Lập Trình, PLC, Vi Xử Lý

Hiện nay, các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống lập trình PLC vi xử lý, vi điều khiển,… đang được ứng dụng phổ biến trong ngành điện công nghiệp, các dây chuyền sản xuất. Hệ thống điều khiển tự động PLC, điều khiển số, ứng dụng vi điều khiển, vi xử lý đem lại hiệu quả và độ tin cậy cao. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như INVT, Allen-Bradley,Omron, Honeywell… Để hiểu hơn về lập trình, PLC, vi xử lý, mời bạn cùng theo dõi những thông tin chi tiết được chúng tôi tổng hợp ngay sau đây.

PLC Là Gì?

PLC là tên viết tắt của Programmable Logic Controller (Thiết bị điều khiển cho phép người dùng lập trình). 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).

Nếu như trước kia, các bộ điều khiển chỉ được sản xuất để phục vụ riêng một mục đích điều khiển và không thể thay thế. Tuy nhiên, điều này tạo ra những hạn chế nhất định. Vì vậy, PLC ra đời nhằm thỏa mãn người dùng các yêu cầu như: lập trình dễ dàng, gọn nhẹ, dung lượng bộ nhớ lớn, giao tiếp được với các thiết bị thông minh,…

Hiện nay, một số hãng sản xuất PLC được tin cậy có thể kể đến như: 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.

Cấu Trúc, Nguyên Lý Hoạt Động Của PLC

So với các công nghệ cũ hơn như bộ chuyển tiếp, PLC dễ dàng hơn trong việc khắc phục sự cố và bảo trì, tiết kiệm chi phí và linh hoạt hơn. PLC có cấu trúc và nguyên lý hoạt động như thế nào? Mời bạn theo dõi tiếp những phần thông tin bên dưới đây:

Cấu Trúc PLC

PLC có cấu tạo gồm các bộ phận chính sau:

• RAM, ROM – là một bộ nhớ chương trình bên trong, ta có thể thêm bộ nhớ bên ngoài EPROM
• CPU – là bộ xử lý trung tâm có công giao tiếp dùng cho việc kết nối với PLC
• Các module vào – ra

Ngoài ra, PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung. Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485,…

Một số thông tin thêm: 

Nguồn điện đầu vào của PLC thường ở mức 220VAC hoặc 24VDC. CPU được xem “bộ não” của PLC, biến nó thành một máy tính với vi xử lý và bộ nhớ. Tín hiệu đầu vào đến từ các thẻ I / O và các chương trình logic đưa ra dựa trên các tín hiệu. Nếu được yêu cầu, CPU sẽ ra lệnh cho ra đầu ra bật và tắt khi các tín hiệu và điều kiện thay đổi.

Module xuất nhập (I / O Module) gồm:

• Module nhập được kết nối với công tắc nguồn, nút ấn,… để điều khiển và tinh chỉnh từ chương trình bên ngoài.
• Module xuất được kết nối với những tải ở ngõ ra như cuộn dây của relay, contacter, đèn tín hiệu, những bộ ghép quang,…

Nguyên Lý Hoạt Động PLC

Các PLC có nguyên lý hoạt động như sau: CPU sẽ điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.

Hệ thống Bus là bộ phận dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:

• Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
• Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau.
• Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.

Trong PLC, các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.

• Nếu một module đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus.
• Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus.

Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC. Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế.

Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạnh đó thì CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1,8 MHz. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống.

Bộ Nhớ PLC Là Gì?

PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp:

• Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O.
• Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các Relay.

Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ. Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo. Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc. Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2.000 – 16.000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng.

RAM (Random Access Memory)

Đây là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên tương tự như RAM trong máy tính hay laptop có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất. Để tránh tình trạng này, các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng CMOS-RAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn.

EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory)

Là bộ nhớ mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được. Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵn trong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC. Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM.

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)

Có nhiệm vụ liên kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dung của nó có thể được xóa và lập trình lại, tuy nhiên số lần lưu sửa nội dung là có giới hạn.

Môi Trường Ghi Dữ Liệu Thứ 4

Là một đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trong máy lập trình. Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài.

Kích Thước Bộ Nhớ

• Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 -1.000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo.
• Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K – 16K, có khả năng chứa từ 2.000 -16.000 dòng lệnh.

Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM.

Ưu – Nhược Điểm Của PLC

Ưu nhược điểm của PLC là gì? Theo dõi phần thông tin tiếp theo ngay dưới đây:

Ưu Điểm Của PLC

PLC là hệ thống sở hữu nhiều ưu điểm vượt bậc sau:

• Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn, thích hợp để lập trình cho nhiều ứng dụng khác nhau.
• Mạch điện gọn nhẹ, là điều kiện thuận lợi cho việc bảo quản, sửa chữa và thay thế về sau.
• PLC có khả năng thực hiện được thuật toán phức tạp, cho độ chính xác cao.
• Như đã đề cập, cấu trúc PLC dạng module, cho phép thay thế, mở rộng đầu vào/ ra, hay một số chức năng khác một cách dễ dàng.
• PLC có khả năng chống nhiễu tốt, thích hợp cho môi trường công nghiệp.
• Giao tiếp chuẩn công nghiệp với các thiết bị thông minh như laptop, nối mạng truyền thông hay một số thiết bị khác,…
• Sử dụng tốt trong các loại môi trường như nhiệt độ, độ ẩm cao, dòng điện dao động,…

