PLC Inputs and Outputs

1. Tổng quan về PLC I/O

Bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC) là một thiết bị điện tử kỹ thuật số dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ không bay hơi có thể lập trình để lưu trữ các hướng dẫn do người dùng xác định và thực hiện các chức năng điều khiển cụ thể như logic lập trình và giải trình tự, thời gian, đếm và số học Kiểm soát các hệ thống cơ điện khác nhau và các quy trình công nghiệp. Là người dùng, bạn có thể lập trình PLC bằng thiết bị lập trình như màn hình cầm tay (HHM) hoặc máy tính cá nhân được kết nối với PLC thông qua cáp LAN. Ngày nay, PLC được coi là xương sống của tự động hóa công nghiệp trên toàn cầu.

Giống như bất kỳ thiết bị điện tử nào khác, bộ điều khiển PLC cần được cung cấp đầu vào để mang lại đầu ra. Ví dụ: bạn có thể nhấn nút nhấn trên bảng điều khiển PLC để khởi động động cơ. Trong trường hợp này, PushButton là thiết bị đầu vào PLC trong khi động cơ là thiết bị đầu ra. Tuy nhiên, nguyên tắc làm việc của một hệ thống PLC không đơn giản như vậy. Vì để kiểm soát một quy trình hoặc máy móc, hệ thống PLC phải được trang bị các module đầu vào và đầu ra điện tử tinh vi (I/O). Các moduleI/O này giao diện CPU PLC với thế giới thực, hay đúng hơn là các thiết bị đầu vào/đầu ra trường

Các moduleđầu vào thu thập dữ liệu từ tất cả các thiết bị đầu vào trường và truyền nó đến bộ xử lý PLC (CPU) dưới dạng tín hiệu điện áp hoặc hiện tại. Các tín hiệu nhận được là các đầu vào PLC. CPU sau đó xử lý thông tin nhận được dưới dạng dữ liệu được lập trình sẵn, nó sử dụng cùng với kết quả thực thi logic được lập trình của nó để kiểm soát các thiết bị đầu ra trường thông qua các mô-đun đầu ra. Do đó, các đầu ra PLC là các lệnh điều khiển thích hợp mà CPU PLC gửi ra để điều khiển/vận hành các thiết bị vật lý khi thực hiện chương trình người dùng từ bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM). Sơ đồ khối bên dưới minh họa nguyên tắc hoạt động của hệ thống PLC:

Hình 1. Cấu trúc đơn giản của 1 hệ thống PLC.

– Phân loại theo dạng tín hiệu ngõ vào (input) và dạng tín hiệu ngõ ra (output):

Digital PLC I/O.
Analog PLC I/O.

– Phân loại theo cấu tạo:

PLC I/O tích hợp (Monolithic I/O)
PLC I/O module (Discrete I/O)
PLC I/O truyền thông (Communication I/O)

2. Digital PLC input

Đầu vào kỹ thuật số là loại đầu vào phổ biến nhất trong các hệ thống PLC; Do thực tế là PLC là chính các thiết bị điện tử kỹ thuật số, do đó, chúng có thể dễ dàng xử lý các tín hiệu kỹ thuật số. Đầu vào PLC kỹ thuật số về cơ bản là tín hiệu nhị phân có bật hoặc tắt và được áp dụng cho bộ xử lý PLC từ một thiết bị đầu vào kỹ thuật số. Khái niệm về tín hiệu kỹ thuật số dựa trên hệ thống số nhị phân, chỉ bao gồm hai chữ số có thể, 1 hoặc 0. trong đó 1 đại diện cho trạng thái cao và 0 cho thấy trạng thái thấp. Tuy nhiên, trong hầu hết các PLC, các tín hiệu cao không được biểu thị bằng 1VOLT mà bởi 24Volts DC, vì PLC thường hoạt động 24V DC. Trong trường hợp như vậy, PLC sẽ biểu thị mức cao ở phía đầu vào của nó nếu điện áp đầu ra của thiết bị đầu vào là 24V DC.

