Giáo trình Lập trình PLC cơ bản (Nghề: Cơ điện tử - Cao đẳng): Phần 1 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

(NB) Giáo trình Lập trình PLC cơ bản với mục tiêu giúp người học có thể trình bày được các khái niệm về điều khiển lập trình chính xác theo nội dung đã học; Trình bày được cấu trúc và phương thức hoạt động của các lệnh cơ bản. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 1 dưới đây.

Điều khiển nối cứng và điều khển lập trình

So sánh PLC với các hình thức điều khiển khác

Các ứng dụng của PLC trong thực tế

2 Bài 2:Cấu trúc và phương thức hoạt động của một PLC

2.1 Cấu trúc của một PLC

2.2 Thiết bị điều khiển lập trình

2.3 Địa chỉ các ngõ vào/ ra

2.4 Cấu trúc bộ nhớ của PLC

3 Bài 3:Kết nối giữa PLC và thiết bị 12 1 10 1

3.1 Kết nối dây giữa PLC và thiết bị ngoại vi

3.2 Kiểm tra việc nối dây bằng phần mềm

3.3 Cài đặt và sử dụng phần mềm lập trình cho PLC

4 Bài 4:Các phép toán nhị phân của PLC

4.2 Các lệnh ghi / xóa giá trị cho tiếp điểm

5 Bài 5:Các phép toán số của PLC

6 Bài 6:Các bài tập ứng dụng trong điều khiển động cơ

6.3.1 Mạch khởi động động cơ

6.3.3 Mạch điều khiển tốc độ

6.3.4 Mạch mở máy sao/ tam giác

Bài 1 Đại cương về điều khiển lập trìnhThời gian Mục tiêu

- Phát biểu được khái niệm về điều khiển lập trình theo nội dung đã học

- So sánh ưu nhược điểm của điều khiển lập trình với các hình thưc điều khiển khác theo nội dung đã học

- Trình bày được các ứng dụng của PLC trong thực tế theo nội dung đã học

- Rèn luyện tính tư duy, tác phong công nghiệp

1.1 Tổng quát về điều khiển

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, nhu cầu tự động hóa ngày càng cao đã thúc đẩy việc ứng dụng các công nghệ khoa học vào sản xuất Kỹ thuật điều khiển cần phải đáp ứng các yêu cầu này để nâng cao năng suất lao động Mục tiêu chính là tăng cường mức độ tự động hóa trong các quy trình và thiết bị sản xuất, từ đó nâng cao sản lượng, cải thiện chất lượng và độ chính xác của sản phẩm.

Tự động hóa trong sản xuất là quá trình thay thế một phần hoặc toàn bộ các thao tác vật lý của công nhân bằng hệ thống điều khiển, giúp nâng cao độ tin cậy và ổn định của quy trình sản xuất mà không cần nhiều sự can thiệp từ người vận hành Hệ thống điều khiển này có khả năng khởi động, kiểm soát, xử lý và dừng các quy trình sản xuất theo yêu cầu, đồng thời đo đếm các giá trị đã xác định để đảm bảo sản phẩm đầu ra đạt chất lượng mong muốn.

Trong kỹ thuật tự động điều khiển, các bộ điều khiển chia làm 2 loại:

+ Điều khiển logic khả trình ( PLC)

Một hệ thống điều khiển bất kỳ được tạo thành từ các thành phần:

+ Khối xử lý – điều khiển

* Sơ đồ tổng quát của điều khiển lập trình như sau ( hình 1.1):

Hình 1.1 sơ đồ tổng quan điều khiển lập trình

Giao tiếp ngõ vào, hay còn gọi là input communication, có vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi các đại lượng vật lý từ cảm biến, nút nhấn hoặc điện trở đo sức căng thành tín hiệu số ON/OFF (digital) hoặc tín hiệu liên tục (analog) Tín hiệu này sau đó được cung cấp cho khối xử lý trung tâm (CPU) để thực hiện các thao tác tiếp theo.

