Chương I. Tổng quan về PLC 15 quang, công tắc tiệm cận. Các tín hiệu được chuyển đổi từ điện áp 110VAC, 220VAC, +24DC thành tín hiệu ± 5 VDC. Bộ vi xử lý sẽ lấy tín hiệu này để xác định tín hiệu ra tương ứng.
Điện áp 5 VDC được gửi ra module ra, từ đây được khuyếch đại lên mức 110VAC, 220VAC hay 24VDC tuỳ theo yêu cầu. Thông thường một bộ chuyển đổi tín hiệu có giao diện phụ trợ được sử dụng để chuyển trạng thái của các đầu vào từ bên ngoài đến một vùng nhớ đệm xác định. Vùng nhớ đệm này được định nghĩa trong chương trình chính của PLC. Nạp các tín hiệu vào CPU tức là nạp nội dung ghi ở vùng nhớ đệm vào sổ ghi của CPU.
Nội dung trong từng vị trí nhớ sẽ được thay đổi kế tiếp nhau. Module Vào/Ra thường tách khỏi module CPU và được gá trên ray chung. Các đèn báo trên module Vào/Ra báo hiệu trạng thái làm việc hay sự cố. Các module này được cách điện và có cầu chì để đảm bào an toàn cho bộ vi xử lý.
Trong module Vào/Ra thông thường gồm các mạch sau: - Nguồn AC vào / ra - Nguồn DC vào / ra - Các kênh vào / ra số - Các kênh vào / ra tương tự - Các module chuyên dụng: điều khiển động cơ bước, thiết bị điều khiển PID, bộ đếm thời gian cao tốc, module điều khiển servo. Các module vào / ra thường nối với nguồn năng lượng mức cao nên phải cách điện tốt với module CPU. Các kênh vào tương tự sử dụng cho việc lấy tín hiệu từ các cảm biến tương tự : - Cảm biến lưu lượng - Cảm biến độ ẩm - Cảm biến áp suất - Cảm biến nhiệt độ - Cảm biến áp suất - Cảm biến vị trí / tốc độ / gia tốc - Cảm biến lực Các kênh ra tương tự thường được nối với các cơ cấu chấp hành tương tự: - Các động cơ DC và AC - Các van và các động cơ, xi lanh thuỷ khí - Các thiết bị đo tương tự. Các kênh vào số thường nối với các cảm biến hai trạng thái dạng đóng/ ngắt (On/Off) như: - Cảm biến quang điện - Cảm biến tiệm cận - Cảm biến xung điện - Các công tắc Các kênh ra số có thể nối với các thiết bị như: - Các cuộn hút cho van điện từ Chương I.
Tổng quan về PLC 16 - Các động cơ bước - Các cơ cấu đóng ngắt. Các dạng đầu vào: Các tín hiệu vào từ các thiết bị hay từ các cảm biến cung cấp các dữ liệu và thông tin cần thiết để bộ xử lý tín hiệu thực hiện các phép tính logic yêu cầu quyết định đến việc điều khiển máy hoặc quá trình. Các tín hiệu vào có thể lấy từ các thiết bị khác nhau như nút ấn, công tắc, can nhiệt, ten zô mét. Tín hiệu vào được nối vào các module vào để lọc tín hiệu và chuyển đổi tín hiệu về mức năng lượng thấp để bộ xử lý có thể sử dụng được.
Đầu vào có hai dạng là đầu vào dạng số và đầu vào dạng tương tự. Đầu vào dạng số được kết nối với các cầu nối kênh trên module vào số, các kênh này chỉ có các tín hiệu hai trạng thái 0 hay 1. Đầu vào tương tự có thể là tín hiệu điện áp, dòng điện từ các cảm biến tương tự. Các dạng đầu ra: Hình 1.
