyển đổi các trạng thái logic (0 hay 1) sang các tín
hiệu điện.
KHI CÁC NGÕ VÀO, RA LIÊN KẾT DẠNG TRUYỀN DỮ LIỆU :

T
rên các ngõ vào hay ra ta có thể thực hiện theo một trong hai phương án truyền dữ
liệu song song hay nối tiếp. Tương ứng với mỗi phương pháp truyền dữ liệu này, trên mỗi ngõ
vào hay ra ta cần có bộ nối kết giữa thiết bị ngoại vi với bộ vi xử lý bên trong PLC.
2.2.3.BỘ NHỚ – ( MEMORY ):
Có 2 loại bộ nhớ, tại một thời điểm chỉ sử dụng đến 1 loại.
 RAM (Random Access Memory) : thường tích hợp sẵn trong PLC.Đây là bộ nhớ không
cố định các dữ liệu ; các dữ liệu được đọc, ghi trong suốt quá trình PLC hoạt động. Trên đó có
sẵn khe cắm thêm ROM khi cần.
 ROM (Read Only Memory) : thường dùng gắn ngoài, đây là bộ nhớ có các dữ liệu cố
định; các dữ liệu này chỉ được đọc bởi bộ vi xử lý trong suốt quá trình PLC họat động. Bản thân
ROM có 3 loại :
 PROM (Programmable ROM) : chỉ được lập trình 1 lần, không thể xoá được
 EPROM (Erasable Programmable ROM) : có thể xoá bằng tia cực tím
 EEPROM (Electronically Erasable Programmable ROM): có thể xoá bằng điện
2.2.4.ĐƠN VỊ XỬ LÝ TRUNG TÂM – ( CENTRAL PROCESSING UNIT )
Đ
ơn vị xử lý trung tậm được xem là bộ não của PLC. Chương trình được đưa từ bộ
nhớ đến để xử lý bởi CPU. Quá trình này được gọi là “vận hành chương trình”. Thực sự là
chương trình được “quét”, được kiểm tra từ điểm khởi đầu đến điểm kết thúc, và các thông tin
mới được cập nhật. Khái niệm “thời gian quét” của một PLC thường được xem là thời gian chạy
một vòng chương trình. Thời gian này thường là khoảng 70ms, nhưng còn tuỳ thuộc độ dài và
độ phức tạp của chương trình. Khi một “quá trình quét” này vừa kết thúc thì một “quá trình
quét” khác được bắt đầu ngay lập tức.
N

goài ra, trong quá trình hoạt động PLC cũng cần đến bộ nguồn và các bus (trạm) để
có thể hoạt động.
 BỘ NGUỒN : có nhiệm vụ cung cấp điện áp cần thiết từ nguồn điện lưới xoay chiều
thông dụng 220V (hay 110V) thành nguồn áp DC 24V đưa đến các board mạch điện tử của PLC.
 BUS (TRẠM) : là tập hợp các liên kết điện theo dạng song song (các đường liên kết này
có thể dưới dạng mạch in hay cáp nhiều sợi ruột). Số lượng dây dẩn cấu tạo nên BUS phụ thuộc
vào tải lượng của các tín hiệu thông tin đến BUS (khi truyền dữ liệu 8 bits ta cần cáp có 8 sợi
ruột; khi truyền dữ liệu 16 bits ta cần cáp 16 ruột). Ta có hai loại BUS : xoay chiều (AC) và một
chiều (DC).
2.3. MỘT SỐ YÊU CẦU ĐỐI VỚI PLC TRONG CÔNG NGHIỆP:
T
rong quá trình vận hành, một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến khả năng làm việc tin cậy
của PLC :
3
 ẢNH HƯỞNG VẬT LÝ: bao gồm các yếu tố về nhiệt độ, độ ẩm của môi trường không
khí và độ rung.
 ẢNH HƯỞNG ĐIỆN: bao gồm các tín hiệu nhiễu tia và các tín hiệu nhiễu truyền trong
dây dẫn. Các tín hiệu nhiễu trong dây dẫn sinh ra do sự nối kết giữa nhiều thiết bị với nhau trong
hệ thống PLC. Muốn bảo vệ chống lại các ảnh hưởng này chúng ta cần các bộ lọc . . . và dùng
các biến áp cách ly khi cấp nguồn cho PLC.
 ĐIỀU KIỆN NGUỒN : bao gồm ảnh hưởng do nguồn điện lưới chính sinh ra: sự
cố mất nguồn thoáng qua, nhiễu truyền theo đường dây, hay biến đổi điện áp nguồn … Muốn
bảo vệ cho PLC trong các trường hợp này, ta lắp đặt các bộ lọc nguồn trước khi cấp đến PLC,
đồng thởi sử dụng kèm theo bộ UPS để ngăn ngừa điện áp mất đột biến hay thấp áp, quá áp
dưới mức qui định.
2.4. GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI PLC:
Hiện nay, trong thị trường nước ta có rất nhiều chủng loại PLC, đượcchế tạo do nhiều
nhà sản xuất khác nhau: MITSUBISHI với họ PLC FX (FX2N, FX0N,FX0, FX…);
TÉLÉMÉCANIQUE với họ PLC TSX (NANO, PREMIUM, MICRO..); SIEMENS với họ PLC
S7 (S7200, S7300,…)……

4
5