Bộ chuyển đổi Đại lượng đo Đại lượng ra

Công tắc (Switch) Sự dịch chuyển/ vị trí Điện áp nhị phân

(ON/OFF) Công tắc hành trình (Limit switch)

Sự dịch chuyển/ vị trí Điện áp nhị phân (ON/OFF)

Nhiệt độ Điện áp nhị phân

Nhiệt độ Điện áp thay đổi

Nhiệt trở (Thermister) Nhiệt độ Trở kháng thay đổi

Tế bào quang điện (Photo cell) Ánh sáng Điện áp thay đổi (analog)

Tế bào tiệm cận (Proximity cell)

Sự hiện diện của đối tượng

Trở kháng thay đổi Điện trở đo sức căng (Strain gage) Áp suất/ sự dịch chuyển

Lưu trữ chương trình điều khiển do người dùng lập trình cùng với các dữ liệu như cờ, thanh ghi tạm, trạng thái đầu vào và lệnh điều khiển đầu ra Tất cả nội dung trong bộ nhớ được mã hóa dưới dạng mã nhị phân Khối xử lý và điều khiển đóng vai trò quan trọng trong hệ thống.

CPU là khối xử lý trung tâm thay thế người vận hành, thực hiện các thao tác cần thiết để đảm bảo quá trình hoạt động Nó nhận thông tin tín hiệu vào hệ thống điều khiển, tuần tự thực thi các lệnh trong chương trình lưu trữ trong bộ nhớ, xử lý các đầu vào và cung cấp kết quả xuất cho phần giao diện đầu ra như cuộn dây và mô tơ Tín hiệu điều khiển được thực hiện theo hai cách khác nhau.

+ Dùng mạch điện nối kết cứng

+ Dùng chương trình điều khiển d Khối ra: ( bảng 1.2)

Tín hiệu ra, hay còn gọi là phần giao diện đầu ra, là kết quả của quá trình xử lý trong hệ thống điều khiển Tín hiệu ngõ vào được chuyển đổi thành các mức tín hiệu vật lý thích hợp bên ngoài, như việc đóng mở rơle hoặc chuyển đổi giữa tín hiệu số và tương tự.

Thiết bị ở ngõ ra Đại lượng ra Đại lượng tác động Động cơ điện Chuyển động quay Điện

Xy lanh- Piston Chuyển động thẳng/áp lực Dầu ép/ khí ép

Solenoid Chuyển động thẳng/áp lực Điện

Lò xấy/ lò cấp nhiệt Nhiệt Điện

Van Tiết diện cửa van thay đổi Điện/dầu ép/khí ép

Rơle Tiếp điểm điện/ chuyển động vật lý có giới hạn Điện

1.2 Điều khiển nối cứng và điều khển lập trình 1.2.1 Điều khiển nối cứng

Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable Controller) đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (công ty General Motor - Mỹ) Tuy nhiên, hệ thống

Hệ thống điều khiển trước đây thường cồng kềnh và khó vận hành, dẫn đến việc các nhà thiết kế phải cải tiến để tạo ra các hệ thống đơn giản và gọn nhẹ hơn Tuy nhiên, việc lập trình cho các hệ thống này gặp nhiều khó khăn do thiếu thiết bị chuyên dụng Năm 1969, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable Controller Handle) ra đời, đánh dấu bước tiến quan trọng trong kỹ thuật điều khiển lập trình Các nhà thiết kế đã chuẩn hóa ngôn ngữ lập trình, đặc biệt là ngôn ngữ lập trình dùng giản đồ hình thang (Ladder Diagram) Đồng thời, các nhà sản xuất cũng liên tục phát triển các công cụ phần mềm và thiết bị để hỗ trợ lập trình, giám sát và gỡ rối.

Bộ điều khiển lập trình (PLC) được phát triển bởi nhóm kỹ sư của General Motors vào năm 1968 để đáp ứng nhu cầu điều khiển trong ngành công nghiệp Ban đầu, PLC chỉ thay thế hệ thống điều khiển bằng rơle và có cấu trúc đơn giản, với đầu vào kết nối cảm biến và công tắc, cho phép thực hiện các phép tính logic để điều khiển thiết bị Mặc dù không tương thích với các hệ thống điều khiển phức tạp như nhiệt độ, vị trí và áp suất khi mới ra mắt, nhưng sau đó, nhà sản xuất đã liên tục cải tiến PLC để nâng cao khả năng và tính linh hoạt của nó.

Hiện nay, nhiều hãng sản xuất PLC nổi tiếng như Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Alan Bradley, Schneider và Hitachi Theo xu hướng chuẩn hóa và mô-đun hóa, các PLC của các hãng này có cấu trúc phần cứng và tập lệnh tương tự nhau, giúp dễ dàng trong việc tích hợp và sử dụng.