Các module đầu vào kỹ thuật số trong các hệ thống PLC sử dụng các đầu vào kỹ thuật số để xác định trạng thái (nghĩa là bật hoặc tắt) của các thiết bị đầu vào cụ thể.

Hình 2. PLC Digital input.

Ví dụ: nếu một module đầu vào PLC nhất định có điện áp hoạt động là 24Volts DC và nó sẽ nhận được tín hiệu đầu vào 0V DC thì nó sẽ xác định trạng thái của thiết bị được kết nối là TẮT. Trong khi đó, tín hiệu đầu vào DC 24V cho module đầu vào PLC đó sẽ chỉ ra trạng thái BẬT của thiết bị. Các mô-đun đầu vào PLC kỹ thuật số này thường xác định trạng thái của các thiết bị đầu vào trường theo các cách khác nhau bao gồm:

General Status: TRUE/FALSE, HIGH/LOW, and 1/0.
Load Condition: ON/OFF.
SwitchingMechanism: energized/de-energized, activated/deactivated.
Switching Contact Status: CLOSED/OPEN.

3. Digital PLC Inputs

Các thiết bị đầu vào kỹ thuật số cung cấp tín hiệu đầu vào kỹ thuật số cho hệ thống PLC thông qua các mô -đun đầu vào kỹ thuật số. Một số thiết bị đầu vào kỹ thuật số phổ biến nhất mà bạn có thể gặp trong hầu hết các ứng dụng PLC bao gồm:

3.1. Nút nhấn Start/Stop

Hình 3. Nút nhấn đấu nối PLC .

Nút nhấn Start/Stop thường được đặt trong bảng điều khiển PLC. Chúng hoạt động bằng cách thực hiện đóng ngắt kết nối. Do đó, chúng được phân loại là thường đóng (NC) hoặc thường mở (không). Khi một nút nhấn NO được kết nối với mô -đun đầu vào kỹ thuật số, nó sẽ tạo ra một mạch logic mở mà không có tính liên tục điện, do đó, dòng điện không thể chảy qua. Mặt khác, khi bạn kết nối nút nhấn bình thường (NC) với module đầu vào PLC kỹ thuật số, nó sẽ tạo ra một mạch logic đóng với tính liên tục điện. Điều này cho phép dòng điện chạy qua mạch logic được tạo.

3.2. Cảm biến tiệm cận

Hình 4. Cảm biến tiệm cận đấu nối PLC .

Các cảm biến tiệm cận trong PLC được sử dụng để phát hiện sự hiện diện hoặc vắng mặt của các đối tượng mục tiêu gần đó mà không tiếp xúc. Thay vào đó, nó xác định những thay đổi trong tín hiệu trở lại của chùm tia điện từ phát ra (như ánh sáng hồng ngoại) hoặc trường điện từ để phát hiện sự hiện diện hoặc vắng mặt của các mục tiêu. Các đối tượng mục tiêu khác nhau với các thuộc tính vật liệu khác nhau đòi hỏi các loại cảm biến gần nhau khác nhau. Ví dụ, việc phát hiện các mục tiêu kim loại trong các quy trình chế tạo công nghiệp đòi hỏi phải sử dụng các cảm biến tiệm cận quy nạp. Đối với các mục tiêu nhựa xem xét sử dụng các cảm biến tiệm cận điện dung. Giống như các công tắc, các cảm biến tiệm cận cung cấp đầu ra nhị phân và đó là lý do tại sao đôi khi chúng được gọi là các công tắc gần. Ví dụ, trạng thái của cảm biến quang điện (cảm biến gần gần) sẽ thay đổi từ thấp đến cao khi ánh sáng hồng ngoại phát ra đánh vào máy thu của cảm biến. Một cảm biến như vậy sử dụng một diode phát sáng (LED) làm bộ phát hồng ngoại và photodiodes/ phototransistors làm máy thu. Tương tự, các cảm biến tiệm cận PNP và NPN cũng là những ví dụ tốt về các thiết bị đầu vào kỹ thuật số cung cấp tín hiệu đầu vào điện áp cao hoặc thấp cho hệ thống PLC. Chẳng hạn, cảm biến PNP sẽ cung cấp tín hiệu điện áp cao trong việc phát hiện vật thể và tín hiệu điện áp thấp khi không phát hiện mục tiêu. Mặt khác, các cảm biến NPN cho đầu ra điện áp thấp trong việc phát hiện một vật thể vì chúng mặc định ‘ON’. Nhưng nó sẽ cung cấp tín hiệu điện áp cao khi đối tượng đích bị loại bỏ khỏi phạm vi phát hiện của chúng.

