Ví dụ PLC thiết kế mạch điều khiển động cơ đơn giản
Trước sự ra đời của mạch logic, hệ thống kiểm soát hợp lý được thiết kế và
chế tạo độc quyền bằng rơ le cơ điện. Relays đã quá cũ trong thiết kế hiện đại,
nhưng đã được thay thế trong nhiều nhiều mạch điều khiển logic như là thiết bị
kiểm soát mức độ, mặt ahnj chế nhất cho những ứng dụng đòi hỏi yêu cầu cao
hiện nay và / hoặc chuyển mạch điện áp cao.
Hệ thống và các quá trình đòi hỏi phải "bật / tắt" nhiều kiểm soát trong thương
mại và công nghiệp hiện đại, nhưng hệ thống kiểm soát như vậy là rất hiếm
khi được xây dựng từ rơle điện hoặc cổng logic rời rạc. Thay vào đó, máy tính
kỹ thuật số cần điền vào chương trình trình để làm một loạt các chức năng hợp
lý.
Vào cuối những năm 1960 của một công ty Mỹ có tên là Bedford Associates phát
hành một thiết bị máy tính mà họ gọi là MODICON. Là từ viết tắt Modular
Digital Controller và sau đó trở thành tên của một bộ phận công ty với mục đích
dành cho việc thiết kế, sản xuất, và bán các máy tính kiểm soát đặc biệt Các
công ty kỹ thuật khác phát triển các phiên bản riêng của thiết bị này, và cuối
cùng đã được biết đến ở không phải điều khoản độc quyền như là một PLC,
hoặc Programmable Logic Controller. PLC đã trực tiếp thay thế rơ le cơ điện là
yếu tố logic, thay thế thay vì một máy tính trạng thái rắn kỹ thuật số với một
chương trình được lưu trữ, có thể giả lập kết nối của nhiều chuyển tiếp để
thực hiện nhiệm vụ nhất định hợp lý
PLC A đã được nối vào "nhiều" thiết bị đầu cuối, thông qua đó nó diễn giải hợp
lý từ các cảm biến và chuyển mạch "cao" và "thấp". Nó cũng được nối với các
đầu ra, qua đó kết quả đầu ra "cao" và "thấp" tín hiệu đèn sáng, Solenoids, công
tắc, động cơ nhỏ, và các thiết bị khác tự nó làm nhiệm vụ bật / tắt kiểm soát.
Trong một nỗ lực để làm cho chương trình PLC dễ dàng, ngôn ngữ lập trình của
họ đã được thiết kế để cho giống như biểu đồ logic thang. Vì vậy, một thợ điện
công nghiệp, kỹ sư điện quen với việc đọc sơ đồ thang logic sẽ cảm thấy dễ
dàng lập trình PLC để thực hiện chức năng kiểm soát như nhau.
PLC được chế tạo để làm trong công nghiệp, và như vậy tín hiệu đầu vào và
đầu ra thường là 120 volts AC, giống như bộ điều khiển điện rơ le đã được
thiết kế để thay thế. Mặc dù một số PLC có khả năng tín hiệu đầu vào và đầu
ra điện thế ở cấp thấp DC của cường độ sử dụng trong các mạch cổng logic,
đây là trường hợp ngoại lệ và không phải là quy luật
Tín hiệu kết nối và lập trình tiêu chuẩn hơi khác nhau giữa các nhà sản xuất
PLC, nhưng cũng có những cái chung nhất đủ để cho phép giới thiệu về PLC
lập trình tại đây. Các minh hoạ sau đây cho thấy một PLC đơn giản, vì nó có thể
xuất hiện từ một lần xem trước. Hai vit cấp kết nối tới 120 volt AC cho
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
powering mạch nội bộ của PLC, có nhãn L1 và L2. Sáu vít bên trái cung cấp kết
nối đến các thiết bị đầu vào, mỗi nhà sản xuất cho đầu vào khác nhau đại diện
cho một "kênh của riêng mình X" nhãn. vít thấp còn lại kết nối chung, kết nối
với L2 (trung tính) của các nguồn điện 120 VAC.
