Chương 3. MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER,
Thực
PROGRAMMABLE CONTROLLER

Lê Trung

CHƯƠNG
CHƯƠNG 3

MÁY TÍNH MINI, MICRO
VÀ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯC

(MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER, PROGRAMMMABLE
CONTROLLERS)

3.1 Tổng quan

Vào giữa những năm 1960 những máy tính cỡ nhỏ xuất hiện, gọi là minicomputer để
phân biệt với máy tính cỡ lớn. Việc xuất hiện minicomputer phản ánh một xu hướng mini
hóa trong công nghiệp máy tính mà đến nay một CPU cùng với bộ nhớ chính nhỏ xíu và bộ
xuất nhập có thể chứa gọn trong một con chíp LSI (Large-Scale-Integrated) cỡ vài
milimét. Con chíp này khi phối hợp với các thiết bò xuất - nhập được gọi là
microcomputer. Trong chương này chúng ta sẽ nói về minicomputer và microcomputer
là những máy tính thường được sử dụng trong CAD/CAM. Chúng ta cũng sẽ bàn về PLC
(Programmable Logic Controller) và những thiết bò được dùng trong việc điều khiển các
qúa trình: Trước khi xem xét kỹ các thiết bò này, ta hãy đònh nghóa chúng và tổng quan về
việc ứng dụng chúng.
Máy tính có ba loại:
1. Máy tính lớn
2. Máy tính mini
3. Máy tính micro.

Máy tính lớn có giá thành lớn, khả năng lớn và chức năng cũng lớn. Giá một máy
tính mới loại lớn có thể đến hàng triệu USD. Khả năng của bộ nhớ lớn hơn máy tính mini
và micro đến vài lần, tốc độ tính lớn hơn vài lần.
Chức năng có hai loại (bảng 3.1)
Bảng 3.1. Những ứng dụng điển hình của máy tính cỡ lớn.
1. Dùng trong kỹ thuật và khoa học để giải những bài toán phức tạp trong CAD:
- Truyền nhiệt
- Động lực học dòng chảy
- Phân tích cấu trúc thiết kế
2. Xử lý số liệu có dung lượng lớn trong các ứng dụng CAM:
- Kế toán
- Lập biểu đồ sản xuất
- Tính giá thành sản phẩm
- Bảo trì các hồ sơ thông tin lớn

Máy tính mini là máy tính loại nhỏ. Có hai xu hướng nhỏ hóa trong công nghiệp
máy tính.
CAD/CAM

29


Chương 3. MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER,
Thực
PROGRAMMABLE CONTROLLER

Lê Trung

1. Gói gọn năng lực tính toán to lớn trong máy có cùng kích thước ở những máy tính
thế hệ mới.

2. Gói gọn loại có cùng năng lực tính toán trong một máy tính có kích thước nhỏ hơn.
Các nhà sản xuất máy tính mini chọn hướng thứ 2 . Gía thành một máy tính mini cỡ
từ dưới 1000 đến 50.000 USD.
Minicomputer có thể dùng cho hai chức năng chung như là máy tính cỡ lớn (xem bảng
3.1). Tuy nhiên kích thước của công việc được xử lý phải nhỏ hơn và nằm trong khả năng
của minicomputer. Các máy tính mini nhỏ hơn thường trùng với máy tính micro về chức
năng của chúng. Những chức năng của máy tính mini và micro có khác so với máy tính
lớn. Các đặc điểm của máy tính mini và micro được mô tả trong bảng 3.2