3.3. Công tắc hành trình

Hình 5. Công tắc hành trình đấu nối PLC.

Công tắc hành trình thay đổi trạng thái của chúng bất cứ khi nào đạt được giới hạn được chỉ định hoặc xác định trước. Chúng được sử dụng trong các hệ thống điều khiển PLC để chỉ định các điểm dừng quá trình. Có nhiều công tắc hành trình có sẵn để sử dụng với PLC, điều này cho phép người dùng linh hoạt chọn số lượng vật lý mà họ muốn giới hạn. Các công tắc hành trình có sẵn bao gồm:

Temperature Limit switches or thermostats: Các chuyển đổi này theo dõi sự thay đổi nhiệt độ trong hệ thống điều khiển PLC bằng cách chỉ ra khi đạt được nhiệt độ tối thiểu hoặc tối đa. Bộ điều nhiệt có thể được đóng bình thường (NC) hoặc thường mở (NO) tùy thuộc vào loại ứng dụng công nghiệp.
Pressure Limit Switches: chúng thay đổi trạng thái bất cứ khi nào chất lỏng hoặc khí trong thùng chứa đạt được áp suất đủ cao được chỉ định. Vì lý do này, chúng chủ yếu được sử dụng trong các thùng chứa chất lỏng hoặc khí nơi điều hòa áp lực là rất quan trọng. Các công tắc giới hạn áp suất thường mở (NO) hoặc thường được đóng (NC).
Level Limit Switches: Các công tắc cấp độ còn được gọi là cảm biến mức, được sử dụng để điều chỉnh chiều cao của chất lỏng trong một thùng chứa, thường là một bể. Chúng chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống PLC kiểm soát mức chất lỏng kết hợp với các van đầu vào và đầu ra.

4. Analog PLC Inputs

Hình 6. PLC Analog input.

Đầu vào PLC tương tự là tín hiệu liên tục từ các thiết bị đầu vào trường đến CPU PLC thông qua các mô -đun đầu vào tương tự. Chúng được đặc trưng bởi các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện có phạm vi giá trị không chỉ là 1 hoặc 0. Ví dụ, tín hiệu đầu vào tương tự mà PLC nhận được có thể là tín hiệu 12 bit hoặc 13 bit. Do đó, đầu vào PLC tương tự tồn tại khi các giá trị dòng điện hoặc điện áp nhận được từ cảm biến đầu vào tương ứng với số thập phân.

Nói chung, các mô-đun đầu vào tương tự trong các hệ thống điều khiển PLC đo các tín hiệu dòng điện và điện áp từ các thiết bị đầu vào trong phạm vi tiêu chuẩn 0-20 mA (milliamperes), 4-20 mA, 1-5 VDC (Volts DC), 0-10 VDC , vv, tương ứng. Vì vậy, một thiết bị đầu vào tương tự được kết nối sẽ cung cấp các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện cho mô -đun đầu vào tương tự với bất kỳ giá trị không liên tục nào trong các giới hạn được chỉ định.