Bên trong của PLC, kết nối giữa các thiết bị đầu vào và các đầu ra bằng vít ,
thường là một thiết bị cách quang (light-emitting diode) cung cấp một điện tử bị
cô lập "tín hiệu cao logic" để mạch của máy tính (ảnh-transistor diễn giải ánh
sáng của đèn LED ) khi có điện 120 VAC giữa các thiết bị đầu vào, ra tương ứng
và các thiết bị đầu, cuối thường áp dụng. Đèn LED trên mặt trước của PLC cho
chỉ thị trực quan của một "đầu vào"
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Tín hiệu đầu ra được tạo ra bởi mạch máy tính của PLC kích hoạt một thiết bị
chuyển mạch (bán dẫn, TRIAC, hoặc thậm chí một relay cơ điện), kết nối các
nguồn "" thiết bị đầu, cuối bất kỳ của Y "," có ghi các thiết bị vào, ra. Nguồn
thiết bị đầu, cuối tương ứng, thường được kết nối với bên L1 của nguồn điện
120 VAC. Cũng như với mỗi đầu vào, một cho thấy đèn LED trên mặt trước của
PLC cho chỉ thị trực quan của một "đầu ra"
Bằng cách này, các PLC có khả năng giao diện với các thiết bị bên ngoài-chẳng
hạn như công tắc và Solenoids.
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Logic thực tế của hệ thống kiểm soát được thiết lập bên trong PLC bằng
phương tiện của một chương trình máy tính. Chương trình này ra các đầu ra
được yêu cầu theo các điều kiện đầu vào. Mặc dù chương trình chính nó dường
như là một sơ đồ thang logic, với các biểu tượng chuyển đổi và chuyển tiếp,
không có địa chỉ liên lạc chuyển đổi thực tế hoặc cuộn dây relay hoạt động bên
trong PLC để tạo ra các mối quan hệ hợp lý giữa đầu vào và đầu ra. Bạn sẽ
tưởng tượng đây là những địa chỉ liên lạc giữa công tắc và cuộn dây, Chương
trình này đã nhập và xem thông qua một máy tính cá nhân kết nối với cổng lập
trình của PLC
Xem xét các mạch sau đây và chương trình PLC:
Khi nút bấm không hoạt động (unpressed), không có nguồn được gửi đến đầu
vào X1 của PLC. Sau chương trình, trong đó cho thấy tiếp điểm thường mở X1
được nối với cuộn dây Y1, không có "điện" sẽ được gửi đến các cuộn dây Y1.
Vì vậy, đầu raY1 của PLC vẫn không hoạt động, và đèn báo kết nối đến nó
không sáng
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Nếu nút nhấn được nhấn, thì tín hiệu sẽ được gửi đến đầu vào X1 của PLC.
Bất kỳ và tất cả các tín hiệu X1 xuất hiện trong chương trình sẽ thay đổi trạng
thai (không bình thường), mặc dù tiếp điểm của relay được tác động bởi cuộn
dây mang tên X1. Trường hợp này tiếpđiểm thường mở X1 sẽ đóng lại cấp tín
hiệu cho Y1 làm sáng ngọn đèn được kết nối với Y1
Nó phải được hiểu rằng các liên hệ với X1, Y1 cuộn dây kết nối, và nguồn xuất
hiện trong các hiển thị của máy tính cá nhân đều là ảo. Nó không tồn tại như là
các thành phần điện thực. Chúng tồn tại như các lệnh trong một chương trình
máy tính - một phần mềm duy nhất - đó chỉ xảy ra với giống với một sơ đồ.
Không kém phần quan trọng, để hiểu được rằng các máy tính cá nhân được sử
dụng để hiển thị và chỉnh sửa các chương trình của PLC là không cần thiết cho
hoạt động tiếp tục của PLC. Sau khi chương trình đã được nạp vào PLC từ máy
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
tính cá nhân, máy tính cá nhân có thể được cắm phít từ PLC, và PLC sẽ tiếp tục
thực hiện theo các lệnh lập trình. Nó bao gồm màn hình máy tính cá nhân trong
các minh họa cho lợi ích sử dụng của bạn, để có thể hiểu được điều kiện
thực và chương trình
Sức mạnh thực sự và tính linh hoạt của một PLC được tiết lộ khi chúng tôi
muốn thay đổi hoạt động của một hệ thống kiểm soát. Kể từ PLC là một thiết
bị lập trình, chúng tôi có thể làm thay đổi hoạt động theo ý mình bằng cách thay
đổi các câu lệnh chúng tôi cung cấp cho nó, mà không cần phải thay đổi các cơ
cấu chấp hành được nối kết với nó
Ví dụ, giả sử chúng tôi muốn thực hiện chuyển đổi công tắc-và-đèn mạch chức
năng đảo ngược. nhấn nút làm đèn tắt và nhả ra làm cho nó sáng. giải pháp Phần
cứng sẽ yêu cầu nhấn tiếp điểm thường đóng được thay thế cho tiếp điểm
thường mở tại thời điểm đó. Phần mềm là giải pháp dễ dàng hơn nhiều, chỉ
cần thay đổi chương trình sao cho X1 là thường đóng đúng hơn là thường mở.