Bảng 33-2 Đặc tính điển hình của máy tính mini và micro
1. Là một thành phần của hệ thống: thí dụ dùng trong thiết bò thử, máy công cụ, chi
nhánh ngân hàng để chuyển mạch, mở nguồn điện, hoặc hiện hình. Máy tính có thể không
được trông thấy ở bên ngoài.
2. Máy tính thực hiện một nhiệm vụ đặc biệt trong hệ thống, không chia sẻ tài nguyên
cho các nguồn khác giống như máy tính lớn. Thí dụ dùng trong thiết bò y tế, máy sản xuất.
3. Máy tính có chương trình cố đònh, ít khi phải thay đổi. Không giống như máy tính
lớn có thể giải những bài toán lớn của kỹ thuật và kinh doanh, máy tính nhỏ chỉ thực hiện
những nhiệm vụ riêng biệt. Thí dụ, điều khiển hệ thống an toàn, hiện hình đồ họa sản
phẩm, hoặc uốn tấm kim loại. Chương trình thường được chứa trong các bộ nhớ thường trực
hoặc ROM.
4. Máy tính thường thực hiện những nhiệm vụ tức thời, tức là tại một thời điểm nhất
đònh, nó đáp ứng nhu cầu của hệ thống. Thí dụ trong máy công cụ, nó làm nhiệm vụ xoay
dụng cụ tại đúng thời điểm cho trước hoặc trong việc lái một phi đạn tại sao cho tại mỗi
thời điểm chính xác phải đạt được quỹ đạo cần thiết
5. Máy tính thực hiện việc điều khiển hơn là việc sử lý số liệu và tính toán. Nhiệm vụ
đầu tiên có thể là quản lý kho, điều khiển hệ thống dây chuyền hoặc đảm bảo điều kiện
của người bệnh.
Máy tính micro:
micro: Dùng bộ vi xử lý làm thiết bò xử lý trung tâm. Bộ vi xử lý có chứa
các mạch IC trong con chip LSI. Những con chip LSI có thể sản xuất hàng loạt và giá rẻ.

Bộ vi xử lý có thể thực hiện tất cả các nhiệm vụ của CPU cổ điển (Thí dụ, thực hiện các
phép tính lôgic, số học hoặc truy xuất dữ liệu trong bộ nhớ). Bộ vi xử lý có thể nối với bộ
nhớ và các bộ xuất nhập để tạo thành máy tính micro. Đặc điểm điển hình của máy tính
micro cũng được cho trong bảng 3.2.
Bộ điều khiển logic lập trình được: Được đưa vào sử dụng vào những năm 1960
để thay thế cho các hệ thống lôgic sử dụng rơle điện - cơ. Nhược điểm của việc dùng rơle
điện - cơ là kích thước lớn và không mềm dẻo trong việc lập trình . Những bộ điều khiển
lập trình được (Programmable Logic Controller) loại bỏ được nhược điểm trên. Bộ điều

CAD/CAM

30


Chương 3. MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER,
Thực
PROGRAMMABLE CONTROLLER

Lê Trung

khiển lập trình được (PLC) có thể được đònh nghóa như một thiết bò lôgic tuần tự có thể
xuất ra tín hiệu tùy theo các phép toán lôgic của tín hiệu vào.
Trước kia trong nhiều năm khi dùng hệ thống rơle, phải có sơ đồ gọi là sơ đồ bậc
thang để bộ phận kỹ thuật lắp đặt. Phần lớn các bộ phận PLC được lập trình với việc sử
dụng cùng kiểu sơ đồ bậc thang. Điều thuận lợi là mọi người có thể thích ứng dễ dàng với
thiết bò điều khiển mới. Những năm gần đây với công nghệ LSI, sự khác biệt giữa PLC và
máy tính mini, micro được giảm xuống. Các bộ PLC có giao diện với máy tính ở trong sản
xuất. Các bộ PLC được dùng để trực tiếp thực hiện những nhiệm vụ cụ thể còn máy tính
được dùng để theo dõi, điều khiển và xử lý dữ liệu.
Bỏ qua việc tìm hiểu sâu về minicomputer và microcomputer vì phần lớn những vần

đề liên quan là tương tự như đối với máy tính nói chung mà ta đã tìm hiểu trong chương 2,
ta hãy tìm hiểu sâu về Programmable Logic Controller.

