PLC (Bộ điều khiển logic lập trình) là thiết bị điều khiển được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp. Nó xử lý và đánh giá các tín hiệu đầu vào khác nhau dựa trên logic điều khiển được lập trình-của người dùng, sau đó xuất ra các tín hiệu điều khiển tương ứng để đạt được khả năng kiểm soát quy trình sản xuất tự động. Bài viết này giới thiệu chi tiết về nguyên lý làm việc cơ bản và chế độ hoạt động quét của PLC.
I. Nguyên lý làm việc cơ bản của PLC
Nguyên lý làm việc của PLC chủ yếu bao gồm các bước sau:
1. Thu tín hiệu đầu vào:PLC nhận các tín hiệu khác nhau từ hiện trường thông qua các mô-đun đầu vào, chẳng hạn như tín hiệu số và tín hiệu analog. Các tín hiệu này trải qua quá trình xử lý như cách ly và lọc quang học trước khi được chuyển đổi thành tín hiệu số được hệ thống bên trong PLC nhận dạng.
2. Xử lý chương trình:PLC xử lý và đánh giá tín hiệu đầu vào dựa trên logic điều khiển được lập trình bởi người dùng. Việc xử lý chương trình chủ yếu liên quan đến các chức năng như phép toán logic, tính toán số học và chuyển đổi dữ liệu. Trong quá trình xử lý chương trình, PLC tạo ra các lệnh điều khiển tương ứng dựa trên các điều kiện khác nhau.
3. Điều khiển tín hiệu đầu ra:PLC gửi các lệnh điều khiển đã được xử lý đến mô-đun đầu ra. Mô-đun đầu ra chuyển đổi tín hiệu số thành các định dạng tín hiệu cần thiết cho trường (như tín hiệu số, tín hiệu tương tự, v.v.) và xuất chúng đến bộ truyền động (như rơle, động cơ servo, v.v.), từ đó đạt được khả năng kiểm soát quá trình sản xuất.
4. Truyền thông và giám sát:PLC sở hữu khả năng giao tiếp, cho phép trao đổi dữ liệu với các thiết bị khác (chẳng hạn như máy tính chủ, màn hình cảm ứng, v.v.) thông qua giao diện giao tiếp để đạt được khả năng giám sát và điều khiển từ xa. Đồng thời, PLC có thể hiển thị-thông tin lỗi và trạng thái hoạt động theo thời gian thực thông qua màn hình của chính chúng.
II. Đặc điểm của chế độ hoạt động quét PLC
Đặc điểm của hoạt động quét PLC chủ yếu được thể hiện ở các khía cạnh sau: Thứ nhất, PLC sử dụng chế độ hoạt động "quét tuần tự, lặp liên tục". Mỗi chu kỳ quét, còn được gọi là chu kỳ quét hoặc chu trình làm việc, bắt đầu bằng việc CPU thực hiện lệnh đầu tiên. Sau đó, nó thực hiện tuần tự từng dòng chương trình người dùng cho đến khi hoàn thành, sau đó nó quay lại lệnh đầu tiên để bắt đầu một chu kỳ quét mới. Thứ hai, việc thực thi chương trình PLC tuân theo kiểu quét định kỳ tuân thủ nguyên tắc từ trái-sang-phải, trên-đến{6}}dưới cùng.
Ngoài ra, mỗi chu kỳ quét bao gồm ba bước: lấy mẫu đầu vào, thực hiện chương trình và làm mới đầu ra. Hoạt động của PLC do đó quay vòng liên tục theo cách này. Cuối cùng, do lấy mẫu tập trung và đầu ra tập trung nên xảy ra độ trễ đầu vào/đầu ra, dẫn đến độ trễ phản hồi. Đây là những đặc điểm chính của hoạt động quét PLC.
