Tổng hợp kiến thức về PLC: Bài đọc cần thiết cho kỹ sư điện!
Tổng hợp kiến thức về PLC: Bài đọc cần thiết cho kỹ sư điện!
I. Định nghĩa và phân loại PLC
PLC, hay Bộ điều khiển logic khả trình, là thế hệ mới của các thiết bị điều khiển công nghiệp phổ quát. Nó dựa trên bộ vi xử lý và tích hợp công nghệ máy tính, công nghệ điều khiển tự động và công nghệ truyền thông. Được thiết kế cho môi trường công nghiệp, PLC có tính năng lập trình dễ hiểu bằng cách sử dụng "ngôn ngữ tự nhiên" hướng tới các quy trình điều khiển và người dùng. Chúng được đặc trưng bởi sự đơn giản, dễ vận hành và độ tin cậy cao.
Phát triển từ điều khiển tuần tự rơle, PLC tập trung vào bộ vi xử lý và đóng vai trò là thiết bị điều khiển tự động linh hoạt. Hãy đi sâu vào chi tiết cụ thể:
1. Định nghĩa
PLC là một hệ thống điện tử kỹ thuật số được thiết kế cho các ứng dụng công nghiệp. Nó sử dụng bộ nhớ lập trình để lưu trữ các hướng dẫn cho các hoạt động như tính toán logic, điều khiển tuần tự, thời gian, đếm và số học. Bằng cách giao tiếp với đầu vào và đầu ra kỹ thuật số và analog, PLC điều khiển các thiết bị cơ khí và quy trình sản xuất khác nhau. Cả PLC và các thiết bị ngoại vi của chúng đều được thiết kế để tích hợp hoàn hảo với các hệ thống điều khiển công nghiệp và tạo điều kiện mở rộng chức năng.
2. Phân loại
Các sản phẩm PLC rất đa dạng với các thông số kỹ thuật và khả năng hoạt động khác nhau. Chúng được phân loại rộng rãi dựa trên hình thức cấu trúc, sự khác biệt về chức năng và số lượng điểm I/O.
2.1 Phân loại theo hình thức kết cấu
PLC có thể được phân loại thành loại tích hợp và mô-đun dựa trên dạng cấu trúc của chúng.
(1) PLC tích hợp
PLC tích hợp chứa các thành phần như nguồn điện, CPU và giao diện I/O trong một tủ duy nhất. Chúng được biết đến với cấu trúc nhỏ gọn, kích thước nhỏ và giá cả phải chăng. PLC cỡ nhỏ thường áp dụng cấu trúc tích hợp này. Một PLC tích hợp bao gồm một khối cơ bản (còn được gọi là khối chính) với các điểm I/O khác nhau và một khối mở rộng. Khối cơ bản chứa CPU, các giao diện I/O, một cổng mở rộng để kết nối với các khối mở rộng I/O và các giao diện để kết nối với bộ lập trình hoặc bộ ghi EPROM. Mặt khác, thiết bị mở rộng chỉ chứa các thành phần I/O và nguồn điện mà không có CPU. Khối cơ bản và khối mở rộng thường được kết nối qua cáp phẳng. PLC tích hợp cũng có thể được trang bị các bộ phận chức năng đặc biệt, chẳng hạn như bộ phận tương tự và bộ điều khiển vị trí, để mở rộng khả năng của chúng.
(2) PLC mô-đun
PLC mô-đun có các mô-đun riêng biệt cho từng thành phần, chẳng hạn như mô-đun CPU, mô-đun I/O, mô-đun nguồn điện (đôi khi được tích hợp trong mô-đun CPU) và các mô-đun chức năng khác nhau. Các mô-đun này được gắn trên một khung hoặc bảng nối đa năng. Ưu điểm của PLC mô-đun nằm ở cấu hình linh hoạt, cho phép lựa chọn các quy mô hệ thống khác nhau khi cần thiết. Chúng cũng dễ dàng lắp ráp, mở rộng và bảo trì. PLC cỡ trung bình và lớn thường áp dụng cấu trúc mô-đun.
Ngoài ra, một số PLC kết hợp các đặc tính của cả loại tích hợp và mô-đun, tạo thành cái được gọi là PLC xếp chồng. Trong PLC xếp chồng, các thành phần như CPU, nguồn điện và giao diện I/O là các mô-đun độc lập được kết nối qua cáp và có thể được xếp chồng lên nhau theo từng lớp. Thiết kế này không chỉ cung cấp cấu hình hệ thống linh hoạt mà còn cho phép kích thước nhỏ gọn.