Controller--PLC
3.2. Programmable Logic Controller

Là một thiết bò điện hoạt động theo kiểu số hóa dùng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ
chương trình ở bên trong để thực hiện các chức năng chuyên dùng như logic, tuần tự, thời
gian, đếm, và số học để điều khiển máy móc và qúa trình khác nhau qua các môdun xuất
nhập tương tự hoặc số. PC được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, thí dụ điều khiển
băng tải, máy đùn nhựa, máy mài, máy hàn, các qúa trình sản xuất Ximăng, thực phẩm,
quản lý năng lượng, thiết bò thử sản phẩm.

PLC
Các thành phần của PL
C
Gồm có:

- Input/Output interfaces
- Processor,
- Memory
- Programming device
- Power supply
Các thành phần này được giữ trong hộp kín và chắc chắn để có thể chòu đựng được
trong môi trường sản xuất. Cấu hình của hệ thống PLC được vẽ trên hình 3.5
Nguồn điện

Thiết bò lập
trình


Bộ xử lý

Giao diện
vào ra

Nối với thiết bò
công nghiệp

Bộ nhớ
Hình 3.5. Cấu hình điển hình của hệ thống PLC

Bộ xử lý (Processor) là thành phần trung tâm của PLC và đôi khi được nhắc đến như

CPU. Nó thực hiện nhiều chức năng logic khác nhau, thực hiện các phép toán từ dữ liệu
nhập và xác đònh dữ liệu ra cần thiết. Do công nghệ vi xử lý phát triển nên nó được gói
gọn bên trong thiết kế của PLC để tăng khả năng tính toán và ra quyết đònh.
CAD/CAM

31


Chương 3. MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER,
Thực
PROGRAMMABLE CONTROLLER

Lê Trung

Bộ nhớ (PLC memory) được dùng để lưu chương trình chỉ đònh hoạt động logic của

quá trình xuất/nhập. Khả năng nhớ của PLC memory vào khoảng 1Kb đến 4Kb

Chương trình được nạp vào bộ nhớ của PLC qua thiết bò lập chương trình. Việc lập
trình có thể được thực hiện bằng màn hình CRT (Cathode Ray Tube) hoặc từ bàn phím.
Màn hình CRT cho phép người lập trình sử dụng hoặc sơ đồ bậc thang rơle hoặc một
ngôn ngữ lập trình khác để nhập chương trình logic điều khiển vào bộ nhớ.
Bàn phím cho phép người lập trình nhập chương trình logic điều khiển và các dữ liệu
khác bằng các nút chức năng và núm xoay. Cách này rẻ hơn và linh hoạt hơn, nhưng màn
hình CRT thì lại thích hợp hơn cho việc lập trình.
Bộ nguồn (power supply) làm cho PLC hoạt động và là nguồn năng lượng cho các tín
hiệu ra. Nó cũng được dùng để bảo vệ PLC chống lại nhiễu trong các đường dây dẫn điện.

Lập trình cho PLC

Một trong những đặc điểm hấp dẫn của PLC là dễ lập trình. Có 3 ngôn ngữ lập trình
cho PC:
• Sơ đồ bậc thang
• Biểu thức đại số Boole
• Ngôn ngữ tượng trưng giống như ngôn ngữ assembly.
Ba kiểu lập trình này được thể hiện trên hình 3.6
Sơ đồ bậc thang là thông dụng nhất vì quen thuộc đối với các thợ điện, kỹ sư điều
khiển và đội ngũ bảo trì. Như hình 3.6 cho thấy sơ đồ mạch gồm các ký hiệu thường mở và
thường đóng và các thành phần khác để điều khiển thiết bò điện.
Biểu thức Boole thiết lập quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của PC. Biểu thức Boole có
thể bao gồm các phép toán logic AND (dấu . ), OR (dấu +) , EQUAL (dấu =).
Dạng ngôn ngữ lập trình PLC thứ 3 hoàn toàn giống với ngôn ngữ assembly. Ngôn
ngữ thường gồm các câu lệnh như LOAD, AND, OR và STORE như được minh họa trên
hình. Đòa chỉ trong câu lệnh thường là chỉ tín hiệu vào/ra. Việc lập trình cho PLC bằng
ngôn ngữ tượng trưng trong nhà máy thường phải nhờ tới một chuyên gia lập trình máy tính
vì đội ngũ thợ trong nhà máy không quen. Tuy nhiên trong tương lai thì việc lập trình bằng
ngôn ngữ tượng trương cho PLC nhất đònh sẽ tăng lên vì sẽ có nhiều người hiểu biết về
máy tính hơn.