1.3 So sánh PLC với các hình thức điều khiển khác

1.3.1 PLC với hệ thống điều khiển bằng Rơ le

Việc phát triển hệ thống điều khiển lập trình đang dần thay thế hệ thống điều khiển bằng rơle trong các quy trình sản xuất Khi thiết kế một hệ thống điều khiển hiện đại, kỹ sư cần cân nhắc và lựa chọn giữa các hệ thống điều khiển lập trình, thường được ưa chuộng hơn so với hệ thống điều khiển bằng rơle, do nhiều lý do khác nhau.

+ Thay đổi chương trình điều khiển một cách linh động

+ Có độ tin cậy cao

+ Không gian lắp đặt thiết bị nhỏ, không chiếm nhiều diện tích

+ Có khả năng đưa tín hiệu điều khiển ở ngõ ra phù hợp: dòng, áp

Hệ thống điều khiển lập trình mang lại khả năng thay đổi linh hoạt cho cấu hình máy móc sản xuất, đáp ứng nhu cầu mở rộng sản xuất trong tương lai Với ưu điểm vượt trội về kinh tế và thời gian so với các hệ thống điều khiển cũ như rơle hay contactor, hệ thống này cho phép điều chỉnh dễ dàng mà không cần thay đổi dây nối giữa hệ thống điều khiển và các thiết bị Chỉ cần thay đổi chương trình, doanh nghiệp có thể nhanh chóng thích ứng với điều kiện sản xuất mới.

1.3.2 PLC với máy tính cá nhân Đối với một máy tính cá nhân, người lập trình dễ nhận thấy được sự khác biệt giữa PC với PLC, sự khác biệt có thể biết được như sau:

Máy tính thường thiếu các cổng giao tiếp cần thiết để kết nối với các thiết bị điều khiển, và hiệu suất của chúng cũng không đạt yêu cầu trong môi trường công nghiệp.

Ngôn ngữ lập trình máy tính không chỉ giới hạn ở các phần mềm chuyên dụng cho PLC, mà còn cần sử dụng các phần mềm khác, điều này có thể làm chậm quá trình giao tiếp với các thiết bị được điều khiển.

PLC có khả năng kết nối dễ dàng với các hệ thống khác thông qua máy tính, đồng thời có thể tận dụng bộ nhớ dung lượng lớn của máy tính để làm bộ nhớ cho chính PLC.

1.4 Các ứng dụng của PLC trong thực tế

Thiết bị điều khiển lập trình PLC

2.3 Địa chỉ các ngõ vào/ ra

2.4 Cấu trúc bộ nhớ của PLC

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, việc ứng dụng công nghệ khoa học vào sản xuất đang ngày càng yêu cầu mức độ tự động hóa cao hơn Điều này đặt ra thách thức cho kỹ thuật điều khiển, nhằm đáp ứng nhu cầu tăng năng suất lao động thông qua việc nâng cao mức độ tự động hóa của các quá trình và thiết bị sản xuất Mục tiêu cuối cùng là gia tăng sản lượng, cải thiện chất lượng và độ chính xác của sản phẩm.

Tự động hóa trong sản xuất là việc thay thế một phần hoặc toàn bộ các thao tác vật lý của công nhân bằng hệ thống điều khiển Những hệ thống này có khả năng điều khiển quá trình sản xuất với độ tin cậy và ổn định cao, giảm thiểu sự can thiệp của người vận hành Điều này yêu cầu hệ thống điều khiển phải có khả năng khởi động, kiểm soát, xử lý và dừng quá trình theo yêu cầu, cũng như đo đếm các giá trị đã được xác định để đạt được kết quả mong muốn cho sản phẩm đầu ra Hệ thống này được gọi là hệ thống điều khiển.

Giao tiếp ngõ vào, hay còn gọi là input communication, có chức năng chuyển đổi các đại lượng vật lý đầu vào từ cảm biến, nút nhấn, hoặc điện trở đo sức căng thành tín hiệu số ON/OFF (digital) hoặc tín hiệu liên tục (analog) Tín hiệu này sau đó được cung cấp cho khối xử lý trung tâm (CPU) để xử lý và phân tích.

Lưu trữ chương trình điều khiển do người dùng lập trình cùng với các dữ liệu như cờ, thanh ghi tạm, trạng thái đầu vào và lệnh điều khiển đầu ra Nội dung của các bộ nhớ này được mã hóa dưới dạng mã nhị phân Khối xử lý và điều khiển thực hiện các chức năng này.