Lưu ý: Điện áp và tín hiệu là các loại tín hiệu đầu vào PLC tương tự được sử dụng phổ biến nhất, nhưng bạn vẫn có thể áp dụng các loại tín hiệu tương tự khác cho PLC làm đầu vào. Đầu vào tương tự chế độ điện áp trong PLC được sử dụng rộng rãi trong cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ chói và cảm biến khoảng cách. Trong khi các đầu vào plc tương tự chế độ hiện tại thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu truyền tín hiệu đường dài.

Một số ví dụ về thiết bị đầu vào tín hiệu tương tự trong PLC:

5.1. Thermocouple Sensors

Hình 7. Cảm biến nhiệt độ đấu nối PLC.

Một cặp nhiệt điện là một loại cảm biến được sử dụng để phát hiện sự thay đổi nhiệt độ. Nó bao gồm hai dây kim loại không giống nhau (được gọi là dây nhiệt), được nối ở một đầu để tạo thành một điểm nối nóng từ nơi đo nhiệt độ. Trong khi các đầu tự do của hai dây không giống nhau tạo thành đường nối lạnh, cung cấp nhiệt độ tham chiếu cho các phép đo cặp nhiệt điện tại ngã ba nóng.

Làm nóng hoặc làm mát của ngã ba nóng tạo ra một điện áp nhiệt điện tương quan với các phép đo nhiệt độ của cặp nhiệt điện. Các tín hiệu điện áp nhiệt được tạo ra thường là các tín hiệu tương tự nhỏ chỉ có thể được đo trong phạm vi millivolt (MV). Do đó, nếu được cấu hình đúng, một cặp nhiệt điện có thể cung cấp các phép đo nhiệt độ trên một phạm vi rộng của các giá trị.

Do tính linh hoạt của chúng như các cảm biến nhiệt độ, các cặp nhiệt điện thường được sử dụng trong một loạt các ứng dụng từ các tiện ích và các thiết bị thường xuyên đến sử dụng công nghiệp. Các cảm biến cặp nhiệt điện được sử dụng làm thiết bị đầu vào trường trong các hệ thống điều khiển PLC là các thiết bị mạnh mẽ được đặc trưng bởi độ tuyến tính và độ chính xác được cải thiện cũng như thời gian phản hồi nhanh hơn. Chúng cũng bao gồm các dây nhiệt của hợp kim kim loại được phát triển đặc biệt, giúp tăng khả năng đo các phạm vi nhiệt độ rộng hơn. Ví dụ, bạn sẽ thấy rằng một số cặp nhiệt điện được sử dụng trong PLC có thể đo nhiệt độ hoạt động rất cao lên tới 2912 (1600 ℃ White Heat) cho các ứng dụng công nghiệp đặc biệt.

5.2. Resistance Temperature Detectors (RTDs)

Hình 8. Nhiệt điện trở đấu nối PLC.

RTD là các thiết bị cảm biến nhiệt độ thụ động có giá trị điện trở thay đổi theo các biến thể theo nhiệt độ. Nó yêu cầu dòng điện bên ngoài để kích thích và họ không tạo ra đầu ra của riêng nó. Do đó, chúng được sử dụng với các thiết bị điện tử bên ngoài có thể đo điện trở RTD bằng cách cho phép một lượng nhỏ dòng điện đi qua phần tử điện trở của RTD.

Dòng điện chạy qua phần tử điện trở của RTD tạo ra giá trị điện trở, được đo bằng thiết bị điện tử bên ngoài. Thiết bị đo sau đó tương quan các giá trị điện trở thu được với nhiệt độ của nó, theo các đặc tính điện trở của phần tử điện trở của RTD đang được sử dụng.

RTD là các máy dò nhiệt độ phổ biến vì chúng thể hiện mối quan hệ tuyến tính nhất giữa các biến thể nhiệt độ của thiết bị bên ngoài và tín hiệu điện trở của chúng. Điều đó có nghĩa là, nếu nhiệt độ của thiết bị điện tử tăng lên, điện trở của cảm biến RTD cũng sẽ tăng tương ứng. Chúng cũng ổn định hơn, mạnh mẽ hơn và chính xác cao hơn so với các cảm biến cặp nhiệt điện.