2.2 Phân loại theo chức năng
Dựa trên khả năng chức năng của chúng, PLC có thể được chia thành ba loại: cấp thấp, tầm trung và cao cấp.
(1) PLC cấp thấp
PLC cấp thấp sở hữu các chức năng cơ bản như vận hành logic, định thời gian, đếm, dịch chuyển, tự chẩn đoán và giám sát. Chúng cũng có thể bao gồm một số lượng hạn chế đầu vào/đầu ra tương tự, các phép toán số học, truyền và so sánh dữ liệu cũng như các chức năng giao tiếp. Các PLC này chủ yếu được sử dụng cho các hệ thống điều khiển máy đơn bao gồm điều khiển logic, điều khiển tuần tự hoặc một lượng nhỏ điều khiển tương tự.
(2) PLC tầm trung
Ngoài các chức năng của PLC cấp thấp, PLC tầm trung còn cung cấp khả năng mạnh mẽ hơn về đầu vào/đầu ra tương tự, các phép toán số học, truyền và so sánh dữ liệu, chuyển đổi hệ thống số, I/O từ xa, chương trình con và mạng truyền thông. Một số cũng có thể có chức năng điều khiển ngắt và điều khiển PID, khiến chúng phù hợp với các hệ thống điều khiển phức tạp.
(3) PLC cao cấp
PLC cao cấp, ngoài khả năng của PLC tầm trung, còn bao gồm các chức năng nâng cao như phép toán số học có dấu, tính toán ma trận, phép toán logic bit, tính toán căn bậc hai và các phép toán chức năng đặc biệt khác. Chúng cũng có tính năng tạo bảng và chuyển bảng. PLC cao cấp tự hào có chức năng kết nối và giao tiếp nâng cao, cho phép điều khiển quy trình quy mô lớn hoặc hình thành các hệ thống điều khiển mạng phân tán, từ đó đạt được tự động hóa nhà máy.
2.3 Phân loại theo điểm I/O
Tùy thuộc vào số lượng điểm I/O, PLC có thể được phân thành các loại nhỏ, vừa và lớn.
(1) PLC nhỏ
PLC nhỏ có ít hơn 256 điểm I/O, có một CPU duy nhất và sử dụng bộ xử lý 8 bit hoặc 16 bit. Dung lượng bộ nhớ người dùng của họ thường dưới 4KB.
(2) PLC trung bình
PLC trung bình có từ 256 đến 2048 điểm I/O, sử dụng CPU kép và có dung lượng bộ nhớ người dùng từ 2KB đến 8KB.
(3) PLC lớn
Các PLC lớn tự hào có hơn 2048 điểm I/O, sử dụng nhiều CPU và được trang bị bộ xử lý 16 bit hoặc 32 bit. Dung lượng bộ nhớ người dùng của họ dao động từ 8KB đến 16KB.
Trên toàn thế giới, các sản phẩm PLC có thể được phân thành ba loại chính theo khu vực: Mỹ, Châu Âu và Nhật Bản. Công nghệ PLC của Mỹ và Châu Âu được phát triển độc lập, dẫn đến sự khác biệt rõ rệt giữa các sản phẩm của họ. Công nghệ PLC của Nhật Bản du nhập từ Hoa Kỳ kế thừa những đặc điểm nhất định từ PLC của Mỹ nhưng tập trung vào các PLC cỡ nhỏ. Trong khi PLC của Mỹ và Châu Âu nổi tiếng với các sản phẩm có quy mô vừa và lớn thì PLC của Nhật Bản lại nổi tiếng với các sản phẩm có quy mô nhỏ.
II. Chức năng và lĩnh vực ứng dụng của PLC
PLC kết hợp những ưu điểm của điều khiển rơle-công tắc tơ và tính linh hoạt của máy tính. Thiết kế độc đáo này của PLC có nhiều tính năng vượt trội so với các bộ điều khiển khác.
