1 Ch ng 4: Cấu trúc của các mô đun vào ra PLC đợc sản xuất theo dạng mô đun hoá, để thay thế, bổ xung hoặc sữa chữa dễ dàng. Trên hình 1.19 là cấu tạo đặc tr ng của các mô đun vào/ ra. Các mô đun này có cấu tạo là các mạch in chứa trong các hộp tiêu chuẩn hoá, có kênh truyền dữ liệu song song để có thể kết nối với nhau và truyền dữ liệu vào bộ xử lý. Mặt sau của các hộp này là các cầu nối và nguồn điện áp một chiều để cung cấp cho mạch in hoạt động. Các hộp chứa các mô đun vào/ra có thể lắp lên tủ điều khiển chính hoặc các tủ phụ nhờ các giá đỡ tiêu chuẩn. Các mô đun vào/ra số (Digital I/O) Các kênh vào/ra số là nét chung đặc tr ng của phần lớn các hệ thống điều khiển số. Các kênh này đều có hai trạng thái nh đóng/ ngắt, mở/ đóng nối qua các giao diện với bộ xử lý tín hiệu. Mỗi mô đun vào/ra số đều đợc kích hoạt bởi điện áp nguồn do tín hiệu cấp, có thể là đ i ện áp một chiều: +5VDC, +24VDC hay điện áp xoay chiều: 110VAC, 220VA C. Hình 1.19. Sơ đồ ghép nối các mô đun vào/ ra với CPU Kênh vào số nếu đợc nối với công tắc đóng/ngắt thì thông th ờng 2 nó cấp nguồn điện áp vào trong các mạch in của mô đun. Mô đun vào sẽ chuyển đổi điện áp vào thành mức t ơng đơng với mức tín hiệu lô gíc mà bộ xử lý tín hiệu có thể xử lý đợc. Giá trị lô gíc 1 t ơng đơng với bật hay đóng, và lô gíc 0 t ơng đơng với ngắt hay mở. Một mạch vào số đợc biểu diễn trên hình 1.20. Nguồn điện áp cấp đến các thiệt bị bên ngoài có thể 3 là điện áp 110Vac, 220Vac, +24Vdc, +5Vdc. Các kênh trong mô đun vào này đều có mạnh chuyển đổi điện á p về điện áp +/-5Vdc. Điện áp trên đầu vào khi đi qua các thiết bị nh công tắc, nút ấn, nút khởi động đi vào đến PLC thì trở thành tín hiệu lô gíc số chứ không còn là dòng điện chạy qua các tiếp điểm nh trong mạch điện rơ le thông th ờng. Phần lớn các mô đun vào đều có trang bị các đi ốt quang LED, để báo hiệu trạng thái của các tín hiệu vào. A Nút ấn (NC) 00 Công tắc phao (NC) 01 Công tắc hành trình (NO) 02 Công tắc hành trình (NC) 03 Công tắc áp suất (NO) 04 Công tắc áp suất (NC) 05 Công tắc l u l ợng (NC) 06 Công tắc nhiệt (NC) 07 B Dây nóng 110Vac Dây trung tính Hình 1.20. Sơ đồ đấu đây trên mô đun vào số Các mô đun ra số có các giao diện để cấp điện áp điều khiển cho cơ cấu chấp hành. Nếu kênh ra đợc bật lên tức là có g i á tr ị lô gíc 1 từ ch ơng trình điều khiển, mạch ra sẽ đợc cấp điện áp điều khiển để kích hoạt các cơ cấu chấp hành t ơng ứng với kênh ra này. Sơ đồ ghép nối của mô đun ra đợc minh hoạ trên hình 1.21. Trên mạch ra th ờng đợc trang bi cầu chì để đề phòng tr ờng hợp dòng quá tải do dây bị chập, có thể làm hỏng cơ cấu chấp hành. Nếu cầu chì không có, thì nó phải đợc bổ xung vào trong thiết kế của hệ thống. Các tín hiệu ra trên mô đun số cũng là các tín hiệu hoạt động với hai trạng thái đóng và ngắt hay bật (ON) và tắt (OFF). Các 4 cơ cấu chấp hành dạng này có thể là động cơ, bơm, van, đèn hiệu vv. Các động cơ ở đây không điều khiển tốc độ hay vị trí 5 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 đợc duy trì cho đến khi tính liên tục của lô gíc trên các bậc thang không còn đảm bảo. D ây nóng Dây trung tính 110Va c A Vào N 0 Bộ gia nhiệt 1 H1 Bộ gia nhiệt 1 2 H2 2 Van tr ợt FV-1 3 FV-1 3 Van tr ợt FV-2 4 FV-2 Bộ khởi động bơm số 3 4 5 P3 Bộ khởi động bơm số 4 P4 5 6 6 Bộ khởi động máy trộn 1 7 M1 Bộ khởi động máy trộn 2 7 8 M2 Dây trung tính N N Dây đấu bên ngoài Hình 1.21 . Sơ đồ đấu dây trên mô đun ra số Các mô đun vào/ra t ơng tự (Analog I/O) Các mô đun t ơng tự tạo khả năng theo dõi và điều khiển điện áp hoặc dòng điện t ơng tự, t ơng ứng với phần lớn các cảm biến, các