Technicalvn Kỹ Thuật Việt Nam
Nội dung bài viết
PLC là gì?
PLC là tên viết tắt của dòng chữ Programmable Logic Controller (Có thể hiểu một cách đơn giản trong tiếng việt là: Thiết bị điều khiển cho phép người dùng lập trình (Khả trình)). Trong quá khứ các bộ điều khiển chỉ được sản xuất ra để phục vụ riêng cho một mục đích điều khiển và không thể thay đổi (Hay còn gọi là điều khiển kết nối cứng), điều này đã tạo ra những hạn chế và nhược điểm vô cùng lớn trong việc lập trình điều khiển nên bộ điều khiển Login khả trình đã được ra đời (PLC). Thông qua bộ điều khiển PLC, người dùng hoàn toàn có thể thay đổi thuật toán điều khiển thông qua việc lập trình PLC (Viết bằng ngôn ngữ lập trình)
Hiện nay trên toàn thế giới có một hãng sản xuất PLC rất nổi tiếng và được nhiều công ty trên thế giới sử dụng: Siemens (Đức), Omron và Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan). Tại Việt Nam dòng PLC của Siemens và Mitsubishi là phổ biến nhất và được đưa vào chương trình đào tạo của các trường kỹ thuật.
1/ Điều khiển lập trình PLC
1.1/ Điều khiển kết nối cứng có nhiều hạn chế
Điều khiển kết nối cứng là loại điều khiển mà các chức năng của nó được đặt cố định(nối dây). Nếu muốn thay đổi chức năng điều đó có nghĩa là thay đổi kết nối dây. Điều khiển kết nối cứng có thể thực hiện với các tiếp điểm (Relais, khởi động từ, v.v.) hay điện tử (mạch điện tử).
1.2/ Điều khiển Logic khả trình (PLC)
Điều khiển logic khả trình là loại điều khiển mà chức năng của nó được đặt cố định thông qua một chương trình còn gọi là bộ nhớ chương trình. Các phần tử nhập tín hiệu được nối ở ngõ vào của bộ điều khiển, các phần tử này khởi động các cuộn dây đặt ở ngõ ra. Quá trình điều khiển ở đây được thực hiện bằng một chương trình đã soạn thảo theo mục đích, yêu cầu của việc điều khiển thiết bị. Nếu chức năng điều khiển cần được thay đổi, thì chỉ phải thay đổi chương trình bằng thiết bị lập trình cho đối tượng điều khiển tương ứng hay cắm một bộ nhớ chương trình đã lập trình khác vào trong bộ điều khiển.
2/ So sánh điều khiển PLC và các loại điều khiển khác
Trong công nghiệp, yêu cầu tự động hóa ngày càng tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng được các yêu cầu đó. Trong những năm gần đây, bên cạnh việc điều khiển bằng relais và khởi động từ thì việc điều khiển có thể lập trình được càng phát triển với hệ thống đóng mạch điện tử và thực hiện lập trình bằng máy tính.
Trong nhiều lĩnh vực, các loại điều khiển cũ đã được thay đổi bởi điều khiển có thể lập trình được, có thể gọi là điều khiển logic khả trình. Viết tắt trong tiếng Anh là PLC(Programmable Logic Controler), tiếng Đức là SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung). Sự khác biệt cơ bản giữa điều khiển logic lập trình ( thay đổi được qui trình hoạt động) và điều khiển theo kết nối cứng (không thay đổi được qui trình hoạt động) là: Sự kết nối dây không còn nữa, thay vào đó là chương trình.
Có thể lập trình cho PLC nhờ vào các ngôn ngữ lập trình đơn giản. Đặc biệt đối với người sử dụng không cần nhờ vào các ngôn ngữ lập trình khó khăn, cũng có thể lập trình PLC được nhờ vào các liên kết logic cơ bản. Như vậy thiết bị PLC làm nhiệm vụ thay thế phần mạch điện điều khiển trong khâu xử lý số liệu. Nhiệm vụ của sơ đồ mạch điều khiển sẽ được xác định bởi một số hữu hạn các bước thực hiện xác định gọi là chương trình. Chương trình này mô tả các bước thực hiện gọi là tiến trình điều khiển, tiến trình này được lưu vào bộ nhớ nên được gọi là điều khiển theo lập trình nhớ hay điều khiển khả trình. Trên cơ sở khác nhau ở khâu xử lý số liệu có thể biểu diễn hai hệ điều khiển như sau:
Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển thì người ta thay đổi mạch điều khiển: Lắp lại mạch, thay đổi các phần tử mới ở hệ điều khiển bằng relais điện. Trong khi đó khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ở hệ điều khiển logic khả trình (PLC) thì người ta chỉ thay đổi chương trình soạn thảo.
Sự khác nhau giữa hệ điều khiển bằng rơ le điện và hệ điều khiển logic khả trình có thể minh hoạ 1 cách cụ thể như sau: Điều khiển hệ thống của 3 máy bơm qua 3 khởi động từ K1, K2, K3. Trình tự điều khiển như sau: Các khởi động từ chỉ được phép thực hiện tuần tự, nghĩa là K1 đóng trước, tiếp theo K2 đóng và cuối cùng K3 mới đóng.