CPU là bộ phận thay thế con người trong việc thực hiện các thao tác để đảm bảo hoạt động của hệ thống Nó nhận thông tin tín hiệu vào, điều khiển tuần tự thực hiện các lệnh đã lưu trong bộ nhớ, xử lý đầu vào và xuất kết quả hoặc điều khiển giao diện đầu ra như cuộn dây, mô tơ Tín hiệu điều khiển được thực hiện theo hai phương thức khác nhau.

Tín hiệu ra, hay còn gọi là phần giao diện đầu ra, là kết quả của quá trình xử lý trong hệ thống điều khiển Trong giai đoạn này, tín hiệu ngõ vào được chuyển đổi thành các mức tín hiệu vật lý phù hợp bên ngoài, như việc đóng mở rơle hay chuyển đổi giữa tín hiệu số và tương tự.

Hệ thống điều khiển truyền thống thường cồng kềnh và khó vận hành, dẫn đến việc các nhà thiết kế cải tiến để tạo ra những hệ thống đơn giản và gọn nhẹ hơn Tuy nhiên, việc lập trình cho các hệ thống này vẫn gặp nhiều khó khăn do thiếu thiết bị chuyên dụng Để giải quyết vấn đề này, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable Controller Handle) ra đời vào năm 1969, đánh dấu bước tiến quan trọng trong kỹ thuật điều khiển lập trình Ngôn ngữ lập trình cũng được chuẩn hóa với việc sử dụng giản đồ hình thang (Ladder Diagram), và các nhà sản xuất không ngừng phát triển công cụ phần mềm và thiết bị hỗ trợ cho lập trình, giám sát và gỡ rối.

Bộ điều khiển lập trình (PLC) được phát triển bởi nhóm kỹ sư của General Motors vào năm 1968 để đáp ứng nhu cầu điều khiển trong công nghiệp, ban đầu chỉ thay thế hệ thống điều khiển bằng rơle PLC lúc đầu là thiết bị đơn giản, với đầu vào kết nối với công tắc và cảm biến số, thực hiện các phép tính logic để điều khiển đầu ra Mặc dù không tương thích với các hệ thống điều khiển phức tạp như nhiệt độ, vị trí và áp suất, nhưng trong những năm tiếp theo, các nhà sản xuất đã liên tục cải tiến công nghệ này.

Hiện nay, nhiều hãng sản xuất PLC nổi tiếng như Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Alan Bradley, Schneider và Hitachi Theo xu hướng chuẩn hóa và mô-đun hóa, cấu trúc phần cứng và tập lệnh của PLC từ các hãng khác nhau ngày càng tương đồng.

Việc phát triển hệ thống điều khiển lập trình đang dần thay thế hệ thống điều khiển bằng rơle trong sản xuất Khi thiết kế hệ thống điều khiển hiện đại, kỹ sư cần cân nhắc và lựa chọn giữa các hệ thống điều khiển lập trình và hệ thống điều khiển bằng rơle Sự chuyển đổi này diễn ra do nhiều nguyên nhân khác nhau, trong đó có hiệu suất, độ tin cậy và khả năng linh hoạt của hệ thống.

Hệ thống điều khiển lập trình cho phép dễ dàng thay đổi cấu hình máy móc sản xuất trong tương lai để đáp ứng nhu cầu mở rộng sản xuất Với tính linh hoạt và hiệu quả về kinh tế, hệ thống này vượt trội hơn so với các hệ thống điều khiển cũ như rơle và contactor Đặc biệt, việc mở rộng hệ thống trong tương lai trở nên đơn giản hơn, vì chỉ cần điều chỉnh chương trình mà không cần thay đổi hay loại bỏ hệ thống dây nối giữa các thiết bị và hệ thống điều khiển.

Máy tính thiếu các cổng giao tiếp với thiết bị điều khiển và hoạt động không hiệu quả trong môi trường công nghiệp.

Ngôn ngữ lập trình máy tính không chỉ giới hạn trong việc sử dụng các phần mềm chuyên biệt cho PLC, mà còn cần đến các phần mềm khác để điều chỉnh tốc độ giao tiếp với các thiết bị được điều khiển.

PLC có khả năng kết nối dễ dàng với các hệ thống khác thông qua máy tính, đồng thời có thể tận dụng bộ nhớ lớn của máy tính làm bộ nhớ cho chính nó.

