Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC 2.1 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC PLC Hardware 2.1.1 Giới Thiệu PLC có nhiều cấu hình khác nhau, nhiên chúng có chung M thành phần sau: - Nguồn cung cấp: tích hợp sẵn bên PLC TP Hriêng bên ngồi Có làm C huat nhiều cấp điện áp khác tùy loại PLC, gồm 110VAC 220VAC Ky t pham 24VDC H Su D - CPU (Central Proceesoing Unit): ng xử lý trung tâm làm việc máy Truo © tính, dùng để lưu trữ vàuxửn chương trình logic bậc thang ye lý an q B - I/O (Input/Ouput): phải kết nối ngõ vào/ra để PLC giám sát trình đưa tác động thích hợp - Đèn báo: dùng để báo trạng thái PLC, gồm nguồn, chạy chương trình, lỗi hệ thống Các cảnh báo cần thiết chẩn đốn cố Cấu trúc tổng qt PLC hình 2.1 Hình 2.1: Cấu trúc PLC Một CPU bao gồm thành phần hình 2.2 Hình 2.2: Cấu trúc CPU TRANG–9 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Cấu hình PLC liên quan đến thành phần nó, cấu hình tiêu biểu cho loại khác cho hình 2.3 Hình 2.3: Các loại PLC - Rack: loại lớn, gắn nhiều card khác M nối nhiều rack kết P HC với Loại giá thành cao linh hoạt dễuat T dưỡng bảo th y rack có kích thước K Mini: tương tự PLC thực chứcanăng h m Su p nhỏ g DH uo Micro: loại nhỏ, thường rcó n ngõ vào/ra cố định khả có hạn, giá n©T thành thấp quye an B 2.1.2 Ngõ Vào Ngõ Ra PLC nhận ngõ vào tác động đến ngõ để giám sát điều khiển trình Các ngõ vào ngõ phân chia thành loại tiêu biểu: logic liên tục Ví dụ xét bóng đèn, tắt mở ta nói bóng đèn điều khiển logic, bóng đèn chỉnh độ sáng tối khác ta nói điều khiển liên tục Các giá trị liên tục phụ thuộc nhiều vào trực giác, nên điều khiển logic sử dụng nhiều cho kết xác định dễ điều khiển Dĩ nhiên chọn loại cịn tùy thuộc vào u cầu điều khiển Phần lớn PLC sử dụng ngõ vào/ra logic cho ứng dụng điều khiển Ngõ PLC kết nối với thiết bị chấp hành để điều khiển hệ thống, thiết bị bao gồm: solenoid valve, light, motor starter, servo motor Ngõ PLC thường sử dụng relay transistor cho tải DC Triac cho tải AC Còn ngõ liên tục cần có card chuyển đổi tương tự số Ngõ vào PLC nhận tín hiệu từ cảm biến Cảm biến có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu vật lý thành tín hiệu điện Các loại cảm biến khác gồm: công tắc tiếp xúc, công tắc, chiết áp,… - Ngõ vào: Các PLC loại nhỏ, ngõ vào thường tích hợp bên xác định mua PLC Các PLC lớn hơn, ngõ vào gắn dạng module card mở rộng Điện áp ngõ vào PLC gồm nhiều dãi khác tùy loại PLC, bao gồm: TRANG–10 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 12 – 24 VDC 24VDC 100 – 120VAC 48VDC 12 – 24 VAC/DC 200 – 240 VAC Card ngõ vào PLC không hỗ trợ nguồn nên phải có mạch nguồn bên ngồi cấp cho ngõ vào cảm biến Xét ví dụ mạch kết nối card AC với ngõ vào hình 2.4 H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B Hình 2.4: Card ngõ vào AC Logic bậc thang Mạch có ngõ vào gồm công tắc thường hở công tắc nhiệt, nối với dây HOT nguồn cung cấp 24VAC Khi cơng tắc hở, khơng có nguồn cấp cho ngõ vào card, có cơng tắc đóng ngõ vào 01 03 cấp điện Card so sánh giá trị điện áp ngõ vào 01 03 