MỞ ĐẦU Giới thiệu: Ngày nay khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển. Trong các xí nghiệp hiện nay có nhiều hệ thống sản xuất sử dụng các bộ điều khiển lập trình. Trên thế giới có nhiều hãng sản xuất các bộ điều khiển lập trình khác nhau như: Siemens, Omron, Telemecanique, Allen Bredlay,… Về cơ bản, chúng đều có các tính năng tương tự, do đó, trong tài liệu này chỉ đề cập đến một loại PLC khá thông dụng và được dùng nhiều ở Việt Nam. Modul kỹ thuật điều khiển lập trình cơ bản (PLC cơ bản) là một modul chuyên môn của học viên ngành sửa chữa thiết bị điện công nghiệp.
Modul này nhằm trang bị cho học viên các trường công nhân kỹ thuật, trung cấp và cao đẳng, các trung tâm dạy nghề những kiến thức về lĩnh vực điều khiển lập trình, với kiến thức này, học viên có thể áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất cũng như đời sống. Modul này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật, các học viên của các ngành khác quan tâm đến lĩnh vực này. Mục tiêu: - Trình bày được khái niệm và đặc điểm của PLC. - Phân tích được các dạng bài toán điều khiển và giải bài toán điều khiển.
- Rèn luyện đức tính tích cực, chủ động và sáng tạo. Nội dung chính: 7 Giới thiệu chung về PLC Trong thực tiễn, ngành tự động hóa (TĐH) đã luôn có vai trò đặc biệt trong các lĩnh vực sản xuất như: điều khiển các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, các nhà máy chế biến lọc dầu, các nhà máy hóa chất. Ngoài ra, TĐH còn được áp dụng trong hầu hết các dây chuyền sản xuất tự động, cụ thể là trong sản xuất công nghiệp nhẹ; công nghiệp tàu thủy; công nghiệp chế tạo lắp ráp ô tô, xe máy; khai thác khoáng sản và luyện kim; chế tạo máy; lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khỏe cộng đồng… Cùng với sự phát triển của ngành điện - điện tử - tin học, “Tự động hóa trong công nghiệp” ngày nay đã đóng góp một phần khá quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam. Với sự xuất hiện của nhiều tập đoàn tên tuổi trong lĩnh vực điện, điện tử, tự động đã làm cho thị trường thiết bị tự động ngày càng trở nên đa dạng.
PLC – thiết bị điều khiển logic lập trình, đã du nhập vào Việt nam trên 10 năm và nay đã trở thành khái niệm phổ cập trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. Thị trường PLC luôn được coi là thị trường bền vững nhất, với mức tăng trưởng là 4,6% liên tục từ 2003 đến 2008, và ngày càng phát triển cho đến nay. Thậm chí khái niệm PLC dã không còn bao hàm là chữ viết tắt của “Điều khiển logic khả trình nữa”. Khả năng truyền thông, bộ nhớ lớn và tốc độ cao của CPU đã biến PLC trở thành một sản phẩm tự động hóa tiêu chuẩn.
Một thiên đường mới với PAC (Program Automation Controller) sẽ làm thay đổi bộ mặt của tự động hóa công nghiệp ở lớp điều khiển. 8 Bài 1 Đại cương về điều khiển lập trình Mục tiêu: - Trình bày được các ưu điểm của điều khiển lập trình so với các loại điều khiển khác và các ứng dụng của chúng trong thực tế. - Trình bày được cấu trúc và nhiệm vụ các khối chức năng của PLC. - Thực hiện được sự kết nối giữa PLC và các thiết bị ngoại vi.
- Lắp đặt được các thiết bị bảo vệ cho PLC theo yêu cầu kỹ thuật. - Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận trong công việc Nội dung chính: 1. Cấu trúc của một PLC Mục tiêu: - Trình bày chức năng, nguyên lý hoạt động, cấu trúc, thành phần của một PLC bất kỳ. PLC là loại thiết bị cho phép thực hện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua các ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực hiện thuật toán đó bằng mạch số.
Như vậy, với chương trình này, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán, và đặc biệt, dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC, với máy tính, hoặc các thiết bị ngoại vi khác.) Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC, hoặc FB) và được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (Scan). Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có chức năng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ xử lý (CPU), một bộ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu,. Ngoài ra, PLC còn phải có các cổng vào/ra để giao tiếp được các đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như: bộ đếm (counter), bộ định thời (timer).
và những khối hàm chuyên dụng khác. 9 PLC được thiết kế sẵn thành bộ và chưa được cố định với một nhiệm vụ nào. Tất cả các cổng logic cơ bản, chức năng nhớ, timer, counter,. được nhà sản xuất tích hợp trong bộ PLC và kết nối với nhau bằng chương trình cho mỗi một nhiệm vụ điều khiển cụ thể nào đó.
Có nhiều thiết bị điều khiển và được phân biệt với nhau qua các chức năng sau: - Các ngõ vào/ra - Dung lượng bộ nhớ - Bộ đếm (counter) - Bộ định thời (timer) - Bít nhớ - Các khối chức năng đặc biệt - Tốc độ xử lý - Loại xử lý chương trình. Các thiết bị điều khiển lớn thì được lắp thành các module riêng. Đối với các thiết bị điều khiển nhỏ, chúng được lắp đặt chung trong một bộ. Các bộ điều khiển này có số lượng ngõ vào/ra cho trước cố định.