III. Chế độ hoạt động quét PLC
Chế độ hoạt động quét PLC chủ yếu được chia thành các giai đoạn sau:
Chế độ vận hành quét PLC bao gồm ba giai đoạn chính: giai đoạn lấy mẫu đầu vào, giai đoạn thực hiện chương trình người dùng và giai đoạn làm mới đầu ra.
1. Giai đoạn lấy mẫu đầu vào
Trong giai đoạn lấy mẫu đầu vào, PLC tuần tự quét và đọc tất cả trạng thái và dữ liệu đầu vào, lưu trữ chúng trong các đơn vị tương ứng trong vùng hình ảnh I/O. Sau khi hoàn thành việc lấy mẫu đầu vào, hệ thống sẽ chuyển sang giai đoạn thực hiện chương trình người dùng và làm mới đầu ra. Trong hai giai đoạn này, ngay cả khi trạng thái đầu vào hoặc dữ liệu thay đổi, các đơn vị tương ứng trong vùng hình ảnh I/O vẫn không thay đổi. Do đó, nếu đầu vào là tín hiệu xung, độ rộng xung phải vượt quá một chu kỳ quét để đảm bảo đầu vào được ghi lại trong mọi điều kiện.
2. 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) một cách tuần tự từ trên xuống dưới. 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. Sau đó, nó thực hiện các thao tác logic trên mạch điều khiển được hình thành bởi các tiếp điểm theo thứ tự từ trái sang phải và từ trên xuống dưới. Dựa trên kết quả của các hoạt động logic này, nó cập nhật trạng thái của bit tương ứng trong vùng lưu trữ RAM hệ thống cho cuộn logic hoặc cập nhật trạng thái của bit tương ứng trong vùng hình ảnh I/O cho cuộn đầu ra hoặc xác định xem có thực hiện lệnh chức năng đặc biệt được chỉ định bởi sơ đồ bậc thang hay không. Nghĩa là, trong quá trình thực hiện chương trình của người dùng, chỉ trạng thái và dữ liệu của các điểm đầu vào trong vùng hình ảnh I/O là không thay đổi. Trạng thái và dữ liệu của các điểm đầu ra và thiết bị mềm khác trong vùng hình ảnh I/O hoặc RAM hệ thống có thể thay đổi. Hơn nữa, kết quả thực thi của sơ đồ bậc thang được đặt ở vị trí cao hơn trong ngăn xếp sẽ ảnh hưởng đến các sơ đồ bậc thang tiếp theo sử dụng các cuộn dây hoặc dữ liệu này. Ngược lại, trạng thái cuộn logic được làm mới hoặc dữ liệu từ sơ đồ bậc thang cấp-thấp hơn chỉ ảnh hưởng đến sơ đồ bậc thang cấp-cao hơn trong chu kỳ quét tiếp theo.
3. Giai đoạn làm mới đầu ra
Sau khi hoàn thành quá trình quét chương trình người dùng, PLC sẽ chuyển sang giai đoạn làm mới đầu ra. Trong khoảng thời gian này, CPU làm mới tất cả các chốt đầu ra dựa trên trạng thái và dữ liệu tương ứng trong vùng hình ảnh I/O, sau đó điều khiển các thiết bị ngoại vi tương ứng thông qua mạch đầu ra. Điều này tạo thành đầu ra thực tế của PLC.
Tóm lại, nguyên tắc hoạt động cơ bản của PLC bao gồm việc thu thập tín hiệu trường thông qua mô-đun đầu vào, xử lý và đánh giá chúng theo logic điều khiển được lập trình-của người dùng, sau đó điều khiển bộ truyền động thông qua mô-đun đầu ra để đạt được khả năng kiểm soát quy trình sản xuất tự động. Hoạt động quét của PLC bao gồm các giai đoạn bao gồm việc tự kiểm tra-hệ thống, quét đầu vào, xử lý chương trình, quét đầu ra, giao tiếp và giám sát. Các giai đoạn này tạo thành một chu trình quét mà PLC liên tục lặp lại để thực hiện kiểm soát quy trình sản xuất tự động.