Lưu ý: RTD dễ bị sưởi ấm vì chúng yêu cầu dòng kích thích từ các thiết bị điện tử bên ngoài. Do đó, lượng hiện tại kích thích được áp dụng cho các yếu tố điện trở RTD được giới hạn ở <1 mA đến 5 mA (milliamperes), để tránh nguy cơ tự làm nóng.

5.3. Cảm biến dịch chuyển

Cảm biến dịch chuyển cũng được gọi là cảm biến vị trí. Họ đo khoảng cách giữa một điểm tham chiếu cụ thể và vị trí của đối tượng đích. Vì vậy, chúng chắc chắn là các thiết bị đầu vào trường tương tự cung cấp một loạt các giá trị dịch chuyển cho các module đầu vào PLC tương tự. Chúng thường được sử dụng trong các quy trình chế tạo công nghiệp đòi hỏi mức độ chính xác cao hơn.

Các cảm biến dịch chuyển phổ biến bao gồm:

Chiết áp quay và tuyến tính: hai chiết áp này sử dụng nguyên tắc định luật của OHM để chỉ ra những thay đổi trong sự dịch chuyển của các đối tượng đích. Về vấn đề đó, bất kỳ thay đổi nào trong điện áp đầu ra của chúng thể hiện các biến thể khoảng cách của đối tượng đích. Các chiết áp quay trong các hệ thống PLC đo khoảng cách góc, vì vậy chúng được sử dụng khi các đối tượng đích thể hiện chuyển động quay (tròn). Trong khi đó, các chiết áp tuyến tính được sử dụng để đo khoảng cách của các vật thể bị dịch chuyển dọc theo một đường thẳng.
Máy biến áp vi phân biến tuyến tính: LVDT là một loại đầu dò cơ điện hoặc đúng hơn là một máy biến áp điện được sử dụng để đo độ dịch chuyển tuyến tính của đối tượng đích. Nó đạt được điều này bằng cách chuyển đổi chuyển động trực tràng của một đối tượng mục tiêu được ghép nối cơ học thành tín hiệu điện tương ứng. LVTD được sử dụng trong các hệ thống điều khiển PLC yêu cầu điện áp AC không đổi để thể hiện những thay đổi trong khoảng cách dọc theo một đường thẳng.

5. Digital PLC Outputs

Hình 9. Digital PLC output.

Đầu ra PLC kỹ thuật số là các mạch điều khiển chỉ sử dụng dữ liệu nhị phân (1 và 0) để cung cấp điều khiển CPU PLC đối với các thiết bị đầu ra trường. Do đó, một đầu ra PLC kỹ thuật số là một đầu ra kiểm soát nhị phân được xử lý từ PLC đến các thiết bị trường. Đầu ra PLC kỹ thuật số thường được sử dụng để cung cấp sơ đồ điều khiển bật hoặc tắt (mở hoặc đóng) cho bất kỳ thiết bị hoặc hệ thống nào được điều khiển bởi PLC được kết nối.

Các loại đầu ra kỹ thuật số:

Hình 10. a) Digital PLC relay output; b) Digital PLC transistor output; c) Digital PLC triac output.