với chân chung (được nối với dây trung tính), có lệch áp ngõ vào chân chung ngõ vào đóng Logic bậc thang ngõ vào vẽ bên hình 2.4 Có nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến việc chọn loại card vào nào, bao gồm: - Điện áp nguồn DC thường có giá trị thấp 12 – 24V nên an toàn - Ngõ vào DC đáp ứng nhanh AC - Điện áp DC kết nối với nhiều hệ thống lớn - Tín hiệu AC miễn nhiễu tốt so với DC nên phù hợp cho đường truyền dài, môi trường nhiễu - Nguồn AC dễ thực giá thấp - Tín hiệu AC thơng dụng thiết bị tự động TRANG–11 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Mạch điện tiêu biểu cho ngõ vào PLC minh họa hình 2.5 - Ngõ ra: H Su ng D ruo K pham M P HC uat T Hình 2.5: Mạch điện ngõ vào PLC y th n©T quye an B Tương tự ngõ vào, ngõ PLC khơng dùng để cung cấp nguồn mà hoạt động cơng tắc Nguồn bên ngồi cấp cho card ngõ đóng ngắt cho ngõ Điện áp tiêu biểu cho ngõ có nhiều giá trị khác nhau: 12 – 48VAC 5VDC (TTL) 120VAC 24VDC 230VAC 12 – 48VDC Card ngõ sử dụng relay, transistor triac Ngõ relay dạng linh hoạt cho việc sử dụng thiết bị Chúng có khả đáp ứng cho tải AC DC khả đáp ứng chậm (10ms), kích thước lớn, chi phí cao, tuổi thọ ngắn gây nhiễu Ngõ transistor sử dụng cho tải DC Ngõ triac sử dụng cho tải AC Mạch điện ngõ PLC vẽ hình 2.6 Cần lưu ý kết nối hệ thống với tải AC DC Nếu nguồn AC nối với ngõ DC dùng transitor đóng bán kỳ + làm cho điện áp tải bị giảm Nếu nguồn DC nối với ngõ AC sử dụng triac đóng tải làm việc ta tắt ngõ không tắt PLC Một vấn đề lớn cần quan tâm ngõ sử dụng nguồn kết hợp Sẽ tốt ta cách ly nguồn chân mass riêng biệt nhau, khó làm việc Các ngõ relay cho phép chúng sử dụng chân mass riêng Nhưng loại card khác yêu cầu ngõ card sử dụng chung chân mass TRANG–12 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH M P HC uat T th Hình 2.6: Mạch điện ngõ rayPLC am K h Su p Hình vẽ 2.7 minh họa card 24VDCosử dụng chân mass chung g DH ru n Card loại thường dùng transitor làm ngõ rút dòng n©T quye Trong mạch này, ngõ Bancủa card nới với bóng đèn cơng suất nhỏ cuộn dây relay Xét mạch điều khiển bóng đèn: ngõ 07 đóng dịng điện chạy từ nguồn 24V qua đèn vào ngõ 07 mass – đèn sáng Nếu ngõ mở hở mạch, đèn tắt Xét mạch điều khiển động cơ: cuộn dây relay nối với ngõ 03 tương tự bóng đèn, nên ngõ đóng cuộn dây relay có điện đóng tiếp điểm relay cấp nguồn 120VAC làm động hoạt động Tương tự cho ngõ cấp dòng ngõ relay hình 2.8 2.9 TRANG–13 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B Hình 2.7: Card ngõ 24VDC (Rút dịng) TRANG–14 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B Hình 2.8: Card ngõ 24VDC (Cấp dòng) TRANG–15 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B Hình 2.9: Card ngõ Relay 2.1.3 Relay Mặc dù relay dùng điều khiển logic chúng hiệu đóng mở tải công suất lớn Một số thuật ngữ quan trọng cần quan tâm điều khiển relay: - Contactor: loại relay đặc biệt dùng đóng ngắt tải có dịng lớn - Motor starter: sử dụng contactor mắc nối tiếp với relay chịu tải để cắt có dịng q lớn qua - Arc supppression: relay đóng ngắt xuất hồ quang, đặc