1. Chức năng của PLC
Là một thiết bị điều khiển tự động công nghiệp phổ biến tập trung vào bộ vi xử lý và tích hợp công nghệ máy tính, công nghệ điều khiển tự động và công nghệ truyền thông, PLC mang lại vô số lợi ích. Chúng bao gồm độ tin cậy cao, kích thước nhỏ gọn, chức năng mạnh mẽ, thiết kế chương trình đơn giản và linh hoạt, tính linh hoạt và bảo trì dễ dàng. Do đó, PLC tìm thấy các ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như luyện kim, năng lượng, hóa chất, vận tải và sản xuất điện, nổi lên như một trong ba trụ cột của điều khiển công nghiệp hiện đại (cùng với robot và CAD/CAM). Dựa vào đặc điểm của PLC, có thể tóm tắt các dạng chức năng của chúng như sau:
(1) Điều khiển logic chuyển mạch
PLC sở hữu khả năng tính toán logic mạnh mẽ, cho phép chúng đạt được nhiều điều khiển logic đơn giản và phức tạp khác nhau. Đây là lĩnh vực cơ bản nhất và được ứng dụng rộng rãi nhất của PLC, thay thế điều khiển rơle-contactor truyền thống.
(2) Điều khiển tương tự
PLC được trang bị các mô-đun chuyển đổi A/D và D/A. Mô-đun A/D chuyển đổi các đại lượng tương tự từ trường—chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và tốc độ—thành các đại lượng kỹ thuật số. Các đại lượng kỹ thuật số này sau đó được xử lý bởi bộ vi xử lý trong PLC (vì bộ vi xử lý chỉ có thể xử lý các đại lượng kỹ thuật số) và sau đó được sử dụng để điều khiển. Ngoài ra, mô-đun D/A chuyển đổi các đại lượng kỹ thuật số thành đại lượng tương tự để điều khiển đối tượng được điều khiển, từ đó cho phép PLC thực hiện kiểm soát các đại lượng tương tự.
(3) Kiểm soát quy trình
Các PLC cỡ vừa và lớn hiện đại thường có các mô-đun điều khiển PID, cho phép điều khiển quy trình vòng kín. Khi một biến bị sai lệch trong quá trình điều khiển, PLC sẽ tính toán đầu ra chính xác bằng thuật toán PID, từ đó điều chỉnh quy trình sản xuất và duy trì biến đó ở điểm đặt. Hiện nay, nhiều PLC cỡ nhỏ còn được tích hợp chức năng điều khiển PID.
(4) Kiểm soát thời gian và đếm
PLC tự hào về khả năng định giờ và đếm mạnh mẽ, có khả năng cung cấp hàng chục, hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn bộ định thời và bộ đếm. Khoảng thời gian và giá trị đếm có thể được người dùng đặt tùy ý khi viết chương trình người dùng hoặc bởi người vận hành tại chỗ thông qua một lập trình viên. Điều này cho phép kiểm soát thời gian và đếm. Nếu người dùng cần đếm tín hiệu tần số cao, họ có thể lựa chọn mô-đun đếm tốc độ cao.
(5) Điều khiển tuần tự
Trong điều khiển công nghiệp, điều khiển tuần tự có thể đạt được thông qua các hướng dẫn bước PLC hoặc lập trình thanh ghi thay đổi.
(6) Xử lý dữ liệu
PLC hiện đại không chỉ có khả năng thực hiện các phép tính số học, truyền dữ liệu, sắp xếp và tra cứu bảng mà còn có thể thực hiện so sánh dữ liệu, chuyển đổi dữ liệu, truyền dữ liệu, hiển thị dữ liệu và in. Họ sở hữu khả năng xử lý dữ liệu mạnh mẽ.
(7) Truyền thông và kết nối mạng
Hầu hết các PLC hiện đại đều kết hợp công nghệ mạng và truyền thông, có giao diện RS-232 hoặc RS-485 để điều khiển I/O từ xa. Nhiều PLC có thể được nối mạng và giao tiếp với nhau. Bộ xử lý tín hiệu của thiết bị bên ngoài có thể trao đổi chương trình và dữ liệu với một hoặc nhiều bộ điều khiển khả trình. Truyền chương trình, truyền tệp dữ liệu, giám sát và chẩn đoán có thể đạt được thông qua giao diện truyền thông hoặc bộ xử lý truyền thông, sử dụng giao diện phần cứng tiêu chuẩn hoặc giao thức truyền thông độc quyền để tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền dữ liệu và chương trình.