Các chức năng của PLC

1. Các chức năng điều khiển rơle: tạo tín hiệu theo quy tắc logic chứa trong PLC
memory
2. Chức năng thời gian: phát tín hiệu sau thời gian cho trước
3. Chức năng đếm: phát tín hiệu sau khi đạt được số đếm nhất dònh.
4. Chức năng số học: cộng, trừ, nhân, chia
5. Chức năng điều khiển tương tự: thực hiện các chức năng điều khiển tỉ lệ, tích
phân, đạo hàm.
Ba chức năng đầu là thông dụng trong PLC. Hai chức năng sau chỉ tồn tại trong các
PLC mạnh.
Ưu điểm của PLC
• Dễ lập trình hơn so với panel điều khiển rơle
CAD/CAM

32


Chương 3. MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER,
Thực
PROGRAMMABLE CONTROLLER

Lê Trung

Có thể lập trình lại
Tiết kiệm không gian hơn
Bảo trì PLC dễ hơn , tin cậy hơn
PLC có thể giao diện với hệ thống máy tính trong nhà máy dễ hơn so với
hệ rơle.

Trong những năm gần đây, việc sử dụng các bộ vò xử lý đã làm tăng khả năng của
PLC và có xu hướng giảm sự cách biệt giữa PLC và minicomputer/microcomputer.
•
•
•
•

Sơ đồ bậc thang thông dụng
1PB 2CR

4CR

5CR

SOL A

3LS

Lập trình kiểu sơ đồ PLC tương đương dạng tự do

•

1PB 2CR
B

4CR

5CR

SOL A


3LS

• Lập trình kiểu biểu thức Boole:
((1PB.2CR)+3LS).4CR.5CR=SOL A
•

Lập trình kiểu mã hoá hoặc ngôn ngữ tượng trưng:
LOAD 1PB
AND
2CR
OR
3LS
AND
4CR
NAND 5CR
STORE SOL A
Hình 3.6 Ba dạng ngôn ngữ lập trình PC

-

So sánh sự khác nhau giữa máy tính và PLC

- Công nghệ : Như nhau
- Ứùng dụng : Khác nhau
PLC có thể xem như một máy tính chuyên dùng. Sự khác biệt giữa PLC và máy tính
được thể hiện ở những khía cạnh sau:

CAD/CAM


33


Chương 3. MINICOMPUTER, MICROCOMPUTER,
Thực
PROGRAMMABLE CONTROLLER

Lê Trung

• Kết nối với sản xuất: PLC dùng để giao diện với sản xuất công nghiệp. Đầu
vào và đầu ra được nối trực tiếp với các thiết bò công nghiệp trong nhà máy thông qua
các modun xuất nhập. Với máy tính, ta phải thực hiện công việc đặc biệt là kết nối với
qúa trình, mà chúng ta sẽ xem xét trong chương 17.
• PLC được thiết kế để đặt trong sản xuất, chòu đựng va đập , tiếng động, độ
ẩm (0 - 90%), nhiệt độ thay đổi trong phạm vi rộng ( 0 - 600C)
• Lập chương trình: PLC dùng ngôn ngữ lập trình (sơ đồ bậc thang) quen thuộc
cho CB kỹ thuật,
Việc bảo dưỡng PLC được thực hiện bởi các hệ thống gọi là Modular và vì vậy mà sự
chẩn đoán sự cố dễ hơn.

Câu hỏi ôn tập

1. Hãy cho biết chức năng và đặc điểm của máy tính lớn, máy tính mini và máy tính
micro.
2. PLC là gì? Cấu hình của PLC gồm những thành phần gì? Cho biết chức năng của
mỗi thành phần.
3. PLC được lập trình như thế nào?
4. So sánh PLC và máy tính.

HẾT CHƯƠNG 3


CAD/CAM

34