Để thực hiện nhiệm vụ theo yêu cầu trên mạch điều khiển được thiết kế như sau:
Khởi động từ K2 sẽ đóng khi công tắc S3 đóng với điều kiện là khởi động từ K1 đã đóng trước đó. Phương thức điều khiển như vậy được gọi là điều khiển tuần tự. Tiến trình điều khiển này được thực hiện một cách cưỡng bức.
Bốn nút nhấn S1, S2, S3, S4: Các phần tử nhập tín hiệu. Các tiếp điểm K1, K2, K3 và các mối nối liên kết là các phần tử xử lý. Các khởi động từ K1, K2, K3 là kết quả xử lý.
Nếu thay đổi mạch điện điều khiển ở phần xử lý bằng hệ PLC ta có thể biểu diễn hệ thống như sau:
- Phần tử vào: Các nút nhấn S1, S2, S3, S4 vẫn giữ nguyên.
- Phần tử ra: Ba khởi động từ K1, K2, K3, để đóng và mở ba máy bơm vẫn giữ nguyên.
- Phần tử xử lý: được thay thế bằng PLC.
Sơ đồ kết nối với PLC được cho như ở hình bên dưới. Tuần tự đóng mở theo yêu cầu đề ra sẽ được lập trình, chương trình sẽ được nạp vào bộ nhớ.
Bây giờ giả thiết rằng nhiệm vụ điều khiển sẽ thay đổi. Hệ thống ba máy bơm vẫn giữ nguyên, nhưng trình tự được thực hiện như sau: chỉ đóng được hai trong ba máy bơm hoặc mỗi máy bơm có thể hoạt động một cách độc lập. Như vậy theo yêu cầu mới đối với hệ thống điều khiển bằng rơ le điện phải thiết kế lại mạch điều khiển, sơ đồ lắp ráp phải thực hiện lại hoàn toàn mới.
Như vậy mạch điều khiển sẽ thay đổi rất nhiều nhưng phần tử đưa tín hiệu vào và ra vẫn giữ nguyên, chi phí cho nhiệm vụ mới sẽ cao hơn. Nếu ta thay đổi hệ điều khiển trên bằng hệ điều khiển có nhớ PLC, khi nhiệm vụ điều khiển thay đổi thì thực hiện sẽ nhanh hơn và đơn giản hơn bằng cách thay đổi lại chương trình
Hệ điều khiển lập trình có nhớ (PLC) có những ưu điểm sau
- Thích ứng với những nhiệm vụ điều khiển khác nhau.
- Khả năng thay đổi đơn giản trong quá trình đưa thiết bị vào sử dụng.
- Nhu cầu mặt bằng ít.
- Tiết kiệm thời gian trong quá trình mở rộng và phát triển nhiệm vụ điều khiển bằng cách copy các chương trình.
- Các thiết bị điều khiển chuẩn.
- Không cần các tiếp điểm.
Hệ thống điều khiển theo lập trình có nhớ được sử rộng rất rộng rãi trong các ngành khác nhau
- Điều khiển thang máy.
- Điều khiển các quá trình sản xuất khác nhau: sản suất bia, sản xuất xi măng v.v ….
- Hệ thống rửa ô tô tự động
- Thiết bị khai thác .
- Thiết bị đóng gói bao bì, tự động mạ và tráng kẽm v.v …
- Thiết bị sấy.
3/ Cấu trúc PLC
Khối nguồn nuôi: nguồn trong các PLC thường là 24VDC.
Module CPU: ( cũng có bộ PLC sử dụng nguồn 220VAC. Những PLC không có module nguồn thì được cấp nguồn bên ngoàiCPU: central processing unit: đơn vị xử lý trung tâm ) bao gồm: bộ vi xử lý và bộ nhớ.
Module xuất nhập (I/O module)
- Module nhập (input module ) được nối với các công tắc, nút ấn, các bộ sensor … để điều khiển từ chương trình bên ngoài.
- Module xuất (output module) được nối với các tải ở ngõ ra như cuộn dây của relay, contactor, đèn tín hiệu, các bộ ghép quang
Hệ thống bus truyền tín hiệu: hệ thống bus truyền tín hiệu gồm nhiều đường tín hiệu song song
- Tuyến địa chỉ (address bus): chọn địa chỉ trên các khối khác nhau.
- Tuyến dữ liệu (data bus): mang dữ liệu từ khối này đến khối khác.
- Tuyến điều khiển (control bus): chuyển, truyền các tín hiệu định thì và điều khiển để đồng bộ các hoạt động trong PLC .
Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ nhờ bộ lập trình cầm tay (programming console) hay bằng một máy tính. Hiện nay đã có một số loại PLC được thiết kế có các phím bấm để có thể lập trình trực tiếp mà không cần bộ lập trình cầm tay hay máy vi tính.