2. Lĩnh vực ứng dụng của PLC
Hiện nay, PLC được sử dụng rộng rãi cả trong nước và quốc tế trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm sắt thép, dầu khí, hóa chất, điện, vật liệu xây dựng, sản xuất cơ khí, ô tô, dệt may nhẹ, giao thông vận tải, bảo vệ môi trường và giải trí văn hóa. Các ứng dụng của họ có thể được phân loại rộng rãi như sau:
(1) Điều khiển logic chuyển mạch
Đây là lĩnh vực cơ bản và được ứng dụng rộng rãi nhất của PLC, thay thế các mạch rơle truyền thống để đạt được khả năng điều khiển logic và tuần tự. PLC có thể được sử dụng để điều khiển một máy cũng như điều khiển nhiều nhóm máy và dây chuyền sản xuất tự động, chẳng hạn như máy ép phun, máy in, máy dập ghim, máy công cụ kết hợp, máy mài, dây chuyền sản xuất bao bì và dây chuyền lắp ráp mạ điện.
(2) Điều khiển tương tự
Trong các quy trình sản xuất công nghiệp, nhiều đại lượng thay đổi liên tục—chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, mức chất lỏng và tốc độ—là các đại lượng tương tự. Để cho phép PLC xử lý các đại lượng tương tự, phải thực hiện chuyển đổi A/D và D/A giữa đại lượng tương tự và số. Các nhà sản xuất PLC sản xuất các mô-đun chuyển đổi A/D và D/A đi kèm để hỗ trợ các ứng dụng điều khiển tương tự cho PLC.
(3) Điều khiển chuyển động
PLCcó thể được sử dụng để điều khiển chuyển động quay hoặc tuyến tính. Về mặt cấu hình hệ thống điều khiển, các ứng dụng ban đầu đã kết nối trực tiếp các cảm biến vị trí và bộ truyền động để chuyển đổi các mô-đun I/O. Ngày nay, các mô-đun điều khiển chuyển động chuyên dụng thường được sử dụng. Các mô-đun này có thể điều khiển điều khiển vị trí một trục hoặc nhiều trục cho động cơ bước hoặc động cơ servo. Hầu hết tất cả các sản phẩm của các nhà sản xuất PLC lớn trên toàn thế giới đều có khả năng điều khiển chuyển động, được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại máy móc, máy công cụ, robot, thang máy và các ứng dụng khác.
(4) Kiểm soát quy trình
Điều khiển quá trình đề cập đến điều khiển vòng kín các đại lượng tương tự như nhiệt độ, áp suất và lưu lượng. Nó có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như luyện kim, kỹ thuật hóa học, xử lý nhiệt và điều khiển nồi hơi. Là máy tính điều khiển công nghiệp, PLC có thể được lập trình với nhiều thuật toán điều khiển khác nhau để thực hiện điều khiển vòng kín. Điều khiển PID là phương pháp điều chỉnh được sử dụng phổ biến trong các hệ thống điều khiển vòng kín. Cả PLC cỡ vừa và lớn đều được trang bị mô-đun PID và hiện tại, nhiều PLC cỡ nhỏ cũng được trang bị mô-đun chức năng này. Xử lý PID thường liên quan đến việc chạy chương trình con PID chuyên dụng.
(5) Xử lý dữ liệu
PLC hiện đại được trang bị các phép toán (bao gồm tính toán ma trận, tính toán hàm, phép toán logic), truyền dữ liệu, chuyển đổi dữ liệu, sắp xếp, tra cứu bảng và các chức năng thao tác bit. Họ có thể thực hiện thu thập, phân tích và xử lý dữ liệu. Những dữ liệu này có thể được so sánh với các giá trị tham chiếu được lưu trong bộ nhớ để thực hiện các hoạt động điều khiển cụ thể hoặc truyền đến các thiết bị thông minh khác thông qua chức năng giao tiếp. Chúng cũng có thể được in và lập bảng. Xử lý dữ liệu thường được sử dụng trong các hệ thống điều khiển quy mô lớn, chẳng hạn như hệ thống sản xuất linh hoạt không người lái và trong các hệ thống kiểm soát quy trình, chẳng hạn như các hệ thống sản xuất giấy, luyện kim và công nghiệp thực phẩm.
(6) Truyền thông và kết nối mạng
Giao tiếp PLC bao gồm giao tiếp giữa các PLC và giữa PLC với các thiết bị thông minh khác. Với sự phát triển của điều khiển máy tính, mạng tự động hóa nhà máy đã phát triển nhanh chóng. Tất cả các nhà sản xuất PLC đều rất chú trọng đến khả năng giao tiếp của PLC và đã giới thiệu các hệ thống mạng tương ứng của họ. Các PLC sản xuất gần đây đều được trang bị giao diện truyền thông, giúp cho việc liên lạc trở nên rất thuận tiện.
