PLC S7 200_Bài 1: Tổng quan về điều khiển

Khái niệm chung về điều khiển 

Điều khiển có nhiệm vụ thực hiện các chức năng riêng của một máy móc hay thiết bị theo một trình tự hoạt động định trước phụ thuộc vào trạng thái của máy hay bộ phát tín hiệu.

Sự điều khiển được phân biệt theo các đặc điểm khác nhau:

• Theo loại biểu diễn thông tin

• Điều khiển nhị phân: Xử lý tín hiệu đầu vào nhị phân (tín hiệu 1-0) thành các tín hiệu ra nhị phân.
• Điều khiển số: Xử lý các thông tin số, có nghĩa các thông tin được biểu diễn dưới dạng số.

• Theo loại xử lý tín hiệu

• Điều khiển liên kết: Các trạng thái tín hiệu xác định của ngõ ra được điều khiển bởi các trạng thái tín hiệu của ngõ vào tuỳ thuộc vào các chức năng liên kết (AND, OR, NOT).
• Điều khiển trình tự: Điều khiển với trình tự theo từng bước, sự đóng mạch của một bước sau xảy ra phụ thuộc vào điều kiện đóng mạch tiếp theo. Điều kiện đóng mạch tiếp theo có thể phụ thuộc vào qui trình hay thời gian.
• Điều khiển không đồng bộ: Việc điều khiển được xử lý ở sự thay đổi trực tiếp của tín hiệu ngõ vào không cần tín hiệu xung phụ (điều khiển chậm).
• Điều khiển đồng bộ xung: Việc điều khiển được xử lý ở các tín hiệu chỉ đồng bộ với một tín hiệu xung (điều khiển nhanh).

• Theo loại thực hiện chương trình

• Điều khiển theo chương trình kết nối cứng: Loại điều khiển này có thể được lập trình cố định, có nghĩa không thể thay đổi được ví dụ như lắp đặt dây nối cố định hay có thể thay đổi chương trình thông qua các đầu nối (ma trận diode).
• Điều khiển khả trình: Chức năng điều khiển được lưu giữ trong một bộ nhớ chương trình. Nếu sử dụng bộ nhớ đọc/ghi (RAM), thì có thể thay đổi chương trình mà không cần can thiệp đến phần cơ khí (điều khiển có thể lập trình tự do). Nếu ngược lại là một bộ nhớ chỉ đọc (ROM), thì chương trình có thể được thay đổi bằng cách thay đổi bộ nhớ (điều khiển có thể thay đổi chương trình).

1.2   Cấu trúc một quy trình điều khiển 

Mỗi sự điều khiển được chia ra làm 3 bộ phận hợp thành: Ngõ vào dữ liệu (ngõ vào tín hiệu), Xử lý dữ liệu (xử lý tín hiệu cũng như các liên kết) và ngõ ra dữ liệu ( ngõ ra tín hiệu). Dòng dữ liệu trong một sự điều khiển xảy ra từ đầu vào dữ liệu qua phần xử lý dữ liệu đến ngõ ra dữ liệu.

+ Ngõ vào tín hiệu:      Bao gồm các loại tín hiệu của các bộ phát tín hiệu như

nút nhấn, công tắc hành trình, cảm biến điện dung, cảm biến điện cảm .v.v..

Tuỳ thuộc vào loại điều khiển, các tín hiệu có thể là nhị phân, số hay tín hiệu tương tự.

+ Giao tiếp:                  Phần này cần thiết, nếu tín hiệu của một hệ thống lạ

cần phải được xử lý. Một bộ phận chuyển đổi từ tín hiệu ngõ vào thành tín hiệu phù hợp với mức của tín hiệu xử lý được đặt ở phần giao tiếp.

+ Xử lý:                       Toàn bộ các liên kết, trình tự thời gian, các chức năng

nhớ, đếm .v.v.. được thực hiện trong phần này.

Phần xử lý là phần chính của tất cả các hệ thống điều khiển. Các kỹ thuật điều khiển có tiếp điểm như khởi động từ phụ, relay thời gian, kỹ thuật điều khiển bằng mạch điện tử (như AND, OR, NOT …) được PLC hay máy tính điều khiển quá trình tổng hợp tại đây.

+ Khuếch đại:              Các tín hiệu từ phần xử lý có mức độ công suất bé

được khuếch đại lớn lên nhiều lần ở đây để có thể điều khiển các khởi động từ, van từ hay các đối tượng điều khiển khác và các đèn báo.

+ Ngõ ra:                     Phần này được kết nối với đối tượng điều khiển mà có

ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình điều khiển (ví dụ: Khởi động từ, van từ, thyristor, v.v..)

1.3    Các loại điều khiển

Trong kỹ thuật điều khiển cũng như tự động hóa, người ta chia ra làm hai loại điều khiển: điều khiển kết nối cứng và điều khiển khả trình.

• Điều khiển kết nối cứng

Điều khiển kết nối cứng là loại điều khiển mà các chức năng của nó được đặt cố định (nối dây). Nếu muốn thay đổi chức năng điều đó có nghĩa là thay đổi kết nối dây. Điều khiển kết nối cứng có thể thực hiện với các tiếp điểm (Relay, khởi động từ, v.v.) hay điện tử (mạch điện tử).

• Điều khiển khả trình (PLC)

Điều khiển khả trình là loại điều khiển mà chức năng của nó được đặt cố định thông qua một chương trình còn gọi là bộ nhớ chương trình. Sự điều khiển bao gồm một thiết bị điều khiển mà ở đó tất cả các bộ phát tín hiệu cần thiết và đối tượng điều khiển được kết nối cho một chức năng cụ thể. Nếu chức năng điều khiển cần được thay đổi, thì chỉ phải thay đổi chương trình bằng thiết bị lập trình ở đối tượng điều khiển tương ứng hay cắm một bộ nhớ chương trình đã lập trình khác vào trong điều khiển.

1.4   Hệ thông số

Trong xử lý các phần tử nhớ, các ngõ vào, các ngõ ra, thời gian, các ô nhớ v.v… bằng PLC thì hệ thập phân không được sử dụng mà là hệ thống số nhị phân (hệ hai trị).

• Hệ nhị phân

Hệ nhị phân chỉ có các số 0 và 1, có thể được đọc và biểu diễn giá trị dễ dàng trong kỹ thuật. Giá trị định vị của một số nhị phân là số mũ của hai. Độ lớn của số thông thường được biểu diễn ở dạng mã BCD (Binary-Code- Decimal). Đối với mỗi số Decimal được viết với số nhị phân 4 vị trí.

• Số thập lục phân ( Hexadecimal)

Hệ thập lục phân có 16 ký hiệu khác nhau từ 0-9 và A-F. Giá trị định vị của một số thập lục phân số mũ của 16.

1.5   Các khái niệm xử lý thông tin 

Trong PLC, hầu hết các khái niệm trong xử lý thông tin cũng như dữ liệu đều được sử dụng như Bit, Byte, Word và doubleword.

1.5.1    Bit

Bit là đơn vị thông tin nhị phân nhỏ nhất, có có thể có giá trị 0 hoặc 1.

1.5.2   Byte

1.5.3   Word

1 Word gồm có 2 Byte hay 16 Bit. Với Word có thể biểu diễn ở các dạng: số nhị phân, ký tự hay câu lệnh điều khiển.

1.5.4   DuobleWord

1 Word gồm có 4 Byte hay 32 Bit. Với Word có thể biểu diễn ở các dạng: số nhị phân, ký tự hay câu lệnh điều khiển.