Chương trình này đã được người phát sóng đánh dấu là "Sạch".
Giới thiệu
01
Đây là tập đầu tiên trong một loạt 8 tập.
02
Loạt chương trình này nói về các bộ điều khiển logic lập trình, hay còn gọi là PLC.
Bạn hỏi, PLC là gì?
Nói ngắn gọn, nó là một thiết bị điều khiển công nghiệp lập trình đa năng.
Chúng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp tại các nhà máy, các công ty dịch vụ công cộng và bất cứ nơi nào cần điều khiển máy móc công nghiệp.
03
Chúng là một hệ thống tích hợp hoàn toàn gồm phần cứng, phần mềm và môi trường phát triển được thiết kế đặc biệt cho thiết bị công nghiệp tự động.
Có lẽ dễ nhất là mô tả chúng bằng cách cung cấp một chút bối cảnh lịch sử về những gì đã xảy ra trước đó.
04 Những ngày đầu của tự động hóa
Bạn có thể đã nghe nói về máy dệt Jacquard của thế kỷ 19 đầu tiên và việc sử dụng thẻ lỗ đối với nó, là một trong những công nghệ cuối cùng dẫn đến tính toán.
Tuy nhiên, đối với mục đích của chúng ta ở đây, ý nghĩa của nó là nó là một dạng tự động hóa kiểm soát công nghiệp sớm, vì cuối cùng nó đang kiểm soát một máy trong nhà máy.
05
Đối với các loại máy khác, một phương tiện hoàn toàn cơ khí phổ biến để có các bộ phận của một máy phức tạp di chuyển một cách phối hợp là thông qua việc sử dụng trục và cam.
Một loạt cam đặt trên một trục hoặc một tập hợp các trục kết nối bằng các bánh răng, có thể di chuyển các bộ phận của một máy, mở hoặc đóng van, và nói chung phối hợp các bộ phận của một máy.
Với sự lan truyền của việc sử dụng điện trong các nhà máy vào đầu thế kỷ 20, giờ đây có thể sử dụng công nghệ điện mới để thực hiện các chức năng kiểm soát và tự động hóa.
06 Nền tảng của logic mạch điện
Tôi sẽ cần giải thích một số thuật ngữ điện cơ học ở đây vì việc hiểu các thuật ngữ và khái niệm này là cần thiết để hiểu PLCs, bởi vì PLCs là sự tiến hóa của các tiền nhiệm và sử dụng cùng các thuật ngữ.
Điều tiền nhiệm của PLCs là những gì thường được gọi là "lוגic rơle".
Điều gì là một rơle?
Một rơle là một thiết bị điện cơ học đáp ứng và điều khiển dòng điện.
Một rơle có một "cuộn dây" - như tên gọi, đó là một cuộn dây dây dẫn dẫn điện.
Khi bạn cung cấp năng lượng cho cuộn dây, tức là áp dụng dòng điện vào nó, nó tạo thành một nam châm điện từ.
08
Nam châm điện từ này hút một nam châm di động.
Nam châm di động là một mảnh kim loại di chuyển được thu hút bởi cuộn dây khi nó được cung cấp năng lượng.
Quá trình kích hoạt được gọi là đóng.
Quá trình vô hiệu hóa được gọi là mở.
Những trạng thái này còn có tên gọi khác là "kéo vào" và "ngắt ra" tương ứng.
09
Cuộn dây chuyển động được gắn vào một hoặc nhiều tiếp điểm.
Bạn có thể xem một tiếp điểm như một công tắc.
Khi công tắc được xoay theo một hướng, đường dẫn điện được đóng và dòng điện có thể lưu thông.
Khi nó được xoay theo hướng khác, đường dẫn điện bị đứt và dòng điện bị gián đoạn.
10
Tiếp điểm có thể là mở ban đầu, trong trường hợp đó đường dẫn được đóng và dòng điện có thể lưu thông khi công tắc được kích hoạt.
Hoặc, chúng có thể được đóng bình thường, trong trường hợp đó đường dẫn được đóng và dòng điện có thể lưu thông khi rơ-le tắt.
Một rơ-le có thể, và thường có, nhiều tiếp điểm, bao gồm cả tiếp điểm đóng bình thường và đóng bình thường.
Hãy nhớ những thuật ngữ này: cuộn dây, tiếp điểm, đóng bình thường và đóng bình thường.
11 Điều gì là rơ-le giữ nguyên trạng thái?
Có một loại rơ-le đặc biệt được gọi là rơ-le giữ nguyên trạng thái.