động cơ, các thiết bị gia công, xử lý. Bằng việc sử dụng các kênh t ơng tự phần lớn các đại l ợng đợc điều khiển trong quá trình có thể đo đợc và điều khiển đợc nhờ các giao diện t ơng tự/ số A/D hoặc ng ợc lại D/A. Giao diện t ơng tự/ số th ờng sử dụng chuẩn đơn cực (unipolar) hoặc l ỡng cực (bipolar). Các kênh vào ra t ơng tự có thể có mức năng l ợng khác nhau, điện áp và dòng điện khác nhau. Các mức năng l ợng này có thể chọn thông qua phần cứng hoặc phần mềm. Mô đun vào t ơng tự đợc kết nối với các cảm biến t ơng tự nh cảm biến vị 6 trí, tốc đ ộ, áp suất, nhiệt độ vv. Mô đun 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. Trên hình 1.22.a là mô đun ra số S5-100U của Siemens. 7 Các mô đun chuyên dụng Các mô đun số và t ơng tự chiếm đến 80% các đại l ợng 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 mô đun chuyên dụng. Các mô đun 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 mô đun chuyên dụng này có thể đợc trang bị thêm bộ vi xử lý để tao ra các giao diện thông minh. Các mô đun này có thể thực hiện toàn bộ các chức năng xử lý tín hiệu độc lập với CPU và chu trình quét của ch ơng trình điều khiển. Ví dụ là mô đun điều khiển động cơ b ớc hình 1.22.b, mô đun điều khiển vị trí hình 1.22.c của S5- 100 U. Trong số các mô đun chuyên dụng có cả các mô đun truyền thông hình 1.22.d. Các mô đun này có thể trao đổi với hệ điều khiển phân tán, với mạng PLC khác, c á c máy tính chủ hoặc các thiết bị thông minh khác. a, b, c, d, Hình 1.22. Một số mô đun đặc biệt của PLC S5 - Siemens a, Mô đun ra t ơng tự S5-100U; b, Mô đun điều khiển động cơ b ớc; c, Mô đun điều khiển vị trí; d, Mô đun kết nối mạng Mô đun nguồn Th ờng nguồn cấp cho PLC là nguồn điện l ới xoay chiều AC để tạo ra nguồn một chiều DC cho các mạch bên trong của PLC. Nguồn điện l ới có thể là 110 VAC, 220 VAC hay điện áp khác tuỳ thuộc theo yêu cầu của ng ời sử dụng. Nguồn này cũng dùng để cấp năng l ợng để đóng ngắt động cơ hay các các cơ cấu chấp hành khác nên cần phải 8 ®−îc c¸ch ®iÖn tèt ®Ó tr¸nh g©y nhiÔu cho m« ®un CPU. M« ®un ghÐp nèi m¹ng M« ®un nµy cho phÐp ghÐp nèi c¸c PLC víi nhau, víi m¸y t Ý nh vµ c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn sè kh¸c th«ng qua m¹ng néi bé. 9 Mô đun p h ụ trợ Cho phép ghép nối với các thiết bị bên ngoài nh màn hình, bàm phím, bộ lập trình cầm tay (hình 1.23), máy in, thiết bị mô phỏng, bộ nạp EPROM, m á y tính dạng mô đun hoá, bộ xử lý đồ hoạ vv. Trong một số hệ thống điều khiển có cần đến màn hình để mô phỏng hay để theo dõi hoạt động của hệ thống, ng ời ta có thể sử dụng một trong hai ph ơng pháp sau: - Ph ơng pháp thứ nhất là nối các mô đun vào ra của PLC vào một bảng điều khiển với màn hình màu, có trang bị các đèn tín hiệu và các bộ chỉ th ị số. Ph ơng pháp này phải kết nối cố định và nếu hệ phải mở rộng thêm sẽ không sử dụng đ ợc . - Ph ơng pháp thứ hai là sử dụng máy tính cá nhân, loại dùng trong môi tr ờng công nghiệp có trang bị phần mềm đồ hoạ màu. Ph ơng pháp này có u điểm là dễ dàng thay đổi màn hình của quá trình điều khiển, có thể thực hiện một số choc năng cảnh báo, lập báo c á o và soạn thảo phần mềm cho PLC. . cảm biến t ơng tự nh cảm biến vị 6 trí, tốc đ ộ, áp suất, nhiệt độ vv. Mô đun 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. Trên. dụng Các mô đun số và t ơng tự chiếm đến 80% các đại l ợng 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 mô đun chuyên. kênh t ơng tự phần lớn các đại l ợng đợc điều khiển trong quá trình có thể đo đợc và điều khiển đợc nhờ các giao diện t ơng tự/ số A/D hoặc ng ợc lại D/A. Giao diện t ơng tự/ số th ờng