Sơ đồ đấu dây trên module vào số Đầu ra của PLC là các tín hiệu cấp hay ngắt năng lượng để điều khiển máy hay quá trình. Các tín hiệu này là các tín hiệu điện áp từ các mạch ra và nói chung là chúng có mức năng lượng thấp. Các tín hiệu này thông thường không truyền trực tiếp đến cơ cấu chấp hành, mà truyền đến các bộ khuyếch đại công suất, hoặc các bộ chuyển mạch từ công suất thấp sang công suất cao hơn. Ví dụ tín hiệu điều khiển đóng mở van, tín hiệu này truyền đến cuộn hút của khởi động từ của động cơ, kích hoạt khởi động từ và Chương I.
Tổng quan về PLC 17 mạch điện cấp vào động cơ được đóng, động cơ chạy và bắt đầu đóng hay mở van tuỳ theo chiều quay của động cơ. Đầu ra cũng có hai dạng tín hiệu là dạng tín hiệu số hoặc tín hiệu tương tự. Kênh vào số nếu được nối với công tắc đóng/ngắt thì thông thường nó cấp nguồn điện áp vào trong các mạch in của module. Module vào sẽ chuyển đổi điện áp vào thành mức tương đương với mức tín hiệu logic mà bộ xử lý tín hiệu có thể xử lý được.
Giá trị logic 1 tương đương với bật hay đóng, và logic 0 tương đương với ngắt hay mở. Một mạch vào số được biểu diễn trên hình 1. Nguồn điện áp cấp đến các thiệt bị bên ngoài có thể là điện áp 110Vac, 220Vac, +24Vdc, +5Vdc. Các kênh trong module vào này đều có mạch chuyển đổi điện áp về điện áp +/-5Vdc.
Điện áp trên đầu vào khi đi qua các thiết bị như công tắc, nút ấn, nút khởi động đi vào đến PLC thì trở thành tín hiệu logic số chứ không còn là dòng điện chạy qua các tiếp điểm như trong mạch điện rơ le thông thường. Phần lớn các module vào đều có trang bị các diode quang LED, để báo hiệu trạng thái của các tín hiệu vào. Sơ đồ đấu dây trên module ra số Các module ra số có các giao diện để cấp điện áp điều khiển cho cơ cấu chấp hành. Nếu kênh ra được bật lên tức là có giá trị logic 1 từ chương trình điều khiển, mạch ra sẽ được cấp điện áp điều khiển để kích hoạt các cơ cấu chấp hành tương ứng với kênh ra này.
Sơ đồ ghép nối của module ra được minh họa trên hình 1. Trên mạch ra thường được trang bị cầu chì để đề phòng trường hợp dòng quá tải do dây bị Chương I. Tổng quan về PLC 18 chập, có thể làm hỏng cơ cấu chấp hành. Nếu cầu chì không có, thì nó phải được bổ sung vào trong thiết kế của hệ thống.
Các tín hiệu ra trên module số cũng là các tín hiệu hoạt động với hai trạng thái đóng và ngắt hay bật (ON) và tắt (OFF). Các cơ cấu chấp hành dạng này có thể là động cơ, bơm, van, đèn hiệu. Các động cơ ở đây không điều khiển tốc độ hay vị trí mà chỉ đơn thuần là chạy với với một tốc độ cố định hay là dừng chạy. Các xi lanh, các van khí nén hay thuỷ lực phần lớn dùng cho hai trạng thái là làm việc và không làm việc.
Các trạng thái của đầu ra được duy trì cho đến khi tính liên tục của logic trên các bậc thang không còn đảm bảo. Các module vào/ra tương tự (Analog I/O): Các module tương tự tạo khả năng theo dõi và điều khiển điện áp hoặc dòng điện tương tự, tương ứng với phần lớn các cảm biến, các động cơ, các thiết bị gia công, xử lý. Bằng việc sử dụng các kênh tương tự phần lớn các đại lượng được điều khiển trong quá trình có thể đo được và điều khiển được nhờ các giao diện tương tự/số A/D hoặc ngược lại D/A. Giao diện tương tự/số thường sử dụng chuẩn đơn cực (unipolar) hoặc lưỡng cực (bipolar).
