Triangle Research International mang đến một cách tiếp cận độc đáo đối với các hệ thống điều khiển thông qua dòng PLC Fx dạng bo mạch mở. Trong hướng dẫn thực hành này, chúng ta sẽ tìm hiểu các bước cơ bản để kết nối, đấu dây và lập trình một trong những bộ điều khiển này. Từ thiết lập phần cứng đến việc tải một chương trình đơn giản qua giao tiếp nối tiếp, hướng dẫn này cung cấp điểm khởi đầu thực tế cho các kỹ sư đang tìm hiểu các nền tảng PLC có thể tùy chỉnh dành cho các ứng dụng OEM và tự động hóa nhúng.

Mặc dù bo mạch PCB lộ ra ngoài có thể xa lạ với nhiều kỹ sư trong ngành tự động hóa và hệ thống điều khiển, PLC đơn giản là một thiết bị thực thi các hàm logic bằng cách sử dụng các đầu vào và đầu ra tương tác với thế giới thực. Thiết kế PLC có sự khác biệt lớn về mức độ bảo vệ và độ bền trong môi trường, nhưng chức năng cốt lõi vẫn giống nhau trong mọi hệ thống.

PLC dòng Fx là gì?

PLC dòng Fx của Mitsubishi Electric bao gồm hầu hết các chức năng cần thiết cho các dự án từ điều khiển máy đơn giản đến các hệ thống tự động hóa phức tạp vừa phải. Tùy thuộc vào model, các bộ điều khiển này thường bao gồm Ethernet, RS-232, hai cổng giao tiếp RS-485, cùng I/O số và analog.

Số lượng điểm I/O có thể được mở rộng bằng mạng Modbus, giúp hệ thống linh hoạt cho các ứng dụng tự động hóa công nghiệp có khả năng mở rộng.

Hướng dẫn này sử dụng model Fx2424, cung cấp:

• 24 đầu vào số
• 24 đầu ra số
• 8 đầu vào analog
• 4 đầu ra analog

Các đặc tính kỹ thuật quan trọng đối với lập trình viên bao gồm:

• Các đầu vào số là kiểu sourcing, yêu cầu cảm biến hoặc công tắc kiểu sinking (NPN) được kết nối với 0 VDC.
• Các đầu vào nhận nguồn điện bên trong từ nguồn 24 VDC và không cần đầu nối chung riêng.
• Các đầu ra số là kiểu sinking, nghĩa là các thiết bị tải phải được cấp nguồn bên ngoài.
• I/O analog hỗ trợ tín hiệu 0–5 V, với các mạng điện trở tùy chọn cho phép kết nối các thiết bị 0–10 V hoặc 4–20 mA.

Thiết lập phần cứng của Project

Hướng dẫn nhập môn này sử dụng một cấu hình đơn giản gồm một thiết bị ngõ vào và một thiết bị ngõ ra được kết nối thông qua giao diện giao tiếp RS-232. Phần cứng cần thiết bao gồm:

• Bộ điều khiển PLC dòng TRi Fx
• Nguồn cấp điện công nghiệp 24 VDC
• Cáp chuyển đổi USB sang Nối tiếp
• Công tắc chọn (thiết bị ngõ vào)
• Rơ-le cơ khí (thiết bị ngõ ra)
• Đấu dây tiêu chuẩn

Bước 1: Cấp nguồn cho bộ điều khiển

Kết nối nguồn cấp 24 VDC với đầu nối nguồn được ghi nhãn +24 V và 0 V. Kiểm tra để đảm bảo đèn LED nguồn sáng trước khi tiếp tục.

Bước 2: Kết nối công tắc ngõ vào

Vì các ngõ vào là loại cấp nguồn, hãy nối một dây từ đầu nối 0 V của nguồn cấp điện đến công tắc. Sau đó nối phía ngõ ra của công tắc với đầu nối 1 trên khối đầu nối ngõ vào.

Nếu PLC và công tắc sử dụng các nguồn cấp điện khác nhau, hãy đảm bảo cả hai nguồn có chung kết nối tham chiếu 0 V.

Bước 3: Kết nối rơ-le ngõ ra

Vì các ngõ ra là loại kéo xuống, hãy nối cuộn dây rơ-le với +24 VDC. Sau đó nối đầu còn lại của cuộn dây rơ-le với đầu nối ngõ ra 1 trên PLC.