Điều này chỉ được sử dụng thỉnh thoảng trong các mạch điều khiển rơ-le, nhưng các khái niệm đằng sau nó sẽ trở nên quan trọng hơn khi chúng ta nói về PLC thực tế.
Một rơ-le giữ nguyên trạng thái có hai cuộn dây.
Một cuộn dây được sử dụng để bật hoặc "đặt" rơ-le.
Cuộn dây khác được sử dụng để tắt hoặc "khôi phục" bộ chuyển đổi.
12
Bộ chuyển đổi có cơ chế khóa cơ học hoặc nam châm được sử dụng để giữ bộ chuyển đổi ở vị trí đã đặt (hoặc bằng lời khác, vị trí đóng) ngay cả khi cuộn dây đặt mất điện năng.
Bạn phải cung cấp điện năng cho cuộn dây khôi phục để khôi phục hoặc "mở" bộ chuyển đổi.
Bộ chuyển đổi khóa cung cấp tương đương một "bit" bộ nhớ giữ trạng thái cuối cùng ngay cả khi điện năng đến máy bị tắt.
13
Bộ chuyển đổi khóa được sử dụng trong các ứng dụng mà điều quan trọng là mạch logic bộ chuyển đổi nhớ trạng thái cuối cùng của nó.
Mặc dù không thường xuyên được sử dụng trong mạch điều khiển bộ chuyển đổi do chi phí và độ phức tạp cao hơn, nhưng khái niệm này dự định được sử dụng rộng rãi hơn trong các chương trình PLC khi các lệnh đặt và khôi phục được cung cấp thực hiện chức năng tương đương trong phần mềm mà không có những cân nhắc về chi phí tương tự.
14
Do đó, các lệnh đặt và khôi phục dự định được sử dụng thường xuyên hơn trong các chương trình PLC so với khi chúng là các bộ chuyển đổi thực tế.
Thêm các thuật ngữ này vào danh sách những điều cần nhớ - khóa, mở khóa, đặt và khôi phục.
15 Điều gì là một Contactor?
Tôi sẽ đề cập đến một thuật ngữ khác ngay bây giờ, trong trường hợp nó xuất hiện sau này.
Đây là "contactor".
Một contactor cơ bản chỉ là một bộ chuyển đổi lớn.
Nó thường được sử dụng để điều khiển các tải điện lớn như động cơ và máy sưởi.
16
Các bộ chuyển đổi nhỏ hơn thường chỉ được gọi là "bộ chuyển đổi", hoặc đôi khi là "bộ chuyển đổi điều khiển".
Chúng được sử dụng để tạo ra các mạch logic hoặc điều khiển các tải điện nhỏ hơn như đèn hoặc van khí nén hoặc thủy lực.
Điều này có thể nghe có vẻ như nhiều từ chuyên ngành, nhưng hãy kiên nhẫn với tôi, tôi sẽ đưa ra so sánh với máy tính khi thích hợp.
17 thiết bị đầu vào và đầu ra
Nếu bạn muốn thực hiện một công việc hữu ích, bạn sẽ cần một số I/O.
Các thiết bị đầu vào điển hình bao gồm những thứ sau.
18
Nút bấm.
Đây là những nút mà người vận hành nhấn để ra lệnh cho máy thực hiện một hành động.
19
Công tắc chọn.
Đây là những công tắc thường được xoay để bật hoặc tắt và giữ nguyên vị trí.
Chúng có thể có nhiều vị trí, mỗi vị trí có thể kích hoạt một đầu vào riêng biệt.
20
Đèn báo hiệu. Đây là những đèn được sử dụng để cung cấp phản hồi cho người vận hành.
21
Công tắc giới hạn.
Đây là các công tắc cơ khí mà các bộ phận của máy kích hoạt, thay vì người vận hành kích hoạt chúng.
Điều này có thể được sử dụng để xác định vị trí của các bộ phận khác nhau của máy vào bất kỳ thời điểm nào.
22
Cảm biến gần.
Chúng cơ bản là công tắc giới hạn trạng thái rắn, đáng tin cậy hơn các công tắc cơ khí vì chúng ít bị hao mòn hơn.
Chúng thường được gọi tắt là "cảm biến gần".
23
Van solenoid.
Những thứ này giống như các bộ truyền năng lượng điện từ đó một cuộn dây điện từ được kích hoạt.
Tuy nhiên, thay vì kích hoạt một liên lạc điện khác, nó kích hoạt một van khí nén hoặc thủy lực.