biệt với tải có dịng lớn Đối với nguồn AC khắc phục cách đóng ngắt thời điểm 0V Cịn với nguồn DC ta giảm hồ quang cách thổi khí áp suất cao qua tiếp điểm đóng mở - AC coils: cuộn dây relay điều khiển nguồn AC tiếp điểm đóng mở dao động với tần số nguồn AC Khắc phục tượng cách thêm vào relay cực shading TRANG–16 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2.1.4 Sơ Đồ Nối Dây Khi thiết kế tủ điều khiển, sơ đồ logic bậc thang xây dựng để làm tài liệu cho việc nối dây Sơ đồ nối dây vẽ hình 2.10 H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B Hình 2.10: Sơ đồ nối dây bậc thang Hệ thống cấp nguồn 110VAC 220VAC đường L1 N Các đường sơ đồ đánh số số dùng để đánh số dây dẫn thực nối dây phần điện cho hệ thống TRANG–17 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Cơng tắc trước đường 010 cơng tắc cấp nguồn cho hệ thống Cầu chì dùng để giới hạn dịng điện cho hệ thống Đường 020 sơ đồ dùng để điều khiển công suất đến ngõ Nút nhấn thường đóng Stop, nút nhấn thường hở Start PLC nhận cơng suất từ đường 30 sơ đồ Ngõ vào PLC AC từ đường 040 đến 070 Trong sơ đồ nối dây, việc chọn nút nhấn thuờng đóng thường hở cho nút Stop Start có chủ ý Xét đường 020, nút Stop nhấn mở tiếp điểm cắt đường cấp nguồn đến relay nên ngõ tắt Nếu nút nhấn bị hư khơng có nguồn cấp đến ngõ nên hệ thống an toàn Nếu nút nhấn thường hở, bị hư đóng lại làm hệ thống hoạt động ta tắt hệ thống 2.2 HOẠT ĐỘNG CỦA PLC PLC Operation 2.2.1 Giới Thiệu Mơ hình điều khiển relay PLC phù hợp với chương trình đơn giản Với chương trình phức tạp cần có mơ hình phức tạp cho PLC Khi đó, mơ hình PLC tương tự máy tính Xét sơ đồ máy tính hình 2.11 H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B Hình 2.11: Cấu trúc đơn giản máy tính Tín hiệu ngõ vào từ Keyboard Mouse, tín hiệu ngõ đưa đến Screen, Disk Memory sử dụng lưu trữ cho ngõ vào ngõ Sơ đồ vẽ lại rỏ hình 2.12 Trong sơ đồ này, liệu đưa vào hệ thống từ bên trái, qua ngõ vào Sau liệu qua mạch đệm để vào CPU Sau xử lý, CPU xuất liệu đến ngõ qua mạch đệm ngõ Đĩa cứng nhớ dùng lưu trữ liệu PLC hoạt động tương tự máy tính, so sánh sau: - Ngõ vào: bàn phím tương tự với công tắc tiệm cận - Mạch điện ngõ vào tương tự card ngõ vào - CPU máy tính tương tự CPU PLC - Mạch điện ngõ tương tự card ngõ - Ngõ ra: hình máy tính tương tự đèn báo PLC TRANG–18 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CM Hình 2.12: Cấu trúc theo ngõ vào vàuat TP H ngõ y th K 2.2.2 Hoạt Động Tuần Tự ham Su p chu trình hoạt động gồm giai đoạn DH Tất PLC hoạt động theo chu trình lặp, uong rPLC tự kiểm tra lỗi phần cứng phần mềm - Giai đoạn 1: sau bật nguồn, n©T quye lỗi đọc tồn giá trị ngõ vào chứa vào - Giai đoạn 2: khơng có Ban nhớ, giai đoạn gọi đọc ngõ vào - Giai đoạn 3: với liệu nhớ này, chương trình logic bậc thang thực lần, giai đoạn gọi thực chương trình - Giai đoạn 4: thực chương trình logic bậc thang giá trị ngõ thay đổi tạm thời nhớ Sau quét xong chương trình, liệu ngõ cập nhật từ giá trị tạm thời, giai đoạn gọi xuất liệu ngõ Sau PLC khởi động lại q trình cách khởi động việc