Nguyên lý làm việc của PLC

 

PLC về cơ bản là một "máy vi tính mô-đun" được thiết kế dành riêng cho môi trường công nghiệp. Cốt lõi của nguyên tắc hoạt động của nó là cơ chế vòng lặp khép kín "nhận tín hiệu qua phần cứng, xử lý logic thông qua phần mềm và xuất hướng dẫn thông qua phần cứng" để đạt được khả năng kiểm soát chính xác các thiết bị bên ngoài. Việc thực hiện cơ chế này phụ thuộc vào mức độ phối hợp cao giữa cấu trúc phần cứng và hệ thống phần mềm.

Cấu trúc phần cứng của PLC áp dụng thiết kế mô-đun, có thể kết hợp linh hoạt theo yêu cầu điều khiển. Các thành phần cốt lõi bao gồm năm phần sau, mỗi phần có sự phân công lao động rõ ràng và hợp tác chặt chẽ:

Bộ xử lý trung tâm (CPU):Là "bộ não" của PLC, nó chịu trách nhiệm thực hiện các hoạt động logic, xử lý dữ liệu và lập lịch lệnh trong các chương trình người dùng. Nó có thể nhanh chóng đọc tín hiệu đầu vào, chạy sơ đồ bậc thang và các chương trình khác, đánh giá kết quả tính toán và gửi hướng dẫn điều khiển đến mô-đun đầu ra. Tốc độ tính toán của nó trực tiếp xác định hiệu suất phản hồi của PLC và thời gian thực hiện lệnh của PLC công nghiệp phổ thông có thể đạt đến mức micro giây.

Ký ức:được chia thành bộ nhớ hệ thống và bộ nhớ người dùng. Bộ nhớ hệ thống được sử dụng để lưu trữ hệ điều hành, chương trình điều khiển và phần mềm cốt lõi khác của PLC, đảm bảo hoạt động cơ bản của thiết bị. Bộ nhớ người dùng được dành riêng để lưu trữ các chương trình điều khiển bằng văn bản của người dùng (như logic quy trình sản xuất, cơ chế xử lý lỗi) và dữ liệu tạm thời (như thông số vận hành thiết bị, đếm kết quả), hỗ trợ sửa đổi và cập nhật chương trình.

Mô-đun đầu vào/đầu ra (I/O): “Cầu nối” giữa PLC và các thiết bị bên ngoài, cho phép chuyển đổi tín hiệu hai chiều. Mô-đun đầu vào chịu trách nhiệm chuyển đổi tín hiệu tương tự (chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất) hoặc tín hiệu số (chẳng hạn như tín hiệu bật{1}}tắt) từ các cảm biến (chẳng hạn như công tắc quang điện, cảm biến nhiệt độ), nút, núm xoay và các thiết bị khác thành tín hiệu điện được PLC nhận biết. Mô-đun đầu ra chuyển đổi kết quả tính toán của CPU thành tín hiệu điều khiển mà các bộ truyền động bên ngoài có thể nhận được (chẳng hạn như động cơ, van điện từ, đèn báo), hoàn thành quy trình-vòng kín của "thực thi quyết định nhận thức".

Mô-đun nguồn:Cung cấp nguồn điện làm việc ổn định cho toàn bộ hệ thống PLC, thường chuyển đổi nguồn điện xoay chiều (như AC 220V) từ các khu công nghiệp sang nguồn DC (như DC 24V) theo yêu cầu nội bộ của PLC. Nó cũng có chức năng bảo vệ quá áp và quá dòng để đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp phức tạp.

Mô-đun truyền thông:hiện thực hóa khả năng kết nối giữa PLC và các thiết bị khác, hỗ trợ các giao thức truyền thông công nghiệp chính thống như PROFINET, Modbus, EtherNet/IP, v.v. Thông qua mô-đun giao tiếp, PLC có thể được kết nối mạng với màn hình cảm ứng, máy tính công nghiệp, hệ thống MES (hệ thống thực thi sản xuất) hoặc các PLC khác để trao đổi dữ liệu và điều khiển từ xa, đặt nền tảng cho sản xuất thông minh.

Hệ thống phần mềm của PLC được chia thành phần mềm hệ thống và phần mềm người dùng. Phần mềm hệ thống được nhà sản xuất cài đặt sẵn và chịu trách nhiệm về trình điều khiển phần cứng, biên dịch chương trình và chẩn đoán hệ thống. Phần mềm người dùng là chương trình điều khiển được các kỹ sư viết dựa trên yêu cầu sản xuất. Các phương pháp lập trình chủ đạo bao gồm sơ đồ bậc thang (LD), văn bản có cấu trúc (ST), sơ đồ khối chức năng (FBD), v.v. Trong số đó, sơ đồ bậc thang đã trở thành phương pháp lập trình được sử dụng phổ biến nhất trong các khu công nghiệp do mô phỏng các đặc tính của mạch điều khiển rơle truyền thống.

Logic cốt lõi của điều khiển phần mềm là "điều khiển thời gian và vận hành logic" - các kỹ sư chuyển đổi quy trình sản xuất thành các mối quan hệ logic như "VÀ", "HOẶC" và "KHÔNG" hoặc các quy tắc về thời gian như "độ trễ" và "đếm" thông qua lập trình. CPU của PLC thực thi các quy tắc này theo thứ tự đặt trước để đạt được khả năng kiểm soát tự động quá trình sản xuất. Ví dụ, trong dây chuyền sản xuất nước đóng chai, logic rót tự động có thể được hoàn thành bằng cách cài đặt chương trình "khởi động máy rót với độ trễ 0,2 giây khi cảm biến quang điện phát hiện chai và dừng sau khi rót trong 3 giây".

PLC không chỉ là một thiết bị mà còn là hiện thân của các ý tưởng điều khiển công nghiệp. Nó không chỉ đạt được bước nhảy vọt trong quá trình sản xuất từ ​​“vận hành thủ công” sang “điều khiển logic” mà còn thúc đẩy toàn bộ ngành sản xuất hướng tới sự phát triển thông minh, linh hoạt và hiệu quả.