Hệ Thống điều Khiển Số | PLC Schneider

Công nghệ điều khiển số bùng nổ từ năm 1972 lúc xuất hiện máy tính. Càng ngày càng có nhiều đóng góp vào công cuộc đổi mới của nền công nghiệp. Vậy hệ thống điều khiển số là gì, gồm có những loại nào, cấu trúc ra sao? Cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé.

1.Hệ thống điều khiển số là gì?

Hệ thống điều khiển số là hệ điều khiển mà trong hệ đó chỉ cần có một tín hiệu xung, số hoặc chỉ cần một thiết bị làm việc theo nguyên tắc số.

Một hệ điều khiển số có sơ đồ khối như hình vẽ sau:

Trên thực tế không tồn tại hệ điều khiển số mà trong đó bao gồm toàn bộ các tín hiệu là tín hiệu số hoặc bao gồm toàn bộ thiết bị số. Nguyên nhân là do các đối tượng điều khiển trong thực tế là các thiết bị với đại lượng điều khiển là các đại lượng vật lý biến đổi liên tục theo thời gian, do vậy để điều khiển được các đại lượng này thì tín hiệu điều khiển phải là tín hiệu tương tự, mang năng lượng.

2.Phân loại hệ thống điều khiển số

Hệ điều khiển số thường được phân loại theo khả năng xử lý tín hiệu, được chia làm 3 loại sau đây:

• Hệ điều khiển số đơn kênh: là hệ chỉ điều khiển một đại lượng vật lý. Hệ này có ưu điểm là đơn giản dễ tính toán nhưng nhược điểm là việc thực hiện dây chuyền tự động rất khó khăn, cần sử dụng nhiều người vận hành.
• Hệ điều khiển số đa kênh: là hệ sử dụng một hệ điều khiển số để điều khiển nhiều đại lượng vật lý khác nhau, các đại lượng vật lý này hoàn toàn độc lập với nhau. Hệ điều khiển số đa kênh phải sử dụng các mạch dồn kênh Mux và phân kênh Demux do vậy hệ có đặc điểm là quá trình điều khiển bị sai số do thời gian điều khiển lặp lại dài khi số đại lượng vật lý nhiều.
• Hệ điều khiển số nhiều chiều: là hệ điều khiển nhiều đại lượng vật lý khác nhau và giữa các đại lượng vật lý có mối liên hệ với nhau. Do vậy phải thực hiện điều khiển đồng thời và thông tin, dữ liệu của các đại lượng vật lý phải được trao đổi với nhau. Vì vậy, đối với hệ điều khiển số nhiều chiều, cần phải sử dụng thuật toán ma trận. Đây là hệ điều khiển hiện đại có độ chính xác cao và được ứng dụng rộng rãi trong thực tế.

3.Cấu trúc của hệ thống điều khiển số

Cấu trúc của hệ thống điều khiển số được thể hiện như hình vẽ trên, trong đó:

• ĐT: đối tượng cần điều khiển, có nhiệm vụ tạo ra các đại lượng vật lý mà công nghệ yêu cầu, chẳng hạn muốn có nhiệt độ ta phải có lò gia nhiệt, muốn có tốc độ ta phải sử dụng động cơ,… Đây là các thiết bị tương tự.
• SS: Khối thiết bị đo, có nhiệm vụ đo các đại lượng vật lý tương tự thực tế (không điện) và biến đổi về đại lượng điện (thường là điện áp hoặc dòng điện). Đây là các thiết bị tương tự.
• A/A: Khối khuếch đại chuẩn hóa, có nhiệm vụ biến tín hiệu tương tự chưa chuẩn ở đầu vào thành tín hiệu tương tự chuẩn hóa ở đầu ra. Đây là thiết bị tương tự, hiện nay thường dùng các chuẩn

Chuẩn áp:             0 ÷ 5 V (0 ÷ ±5 V)

0 ÷ 10 V (0 ÷ ±10 V)

0 ÷ 15 V (0 ÷ ±15 V)

Chuẩn dòng:         0 ÷ 20 mA (0 ÷ ± 20 mA)

4 ÷ 20 mA (4 ÷ ± 20 mA)

• Mux, Demux: thiết bị dồn kênh, tách kênh. Đây là thiết bị số, có nhiệm vụ chuyển thông tin song song thành nối tiếp và ngược lại. Quá trình chuyển đổi được quét đồng bộ và được điều khiển bởi vi xử lý thông qua phần mềm điều khiển công nghệ.
• A/D, D/A: Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự – số, số – tương tự. Đây alf thiết bị số.
• mP: Khối vi xử lý tín hiệu, có nhiệm vụ ghi chương trình điều khiển, chương trình bảo vệ, đọc chương trình điều khiển, đọc gia trị tín hiệu số của đại lượng vật lý tương ứng trong chương trình; so sánh, quyết định tín hiệu điều khiển. Muốn vậy, vi xử lý phải điều khiển trạng thái tổng trở của các cửa Mux Demux.

Ngoài ra vi xử lý đọc chương trình bảo vệ, đọc giá trị đại lượng vật lý cần bảo vệ, so sánh với ngưỡng bảo vệ trong chương trình. Khi giá trị của đại lượng vật lý vượt quá ngưỡng, mP phát lệnh bảo vệ dừng hệ thống đồng thời phát tín hiệu thông báo cho người vận hành, sửa chữa. Mặt khác, vi xử lý kiểm soát hệ thống và thông báo chế độ làm việc trong hệ thống thông qua mã lệnh, mã lỗi.

• CCĐC: cơ cấu điều chỉnh có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển và chấp hành quy luật để điều tiết đối tượng sao cho đại lượng vật lý đầu ra biến đổi theo chương trình công nghệ. Đây là thiết bị tương tự, ví dụ: các van điện tử, các van tiết lưu, động cơ servo, các bộ biến đổi, biến trở,…

Lưu ý:

• Trong thực tế các khối có thể được chế tạo hợp bộ (trọn bộ), chẳng hạn khối CCĐC được chế tạo hợp bộ với đối tượng ĐT, khối SS được chế tạo hợp bộ với khối chuẩn hóa tín hiệu.
• Nếu hệ điều khiển số chỉ điều khiển một đại lượng vật lý (điều khiển số đơn kênh) thì không có các khối Mux và Demux.

Tham khảo thêm về Sơ đồ khối hệ thống điều khiển số

Bài viết trên PLC Schneider đã cung cấp những kiến thức cơ bản về hệ thống điều khiển số: khái niệm, phân loại và cấu trúc của nó.