PLC là gì? Cấu trúc đơn giản nhất của một PLC?

PLC là gì? Cấu trúc đơn giản nhất của một PLC? PLC Mitsubishi gồm những loại nào?

PLC là gì?

Bộ điều khiển khả trình PLC được sáng tạo nhờ ý tưởng ban đầu của nhóm kỹ sư thuộc hãng General motor của Mỹ vào năm 1968. Với công cuộc hiện đại hóa ngành công nghiệp, bộ điều khiển PLC ngày càng được sử dụng rộng rãi  trong điều khiển công nghiệp, nó là giải pháp lý tưởng cho việc tự động hóa quá trình sản xuất. PLC là thiết bị có những ưu điểm hơn hản cái thiết bị từ trước đến nay:

+ Dễ dàng trong việc lập trình.

+ Cho phép thay đổi chương trình điều khiển nhanh chóng.

+ Có nhiều module chức năng cho phép thực hiện phức tạp.

+ Có khả năng truyền thông, cho phép nối mạng ở nhiều cấp độ.

+ Đơn giản trong bảo dưỡng và sửa chữa.

+ Làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp.

+ Cấu trúc nhỏ gọn giá thành ngày càng thấp.

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều tập đoàn công nghiệp thiết kế chế tạo bộ điều khiển PLC có thể kể đến như Siemens, Rockwell, GE,…Ở Việt Nam bộ điều khiển PLC xuất hiện đầu tiên vào những năm 90 của thế kỷ trước (nhà máy xi măng Hoàng Thạch sử dụng bộ điều khiển S5 của hãng Siemens). Hiện nay tại Việt Nam có rất nhiều bộ điều khiển PLC của nhiều hãng khác nhau, ví dụ: PLC OMRON (Nhật Bản), PLC SIEMENS (Đức), PLC MITSUBISHI (Nhật Bản), PLC LG (Hàn Quốc)…

Ngày nay, PLC ngoài chức năng điều khiển logic thông thường nó còn có nhiều chức năng điều khiển khác, do đó có thể coi PLC như một máy tính công nghiệp.

II. Cấu trúc cơ bản của một PLC

a. CPU (Central Processing Unit)

Là bộ xử lý thông tin có nhiệm vụ điều khiển và quản lý mọi hoạt động bên trong PLC. Việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và cổng vào/ra được thực hiện thông qua hệ thống các BUS nối dưới sự điều khiển của CPU.

b. Bộ nhớ

Tất cả các PLC đều sử dụng 3 loại bộ nhớ:

- Bộ nhớ ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chỉ đọc, PLC dung bộ nhớ này để lưu giữ chương trình điều hành do nhà sản xuất và chỉ nạp một lần.

- Bộ nhớ RAM (Random Acess Memory): bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, PLC dung bộ nhớ này để lưu trữ dữ liệu và kết quả tạm thời các phép toán.

Dữ liệu lưu trong RAM sẽ bị xóa khi mất nguồn nuôi. Để hạn chế mất dữ liệu khi xảy ra mất điện, PLC thường có một nguồn nuôi phụ cho RAM, nguồn nuôi có thể là tụ điện hoặc nguồn pin.

- Bộ nhớ EEPROM (Electrical Eraserable Programable ROM); là bộ nhớ có thể xóa và nạp lại bằng tín hiệu điện, tùy thuộc vào từng loại EEPROM cho phép xóa đi nạp lại vài nghìn tới vài chục nghìn lần. Bộ nhớ EEPROM được dùng để lưu giữ chương trình ứng dụng trong PLC.

c. Cổng vào/ra (input/output viết tắt là I/O)

Mọi hoạt động bên trong PLC đều có mức điện áp ±5V hoặc ±15V( mức điện áp cấp cho các IC TTL hoặc CMOS) trong khi đó tín hiệu điều khiển bên ngoài theo chuẩn công nghiệp là 24VDC hoặc 240VAC. Khối cổng I/O đóng vai trò là mạch giao tiếp giữa các vi mạch điện tử bên trong PLC với các mạch công suất bên ngoài, nó thực hiện chuyển đổi mức tín hiệu và cách ly.

- Cổng ra dùng RELAY:

+ Đặc điểm:

Có thể đóng cắt được cả dòng điện 1 chiều lẫn xoay chiều, khi nối với các thiết bị ngoài không cần phân biệt cực tính.

Đáp ứng chậm, không chịu được tần số đóng cắt cao.

Đóng cắt dòng tải khoảng 2-5A tùy thuộc vào hãng chế tạo.

Tuổi thọ thấp (tiếp điểm relay chỉ cho phép đóng cắt vài chục nghìn lần)

Cổng ra dùng TRANSISTOR:

+ Cấu trúc:

+ Đặc điểm: Chỉ đóng cắt được dòng điện 1 chiều, khi nối với các thiết bị bên ngoài phải phân biệt cực tính.

Đáp ứng nhanh, chịu được tần số đóng cắt cao.

Tuổi thọ cao.

d. Ngôn ngữ lập trình:

Nhìn chung các PLC của tất cả các hãng đều sử dụng 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản: Ngôn ngữ hình thang (ladder), ngôn ngữ liệt kê câu lệnh, ngôn ngữ biểu đồ chức năng.

- Ngôn ngữ LADDER: là ngôn ngữ đồ họa, sử dụng các ký hiệu đồ họa để mô tả logic chương trình. Ngôn ngữ này rất thuận tiện cho những người lập trình chuyên và không chuyên hoặc những người quan thiết kế mạch relay.