Các kênh vào ra tương tự có thể có mức năng lượng khác nhau, điện áp và dòng điện khác nhau. Các mức năng lượng này có thể chọn thông qua phần cứng hoặc phần mềm. Module vào tương tự được kết nối với các cảm biến tương tự như cảm biến vị trí, tốc độ, áp suất, nhiệt độ. Module này có thể dùng trong các thiết bị đo tự động, các hệ thống thu thập dữ liệu, các hệ thống điều khiển tự động.
Các module chuyên dụng: Các module số và tương tự chiếm đến 80% các đại lượng vào/ra trong các hệ thống điều khiển. Mặc nhiên để xử lý một số dạng tín hiệu hoặc dữ liệu, hệ thống điều khiển cần các module chuyên dụng. Các module này có các giao diện có thể xử lý các tín hiệu vào dạng tín hiệu từ can nhiệt, từ các bộ đếm xung, hay các tín hiệu không thể dùng các giao diện vào/ra tiêu chẩn. Các module chuyên dụng này có thể được trang bị thêm bộ vi xử lý để tạo ra các giao diện thông minh.
Các module này có thể thực hiện toàn bộ các chức năng xử lý tín hiệu độc lập với CPU và chu trình quét của chương trình điều khiển. Ví dụ: module điều khiển động cơ bước, module điều khiển vị trí. Trong số các module chuyên dụng có cả các module truyền thông. Các module này có thể trao đổi với hệ điều khiển phân tán, với mạng PLC khác, các máy tính chủ hoặc các thiết bị thông minh khác.
Module nguồn: Thường nguồn cấp cho PLC là nguồn điện lưới xoay chiều AC để tạo ra nguồn một chiều DC cho các mạch bên trong của PLC. Nguồn điện lưới có thể là 110 VAC, 220 VAC hay điện áp khác tuỳ thuộc theo yêu cầu của người sử dụng. Nguồn này cũng dùng để cấp năng lượng để đóng ngắt động cơ hay các các cơ cấu chấp hành khác nên cần phải được cách điện tốt để tránh gây nhiễu cho module CPU. Module ghép nối mạng: Chương I.
Tổng quan về PLC 19 Module này cho phép ghép nối các PLC với nhau, với máy tính và các hệ thống điều khiển số khác thông qua mạng nội bộ. Module phụ trợ: Cho phép ghép nối với các thiết bị bên ngoài như màn hình, bàn phím, bộ lập trình cầm tay, máy in, thiết bị mô phỏng, bộ nạp EPROM, máy tính dạng module hoá, bộ xử lý đồ hoạ. Trong một số hệ thống điều khiển có cần đến màn hình để mô phỏng hay để theo dõi hoạt động của hệ thống, người ta có thể sử dụng một trong hai phương pháp sau: - Phương pháp thứ nhất là nối các module vào ra của PLC vào một bảng điều khiển với màn hình màu, có trang bị các đèn tín hiệu và các bộ chỉ thị số. Phương pháp này phải kết nối cố định và nếu hệ phải mở rộng thêm sẽ không sử dụng được.
- Phương pháp thứ hai là sử dụng máy tính cá nhân, loại dùng trong môi trường công nghiệp có trang bị phần mềm đồ hoạ màu. Phương pháp này có ưu điểm là dễ dàng thay đổi màn hình của quá trình điều khiển, có thể thực hiện một số chức năng cảnh báo, lập báo cáo và soạn thảo phần mềm cho PLC. GIỚI THIỆU VỀ PLC CỦA SIEMENS 1. Logo! Dòng sản phẩm sơ cấp, được sử dụng cho những ứng dụng nhỏ, có tác dụng thay thế cho những ứng dụng sử dụng nhiều rơle trung gian, timer…, nhằm giảm không gian lắp đặt tủ điện.
Logo! Siemens Do Logo!