III. Cấu trúc cơ bản và nguyên lý làm việc của PLC
Là một máy tính điều khiển công nghiệp, PLC có cấu trúc tương tự như các máy tính thông thường. Tuy nhiên, sự khác biệt phát sinh do các kịch bản và mục tiêu sử dụng khác nhau.
1. Các thành phần phần cứng của PLC
Sơ đồ cấu trúc cơ bản của máy chủ PLC được thể hiện trong hình bên dưới: [Hình]
Trong sơ đồ, máy chủ PLC bao gồm CPU, bộ nhớ (EPROM, RAM), bộ vào/ra, giao diện I/O ngoại vi, giao diện truyền thông và nguồn điện. Đối với PLC tích hợp, tất cả các thành phần này được đặt trong cùng một tủ. Trong PLC mô-đun, mỗi thành phần được đóng gói độc lập dưới dạng một mô-đun và các mô-đun được kết nối thông qua giá đỡ và cáp. Tất cả các bộ phận bên trong máy chủ được kết nối với nhau thông qua các bus điện, bus điều khiển, bus địa chỉ và bus dữ liệu. Tùy thuộc vào yêu cầu của đối tượng điều khiển thực tế, các thiết bị bên ngoài khác nhau được cấu hình để tạo thành các hệ thống điều khiển PLC khác nhau.
Các thiết bị bên ngoài phổ biến bao gồm bộ lập trình, máy in và bộ ghi EPROM. PLC cũng có thể được trang bị các mô-đun giao tiếp để giao tiếp với các máy cấp cao hơn và các PLC khác, từ đó hình thành hệ thống điều khiển phân tán cho PLC.
Dưới đây là phần giới thiệu về từng thành phần của PLC và vai trò của nó, nhằm giúp người dùng hiểu rõ hơn về nguyên lý điều khiển và quy trình làm việc của PLC.
(1) CPU
CPU là trung tâm điều khiển của PLC. Dưới sự điều khiển của CPU, PLC phối hợp và vận hành có trật tự để đạt được quyền kiểm soát các thiết bị tại chỗ khác nhau. Bao gồm bộ vi xử lý và bộ điều khiển, CPU có thể thực hiện các hoạt động logic và toán học cũng như điều phối công việc của các thành phần bên trong khác nhau của hệ thống điều khiển. Bộ điều khiển quản lý hoạt động có trật tự của tất cả các bộ phận của bộ vi xử lý. Chức năng chính của nó là đọc hướng dẫn từ bộ nhớ và thực hiện chúng.
(2) Trí nhớ
PLC được trang bị hai loại bộ nhớ: bộ nhớ hệ thống và bộ nhớ người dùng. Bộ nhớ hệ thống lưu trữ các chương trình quản lý hệ thống mà người dùng không thể truy cập hoặc sửa đổi. Bộ nhớ người dùng lưu trữ các chương trình ứng dụng đã biên dịch và trạng thái dữ liệu công việc. Phần bộ nhớ người dùng lưu trữ trạng thái dữ liệu công việc còn được gọi là vùng lưu trữ dữ liệu. Nó bao gồm các vùng hình ảnh dữ liệu đầu vào/đầu ra, vùng dữ liệu giá trị đặt trước và hiện tại cho bộ đếm thời gian/bộ đếm và vùng đệm để lưu trữ kết quả trung gian.
Bộ nhớ PLC chủ yếu bao gồm các loại sau:
Bộ nhớ chỉ đọc (ROM)
Bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình (PROM)
Bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình có thể xóa được (EPROM)
Bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình có thể xóa bằng điện (EEPROM)
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM)
(3) Mô-đun đầu vào/đầu ra (I/O)
① Mô-đun đầu vào chuyển đổi
Các thiết bị đầu vào chuyển mạch bao gồm nhiều công tắc, nút bấm, cảm biến, v.v. Các loại đầu vào PLC có thể là DC, AC hoặc cả hai. Nguồn điện cho mạch đầu vào có thể được cung cấp từ bên ngoài hoặc trong một số trường hợp được cung cấp bên trong bởi PLC.
