Mitsubishi là hãng đi đầu trong lĩnh vực kỹ thuật điện – điện tử tại Nhật Bản. Và trong tự động hóa công nghiệp thì họ cũng là một trong những nhà sản xuất thiết bị đi tiên phong. Đặc biệt là các thiết bị PLC của họ được sử dụng rất rộng rãi trong các nhà máy, dây chuyền sản xuất. Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu về PLC họ FX của Mitsubishi- một trong những dòng thiết bị điều khiển lập trình phổ biến hiện nay.

Cấu trúc phần cứng của thiết bị PLC họ FX của hãng Mitsubishi được cấu tạo bởi các thành các phần như sau.

Là bộ vi xử lý thực hiện các lệnh trong bộ nhớ chương trình. Nhập dữ liệu ở ngõ vào, xử lý chương trình, nhớ chương trình, xử lý các kết quả trung gian và các kết quả này được truyền trực tiếp đến cơ cấu chấp hành để thực hiện chương trình xuất dữ liệu ra các ngõ ra.

Dùng để chứa chương trình số liệu, đơn vị nhỏ nhất là bit. Bộ nhớ là vùng nắm giữ hệ điều hành và vùng nhớ của người sử dụng (hệ điều hành là một phần mềm hệ thống mà nó kết nối PLC để PLC thực sự hoạt động được).

Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau. Để PLC có thể hoạt động được, cần thiết phải có bộ nhớ để lưu trữ chương trình. Đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức năng khác như

Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất – nhập được gọi là RAM xuất -nhập.

Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong : các bộ định thì(Timer), các bộ đếm (Counter), các Rơ le.

Bộ nhớ gồm có các loại sau đây:

• Bộ nhớ chỉ đọc (ROM : Read Only Memory): ROM không phải là bộ nhớ khả biến, nó có thể lập trình chỉ được một lần. Do đó nó không thích hợp cho việc điều khiển “mềm” của PLC, và nó ít phổ biến so với các loại bộ nhớ khác.
• Bộ nhớ ghi đọc (RAM : Random Access Memory): Bộ nhớ của PLC là CMOS RAM, tiêu tốn năng lượng khá ít, và được cấp pin dự phòng khi mất nguồn. Nhờ đó dữ liệu sẽ không bị mất.
• Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được (EPROM : Erasable Programmable Read Only Memory): EPROM lưu trữ dữ liệu giống như ROM, tuy nhiên nội dung của nó có thể được xóa đi nếu bị ảnh hưởng của tia tử ngoại. Khi đó phải viết lại chương trình cho bộ nhớ.
• Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được bằng điện (EEPROM : Electronic Erasable Programmable Read Only Memory): Nội dung trên EEPROM có thể bị xóa và lập trình bằng điện, tuy nhiên chỉ giới hạn một số lần nhất định.

Khối xuất – nhập đóng vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử bên trong PLC với mạch ngoài. Module nhập nhận tín hiệu từ sensor và đưa vào CPU, module xuất đưa tín hiệu điều khiển từ CPU ra cơ cấu chấp hành.

Mọi hoạt động xử lý tín hiệu từ bên trong PLC có mức điện áp từ 5 : 15 VDC, trong khi tín hiệu bên ngoài có thể lớn hơn nhiều. Ta có nhiều loại ngõ ra như : ngõ ra dùng role, ngõ ra dùng transistor, ngõ ra dùng triac.

Là hệ thống tập hợp một số dây dẫn kết nối các module trong PLC gọi là BUS, đây là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều tín hiệu song song.

Dưới đây là các PLC phổ biến trong họ FC Family của hãng Mitsubishi. Mình sẽ trình bày về các đặc điểm, phân loại các loại PLC đang sử dụng phổ biến trên thị trường hiện nay.

Đây là loại PLC có kích thước thật nhỏ gọn, phù hợp với các ứng dụng với số lượng I/O nhỏ hơn 30 cổng, với việc sử dụng bộ nhớ chương trình bằng EEPROM cho phép dữ liệu chương trình được lưu lại trong bộ nhớ khi mất nguồn đột xuất. Dòng FXO được tích hợp sẵn bên trong bộ đếm tốc độ cao và các bộ tạo ngắt (role trung gian), cho phép xử lý tốt một số ứng dụng phức tạp.