Đầu nối chung của ngõ ra phải được kết nối với đầu nối 0 V của nguồn cấp cho tải để hoàn tất mạch điện.

Phần mềm lập trình PLC

PLC dòng Fx sử dụng phần mềm lập trình i-TRiLOGI. Cài đặt phần mềm theo hướng dẫn của nhà sản xuất trước khi kết nối bộ điều khiển.

Phần mềm cung cấp một môi trường lập trình logic bậc thang dùng để tạo, chỉnh sửa và tải chương trình xuống PLC.

Kết nối với PLC bằng giao tiếp nối tiếp

Hướng dẫn này sử dụng kết nối nối tiếp RS-232 thay vì Ethernet. Kết nối cáp chuyển đổi USB sang Nối tiếp giữa máy tính và cổng giao tiếp của PLC.

Sau khi kết nối cáp, hệ điều hành sẽ gán một số cổng COM. Kiểm tra số cổng được gán bằng Trình quản lý thiết bị.

Trong phần mềm lập trình:

• Mở menu Bộ điều khiển
• Chọn Kết nối với máy chủ
• Chọn cổng Nối tiếp/USB
• Cấu hình đúng cổng COM
• Nhấp vào Mở cổng

Nếu kết nối thành công, phần mềm sẽ hiển thị thông báo xác nhận rằng liên lạc với PLC đã được thiết lập.

Viết một chương trình logic bậc thang đơn giản

Lập trình logic thang bắt đầu bằng việc tạo một bậc thang xác định mối quan hệ giữa điều kiện đầu vào và hành động đầu ra. Trong ví dụ này, một công tắc điều khiển một đầu ra rơ-le.

Các bước lập trình bao gồm:

• Tạo một tiếp điểm thường mở đại diện cho thiết bị đầu vào
• Thêm cuộn dây đầu ra đại diện cho rơ-le
• Gán địa chỉ I/O cho cả hai thiết bị

Chương trình thang kết quả thực hiện một chức năng điều khiển đơn giản: khi công tắc được kích hoạt, rơ-le sẽ được cấp điện.

Tải chương trình xuống PLC

Sau khi hoàn tất chương trình logic thang, hãy truyền chương trình vào PLC bằng chức năng tải chương trình xuống.

Quy trình truyền bao gồm:

• Chọn bộ điều khiển
• Chọn Truyền chương trình vào PLC
• Xác nhận cổng giao tiếp
• Bắt đầu quá trình tải xuống

Nếu quá trình truyền hoàn tất thành công, PLC sẽ bắt đầu thực thi chương trình mới ngay lập tức.

Các bước tiếp theo trong lập trình PLC

Ví dụ này minh họa chương trình logic thang đơn giản nhất có thể sử dụng PLC kết nối nối tiếp. Trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp thực tế, thường sẽ triển khai thêm các chức năng, bao gồm:

• Xử lý tín hiệu tương tự
• Lệnh bộ định thời và bộ đếm
• Truyền thông mạng
• Giám sát cảnh báo và lỗi
• Ghi nhật ký dữ liệu và chẩn đoán hệ thống

Việc hiểu rõ các tính năng nâng cao này giúp các kỹ sư xây dựng những hệ thống tự động hóa đáng tin cậy và có khả năng mở rộng cho các ứng dụng sản xuất, đóng gói, xử lý vật liệu và điều khiển quy trình.

Về tác giả

Daniel Chen là kỹ sư tự động hóa công nghiệp cấp cao với hơn 15 năm kinh nghiệm thực tế trong lập trình PLC, hệ thống điều khiển công nghiệp và các dự án tự động hóa nhà máy. Ông đã thiết kế và đưa vào vận hành các giải pháp tự động hóa trong các ngành sản xuất, đóng gói và xử lý vật liệu.

Chuyên môn kỹ thuật của ông bao gồm phát triển logic thang, đấu dây tại hiện trường, các giao thức truyền thông công nghiệp và khắc phục sự cố cho các hệ thống điều khiển dựa trên PLC. Ông tập trung vào các phương pháp kỹ thuật thực tiễn nhằm nâng cao độ tin cậy của hệ thống, đơn giản hóa công tác bảo trì và hỗ trợ vận hành công nghiệp lâu dài.