Mọi bộ điều khiển lập trình đều được xây dựng quanh một chu kỳ quét: đọc đầu vào, thực thi chương trình người dùng, ghi đầu ra và lặp lại vô tận khi còn nguồn 24 V. Phần lớn bộ nhớ làm việc này là SRAM nhanh, không ổn định, mất nội dung ngay khi nguồn bị ngắt — thế nhưng một dây chuyền sản xuất kỳ vọng bộ đếm, rơ le chốt, giá trị công thức và đồng hồ đang chạy của nó sống sót qua lần tắt ban đêm, một đợt sụt áp hay một khoảng ngắt lưới ngắn, và một máy công cụ kỳ vọng tham số, độ lệch dao cùng vị trí tham chiếu zero trục của nó cũng được giữ lại. Do đó, lưu giữ không phải là một tính năng tùy chọn mà là một hệ con được xác định rõ, với hồ sơ tải và kinh tế học sự cố riêng. Bài đầu tiên về lưu giữ bằng nickel-kim loại hydru cho bộ điều khiển PLC và điều khiển CNC này giải thích chính xác điều gì phải được ghi nhớ và vì sao, đồng thời mổ xẻ tải dòng cực thấp giữ cho SRAM CMOS và đồng hồ thời gian thực sống khi nguồn chính mất đi. Các bộ điều khiển thực tế làm điểm tựa: một họ PLC nhỏ cung cấp hoặc RAM cộng tụ điện cho khoảng hai tuần lưu giữ ở 25 °C, hoặc RAM cộng pin cho khoảng năm năm; một PLC compact phổ biến dựa vào siêu tụ nội bộ cho khoảng 50 đến 100 giờ giữ đồng hồ và một thẻ pin tùy chọn cho tới 200 ngày; một CPU cao cấp nêu thời gian dự phòng khoảng sáu tuần ở 40 °C cùng vùng dữ liệu lưu giữ tính bằng megabyte; còn điều khiển CNC từ lâu dùng các cell lithium sơ cấp 3,6 V, một số chỉ có cửa sổ thay nóng năm phút. Những con số này định khung ba kiến trúc lưu giữ — tụ điện, pin và bộ nhớ hoàn toàn không dễ mất —, mà bài thứ hai sẽ xử lý phần lựa chọn và thiết kế.
Khi vận hành, CPU thực thi chương trình người dùng — trong PLC được viết bằng các ngôn ngữ IEC 61131-3 — từ bộ nhớ làm việc, cập nhật ảnh đầu vào/đầu ra, cờ nội bộ, bộ định thời, bộ đếm và thanh ghi dữ liệu sau mỗi chu kỳ quét. SRAM nhanh được ưu tiên vì có độ bền ghi không giới hạn và định thời ghi nhanh, nhưng nó không ổn định: ngắt nguồn là các bit suy giảm trong mili giây. Mã chương trình thường được phản chiếu trong flash, nhưng trạng thái trực tiếp của máy — số đếm tích lũy, lô đang dở, giá trị đặt do người vận hành nhập — chỉ tồn tại trong kho lưu trữ dễ mất đó.
Do đó, bộ điều khiển chỉ định các vùng lưu giữ (chốt) mà nội dung phải sống sót qua khi mất điện, tách biệt với các biến không lưu giữ được phép reset. Một CPU mô-đun hiện đại có thể giữ vài megabyte dữ liệu như vậy; nhà thiết kế đánh dấu biến nào cần lưu giữ và phần cứng phải duy trì chính xác các cell đó cùng đồng hồ thời gian thực trong suốt thời gian ngắt.
Đồng hồ thời gian thực (RTC) giữ dấu thời gian, nhật ký sự kiện, chương trình định kỳ và bộ đếm ca luôn đúng khi mất điện. Là một mạch rất nhỏ — thiết kế bo mạch dùng chip RTC chuyên dụng như DS3231 hoặc PCF2129 có đầu vào dự phòng — nhưng nó chạy liên tục và độ chính xác được quy định riêng, thường trong vài chục giây mỗi tháng ở 25 °C (một PLC compact ghi ±90 giây mỗi tháng, một họ mô-đun khoảng 27).
Vì RTC không bao giờ dừng, mức tiêu thụ microampere của nó được tích phân trên toàn bộ khoảng mất điện và thường chi phối ngân sách năng lượng lưu giữ cùng với dòng chờ SRAM. Một nguồn giữ được SRAM lớn nhiều ngày nhưng không thể giữ bộ dao động chạy thì vẫn trượt ứng dụng; đó là lý do việc tính toán lưu giữ luôn cộng dòng chờ SRAM, RTC và mọi mạch giám sát, thay vì chỉ tính riêng bộ nhớ.
Điều khiển CNC đặt mức cao hơn. Ngoài chương trình ladder, nó lưu tham số hệ thống, chỉnh servo, hình học dao và các hiệu chỉnh mài mòn, bù sai số bước, và với trục dùng encoder tuyệt đối thì vị trí tham chiếu hồi quy không của máy. Mất bộ nhớ được pin sao lưu này nghĩa là nhập lại tham số và đưa mọi trục về gốc lại — hàng giờ thời gian chết cần kỹ năng cùng nguy cơ va đập nếu một hiệu chỉnh được khôi phục sai. Đó là lý do lịch bảo trì CNC coi pin bộ nhớ là phụ tùng bảo trì then chốt.