Van này sau đó thường cho phép không khí hoặc chất lỏng thủy lực di chuyển một piston trong một xi lanh, điều này sau đó di chuyển một bộ phận cơ khí của máy.
Một máy thông thường sẽ có rất nhiều cảm biến gần và van solenoid.
Logic Relay 24
Tất cả các đầu vào và đầu ra này đều yêu cầu một số loại logic để phối hợp chúng.
Đây là nơi các relay điều khiển xuất hiện.
25
Nếu có một thiết bị điện tử có thể điều khiển một thiết bị điện khác nghe có vẻ giống như một transistor, thì có, relay tương đương với các transistor điện tử.
Tuy nhiên, trong khi transistor là một phát minh giữa thế kỷ 20, công tắc ngày từ giữa thế kỷ 19.
26
Giống như transistor, có thể mã hóa logic vào một mạng lưới các dây nối công tắc với nhau, cùng với đầu vào từ công tắc và các thiết bị đầu vào khác.
Bằng cách nối các cảm biến và công tắc với nhau theo thứ tự đúng, có thể tạo ra các chuỗi hoạt động tương đối phức tạp để điều khiển một máy một cách tự động.
27 Logic Boolean của Công tắc
Nối các tiếp điểm của công tắc theo chuỗi tạo ra điều kiện "và".
Nối chúng theo song song tạo ra điều kiện "hoặc".
Sử dụng các tiếp điểm công tắc đóng thường tạo ra điều kiện "không".
Bằng cách đưa các tiếp điểm của chính công tắc trở lại mạch dẫn đến cuộn dây của nó, có thể để cho công tắc ghi nhớ trạng thái của chính nó.
Mỗi lần truyền có thể được xem như một phần logic trong một mạch logic Boolean.
28 Đồng hồ và Đếm
Các lần truyền thời gian đặc biệt có thể được sử dụng để tạo ra một sự chậm trễ thời gian giữa việc kích hoạt hoặc ngắt điện của lần truyền và việc tiếp xúc đóng hoặc mở.
Một đồng hồ chậm trễ sau khi kích hoạt là một "đồng hồ chậm trễ khi bật".
Một đồng hồ chậm trễ sau khi ngắt điện là một "đồng hồ chậm trễ khi tắt".
29
Các đồng hồ thời gian thường là khí động.
Chúng có một cái bì nhỏ bằng cao su mà không khí rò rỉ chậm qua một lỗ có thể điều chỉnh.
Cái bì sẽ ngăn chặn lần truyền mở hoặc đóng, tùy thuộc vào loại, cho đến khi đủ không khí rò rỉ ra để nó đóng hoặc mở.
Để đạt độ chính xác cao hơn hoặc thời gian trễ dài hơn, có thể sử dụng đồng hồ điều khiển bằng động cơ.
30
Các bộ đếm từ tính có thể được sử dụng để yêu cầu đầu vào bật hoặc tắt một số lần cụ thể trước khi kích hoạt đầu ra của bộ đếm.
Các bộ đếm thường sử dụng cơ chế răng cưa để đếm lên đến một giá trị trước đó được đặt trước khi kích hoạt.
31
Các bộ điều khiển thời gian và đếm sau đó sử dụng đồng hồ điện tử và bộ đếm, nhưng chúng xuất hiện tương đối muộn vào một thời điểm mà logic bộ điều khiển đang trên đà suy giảm.
32 Bảng điện
Một lượng lớn các bộ điều khiển sẽ được lắp đặt trên các bảng trong các hộp điện lớn, với các dây chạy giữa chúng, và cũng chạy ra các công tắc giới hạn, van và các thiết bị khác được lắp đặt trên máy.
33 Thiết kế mạch logic
Logic hoặc chương trình sẽ được mã hóa trong việc lựa chọn các thiết bị và các dây chạy giữa chúng.
Để thiết kế và ghi lại logic này, nhà thiết kế sẽ tạo bản vẽ điện.
Những bản vẽ này sẽ tuân theo hai phong cách khác nhau.
34
Theo một phong cách, hai dây điện, nóng và trung tính trong trường hợp điện xoay chiều, hoặc dương và âm trong trường hợp điện trực tiếp, được vẽ dưới dạng các đường thẳng đứng ở hai bên trang bản vẽ.
Những đường thẳng đứng này được gọi là "đường ray".
Sau đó, các dây điện sẽ được vẽ ngang qua trang từ trái sang phải, thể hiện các kết nối giữa nút bấm, công tắc và tiếp điểm của rơle đến các cuộn dây rơle hoặc đèn chỉ dẫn ở bên phải.