Trong ví dụ minh họa dưới đây, chúng tôi thay đổi hiển thị ở nút ấn là:
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Trong minh họa tiếp theo, chuyển đổi được hiển thị:
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Một trong những ưu điểm của việc thực hiện kiểm soát tốt trong phần mềm
hơn là trong phần cứng là do tín hiệu đầu vào có thể được tái sử dụng nhiều lần
trong chương trình. Ví dụ, theo mạch và chương trình sau đây, thiết kế thêm các
tiếp điểm, ít nhất hai trong ba tiếp điểm chuyển mạch được nhấn đồng thời
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Để xây dựng một mạch tương đương bằng cách sử dụng rơ le cơ điện, ba rơle
với hai tiếp điểm thường-mở đã có thể được sử dụng, cung cấp hai tiếp điểm
cho mỗi đầu vào Sử dụng một PLC, tuy nhiên, chúng tôi có thể có nhiều chương
trình như địa chỉ liên hệ như chúng tôi muốn cho ngõ vào X mà không cần thêm
phần cứng bổ sung, từ các đầu vào và đầu ra không tốn nhiều bộ nhớ của
PLC(hoặc 0 hoặc 1) , và có thể nhớ lại nhiều lần nếu cần thiết.
Hơn nữa, vì mỗi đầu ra trong PLC không chiếm nhiều trong bộ nhớ của PLC,
chúng tôi có thể gán các địa chỉ liên lạc trong một chương trình PLC bởi một
đầu ra (Y) trạng thái. Hãy ví dụ hệ thống này, khởi động- ngưng điều khiển
mạch:
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Khi nhấn nút Start được nối với ngõ vào X1, khi nhấn nút Stop thì sẽ ngắt ngõ
vào X2. Mọi liên lạc trong chương trình được đặt tên là Y1, ngõ ra sử dụng các
cuộn dây như là một công tắc. vì vậy mà các contactor, motor sẽ được khởi
động khi nhấn nút Start. Bạn có thể thấy tiếp điểm thường đóng X2 được đặt
trong khối màu cho thấy rằng nó là tiếp điểm thường đóng
Nếu ta nhấn nút Start ngõ vào X1 sẽ đổi trạng thái, như vậy X1 sẽ đóng liên tục
trong chương trình. Gửi tín hiệu tới cuộn dây ngõ ra Y1 và dùng điện áp 120VAC
để cấp cho cuộn dây của contactor làm động cơ hoạt động.
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Bây giờ, nếu chúng ta bắt đầu nhấn nút,tiếp điểm thường mở sẽ trở lại trạng
thái thường mở, nhưng các động cơ vẫn tiếp tục chạy, vì khi đó cuộn dây Y1
điều khiển tiếp điểm Y1 làm nhiệm vụ duy trì cho ngõ ra Y1
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Muốn dừng động cơ chúng ta phải nhấn nút Stop, lúc này X2 sẽ mở ra ngắt
cuộn dây Y1 làm hở mạch. Động cơ sẽ ngừng chạy.
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Kji nút Stop được nhấn song, X2 sẽ trở về trạng thái ban đầu của nó nhưng
động cơ vẫn không quay vì lúc đó cuộn dây Y1 đã bị ngắt tín hiệu từ ngõ vào.
Muốn động cơ hoatk động trở lại thì phải nhấn Start.
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Một điểm quan trọng nữa ở đây là an toàn sự cố trong thiết kế hệ thống điều
khiển PLC, nó đóng vai trò như các tiếp điểm Relay điều khiển hệ thống. lúc
nào chúng ta cũng nên xem xét các mặt hạn chế của các thiết bị điều khiển để
tìn giải pháp khắc phục. Trong ví dụ về mạch điều khiển về động cơ này chung
ta thấy nó có vấn đề: nếu X2 (nút Stop) bị lỗi không mở được thì không có cách
nào để dừng động cơ được.