② Mô-đun đầu ra chuyển đổi
Mô-đun đầu ra chuyển đổi tín hiệu điều khiển mức TTL do CPU đầu ra khi thực thi chương trình người dùng thành các tín hiệu được yêu cầu trên địa điểm sản xuất để điều khiển thiết bị cụ thể, từ đó kích hoạt cơ chế thực thi.
(4) Lập trình viên
Bộ lập trình là một thiết bị bên ngoài cần thiết cho PLC. Nó cho phép người dùng nhập chương trình vào bộ nhớ chương trình người dùng của PLC, chương trình gỡ lỗi và giám sát việc thực hiện chương trình. Về mặt lập trình, các lập trình viên có thể được phân thành ba loại:
Lập trình viên cầm tay
Lập trình viên đồ họa
Lập trình viên máy tính tổng hợp
(5) Nguồn điện
Bộ cấp nguồn chuyển đổi nguồn điện bên ngoài (ví dụ: 220V AC) thành điện áp làm việc bên trong. Nguồn điện được kết nối bên ngoài được chuyển đổi thành điện áp làm việc theo yêu cầu của các mạch bên trong PLC (ví dụ: DC 5V, ±12V, 24V) thông qua bộ điều chỉnh điện áp chế độ chuyển đổi chuyên dụng trong PLC. Nó cũng cung cấp nguồn điện 24V DC cho các thiết bị đầu vào bên ngoài (ví dụ: công tắc lân cận) (chỉ dành cho các điểm đầu vào). Nguồn điện để điều khiển tải PLC được cung cấp bởi...
(6) Giao diện ngoại vi
Các mạch giao diện ngoại vi kết nối các lập trình viên cầm tay hoặc các lập trình viên đồ họa khác, hiển thị văn bản và có thể tạo thành mạng điều khiển PLC thông qua giao diện ngoại vi. PLC có thể kết nối với máy tính bằng cáp PC/PPI hoặc thẻ MPI thông qua giao diện RS-485, cho phép lập trình, giám sát, kết nối mạng và các chức năng khác.
2. Các thành phần phần mềm của PLC
Phần mềm PLC bao gồm các chương trình hệ thống và chương trình người dùng. Các chương trình hệ thống được các nhà sản xuất PLC thiết kế và viết và lưu trữ trong bộ nhớ hệ thống của PLC. Người dùng không thể trực tiếp đọc, viết hoặc sửa đổi chúng. Các chương trình hệ thống thường bao gồm các chương trình chẩn đoán hệ thống, chương trình xử lý đầu vào, chương trình biên dịch, chương trình truyền thông tin và chương trình giám sát, cùng nhiều chương trình khác.
bạnCác chương trình ser được người dùng biên soạn bằng ngôn ngữ lập trình PLC dựa trên yêu cầu điều khiển. Trong các ứng dụng PLC, khía cạnh quan trọng nhất là sử dụng ngôn ngữ lập trình PLC để viết chương trình người dùng nhằm đạt được mục tiêu điều khiển. Vì PLC được phát triển đặc biệt cho điều khiển công nghiệp nên người dùng chính của chúng là kỹ thuật viên điện. Để phục vụ thói quen truyền thống và khả năng học tập của mình, PLC chủ yếu sử dụng các ngôn ngữ chuyên dụng đơn giản hơn, dễ hiểu hơn và trực quan hơn so với ngôn ngữ máy tính.
Cấu trúc hướng dẫn đồ họa
Biến và hằng rõ ràng
Cấu trúc chương trình đơn giản hóa
Quy trình tạo phần mềm ứng dụng được đơn giản hóa
Công cụ gỡ lỗi nâng cao
3. Nguyên lý làm việc cơ bản của PLC
Quá trình quét PLC chủ yếu được chia thành ba giai đoạn: lấy mẫu đầu vào, thực hiện chương trình người dùng và làm mới đầu ra. Như thể hiện trong hình: [Hình]
Giai đoạn lấy mẫu đầu vào
Trong giai đoạn lấy mẫu đầu vào, PLC đọc tuần tự tất cả các trạng thái và dữ liệu đầu vào theo cách quét và lưu trữ chúng trong các đơn vị tương ứng của vùng hình ảnh I/O. Sau khi hoàn tất việc lấy mẫu đầu vào, quy trình sẽ chuyển sang giai đoạn thực thi chương trình người dùng và làm mới đầu ra. Trong hai giai đoạn này, ngay cả khi trạng thái đầu vào và dữ liệu thay đổi, trạng thái và dữ liệu trong các đơn vị tương ứng của vùng hình ảnh I/O sẽ không bị thay đổi. Do đó, nếu đầu vào là tín hiệu xung thì độ rộng xung phải lớn hơn một chu kỳ quét để đảm bảo có thể đọc được đầu vào trong mọi trường hợp.