Xử lý chương trình

Trong bối cảnh sản xuất công nghiệp, nhu cầu tự động hóa ngày càng cao đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng hiệu quả Mục tiêu chính là nâng cao năng suất lao động thông qua việc tăng cường mức độ tự động hóa trong các quy trình và thiết bị sản xuất Điều này không chỉ giúp tăng sản lượng mà còn cải thiện chất lượng và độ chính xác của sản phẩm.

Tự động hóa trong sản xuất thay thế một phần hoặc toàn bộ thao tác của công nhân thông qua hệ thống điều khiển Hệ thống này có khả năng điều khiển quá trình sản xuất với độ tin cậy và ổn định cao, giảm thiểu sự can thiệp của người vận hành Để đạt được kết quả mong muốn, hệ thống điều khiển cần có khả năng khởi động, kiểm soát, xử lý và dừng quá trình sản xuất, cũng như đo đếm các giá trị đã được xác định.

Giao tiếp ngõ vào, còn được gọi là đầu vào, có chức năng chuyển đổi các đại lượng vật lý từ cảm biến, nút nhấn, hay điện trở đo sức căng thành tín hiệu số ON/OFF hoặc tín hiệu liên tục (analog), tùy thuộc vào bộ chuyển đổi ngõ vào, trước khi gửi tới khối xử lý trung tâm (CPU).

Lưu trữ chương trình điều khiển do người dùng lập trình cùng với các dữ liệu như cờ, thanh ghi tạm, trạng thái đầu vào và lệnh điều khiển đầu ra Nội dung trong các bộ nhớ này được mã hóa dưới dạng mã nhị phân Khối xử lý và điều khiển đảm nhận vai trò quan trọng trong việc quản lý và thực thi các lệnh này.

CPU là bộ xử lý trung tâm, thay thế người vận hành trong việc thực hiện các thao tác để đảm bảo hoạt động của hệ thống Nó nhận thông tin tín hiệu vào, thực thi các lệnh trong chương trình đã lưu trong bộ nhớ, xử lý đầu vào và cung cấp kết quả xuất cho các thiết bị đầu ra như cuộn dây và mô tơ Tín hiệu điều khiển được thực hiện theo hai cách khác nhau.

Tín hiệu ra, hay còn gọi là phần giao diện đầu ra, là kết quả của quá trình xử lý trong hệ thống điều khiển Tại thời điểm này, tín hiệu ngõ vào được chuyển đổi thành các mức tín hiệu vật lý phù hợp bên ngoài, chẳng hạn như đóng mở rơle hoặc chuyển đổi giữa tín hiệu số và tương tự.

Hệ thống điều khiển trước đây khá phức tạp và cồng kềnh, gây khó khăn cho người sử dụng trong việc vận hành Để khắc phục điều này, các nhà thiết kế đã cải tiến hệ thống trở nên đơn giản và dễ sử dụng hơn Tuy nhiên, việc lập trình vẫn gặp nhiều khó khăn do thiếu thiết bị chuyên dụng Năm 1969, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable Controller Handle) ra đời, đánh dấu bước tiến lớn trong kỹ thuật điều khiển lập trình Các nhà thiết kế đã chuẩn hóa ngôn ngữ lập trình thông qua sơ đồ hình thang (Ladder Diagram), và các nhà sản xuất cũng đã phát triển nhiều công cụ phần mềm và thiết bị hỗ trợ lập trình, giám sát và gỡ rối.

Bộ điều khiển lập trình (PLC) ra đời vào năm 1968 bởi nhóm kỹ sư của General Motors nhằm đáp ứng nhu cầu điều khiển trong công nghiệp, ban đầu chỉ thay thế hệ thống điều khiển bằng rơle Thiết bị này lúc đầu khá đơn giản, với đầu vào kết nối với công tắc và cảm biến số, sử dụng các phép tính logic để điều khiển đầu ra đóng hoặc mở thiết bị Mặc dù không tương thích với các hệ thống điều khiển phức tạp như nhiệt độ, vị trí hay áp suất, nhưng nhà sản xuất đã liên tục cải tiến PLC trong những năm sau đó.

Hiện nay, nhiều hãng sản xuất PLC nổi tiếng như Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Alan Bradley, Schneider và Hitachi Theo xu hướng chuẩn hóa và mô-đun hóa, cấu trúc phần cứng và tập lệnh của PLC từ các hãng này có nhiều điểm tương đồng.