35
Các kết nối vật lý giữa cuộn dây rơle và tiếp điểm rơle thường không được thể hiện trên bản vẽ, mặc dù chúng có thể xuất hiện trong trường hợp của nút bấm hoặc công tắc chọn có nhiều tiếp điểm.
Thay vào đó, bạn sẽ dựa vào nhãn hoặc tên để biết tiếp điểm nào liên quan đến cuộn dây rơle, công tắc giới hạn hoặc nút bấm nào.
36
Có các quy ước đặt tên tiêu chuẩn cho các thiết bị mà tôi sẽ không đề cập ở đây.
Tuy nhiên, điều này có nghĩa là các cuộn dây chuyển tiếp có thể nằm trên một trang trong tập bản vẽ, và các điểm tiếp xúc có thể ở bất kỳ nơi nào khác trong tập bản vẽ.
Theo quy ước, người ta viết một tham chiếu chéo bên cạnh cuộn dây chuyển tiếp để liệt kê nơi các điểm tiếp xúc của nó được sử dụng trong bản vẽ.
37 bậc thang
Về mặt thực tiễn, điều này có nghĩa là bản vẽ logic có xu hướng mang hình dạng của nhiều tập hợp độc lập các đường dây và điểm tiếp xúc ngang, trông khá giống các bậc thang.
Do đó, những bản vẽ này được biết đến với tên gọi "bản vẽ thang" hoặc "bản vẽ bậc thang".
Các yếu tố ngang được gọi là "bậc thang".
38 biểu tượng tiêu chuẩn
Mỗi loại thiết bị có một biểu tượng tiêu chuẩn, để bạn có thể nhìn một cái và biết ngay đó là gì.
Ví dụ, một cuộn kích hoạt là một vòng tròn.
Một điểm tiếp xúc kích hoạt mở thông thường là hai đường thẳng ngắn phân chia một đoạn ngắt trong mạch dây.
Một điểm tiếp xúc kích hoạt đóng thông thường chỉ là một điểm tiếp xúc mở thông thường với một đường chéo vẽ qua nó.
39 Dòng logic
Theo quy ước, các bản vẽ được đọc từ trên xuống dưới, từ trái sang phải.
Trong thực tế, các hoạt động có thể xảy ra song song và bạn phải cẩn thận để tránh đưa ra điều được gọi là một "chạy tiếp sức" nơi kết quả của một hoạt động phụ thuộc vào việc hoàn thành đầu tiên trong hai hoạt động song song.
Một cuộc chạy tiếp sức có thể tạo ra kết quả không thể đoán trước tùy thuộc vào hoạt động nào hoàn thành trước và do đó phải tránh.
40
Các kỹ sư, kỹ thuật viên và thợ điện được mong đợi trở nên thành thạo trong việc đọc và hiểu những sơ đồ bậc thang này để thiết kế và khắc phục sự cố thiết bị.
Đối với một người có kinh nghiệm trong lĩnh vực này, việc đọc và hiểu các sơ đồ này trở thành bản năng thứ hai.
41 Sơ đồ DIN
Tôi đã đề cập đến việc có hai phong cách sơ đồ.
Phong cách khác được gọi là DIN, viết tắt của Deutsches Institut fur Normung, hay Viện Tiêu chuẩn Đức bằng tiếng Anh.
Đây cơ bản chỉ là một sơ đồ bậc thang được lật ngược, với các đường ray chạy ngang từ trái sang phải, và các bậc chạy dọc từ trên xuống dưới.
Tôi đã đề cập đến sơ đồ DIN ở đây để đầy đủ, nhưng ngay cả những quốc gia vẫn sử dụng sơ đồ phong cách DIN để ghi lại đường dây cũng sử dụng các bậc thang dọc khi logic bậc thang chuyển thành điện tử.
42 So sánh với Cổng Logic Điện tử
Nếu bạn quen thuộc với các cổng logic điện tử và, hoặc, nand, và nor, một số khái niệm trên sẽ quen thuộc với bạn.
Một số khái niệm thực sự tương đồng.
Tuy nhiên, các quy ước điện cơ này xuất hiện trước khi có trạng thái rắn.
43
Các bản vẽ cũng tuân theo những nguyên tắc hoàn toàn khác biệt.
Trong khi các bản vẽ cổng logic trạng thái rắn hiển thị đầu vào và đầu ra trên một thiết bị duy nhất được nhóm lại thành một khối duy nhất với các kết nối phức tạp, các bản vẽ thang điện tách chúng ra, điều này có một số hậu quả rất đáng kể.
