Tính năng Digital của PLC

1. Khái niệm

Tín hiệu Digital hay còn gọi là tín hiệu số rời rạc không nối với nhau theo từng thời điểm, phải dùng phương pháp đặc biệt để xử lý trong quá trình lưu trữ và truyền tải. Bản chất của dạng tín hiệu này đã được mã hóa dưới dạng số nhị phân ở 2 mức cao và thấp, mức điện thế thấp là 0 và mức điện thế cao là 1. Biểu hiện là ON – OFF, có nghĩa là khi ở mức 1 tức là ON – thiết bị đang hoạt động; khi ở mức 0 tức là OFF – thiết bị ngừng hoạt động.

Hình 1. Tín hiệu Digital.

2. Ứng dụng

Một số tín hiệu digital như: nút nhấn, công tắc, cảm biến on – off, công tắc hành trình, USB, RS232…

Tin hiệu digital phổ biến được sử dụng cho PLC như: Transistor (Sink/Source), PWM, HSC/Shaft-encoder…

Ta xét ví dụ minh họa:

Hình 2. Ứng dụng tín hiệu digital trong việc điều khiển bơm.

• Mực nước MAX: bơm ngừng hoạt động (OFF) tương ứng với mức logic 1.
• Mực nước MIN: bơm hoạt động (ON) tương ứng với mức logic 0.

3. Ưu và nhược điểm

3.1. Ưu điểm

• Tín hiệu digital có thể truyền tải thông tin với ít ảnh hưởng của nhiễu, méo và nhiễu hơn.
• Xử lý tín hiệu digital an toàn hơn vì thông tin kỹ thuật số có thể được mã hóa và nén dễ dàng.
• Digital tân tiến với kỹ thuật loại bỏ các tạp âm trong quá trình truyền tải, tạo ra âm thanh đẹp.
• Không bị hạn chế việc sao chép thông tin và chất lượng hơn.
• Điện áp và độ dao động nhiệt không làm ảnh hưởng đến tín hiệu digital.
• Không bị ảnh hưởng và gây méo tần số dao động bởi tốc độ.
• Tín hiệu digital có thể được truyền trên một khoảng cách xa.

3.2. Nhược điểm

• Do tín hiệu digital được truyền tải dưới dạng 0 – 1 nên chúng dễ bị tổn thất hơn. Khiến cho quá trình truyền tải có thể bị lỗi âm thanh nếu sai sót một vài byte nhỏ.
• Xử lý tín hiệu digital thường phức tạp và tốn kém. Tiêu hao nhiều năng lượng cao hơn so với tín hiệu analog.
• Không thể cắt nối và ghi âm được.

4. Ngõ vào kỹ thuật số (DI: Digital Input)

DI – Digital Input là đầu vào kiểu nhị phân của PLC với điện áp thay đổi từ 5 – 230V, tùy thuộc vào loại thẻ được sử dụng. Loại ngõ vào kỹ thuật số được kết nối với các bộ chuyển đổi tạo ra tín hiệu nhị phân như nút nhấn, công tắc, cảm biến… Do tín hiệu ngõ vào có thể có mức logic tương ứng với các điện áp khác nhau nên khi sử dụng cần phải chú ý đến  điện áp cần thiết cung cấp cho ngõ vào phải phù hợp với điện áp tương ứng mà bộ chuyển đổi tín hiệu nhị phân tạo ra. Siemens sản xuất các khối ngõ vào số như: DI8 x AC 120/23V, DI8 x 24VDC, DI16 x 24VDC…

Ví dụ: Với Module đầu vào DC24V thì 0V đóng vai trò là trạng thái TẮT (nhị phân 0) và 24V đóng vai trò là trạng thái BẬT (nhị phân 1).

Hình 3. Một số ví dụ về ngõ vào kỹ thuật số (Digital Input)

5. Ngõ ra kỹ thuật số (DO: Digital Output)

D0 – Digital Output là đầu ra kiểu nhị phân của PLC đã được xử lý thông tin và gửi đến nơi nhận. Loại ngõ ra kỹ thuật số được kết nối với các đối tượng điều khiển nhận tín hiệu nhị phân như: đèn báo, relay, cuộn hút… Do đối tượng điều khiển nhận tín hiệu nhị phân sử dụng nhiều cấp điện áp khác nhau nên khi sử dụng cũng cần phải chú ý đến mức điện áp cấp cho nó có phù hợp với điện áp cung cấp cho đối tượng điều khiển hay không. Ngõ ra kỹ thuật số bao gồm ba loại: ngõ ra DC, ngõ ra AC và ngõ ra Relay. Điện áp ngõ ra có thể là 24VDC hoặc 230 VAC tùy loại, với số lượng ngõ ra có thể có là 4 hoặc 8.

Ví dụ: Bật tắt đèn theo yêu cầu sau:

• Nhấn nút START 1 thì đèn 1 sáng.
• Nhấn nút START 2 thì đèn 2 sáng.
• Nhấn nút START 3 thì đèn 3 sáng.
• Nhấn nút STOP cả 3 đèn tắt.

Hướng dẫn:

• Lập bảng I/O:

• Lập bảng sự thật cho đèn 1:

Từ bảng sự thật ta suy ra được:

F\left( {A,D,X} \right) = \overline A \overline D X + A\overline D \overline X  + A\overline D X = \overline D .\left( {A + X} \right)

• Lập bảng sự thật cho đèn 2:

Từ bảng sự thật ta suy ra được:

F\left( {B,D,Y} \right) = \overline B \overline D Y + B\overline D \overline Y  + B\overline D Y = \overline D .\left( {B + Y} \right)

• Lập bảng sự thật cho đèn 3:

Từ bảng sự thật ta suy ra được:

F\left( {C,D,Z} \right) = \overline C \overline D Z + C\overline D \overline Z  + C\overline D Z = \overline D .\left( {C + Z} \right)

Lập trình và mô phỏng mạch:

Hình 4. Lập trình và mô phỏng mạch ladder trên Tia Portal.