Việc phát triển hệ thống điều khiển lập trình đang dần thay thế hệ thống điều khiển bằng rơle trong sản xuất Khi thiết kế hệ thống điều khiển hiện đại, kỹ sư cần cân nhắc lựa chọn giữa các hệ thống điều khiển lập trình và hệ thống điều khiển bằng rơle Sự chuyển đổi này diễn ra vì nhiều lý do, bao gồm tính linh hoạt, khả năng mở rộng và hiệu suất cao hơn của hệ thống điều khiển lập trình.

Hệ thống điều khiển lập trình cho phép dễ dàng thay đổi cấu hình máy móc sản xuất trong tương lai, đáp ứng nhu cầu mở rộng sản xuất Nó không chỉ phù hợp với các yêu cầu hiện tại mà còn vượt trội về mặt kinh tế và thời gian so với các hệ thống điều khiển cũ như rơle và contactor Hệ thống này hỗ trợ mở rộng mà không cần thay đổi hay loại bỏ hệ thống dây nối giữa các thiết bị, chỉ cần điều chỉnh chương trình để phù hợp với điều kiện sản xuất mới.

Máy tính thường thiếu các cổng giao tiếp cần thiết để kết nối với các thiết bị điều khiển, đồng thời hiệu suất hoạt động của máy tính trong môi trường công nghiệp cũng không đạt yêu cầu.

Ngôn ngữ lập trình máy tính không chỉ đơn thuần là hình thang; ngoài việc sử dụng phần mềm chuyên dụng cho PLC, máy tính còn cần các phần mềm khác để giảm tốc độ giao tiếp với các thiết bị điều khiển.

PLC có khả năng kết nối dễ dàng với các hệ thống khác thông qua máy tính, đồng thời có thể tận dụng bộ nhớ dung lượng lớn của máy tính để làm bộ nhớ cho PLC.

Kết nối dây giữa PLC và thiết bị ngoại vi

Kiểm tra việc nối dây bằng phần mềm

Cài đặt và sử dụng phần mềm lập trình cho PLC

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, việc áp dụng công nghệ khoa học ngày càng yêu cầu cao về tự động hóa Kỹ thuật điều khiển cần phải đáp ứng những yêu cầu này để nâng cao năng suất lao động Mục tiêu chính là tăng cường mức độ tự động hóa trong các quy trình và thiết bị sản xuất, từ đó cải thiện sản lượng, chất lượng và độ chính xác của sản phẩm.

Tự động hóa trong sản xuất là quá trình thay thế một phần hoặc toàn bộ công việc của công nhân bằng hệ thống điều khiển, giúp kiểm soát quy trình sản xuất với độ tin cậy và ổn định cao Những hệ thống này có khả năng khởi động, kiểm soát, xử lý và dừng quá trình sản xuất theo yêu cầu, đồng thời đo đếm các giá trị đã được xác định để đảm bảo sản phẩm đầu ra đạt chất lượng mong muốn Hệ thống điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu sự can thiệp của người vận hành.

Giao tiếp ngõ vào, hay còn gọi là đầu vào, có chức năng chuyển đổi các đại lượng vật lý từ cảm biến, nút nhấn, hoặc điện trở đo sức căng thành tín hiệu số ON/OFF (digital) hoặc tín hiệu liên tục (analog) Tín hiệu này sau đó được cung cấp cho khối xử lý trung tâm (CPU) để thực hiện các thao tác xử lý tiếp theo.

Lưu trữ chương trình điều khiển do người dùng lập trình cùng với các dữ liệu như cờ, thanh ghi tạm, trạng thái đầu vào và lệnh điều khiển đầu ra Nội dung của các bộ nhớ này được mã hóa dưới dạng mã nhị phân Khối xử lý và điều khiển thực hiện các chức năng quan trọng trong hệ thống.

CPU là khối xử lý trung tâm thay thế người vận hành, thực hiện các thao tác cần thiết để đảm bảo quá trình hoạt động diễn ra suôn sẻ Nó nhận thông tin tín hiệu vào từ hệ thống điều khiển, thực thi các lệnh trong chương trình đã lưu trong bộ nhớ, xử lý các đầu vào và cung cấp kết quả đầu ra hoặc điều khiển cho các thiết bị như cuộn dây, mô tơ Tín hiệu điều khiển được thực hiện theo hai cách khác nhau.