Giai đoạn thực thi chương trình người dùng
Trong giai đoạn thực hiện chương trình người dùng, PLC luôn quét chương trình người dùng (sơ đồ bậc thang) theo trình tự từ trên xuống. Khi quét từng sơ đồ bậc thang, trước tiên nó sẽ quét mạch điều khiển được hình thành bởi các tiếp điểm ở phía bên trái của sơ đồ bậc thang. Các phép toán logic được thực hiện trên mạch điều khiển theo thứ tự từ trái sang phải, từ trên xuống dưới. Sau đó, dựa trên kết quả của các hoạt động logic, trạng thái của bit tương ứng trong vùng lưu trữ RAM hệ thống dành cho cuộn logic được làm mới hoặc trạng thái của bit tương ứng trong vùng hình ảnh I/O cho cuộn dây đầu ra được làm mới hoặc được xác định xem có thực hiện các hướng dẫn chức năng đặc biệt được chỉ định bởi sơ đồ bậc thang hay không.
Nghĩa là, trong quá trình thực thi chương trình người dùng, chỉ trạng thái và dữ liệu của các điểm đầu vào trong vùng hình ảnh I/O là không thay đổi, trong khi trạng thái và dữ liệu của các điểm đầu ra và thiết bị mềm khác trong vùng hình ảnh I/O hoặc vùng lưu trữ RAM hệ thống có thể thay đổi. Các sơ đồ bậc thang được đặt ở vị trí cao hơn sẽ ảnh hưởng đến kết quả thực hiện của các sơ đồ bậc thang thấp hơn tham chiếu các cuộn dây hoặc dữ liệu này. Ngược lại, trạng thái hoặc dữ liệu được làm mới của cuộn logic trong sơ đồ bậc thang thấp hơn sẽ chỉ ảnh hưởng đến sơ đồ bậc cao hơn trong chu kỳ quét tiếp theo.
Giai đoạn làm mới đầu ra
Khi quá trình quét chương trình người dùng hoàn tất, PLC sẽ chuyển sang giai đoạn làm mới đầu ra. Trong giai đoạn này, CPU cập nhật tất cả các mạch chốt đầu ra theo trạng thái và dữ liệu trong vùng hình ảnh I/O và điều khiển các thiết bị ngoại vi tương ứng thông qua các mạch đầu ra. Điều này đánh dấu đầu ra thực sự của PLC.
Hiện tượng trễ đầu vào/đầu ra
Từ quá trình làm việc của PLC có thể rút ra những kết luận sau:
Các chương trình được thực thi theo kiểu quét, dẫn đến độ trễ cố hữu trong mối quan hệ logic giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra. Chu kỳ quét càng dài thì độ trễ càng nghiêm trọng.
Ngoài thời gian dành cho ba giai đoạn làm việc chính—lấy mẫu đầu vào, thực hiện chương trình người dùng và làm mới đầu ra—chu trình quét còn bao gồm thời gian dành cho các hoạt động quản lý hệ thống. Thời gian thực hiện chương trình liên quan đến độ dài chương trình và độ phức tạp của các thao tác lệnh, trong khi các yếu tố khác vẫn tương đối ổn định. Chu kỳ quét thường ở mức mili giây hoặc micro giây.
Trong quá trình thực hiện quét thứ n, dữ liệu đầu vào dựa vào là giá trị lấy mẫu X thu được trong giai đoạn lấy mẫu của chu kỳ quét đó. Dữ liệu đầu ra Y(n) dựa trên cả giá trị đầu ra Y(n-1) từ lần quét trước và giá trị đầu ra hiện tại Yn. Tín hiệu được gửi đến thiết bị đầu cuối đầu ra biểu thị kết quả cuối cùng Yn sau khi tất cả các tính toán được thực hiện trong chu kỳ này.
Độ trễ phản hồi đầu vào/đầu ra không chỉ liên quan đến phương pháp quét mà còn liên quan đến việc sắp xếp thiết kế chương trình.