Đầu ra PLC kỹ thuật số được phân loại thành ba loại là:

Đầu ra PLC rơle: Đầu ra rơle từ PLC được sử dụng để vận hành cả các thiết bị đầu ra trường DC (dòng điện trực tiếp) và AC (dòng điện xen kẽ). Chúng cung cấp kiểm soát điện trở thấp của tối đa 2A (ampe).
Đầu ra PLC bóng bán dẫn: Đầu ra bóng bán dẫn phụ thuộc vào điện áp và chúng chỉ có thể vận hành tải DC. Các hệ thống điều khiển PLC cung cấp đầu ra bóng bán dẫn chủ yếu được sử dụng trong mạch DC công suất thấp như trong bộ vi xử lý và trong các ứng dụng yêu cầu các hoạt động chuyển đổi nhanh hơn như điều khiển đèn.
Đầu ra của Triac PLC: Triac là một thuật ngữ có nghĩa là triode cho dòng điện xoay chiều (AC). Các bộ ba là các công tắc điện tử trạng thái rắn, dựa trên silicon được kích hoạt bởi một lượng nhỏ điện áp điều khiển từ PLC chẳng hạn. Nguyên tắc làm việc của họ tương tự như các bóng bán dẫn của MOSFET (bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn MOSFET (oxit kim loại). Đầu ra của Triac PLC là lý tưởng để kiểm soát tải AC công suất thấp như bộ khởi động động cơ, hệ thống chiếu sáng và bộ tiếp xúc.

Đầu ra PLC kỹ thuật số có thể được sử dụng để kiểm soát các thiết bị đầu ra trường sau:

5.1. Đèn báo

Hình 11. PLC điều khiển đèn.

Ví dụ đơn giản nhất về thiết bị đầu ra kỹ thuật số có thể được điều khiển bởi PLC là bóng đèn. Khi đầu ra kỹ thuật số từ PLC có thể bật bóng đèn hoặc tắt nó đi. Tương tự, các chỉ số như đèn thí điểm xanh/đỏ được điều khiển bởi các PLC bằng cách sử dụng nguyên tắc tương tự như điều khiển bóng đèn. Ví dụ, đầu ra PLC kỹ thuật số có thể bật đèn thí điểm màu đỏ để chỉ ra rằng máy/hệ thống được điều khiển không hoạt động.

5.2. Báo động

Báo động trong các hệ thống do PLC kiểm soát cung cấp thông báo về tính cấp bách cao hơn. Ví dụ, sừng, đèn đỏ nhấp nháy hoặc còi có thể chỉ ra sự xuất hiện của một tình trạng nguy hiểm trong hệ thống điều khiển PLC. Buzzer được sử dụng một cách sáng tạo trong các hệ thống điều khiển PLC bằng cách thay đổi các khoảng thời lượng hoặc bật/tắt của chúng. Một tiếng chuông chỉ đơn giản là một thiết bị điện tử tạo ra một âm thanh tần số khi được cung cấp bởi nguồn điện áp. Chúng phù hợp hơn để sử dụng làm báo động so với các chỉ số, bởi vì không ai muốn tiếng chuông vang lên 24 giờ mỗi ngày.

5.3. Bộ truyền động

Hình 12. PLC điều khiển động cơ.

Đây là các thiết bị chuyển đổi tín hiệu điện hoặc điều khiển thành chuyển động cơ học tuyến tính hoặc quay. Nói một cách đơn giản, một bộ truyền động dịch tín hiệu đầu ra kỹ thuật số từ PLC thành các hoạt động chuyển động thực tế. Bộ truyền động thường được kết nối với các nguồn điện áp AC hoặc DC công suất cao, nhưng chúng có cuộn dây cho phép điện áp DC nhỏ điều khiển chuyển đổi của chúng.

5.4. Van điện từ

Van điện từ chỉ đơn giản là một van cơ điện được điều khiển bằng điện. Hai loại van điện từ phổ biến nhất là hoạt động trực tiếp và hoạt động thí điểm. Thông thường, các van này được sử dụng để kiểm soát các hướng dòng chảy của chất lỏng trong hệ thống thủy lực và khí nén. Một van điện từ điển hình bao gồm một điện từ, là một cuộn điện có một pít tông sắt từ (lõi) có thể di chuyển được ở trung tâm của nó. Ở vị trí nghỉ ngơi của nó, pít tông thường đóng một lỗ. Nếu điện áp điều khiển DC được áp dụng cho điện từ từ PLC, thì nó sẽ đóng công tắc điện từ, kết nối điện từ với nguồn điện khác cho thấy dòng điện để đi qua cuộn dây. Điều này tạo ra một từ trường mạnh mẽ kéo piston lên trên vào khung của van, do đó mở lỗ. Khi điện áp điều khiển DC được loại bỏ khỏi mạch điện từ, pít -tông sẽ tiếp tục vị trí ban đầu bằng cách sử dụng lực lò xo. Đây là nguyên tắc cơ bản được sử dụng để mở và đóng các van điện từ được điều khiển PLC.