Nhược Điểm Của PLC

Hạn chế của PLC là giá thành cao. Vì sao? PLC là thiết bị công nghệ cao, tự động hóa cao nên giá trị cao hơn so với các thiết bị rơ le ON/OFF thông thường. Tuy nhiên, so với giai đoạn trước, hiện nay, giá thành PLC đã có giảm đáng kể. Bên cạnh đó, mỗi hãng PLC sẽ có thiết kế riêng, có sự khác biệt trong khâu lập trình hệ thống. Do đó, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình.

Các Phương Thức Điều Khiển Chính Của PLC

Theo đó, có 3 phương thức điều khiển PLC cơ bản là: điều khiển logic, điều khiển liên tục và điều khiển tổng thể. Cụ thể:

Điều khiển logic:

• Thời gian, đếm
• Chức năng điều khiển rơ le
• Điều khiển tự động, bán tự động, bằng tay các máy và các quá trình
• Thay cho các panel điều khiển và các mạch in

Điều khiển liên tục:

• Điều khiển PID, FUZY
• Điều khiển liên tục nhiệt độ áp suất lưu lượng…
• Điều khiển động cơ chấp hành, động cơ bước
• Điều khiển biến tần
• Điều khiển động cơ chấp hành, động cơ bước
• Khối đầu vào thêm các khâu cảm biến tương tự (analog), chiết áp…
• Khối đầu ra có thêm các thiết bị tương tự như biến tần, động cơ Servo, động cơ bước…
• Khối điều khiển thêm các khâu biến đổi A/D, D/A…
• Thực hiện các phép toán số học và logic

Điều khiển tổng thể:

• Ghép nối máy tính
• Ghép nối mạng tự động hóa
• Điều hành quá trình và báo động
• Điều khiển tổng thể quá trình- nghĩa là điều khiển một quá trình trong mối liên hệ với các quá trình khác
• Tín hiệu vào và ra còn có thêm thông tin.

Các Bước Lập Trình PLC Cơ Bản Nhất

Để lập trình PLC cơ bản nhất, bạn cần thực hiện theo 11 bước. Cụ thể:

Bước 1: Tìm hiểu kỹ yêu cầu về công nghệ

Bước 2: Liệt kê đầy đủ các cổng ra vào, cổng dự trữ, chọn PLC có số đầu vào ra bằng hoặc lớn hơn theo yêu cầu.

Bước 3: Phân cổng vào ra cho PLC:

• Theo chức năng yêu cầu: như đầu vào đếm tốc độ cao, đầu vào Analog, đầu vào logic đúng với đầu vào chức năng của PLC
• Theo tên gọi, hoặc theo trình tự tác động để tận dụng được khả năng tín hiệu hóa của PLC.

Bước 4: Dựng lưu đồ chương trình.

Bước 5: Dịch lưu đồ sang giản đồ.

Bước 6: Lập trình giản đồ thang vào PLC

Bước 7: Chạy mô phỏng kiểm tra chương trình. Trong bước này, bạn cần lưu ý: cần phải tạo ra tập tín hiệu thử tương tự thực tế đưa vào đầu vào PLC. Sau đó, tiến hành xem kết quả đầu ra trên PLC và trên phần mềm mô phỏng. Tiếp theo là bước so sánh với lý thuyết, nếu chương trình sai thì cần thực hiện chạy mô phỏng lại.

Bước 8: Kết nối PLC với thiết bị thực.

Bước 9: Kiểm tra chắc chắn phần ghép nối theo đúng sơ đồ nguyên lý

Bước 10: Chạy toàn bộ hệ thống. Theo đó, bạn cần đảm bảo hệ thống được nối đúng; hệ thống cơ khí, thủy lực khí nèn chạy được; chạy nhắp; chạy bán tự động; chạy tự động toàn hệ thống;

Bước 11: Bàn giao và lưu trữ chương trình.

Ứng Dụng Của Lập Trình PLC Vi Xử Lý

Lập trình PLC vi xử lý, PLC được ứng dụng phổ biến trong điện công nghiệp, hay các ngành công nghiệp khác. Bộ lập trình PLC vi xử lý được tích hợp đầy đủ các tính năng cần thiết để linh hoạt sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như: cấp nước; xử lý nước thải; giám sát năng lượng; giám sát hệ thống điện; máy chế biến thực phẩm; máy cắt tốc độ cao;…

Công ty TNHH Kỹ thuật Phong Thành (Phong Thành Tech) là nhà cung cấp sản phẩm và phát triển giải pháp dẫn đầu thị trường Quảng Ngãi trong lĩnh vực tự động hóa, điện mặt trời, điện công nghiệp, điện dân dụng,…

Để được tư vấn và hỗ trợ, liên hệ ngay với chúng tôi:

CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT PHONG THÀNH – PHONG THÀNH TECH