Một ví dụ về dòng FXO & FXOS: FX0S-30MR-ES/UL

Nhược điểm của dòng FXO là không có khả năng mở rộng số lượng I/O được quản lý, không có khả năng nối mạng, không có khả năng kết nối với các module chuyên dùng, thời gian thực hiện chương trình lâu.

FXON sử dụng cho các máy điều khiển độc lập hay các hệ thống nhỏ với số lượng I/O có thể quản lý nằm trong miền 10-128 I/O. FXON thực chất là bước đệm trung gian giữa FXOS với FXO. PLC FXON có đầy đủ các đặc trưng cơ bản của dòng FXOS, đồng thời còn có khả năng mở rộng tham gia nối mạng.

Một ví dụ về dòng FXON: Mitsubishi MELSEC Fx0N-24Mr-Ds Features: FEATURES

FX1S có khả năng quản lý số lượng I/O trong khoảng 10-34 I/O. Cũng giống như FXOS, FX1S không có khả năng mở rộng hệ thống.

Tuy nhiên, FX1S được tăng cường thêm một số tính năng đặc biệt như: tăng cường hiệu năng tính toán, khả năng làm việc với các đầu vào ra tương tự thông qua các card chuyển đổi, cải thiện tính năng bộ đếm tốc độ cao, tăng cường 6 đầu vào xử lý, trang bị thêm các chức năng truyền thông trong mạng (giới hạn số lượng trạm tối đa là 8 trạm) hay giao tiếp với các bộ HMI đi kèm. FX1S thích hợp với các ứng dụng trong công nghiệp chế biến gỗ, đóng gói sản phẩm, điều khiển động cơ, máy móc, hay các hệ thống quản lý môi trường.

PLC FX1N thích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng đầu vào ra trong khoảng 14-60 I/O. Tuy nhiên khi sử dụng các module vào ra mở rộng, FX1N có thể tăng cường số lượng I/O lên tới 128 I/O. FX1N được tăng khả năng truyền thông, nối mạng, cho phép tham gia trong nhiều cấu trúc mạng khác nhau như Ethernet, Profibus, cc-Link, Canopen, Devicenet… FX1N có thể làm việc với các module analog, các bộ điều khiển nhiệt độ.

Đặc biệt, FX1N được tăng cường chức năng điều khiển vị trí với 6 bộ đếm tốc độ cao, hai bộ phát xung đầu ra với tần số điều khiển tối đa là 100KHz. Điều này cho phép các bộ điều khiển lập trình thuộc dòng FX1N có thể cùng một lúc điều khiển một cách độc lập hai động cơ servo hay tham gia các bài toán điều khiển vị trí.

Một số đặc điểm của dòng PLC FX1N như sau:

• Cơ cấu máy nhỏ gọn, chi phí thấp, module màn hình và khối mở rộng có hệ thống dễ dàng nâng cấp.
• Vận hành tốc độ cao đối với lệnh cơ bản tốc độ xử lý từ 0,55 đến 0,7us/lệnh, đối với lệnh ứng dụng tốc độ xử lý từ 3,7 đến vài trăm us/lệnh.
• Đặc tính kỹ thuật của bộ nhớ chất lượng và phong phú. Bộ nhớ EEPROM cho phép 8000 bước.
• Dãy thiết bị dụng cụ đa năng như: rơ le phụ trợ 1536 điểm, bộ đệm thì 256 điểm, bộ đếm 235 điểm, thanh ghi dữ liệu 8000 điểm.
• Những module chức năng đặt biệt: có đến hai dãy mở rộng của những module chức năng đặc biệt có thể được thêm vào cho những nhu cầu riêng.
• Dãy mở rộng tự cung cấp điện: Độ biến thiên mở rộng của sự cung cấp điện AC có thể đáp ứng sự cung cấp điện áp từ bất kỳ nơi nào trên thế giới (100 đến 240V AC). Sự cung cấp dòng điện DC cũng được cho phép từ 12 đến 24 V DC.
• Quá trình điều khiển được tăng, sử dụng lệnh PID cho những hệ thống đòi hỏi sự điều khiển chính xác.
• Khả năng kết nối: Việc thực hiện hoàn chỉnh của những module kết nối sẽ làm cho thông tin và dữ liệu được cung cấp dễ dàng.
• Dễ dàng lắp đặt: sử dụng thanh DIN hoặc khoảng trống có sẵn.
• Đồng hồ thời gian thực tế: Sử dụng tiêu chuẩn đồng hồ thời gian thực tế cho những ứng dụng độc lập về thời gian.
• Phần mềm cơ bản: chương trình sẽ được chạy nhanh chóng và dễ dàng với phần mềm GX Developer hoặc FX-PCS/WIN-E Software.
• Tác vụ điểm kết nối: Tác vụ tại điểm kết nối riêng biệt khi kết nối một line, ta có thể liên kết với dữ liệu đã được cung cấp qua hệ thống.
• Bộ điện thế kế sử dụng tín hiệu Analog: dễ dàng thay đổi thiết bị định thời gian ở bộ điện thế kế ở màn hình phía trước.
• Vị trí và xung chức năng ngõ ra: PLC có hai ngõ ra phát ra xung có tần số 100KHZ cùng một lúc. PLC cung cấp 7 vị trí lệnh truyền kể cả quay trở về điểm zero, đọc giá trị dòng điện tuyệt đối, hoàn thành hoặc phát triển sự truyền động.
• Nâng cấp hệ thống bằng khối mở rộng hoặc kết nối module: Bảng mở rộng có thể được sử dụng để kết nối chức năng truyền thông bằng cách dùng bộ kết nối tương thích RS232C, RS485 hoặc RS-422 kết hợp với ngõ I/O bằng tín hiệu analog hoặc tín hiệu số.
• Kết nối module có thể quan sát qua cách sắp xếp các bộ định thì, bộ đếm, thanh ghi dữ liệu và có thể sử dụng để kết nối với các khối mở rộng.
• Mạng truyền thông: thông tin đa dạng và kết nối dữ liệu có thể được thực hiện bởi sự liên kết với các khối mở rộng hoặc các thiết bị tích hợp chuyên dùng được sử dụng cho FX2N.

Đây là một trong những dòng PLC có tính năng mạnh nhất trong dòng FX. FX2N được trang bị tất cả các tính năng của dòng FX1N, nhưng tốc độ xử lý được tăng cường, thời gian thi hành các lệnh cơ bản giảm xuống cỡ 0.08us. FX2N thích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng đầu vào ra khoảng 16-128 I/O, trong trường hợp cần thiết FX2N có thể mở rộng đến 256 I/O.

Tuy nhiên, trong trường hợp mở rộng số lượng I/O lên 256, FX2N sẽ làm mất lợi thế về giá cả và không gian lắp đặt của FX2N. Bộ nhớ của FX2N là 8kstep, bộ nhớ RAM có thể mở rộng đến 16 step cho phép thực hiện các bài toán điều khiển phức tạp.

Ngoài ra, FX2N còn được trang bị các hàm xử lý PID với tính năng tự chỉnh, các hàm xử lý số thực cùng đồng hồ thời gian thực tích hợp sẵn bên trong. Những tính năng vượt trội trên cùng với khả năng truyền thông, nối mạng nói chung của dòng FX1N đã đưa FX2N lên vị trí hàng đầu trong dòng FX, có thể đáp ứng tốt các đòi hỏi khắt khe nhất đối với các ứng dụng sử dụng trong các hệ thống điều khiển cấp nhỏ và trung bình.

FX2N thích hợp với các bài toán điều khiển sử dụng trong các dây chuyền sản xuất, xử lý nước thải, các hệ thống xử lý môi trường, điều khiển các máy dệt, trong các dây chuyền đóng lắp ráp tàu biển.

Bộ điều khiển lập trình với kích thước siêu gọn, thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi cao về yêu cầu tiết kiệm không gian lắp đặt. FX2NC có đầy đủ các tính năng của FX2N nhưng lại tiết kiệm đến 27% không gian sử dụng.

Lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của FX2NC là dùng trong xây dựng, trong các hệ thống bơm hay các bài toán điều khiển liên quan đến môi trường.

Xem thêm: PLC là gì ? Lịch sử ra đời và tổng quát về bộ điều khiển lập trình