6. Một số ví dụ về thiết bị đầu ra tín hiệu tương tự trong PLC

Đầu ra PLC tương tự là tín hiệu thay đổi theo thời gian hoặc liên tục từ CPU PLC đến các thiết bị đầu ra trường. Về cơ bản, PLC cung cấp hai loại tín hiệu đầu ra tương tự hiện tại và điện áp. Do đó, đầu ra PLC tương tự có thể là tín hiệu hiện tại hoặc điện áp. Trong hầu hết các hệ thống PLC, các mô -đun đầu ra tương tự cung cấp điện áp hoặc tín hiệu hiện tại cho các thiết bị đầu ra trường trong phạm vi tiêu chuẩn ± 5 V (volt), ± 10 V, 0 ÷ 5V, 0 ÷ 10 V hoặc 4 ÷ 20 mA, tương ứng.

Đầu ra PLC tương tự chủ yếu được sử dụng để kiểm soát hoặc vận hành các thiết bị hiện trường trong môi trường công nghiệp. Ví dụ: bạn có thể cung cấp tín hiệu tham chiếu tốc độ đến ổ đĩa tần số thay đổi (VFD) bằng cách sử dụng đầu ra PLC tương tự. Ngoài ra, trong trường hợp bạn đang sử dụng hệ thống điều khiển PLC để đo áp suất của hệ thống đường ống, bạn có thể dễ dàng sử dụng đồng hồ đo áp suất tương tự làm thiết bị đầu ra trường để hiển thị các chỉ số áp suất. Ngoài ra, việc thực hiện các đầu ra PLC tương tự cũng có thể được nhìn thấy trong hoạt động của đồng hồ đo mực nước, đồng hồ đo nhiệt độ và điều khiển các thiết bị/máy móc khác. Ví dụ, đầu ra PLC tương tự 4 20 20 Ma có thể được sử dụng để vận hành đồng hồ đo nhiệt độ từ −20℉ (−28,89^oC) đến 200 ℉ (−93,33^oC). Tương tự, đầu ra PLC tương tự 0¸5V DC có thể được sử dụng để điều khiển công suất của máy phát điện từ 0 ¸ 2000kW. Như bạn có thể thấy, có nhiều thiết bị hiện sử dụng các đầu ra PLC tương tự.

6.1. PLC Input và PLC Output tích hợp (Monolithic I/O)

I/O tích hợp: các cổng Input, Output nguyên khối với CPU của PLC.

Ưu điểm: Nhỏ gọn, giá rẻ.
Nhược điểm: Bị giới hạn số lượng Input-Output, khi hỏng phải thay thế toàn bộ, không thể tuỳ chỉnh, khó phát hiện lỗi và sữa chữa, không dùng được trong hệ thống lớn có nhiều I/O.

Hình 13. Monolithic I/O PLC.

6.2. PLC Input và PLC Output module (Discrete I/O)

I/O module: các cổng Input, Output là các module rời có thể ghép nối với PLC

Ưu điểm: Có thể mở rộng, dễ phát hiện lỗi và sửa chữa, có thể tuỳ chỉnh, có thể dùng trong hệ thống lớn.
Nhược điểm: giá thành cao.

Hình 14. Discrete I/O PLC.