kiểm tra lỗi Quá trình lặp lại từ 10 đến 100 lần s, hình 2.10 Hình 2.10: Một chu kỳ vịng qt Tự kiểm tra lỗi: kiểm tra lỗi tất phần cứng Đọc liệu vào: đọc liệu từ card vào, copy chúng vào nhớ Việc giúp cho PLC hoạt động nhanh tránh trường hợp ngõ vào thay đổi từ lúc khởi đầu lúc kết thúc hương trình Có hàm đặc biệt PLC cho phép đọc trực tiếp liệu vào TRANG–19 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Thực chương trình logic: dựa vào bảng liệu vào nhớ, chương trình thực bước, cập nhật ngõ Xuất liệu ngõ ra: bảng liệu ngõ copy từ nhớ đến card ra, xuất điều khiển thiết bị Ban đầu PLC bật nguồn ngõ trạng thái tắt, điều không ảnh hưởng đến giá trị ngõ vào 2.2.3 Trạng Thái PLC Điều dễ nhận thấy PLC thiếu bàn phím thiết bị vào khác Mặt trước PLC thường có đèn trạng thái, bao gồm: - Đèn báo nguồn - Đèn chạy chương trình - Đèn báo cố Các đèn thường dùng cho việc sửa lỗi Ngoài phần cứng PLC cịn có nút nhấn, phổ biến nút chạy chương trình PLC khơng cần công tắc On/Off, nút nhấn Reset Chúng thường thiết kế bên hệ thống Ta nhận biết trạng thái PLC chương trình logic bậc thang, HCM cách kiểm tra xem chúng có thực thi vịng qt uat TP hay khơng ban đầu y th Xét hình vẽ 2.11 am K ph Ngõ vào “first scan” lần DH Su đầu thực lệnh logic bậc thang, g ruo vòng quét khác sai Trong trườngnhợp này, địa cho ngõ vào “first scan” n©T S2:1/14 Với chương trìnhquye này, vịng qt đầu thực việc đóng đèn, cho logic Ban đến tiếp điểm “clear” đóng Vì đèn sáng sau PLC đóng, tắt “clear” đóng Hình 2.11: Chương trình kiểm tra vịng qt 2.2.4 Bộ Nhớ Các loại nhớ dùng phổ biến bao gồm: RAM, ROM, EPROM, EEPROM (tương tự phần nhớ Kỹ thuật số) Tất PLC sử dụng RAM cho CPU dùng ROM để lưu hệ điều hành cho PLC Khi bật nguồn, nội dung RAM giữ lại Nhưng vấn đề cần quan tâm chuyện xảy nhớ nguồn Các PLC trước sử dụng RAM có nguồn pin nên liệu RAM khơng bị mất điện Phương pháp sử dụng không nhiều Ngày người ta sử dụng EPROM làm nhớ cho PLC Bộ nhớ lập trình bên ngồi PLC sau đặt vào PLC Khi PLC hoạt động chương trình nạp vào PLC thực Phương pháp xác việc lập trình xóa nhớ nhiều thời gian Bộ nhớ EEPROM trở thành TRANG–20 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH phần cố định PLC, chương trình lưu EEPROM tương tự lưu EPROM Hiên giá thành nhớ giảm đáng kể, người ta phát triển thêm nhớ khác Flash ROM TÓM TẮT: H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B TRANG–21 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn ... đóng lại làm hệ thống hoạt động ta tắt hệ thống 2.2 HOẠT ĐỘNG CỦA PLC PLC Operation 2.2 .1 Giới Thiệu Mơ hình điều khiển relay PLC phù hợp với chương trình đơn giản Với chương trình phức tạp cần... người ta sử dụng EPROM làm nhớ cho PLC Bộ nhớ lập trình bên ngồi PLC sau đặt vào PLC Khi PLC hoạt động chương trình nạp vào PLC thực Phương pháp xác việc lập trình xóa nhớ nhiều thời gian Bộ nhớ... TRÌNH CM Hình 2 .12 : Cấu trúc theo ngõ vào vàuat TP H ngõ y th K 2.2.2 Hoạt Động Tuần Tự ham Su p chu trình hoạt động gồm giai đoạn DH Tất PLC hoạt động theo chu trình lặp, uong rPLC tự kiểm tra lỗi