Cấu trúc và hoạt động của hệ thống PLC

Cấu trúc của PLC
PLC là một thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình. Toàn bộ chương trình điều khiển sẽ được lưu vào trong bộ nhớ của PLC. Điều này làm cho PLC giống như một máy tính, nghĩa là có bộ vi xử lý, một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu các chương trình hỗ trợ điều khiền, dữ liệu, các cổng ra/vào để kết nối với các đối tượng điều khiển…Như vậy có thể thấy cấu trúc cơ bản của một PLC bao giờ cũng gồm các thành phần cơ bản sau :

– Mô đun nguồn
– Mô đun xử lý tín hiệu
– Mô đun vào
– Mô đun ra
– Mô đun nhớ
– Thiết bị lập trình

Ngoài các module chính như trên, PLC còn có các mô đun phụ trợ như mô đun giao tiếp mạng, truyền thông, module ghép nối các module chức năng để xử lý tín hiệu như module kết nối với các can nhiệt, module điều khiển động cơ bước, module kết nối với encoder, module đếm xung vào…

Các thành phần cơ bản của một PLC
Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và được lưu vào bộ nhớ đệm,(bộ nhớ trong PLC gồm các thành phần như sau: ROM, EPROM, EEOROM PLC ) thực hiện các lệnh logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái, ngõ ra được cập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm. Sau đó, trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng để đóng/mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tương ứng. Như vậy, tất cả hoạt động của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong bộ nhớ. Chương trình được truyền nạp vào PLC thông qua những thiết bị lập trình chuyên dụng.

Hoạt động của một PLC

Bộ vi xử lý sẽ lần lượt quét các trạng thái của đầu vào và các thiết bị phụ trợ, thực hiện logic những điều khiển được đặt ra bởi chương trình ứng dụng, thực hiện các phép tính toán và điều khiển các đầu ra tương ứng của PLC. Các thế hệ PLC cuối cho phép thực hiện các phép tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ lớn, tốc độ xử lý mạnh mẽ và có thể kết nối với máy tính, mạng nội bộ.v.v.
Bộ vi xử lý bên trong điều khiển toàn bộ chu kỳ làm việc của chương trình. Chu kỳ này được đặt tên là chu kỳ quét của PLC, tức là thời gian để thực hiện xong một vòng các lệnh của chương trình điều khiển. Chu kỳ quét được minh họa ở hình sau :

Chu kỳ quét của PLC
Khi thực hiện quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào như cảm biến, công tắc…Trạng thái của tín hiệu sẽ vào được lưu tạm vào một mảng nhớ. Trong suốt thời gian quét chương trình, bộ xử lý sẽ quét lần lượt các lệnh của chương trình điều khiển, sử dụng các trạng thái của tín hiệu vào trong mảng nhớ để xác định các đầu ra đáp ứng hay không. Kết quả cuối cùng là các trạng thái của đầu ra đều được ghi vào mảng nhớ, PLC sẽ cấp hoặc ngắt điện cho các mạch ra để điều khiển các thiết bị ngoại vi. Chu kỳ quét của một PLC có thể từ 1 đến 25 mili giây. Thời gian quét giữa đầu vào và đầu ra thường ngắn so với chu kỳ quét của PLC.