Chương 4. Các bộ điều khiển dựa trên vi xử lý và vi điện tử

4.5 Các bộ điều khiển logic khả trình

Một bộ điều khiển logic khả trình (PLC – Programmable Logic Controller) là một thiết bị điều khiển dựa trên vi xử lý được thiết kế cho các cài đặt công nghiệp (vỏ bọc, thiết bị đầu cuối, chịu ảnh hưởng môi trường, chấp nhận lỗi) trong một bảng ngắt công suất để điều khiển máy móc hay một quá trình công nghiệp. Nó bao gồm một CPU với các bộ nhớ và một giao diện I/O đặt trong một hộp hoặc trong các mô-đun được chốt trong một cơ cấu và được nối với các kênh riêng. Hộp này bắt đầu với khoảng 16 giao diện I/O, trong khi thiết kế mô-đun có thể có hàng ngàn giao diện I/O. Các đầu vào độc lập thường chấp nhận mức logic công nghiệp, điện áp 24 V DC hay AC mang lưới, trong khi các đầu ra thường được cung cấp hoặc với các công tắc trạng thái hoàn toàn độc lập (24 V cho các van hoặc công tắc sôlênôit) hoặc với các rơ-le. Các bảng đầu vít cho phép nối ghép dễ dàng, cái mà được ưa thích trong các PLC để mắc chúng với các hệ thống cần điều khiển. Các mức logic I/O có thể hiển thị với đèn LED gần thiết bị đầu cuối.

Khi các PLC được dùng thường xuyên thay thế các rơ-le, chúng thực hiện các phép toán Boolean (bit, logic) và các chức năng định thời/đếm (thiết bị tự động trạng thái hữu hạn). I/O tương tự, số nguyên hoặc số dấu phẩy động, các đầu ra PWM, và RTC được bổ sung trong các PLC hiện đại. Một PLC hoạt động bởi một chương trình được quét liên tục, như mã máy, được dịch bởi một bộ vi xử lý nhúng (CPU). Thời gian quét là thời gian để kiểm tra trạng thái đầu vào, để thực hiện tất cả các nhánh (tất cả các nấc thang riêng biệt của một biểu đồ bậc thang) của một chương trình bằng cách dùng các biến số bit bên trong (biến trạng thái), và để cập nhật các trạng thái đầu ra. Thời gian quét là độc lập với độ phức tạp của chương trình (cỡ hàng mili giây hoặc hàng chục ms). Thao tác quét tiếp theo liền ngay thao tác trước (chạy tự do) hoặc bắt đầu một cách định kỳ.

Ngôn ngữ lập trình cho các PLC được miêu tả trong chuẩn IEC-1131-3:

LD – biểu đồ bậc thang (xem hình 4.5)

IL – danh sách lệnh (một chương trình hợp ngữ)

SFC – biểu đồ chức năng dãy (thường được gọi bằng cái tên riêng GRAFCET)

ST – văn bản có cấu trúc (tương tự một ngôn ngữ bậc cao)

FBD – sơ đồ khối chức năng

HÌNH 4.5 Ví dụ về biểu đồ bậc thang PLC:
000.xx/010.xx – nhóm địa chỉ của đầu vào/đầu ra, TIM000 – bộ định thời trễ 5 s, 000.00 – đầu vào mở tiếp xúc thông thường, 000.02 – đầu vào đóng tiếp xúc thông thường

Các PLC được lập trình dùng các công cụ dịch chéo và gỡ lỗi chạy trên một PC hay với các thiết bị lập trình (thường dùng với IL), cả hai được nối bằng một đường nối tiếp. Các bảng điều khiển từ xa có thể được dùng như một giao diện người – máy. Một khái niệm thay thế mới (được gọi là SoftPLC) bao gồm các mô-đun I/O giống như PLC được điều khiển bởi một máy tính PC công nghiệp, có sẵn một bảng điều khiển cảm ứng.