Một giải pháp cho vấn đề này là chúng ta đảo ngược tiếp điểm thường đóng X2
trong chương trình PLC với nút nhấn Stop ở ngoài.
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Khi tiếp điểm thường đóng mở ra tức là nút nhấn Stop được nhấn thì thiếp
điểm thường mở X2 sẽ đóng lại, như vậy khi X2 đóng chương trình trong PCL
được thực hiện. Điều này cho phép các động cơ chạy khi ngõ vào X1 được
chuyển trạng thai từ thường mở sang đóng, và cho phép nó chạy cho đến khi nút
Start bị nhấn. Khi nhấn nút Stop X2 sẽ chuyển trạng thái và ngắt chương trình
của PLC và dừng động cơ. Vì vậy chúng ta không thấy khác gì so với thiết kế
trước đó.
Tuy nhiên, nếu ngõ vào X2 bị lỗi mở, ngõ vào X2 làm nhiệm vụ tương tự nư khi
nhấn nút Stop. Cuối cùng kết quả là ngõ vào X2 mất thì ngay lập tức động cơ bị
ngắt. Đây là thiết kế an toàn hơn so với thiết kế ở trên. ở đây nếu nút Stop
không chuyển đổi thì không có khả năng ngắt động cơ
Ngoài các chương trình thành phần ngõ vào X và ngõ ra Y. PLC cugn cấp các
cuộn dây để liên kết giữa bên trong PLC với các thiết bị bên ngoài. Nó được sử
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
dụng nhiều giống như điều khiển Relay (CR1,CR2…) được sử dụng trong các
mạch relay chuẩn cung cấp tín hiệu logic đảo khi cần thiết
Làm thế nào để chứng minh một trong những ngõ vào được chuyển tiếp đươc
sử dụng. hãy xem ví dụ về mạch và chương trình thiết kế mô phỏng 3 ngõ vào
dùng cổng NAND. Kể từ khi chương trình thiết kế PLC, tôi gọi tiếp điểm điều
khiển bên trong C1 hơn là gọi CR1 sẽ có trong mạch điều khiển relay
ở mạch này: các đèn sẽ vẫn sáng như bất kì nút nhấn nào không hoạt động. Để
chúng sáng ta phải tác động cả 3 công tắc như sau:
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Phần này trên bộ điều khiển logic lập trình được minh hoạ chỉ là một mẫu nhỏ
của các khả năng của nó. Như máy tính, PLC có chức năng thời gian( cho tương
đương với việc tạo thời gian trễ), tróng, trình tự và các chức năng khác cho độ
chính xác và tin cậy hơn so với các thiết bị logic bằng cơ- điện
Hầu hết các PLC hiện nay có ít nhất là 6 ngõ vào và 6 ngõ ra. Các bức ảnh sau
đây giới thiệu một số mô-đun đầu vào và ra một PLC nhỏ của Allen-Bradley.
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Với mỗi mô-đun có 16 điểm của một trong hai đầu vào hoặc ra để kiểm soát và
theo dõi hang chục thiết bị. PLC phù hợp với một tủ điện chiếm diện tích ít, đặc
biệt lá xem xét không gian tương đương để dùng các relay điên để thực hiện
chức năng tương tự
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Một lợi thế của PLC hơn hệ thống điều khiển rơ-le là nó có thể giám sát và
điều khiển từ xa qua mạng máy tính kỹ thuật số. Bởi vì PLC không khác gì hơn
là một máy tính kỹ thuật số, nó có khả năng giao tiếp với máy tính khác khá dễ
dàng. Các bức ảnh sau đây cho thấy một máy tính cá nhân hiển thị một hình ảnh
đồ họa của cột chất lỏng (một bơm, hoặc "nâng", trạm cho một hệ thống xử lý
nước thải đô thị) được điều khiển bởi một PLC. Các trạm bơm thực tế có vị trí
cách xa màn hình máy tính cá nhân khoảng một dặm:
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
SV: Nguyễn văn Bình C3CK1
[email protected] MSSV:0721005054
Copyright by webtailieu.net