Tín hiệu ra, hay còn gọi là phần giao diện đầu ra, là kết quả của quá trình xử lý trong hệ thống điều khiển Tại thời điểm này, tín hiệu ngõ vào được chuyển đổi thành các mức tín hiệu vật lý thích hợp bên ngoài, chẳng hạn như việc đóng mở rơle hoặc biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự.

Hệ thống điều khiển cũ thường gặp khó khăn trong việc vận hành do thiết kế cồng kềnh và phức tạp Để khắc phục, các nhà thiết kế đã cải tiến hệ thống, giúp nó trở nên đơn giản và dễ sử dụng hơn Tuy nhiên, việc lập trình vẫn còn khó khăn vì thiếu thiết bị chuyên dụng Năm 1969, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable Controller Handle) ra đời, đánh dấu bước phát triển quan trọng trong kỹ thuật điều khiển lập trình Ngôn ngữ lập trình đã được chuẩn hóa qua hình thức giản đồ hình thang (Ladder Diagram), và các nhà sản xuất đã cung cấp nhiều công cụ phần mềm và thiết bị hỗ trợ lập trình, giám sát và gỡ rối.

Bộ điều khiển lập trình (PLC) được phát triển bởi nhóm kỹ sư của General Motors vào năm 1968 nhằm đáp ứng nhu cầu điều khiển trong công nghiệp Ban đầu, PLC chỉ đơn thuần thay thế các hệ thống điều khiển sử dụng rơle, với thiết kế đơn giản và đầu vào kết nối với công tắc, cảm biến số Dựa trên các phép tính logic, nó có khả năng mở hoặc đóng các thiết bị Mặc dù không tương thích với các hệ thống điều khiển phức tạp như nhiệt độ, vị trí và áp suất khi mới ra mắt, nhưng PLC đã được cải tiến liên tục trong những năm tiếp theo để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong ngành công nghiệp.

Hiện nay, nhiều hãng sản xuất PLC như Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Alan Bradley, Schneider và Hitachi Theo xu hướng chuẩn hóa và mô-đun hóa, các PLC từ các nhà sản xuất khác nhau có cấu trúc phần cứng và tập lệnh tương tự nhau.

Việc phát triển hệ thống điều khiển lập trình đang dần thay thế hệ thống điều khiển bằng rơle trong sản xuất Khi thiết kế hệ thống điều khiển hiện đại, kỹ sư cần cân nhắc lựa chọn giữa các hệ thống điều khiển lập trình và hệ thống điều khiển bằng rơle Sự chuyển đổi này diễn ra do nhiều nguyên nhân khác nhau.

Hệ thống điều khiển lập trình cho phép dễ dàng thay đổi cấu hình máy móc sản xuất trong tương lai khi nhu cầu mở rộng sản xuất tăng lên Với khả năng đáp ứng linh hoạt các yêu cầu, hệ thống này không chỉ tiết kiệm thời gian và chi phí mà còn vượt trội hơn so với các hệ thống điều khiển cũ như rơle hay contactor Đặc biệt, khi mở rộng hệ thống trong tương lai, người dùng chỉ cần điều chỉnh chương trình mà không cần thay đổi hay loại bỏ hệ thống dây nối giữa thiết bị và hệ thống điều khiển, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Máy tính thường thiếu các cổng giao tiếp cần thiết để kết nối với các thiết bị điều khiển, điều này dẫn đến hiệu suất hoạt động kém trong môi trường công nghiệp.

Ngôn ngữ lập trình máy tính không chỉ đơn thuần là hình thang; ngoài việc sử dụng phần mềm chuyên biệt cho PLC, máy tính còn cần các phần mềm khác để làm chậm quá trình giao tiếp với các thiết bị điều khiển.

PLC có khả năng kết nối dễ dàng với các hệ thống khác thông qua máy tính, đồng thời có thể tận dụng bộ nhớ lớn của máy tính làm bộ nhớ cho chính nó.

Tiêu đề	Giáo Trình Lập Trình PLC Cơ Bản
Tác giả	Bùi Văn Công, Nguyễn Anh Dũng, Tạ Văn Bằng
Trường học	Trường Cao Đẳng Nghề Việt Nam - Hàn Quốc
Chuyên ngành	Cơ điện tử
Thể loại	Giáo Trình
Năm xuất bản	2019
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	48
Dung lượng	4,23 MB