Thiết bị điều khiển được cung cấp tín hiệu bởi các tín hiệu từ các cảm biến ở bộ phận ngõ vào của thiết bị tự động. Tín hiệu này được xử lý tiếp tục thông qua chương trình điều khiển đặt trong bộ nhớ chương trình. Kết quả xử lý được đưa ra bộ phận ngõ ra của thiết bị tự động để đến đối tượng điều khiển hay khâu điều khiển ở dạng tín hiệu. Cấu trúc của một PLC có thể được mô tả như hình vẽ sau: 10 Bộ nhớ chương trình Timer Khối vi xử lý trung tâm Bộ đệm + Bộ nhớ vào ra hệ điều hành chương Bít cờ Bus của PLC Cổng ngắt và đếm tốc độ cao Quản lý Cổng vào ghép nối ra Hình 1.1: Cấu trúc của một PLC.
Thông tin xử lý trong PLC được lưu trữ trong bộ nhớ của nó. Mỗi phần tử vi mạch nhớ có thể chứa một bit dữ liệu. Bít dữ liệu (data binary digital) là một chữ số nhị phân, chỉ có thể là một trong hai giá trị 0 hoặc 1. Tuy nhiên các vi mạch nhớ thường được tổ chức thành nhóm để có thể chứa 8 bít dữ liệu.
Mỗi chuỗi 8 bít dữ liệu được gọi là một byte. Mỗi mạch nhớ là 1 byte (byte nhớ), được xác nhận bởi một con số gọi là địa chỉ (address). Byte nhớ đầu tiền có địa chỉ 0. Dữ liệu chứa trong byte nhớ gọi là nội dung.
Địa chỉ của một byte nhớ là cố định và mỗi byte nhớ trong PLC có một địa chỉ riêng của nó. Địa chỉ của byte nhớ khác nhau sẽ khác nhau, nội dung chứa trong một bute nhớ là đại lượng có thể thay đổi được. Nội dung byte nhớ chính là dữ liệu được lưu trữ tức thời trong bộ nhớ. Để lưu giữ một dữ liệu mà một byte nhớ không thể chứa hết được, thì PLC cho phép một cặp 2byte nhớ cạnh nhau được xem xét như một đơn vị nhớ và được gọi là một từ đơn (word).
Địa chỉ thấp hơn 2 byte nhớ được dùng làm địa chỉ của từ đơn. Ví dụ 1: Từ đơn có địa chỉ là 2 thì các byte nhớ có địa chỉ là 2 và 3 với 2 là địa chỉ byte cao và 3 là địa chỉ của byte thấp.a 11 IB2 IB3 IWW2 IW2 là từ đơn có địa chỉ 2 IB2 là byte có địa chỉ 2 IB3 là byte có địa chỉ 3 Trong trường hợp dữ liệu cần được lưu trữ mà một từ đơn không thể chứa hết được, PLC cho phép ghép 4byte liền nhau được xem xét là một đơn vị nhớ và được gọi là từ kép (double word). Địa chỉ thấp nhất trong 4 byte nhớ này là địa chỉ của từ kép. Ví dụ 2: từ kép có địa chỉ là 100 thì các byte nhớ trong từ kép này có địa chỉ là 100,101,102,103, trong đó 103 là địa chỉ byte thấp, 100 là địa chỉ byte cao.
MW100 MW100 MW100 MW100 DW100 Trong một PLC, bộ xử lý trung tâm có thể thực hiện một số thao tác như: - Đọc nội dung các vùng nhớ (bit, byte, word, double word). - Ghi dữ liệu vào vùng nhớ (bit, byte, word, double word). Trong thao tác đọc, nội dung ban đầu của vùng nhớ không thay đổi mà chỉ lấy bản sao của dữ liệu để xử lý. Trong thao tác ghi, dữ liệu được ghi vào trở thành nội dung của vùng nhớ và dữ liệu ban đầu bị mất đi.
Có hai loại bộ nhớ trong CPU của PLC: - RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ có thể đọc và ghi. - ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chỉ đọc. * Bộ nhớ RAM: Có số lượng các ô nhớ xác định. Mỗi ô nhớ có một dung lượng nhớ cố định và nó chỉ tiếp nhận một lượng thông tin nhất định.
Các ô nhớ được ký hiệu bằng các địa chỉ riêng của nó. Bộ nhớ này chứa các chương trình được sửa đổi hoặc caccs dữ liệu, kết quả tạm thời trong quá trình tính toán, lập trình. 12 Đặc điểm của bộ nhớ RAM là nội dung chứa trong các ô nhớ của nó bị mất đi khi mất nguồn điện. * Bộ nhớ ROM: Chứa các thông tin không có khả năng xóa được hoặc không thể thay đổi được, được nhà sản xuất sử dụng chứa các chương trình hệ thống.
Chương trình trong bộ nhớ ROM có nhiệm vụ: - Điều khiển và kiểm tra các chức năng hoạt động của CPU (hệ điều hành). - Dịch ngôn ngữ lập trình thành ngôn ngữ máy. - Khi bị mất nguồn điện, bộ nhớ ROM vẫn giữ nguyên nội dung của nó và không bao giờ bị mất. * Bộ xử lý trung tâm: Bộ xử lý trung tâm (CPU – Central Processing Unit) điều khiển và quản lý tất cả các hoạt động bên trong PLC.
Việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối vào/ra được thực hiện thông qua hệ thống BUS dưới sự điều khiển của CPU.