6.3. PLC Input và PLC Output truyền thông PLC I/O truyền thông (Communication I/O)

I/O truyền thông: tín hiệu Input hoặc Output được nhận và gửi lẫn nhau giữa các thiết bị thông qua các giao thức truyền thông. Các giao thức truyền thông công nghiệp: Modbus, DNP, BACnet, ControlNet, EtherNet / IP,…

Ưu điểm: Phạm vi điều khiển lớn, có hiệu quả cao, giúp tăng hiệu suất hệ thống, Dùng được trong các hệ thống lớn, phức tạp.
Nhược điểm: chi phí cao, phức tạp

Hình 15. Mô hình mạng truyền thông công nghiệp.

6.4. Cách đấu nối các cổng I/O

Sink và Source (Sinking & Sourcing) là các thuật ngữ được sử dụng để xác định việc điều khiển dòng điện một chiều trong tải. Sink digital I/O (input/output) cung cấp kết nối nối đất với tải, trong khi source digital I/O cung cấp nguồn điện áp cho tải.

Với các thiết bị điện sử dụng Input và Output dạng Logic thì đều cần phải quan tâm đến Sink và Source (trừ những thiết bị chỉ mặc định là 1 trong 2 loại).

Các thiết bị trong cùng hệ thống phải sử dụng Logic giống nhau mới có thể giao tiếp được với nhau trực tiếp.
Sink hay Source liên quan đến chiều đi của dòng điện vào/ra khỏi các chân Input/Output của thiết bị.

Quy tắc:

Sinking: Chân âm của nguồn đấu với chân COM của PLC, chân dương của nguồn đấu vào thiết bị.
Sourcing: Chân dương của ngồn đấu với chân COM của PLC, chân âm của nguồn đấu vào thiết bị.

Hình 16. Cách đấu nối PLC.

Lưu ý: nếu Input đấu Sinking thì Output đấu Sourcing và ngược lại.

Hình 17. Ví dụ đấu nối PLC.

Theo nguyên tắc “Dòng điện luôn đi từ cực dương về cực âm.”

Với sơ đồ Sink Input: Dòng điện đi vào chân S/S và ra khỏi chân X, thiết bị nối về phải có đầu ra âm (ví dụ cảm biến NPN).
Ngược lại, với sơ đồ Source Input, dòng điện đi vào chân X và ra khỏi chân S/S, thiết bị nối về phải là loại đầu ra dương (Ví dụ cảm biến PNP).
Với PLC loại Sink Output, dòng điện đi vào chân Y và ra ở chân COM.
Với PLC loại Source Output, dòng điện đi vào ở chân +V và ra ở chân Y.

Ứng dụng sinking và sourcing trong PLC để bật và tắt hệ thống điều khiển tự động, tương tự như công tắc đèn. Trong đó, PLC luôn được nối với dây trung tính đấu đất. Do vậy, khi bật công tắc, nguồn sẽ được cấp cho PLC, có nguồn điện hệ thống sẽ hoạt động. Chương trình PLC sử dụng tín hiệu trạng thái để xác định thời điểm tiến hành bước tiếp theo của quy trình.

Để kiểm soát trạng thái “on” công tắc nguồn với nối đất và thẻ đầu vào. Thẻ đầu vào kết nối với bên trong nguồn đầu vào để thiết bị ở trạng thái “on”. Lúc này, đầu vào nguồn sẽ yêu cầu kết nối với mặt đất để trạng thái “on”.

Nhìn chung, Sinking và Courcing trong PLC sẽ giúp PLC kiểm soát dòng 1 chiều trong tải, xác định trạng thái bật/ tắt cho bước tiếp theo của quy trình đã được lập trình sẵn. Hy vọng những thông tin trên đây của Batiea sẽ giúp bạn đọc hiểu được phần nào về Sink/Source cũng như ứng dụng thực tế của chúng trong PLC – hệ thống lập trình tự động hóa. Bạn đọc có nhu cầu được tư vấn lắp đặt hệ thống lập trình PLC liên hệ ngay với Batiea để được hỗ trợ.