Các điều khiển phổ biến dùng pack lithium sơ cấp — cell 3,6 V 1.750 mAh hoặc pack đôi 6 V là vật phẩm bảo trì thông dụng — và một số quy định cửa sổ ngắn vài phút, trong đó cell đã cạn phải được thay khi điều khiển vẫn còn điện, trước khi bộ nhớ CMOS suy giảm. Ràng buộc thay nóng này là hệ quả trực tiếp của việc không có bể năng lượng độc lập trong thiết kế lưu giữ.
Ngành công nghiệp giữ bộ nhớ dễ mất theo ba cách. Tụ điện hoặc siêu tụ tích đủ điện cho SRAM và RTC trong các lần mất điện ngắn — một PLC nhỏ được khoảng hai tuần từ tụ, một bộ điều khiển compact khoảng 50 đến 100 giờ đồng hồ từ siêu tụ nội bộ được sạc khi chạy — với ưu điểm tuổi thọ chu kỳ gần như vô hạn và không cần phụ tùng, nhưng nhược điểm là tầm giữ tính bằng ngày và thu hẹp ở nhiệt độ cao. Pin sơ cấp hoặc sạc lại kéo dài lưu giữ tới hàng tháng hoặc hàng năm. Con đường thứ ba loại bỏ hẳn bộ nhớ dễ mất, dùng flash, FRAM hoặc MRAM để dữ liệu chốt vốn không dễ mất; một họ PLC mô-đun hiện đại quảng bá CPU không pin đúng trên cơ sở này, và một dòng compact giữ đồng hồ mười ngày nhờ tụ lớn được sạc trong ba mươi phút chạy đầu tiên.
Hình động đầu tiên xếp lớp dữ liệu mà bộ điều khiển phải giữ; hình thứ hai so sánh định tính cách ba kiến trúc duy trì dữ liệu đó khi thời gian mất nguồn tăng từ phút sang năm, cho thấy các điểm giao nhau mà nhà thiết kế phải tính đến.
Lưu giữ có hai pha điện. Tại thời điểm sự cố, một mạch giám sát — bộ phát hiện áp và watchdog lớp TPS3823 hoặc MAX6369 — phát hiện đường cấp sụp đổ, đưa ra cảnh báo không thể che và cấp cho CPU một khoảng giữ điện ngắn, thường từ tụ, để hoàn tất chu kỳ quét và đẩy các thanh ghi quan trọng vào miền lưu giữ. Sau đó chỉ còn tải chờ ở mức microampere của SRAM lưu giữ và RTC, được nguồn lưu giữ duy trì suốt thời gian mất điện dài.
Sự phân tách này — pha lưu trữ có trật tự ngắn, dòng cao hơn và pha lưu giữ rất dài, dòng siêu thấp — quyết định việc chọn nguồn. Tụ điện vượt trội ở pha đầu nhưng không thể kéo dài hàng tháng; pin trải qua phần đuôi dài nhưng phải được chuyển mạch sạch và giám sát; bộ nhớ không dễ mất lo phần bền vững nhưng flash có độ bền ghi hữu hạn, một họ PLC định lượng khoảng 100.000 lần cập nhật, khiến nó kém phù hợp với dữ liệu bị ghi lại mỗi chu kỳ quét.
Phân tích đưa ra đặc tả rõ ràng: một nguồn duy trì tổng tải microampere chờ SRAM và RTC trong suốt khoảng mất nguồn mục tiêu ở nhiệt độ xấu nhất; một bể giữ điện ngắn để lưu trữ có trật tự khi mất điện; một cơ cấu chuyển mạch sạch không bao giờ ngắt đường cấp lưu giữ; tuổi thọ dự đoán được kèm chiến lược giám sát hoặc thay thế; và với CNC, hỗ trợ thay pin an toàn không mất bộ nhớ. Bài thứ hai biến điều này thành thiết kế lưu giữ cụ thể và so sánh trung thực nickel-kim loại hydru sạc được với siêu tụ, lithium sơ cấp và bộ nhớ hoàn toàn không dễ mất; bài thứ ba phác thảo bằng chứng IEC 61131-2, EMC, môi trường và tiêu chuẩn pin đằng sau một bộ điều khiển tuân thủ.
Nhận thức lưu giữ là một hệ con hai pha với tải chủ đạo ở mức microampere chính là tư duy phân biệt bộ điều khiển khởi động lại ở trạng thái đúng, với giờ đúng và vị trí trục chính xác, với bộ điều khiển chào đón người vận hành bằng bộ nhớ đã xóa và một ca sản xuất bị mất.
Weijiang Power thiết kế và sản xuất cell nickel-kim loại hydride kín cùng các bộ pin công nghiệp được ghép nối cho thiết bị ở vùng sâu, không nối lưới và liên quan đến an toàn, đồng thời hỗ trợ đối tác OEM bằng hồ sơ hiệu suất IEC 61951-2, bằng chứng an toàn IEC 62133-2, đặc trưng hóa tải xung, thử nghiệm dải nhiệt rộng và đồng kiểm chứng bộ sạc/bộ pin. Hãy cho chúng tôi biết chu kỳ làm việc, dòng đỉnh, dải nhiệt độ, mục tiêu thời gian chạy và các tiêu chuẩn sản phẩm của bạn phải đáp ứng, kỹ sư của chúng tôi sẽ chỉ định tổ hợp cell-và-bộ pin bảo vệ thời gian chạy, độ tin cậy và tuổi thọ. Xem toàn bộ dòng sản phẩm tại trang sản phẩm.