44
Đầu tiên, nó làm đơn giản hóa đáng kể việc vẽ các kết nối.
Thứ hai, nó cho phép nhóm đầu vào và đầu ra theo chức năng thay vì theo gói vật lý.
Thứ ba, nó cho phép các bản vẽ được trải rộng trên nhiều tờ giấy tiêu chuẩn nhỏ hơn, điều này cho phép xem một bộ sưu tập chức năng của các thang liên quan trong một cái nhìn duy nhất.
Ba yếu tố này sẽ có ý nghĩa to lớn khi các bộ chuyển đổi vật lý được thay thế bằng phần mềm.
--------------------
Nguồn gốc và sự phát triển lịch sử 45
Nguồn gốc
Không ai dường như biết khi nào hoặc ở đâu logic mạch công nghiệp được giới thiệu lần đầu tiên.
Những ước tính tốt nhất dường như nói rằng vào một thời điểm nào đó sau khi điện khí hóa nhà máy lan rộng vào đầu thế kỷ 20.
Tự động hóa trong thời đại hơi nước dường như dựa chủ yếu vào hình dạng của các bánh răng cơ học được lắp trên trục để điều chỉnh hoạt động của máy.
Hầu hết các nguồn dường như khá tự tin rằng logic mạch đã phổ biến vào những năm 1940 hoặc 1950.
46 Nhà nước rắn
Việc giới thiệu transistor không ngay lập tức thay thế các bộ chuyển đổi cho mục đích điều khiển.
Các bộ chuyển đổi có khả năng xử lý lượng điện năng đáng kể trực tiếp, cho phép chúng giao tiếp trực tiếp với đầu vào và đầu ra.
Các bộ chuyển đổi vẫn cần các bộ chuyển đổi trung gian bất kể thế nào, làm tăng số lượng linh kiện và phức tạp hóa hệ thống với lợi ích nhỏ.
47
Có các mô-đun logic trạng thái rắn được phát triển đặc biệt để thay thế các bộ chuyển đổi trong logic điều khiển, nhưng những thứ này không được sử dụng rộng rãi.
Những mô-đun logic trạng thái rắn này vẫn yêu cầu các kết nối dây giữa chúng, hạn chế những lợi thế của chúng so với các bộ chuyển đổi điện cơ.
Một số gia đình các bộ chuyển đổi điều khiển điện cơ đã được phát triển bởi nhiều công ty, và những thứ này có xu hướng rất bền bỉ và đáng tin cậy, mặc dù khá đắt.
48 Kết luận
Trong tập này, tôi đã đề cập đến những điều sau đây.
Một bộ chuyển đổi là gì.
Thiết bị đầu vào và đầu ra phổ biến.
Cách sử dụng bộ chuyển đổi để tạo ra hệ thống logic Boolean.
Thiết kế hệ thống logic bộ chuyển đổi và bản vẽ điện được sử dụng để ghi lại chúng.
Lịch sử ngắn gọn về hệ thống logic bộ chuyển đổi.
49 thuật ngữ cần nhớ.
Dưới đây là một số thuật ngữ bạn có thể muốn ghi nhớ.
Bộ điều khiển logic lập trình, còn được gọi là "PLC".
Bộ chuyển đổi điều khiển.
Cuộn
Liên hệ
Mở bình thường
Đóng bình thường
50
Khóa
Mở khóa
Đặt
Khôi phục lại
51
Về đồng hồ chậm
Về đồng hồ tắt chậm
Về đếm
Về nút nhấn
Về đèn dẫn đường
Về công tắc giới hạn
Về công tắc gần, còn được gọi là "proxes"
Về sơ đồ thang máy
Ngăn thang
Bước thang
Tập đoạn tiếp theo
Trong tập đoạn tiếp theo, tôi sẽ thảo luận về:
Nguồn gốc của PLC
Cách chúng tiến hóa từ logic chuyển đổi.
Làm thế nào và tại sao các rơle vật lý và dây nối trở thành các rơle ảo trong phần mềm.
53
Bạn có nghĩ lập trình hình ảnh hoặc đồ họa là điều mới mẻ?
Nghe tập tiếp theo và phát hiện ra rằng con người đã làm điều đó trong các nhà máy cách đây nửa thế kỷ, vào thời điểm bạn vẫn đang cố gắng để chương trình Fortran đầu tiên của mình chạy trên một máy chủ.
54
Đây là tập đầu tiên trong loạt 8 tập.
--------------------