-  Ngôn ngữ liệt kê câu lệnh giống như một tệp lệnh của vi xử lý, dùng các phép toán đại số logic kết nối các lệnh này lại ta sẽ được một chương trình điều khiển.

Ngôn ngữ liệt kê câu lệnh là ngôn ngữ phức tạp yêu cầu người sử dụng phải nhớ được câu lệnh chuyên nghiệp hoặc những người quen lập trình cho vi xử lý.

III. PLC hãng Mitsubishi

Hãng Mitsubishi là một tập đoàn công nghiệp rất lớn và có tên tuổi của Nhật Bản. Mitsubishi tham gia rất nhiều lĩnh vực sản xuất và kinh doanh trong đó có lĩnh vực sản xuất các thiết bị điều khiển công nghiệp Các sản phẩm thiết bị điều khiển của Mitsubishi đang được sử dụng rất phổ biến ở Việt Nam, trong đó có sản phẩm bộ điều khiển PLC.

Bộ điều khiển PLC của Mitsubishi rất đa dạng về chủng loại có thể phân thành các họ sau:

1.Họ alpha

Họ PLC alpha là họ PLC đơn giản và thân thiện được thiết kế cho các ứng dụng trong gia đình, văn phòng, nhà máy: điều khiển chiếu sang, điều khiển điều hòa không khí, điều khiển đóng mở cửa, điều khiển hệ thống quạt,…đặc biệt PLC alpha còn có đồng hồ thời gian thực cho phép điều khiển các bài toán theo thời gian thực. Các đặc điểm nổi bật: kích thước nhỏ gọn, lập trình ngay trên PLC, ngõ ra chịu được dòng tải lớn, dung EEPROM đủ dùng cho các ứng dụng cơ bản, tích hợp thời gian thực.

2. Họ FX

PLC họ FX (FX1N, FX3U, FX3G, FX1S) là một họ PLC cỡ nhỏ, linh hoạt được sử dụng rất phổ biển hiện nay. Nó được thiết kế cho các ứng dụng điều khiển cục bộ các máy, ngoài ra PLC họ FX còn có chức năng điều khiển đặc biệt được tích hợp trên các module mở rộng: điều khiển nhiệt độ, điều khiển tương tự, điều khiển vị trí, nối mạng CC-link.. Số lương I/O quản lý được khoảng 30-140 điểm.

3. PLC QnA

PLC họ QnA là sự ra đời kế tiếp sự phát triển công nghệ sản xuất PLC của Mitsubishi. PLC QnA phát các tính năng cao cấp hơn cho phép 1 thời điểm 4 CPU tham gia vào điều khiển quá trình, giảm thiểu thời gian quét chương trình, tăng tốc độ xử lý. Cấu trúc chương trình được tổ chức theo kiểu Project cho phép dễ dàng kiểm tra, bắt lỗi và nâng cấp. Đặc biệt PLC QnA có them module CPU dự phòng để backup chương trình, nâng cao khả năng dự phòng của hệ thống. Chương trình gữi CPU và CPU dự phòng luôn được đông bộ một cách tự động, do đó, khi có bất kỳ sự cố nào xảy ra trên CPU chính, quá trình xử lý được tự động chuyển sang CPU dự phòng mà không ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống.

Một điểm thú vị là các bộ PLC QnA cho phép tiến hành bảo dưỡng trực tuyến mà không cần phải dừng hệ thống. Sử dung các khóa bề mặt CPU, người dùng hoàn toàn có thể đặt chế độ active/inactive cho CPU tương ứng, các inactive CPU có thể được tháo ra khỏi hệ thống một cách an toàn. PLC QnA được sử dụng trong các nhà máy điện để điều khiển các tuabin, máy phát, trong công nghiệp sản xuất và lắp ráp oto, công nghiệp hóa dầu,..

4.  PLC Q

Đây là bộ điều khiển lập trình mạnh nhất của Mitsubishi trong giai đoạn hiện nay. Bộ PLC Q ra đời nhằm đáp ứng các yêu cầu mở rộng không ngừng của các hệ thống sản xuất tích hợp các kỹ thuật mới, các yêu cầu về truyền thông nhằm phá bỏ các hạn chế của các bộ lập trình truyền thống. Điểm nổi bật nhất của các PLC Q là kỹ thuật multi-processor cho phép tại một thời điểm 4 CPU cùng tham gia xử lý các quá trình điều khiển máy móc, điều khiển vị trí, truyền thông….Do đó, tính năng thời gian được tăng cường, thời gian quét vòng của chương trình giảm xuống còn 0.5-2ms. Ở PLC Q, các chức năng mạng được tăng cường, cho phép thiết lập cấu hình mạng MelsecNet với tổng khoảng cách truyền thông lên đến 13.6km với tốc độ đường truyền tối đa lên đến 25Mbps. Đặc biệt, các PLC dòng Q được hỗ trợ chức năng nối mạng Internet, cho phép truyền email cảnh báo đến cấp điều khiển cao hơn ở một khoảng cách rất xa.

Dòng PLC Q được sử dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp yêu cầu mức độ tự động hóa cao như: trong công nghệ bán dẫn, trong các dây chuyền đóng gói sản phẩm, hệ thống dệt, điều khiển hệ thống phun sơn,…

(ST)