PLC là gì? Cách thức điều khiển của PLC

PLC là một máy tính công nghiệp được thiết kế để thực hiện các lệnh điều khiển chính xác và liên tục dựa trên các chương trình lập trình. Nó là một hệ thống điện tử chuyên dụng có khả năng xử lý tín hiệu đầu vào và đầu ra từ các cảm biến và thiết bị điều khiển khác nhau. Với khả năng lập trình linh hoạt, PLC cho phép người dùng tạo ra các chương trình điều khiển tùy chỉnh để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của quá trình sản xuất. 

Để giúp bạn đọc có thể hiểu rõ hơn về sản phẩm, chúng ta cùng nhau theo dõi bài viết dưới đây. 

PLC là gì?

PLC (viết tắt của Programmable Logic Controller) là một thiết bị cho phép lập trình và thực hiện các thuật toán điều khiển logic. Bộ lập trình PLC nhận tác động từ các sự kiện bên ngoài thông qua các ngõ vào (input). Nó thực hiện các hoạt động thông qua các ngõ ra (output). Thiết bị hoạt động bằng cách quét và kiểm tra trạng thái của các ngõ vào và ngõ ra. Khi có sự thay đổi từ ngõ vào, dựa trên các logic chương trình đã lập trình, các ngõ ra tương ứng sẽ thay đổi theo.

Ngôn ngữ lập trình phổ biến cho PLC là Ladder, Step Ladder. Tuy nhiên, mỗi hãng sản xuất PLC có thể sử dụng các ngôn ngữ lập trình riêng của mình. Một số hãng sản xuất PLC phổ biến hiện nay bao gồm Siemens, Mitsubishi, Rockwell, INVT, Delta…

PLC đã trở thành một công cụ quan trọng trong ngành công nghiệp. Giúp tự động hóa các quy trình và giám sát hệ thống. Với khả năng lập trình linh hoạt, thiết bị cho phép người dùng. Nó sẽ tạo ra các chương trình điều khiển tùy chỉnh; đáp ứng yêu cầu cụ thể của quá trình sản xuất. Sự phổ biến và ứng dụng rộng rãi của PLC trong các ngành công nghiệp. Đã đóng góp đáng kể vào hiệu quả và độ tin cậy của quá trình sản xuất.

Cấu tạo và phân loại PLC

Một hệ thống PLC thông thường bao gồm các thành phần chính sau:

• Bộ nhớ chương trình: Bao gồm RAM (Random Access Memory), ROM (Read-Only Memory) . Có thể sử dụng thêm vùng nhớ ngoài như EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory).
• Bộ xử lý trung tâm CPU: Đây là trái tim của thiết bị, nơi xử lý các tác vụ logic và điều khiển. CPU quản lý và thực thi chương trình được lập trình vào bộ nhớ.
• Module input/output (I/O): Cung cấp giao tiếp giữa PLC và các thiết bị ngoại vi. Thông thường, các module I/O được tích hợp sẵn trên trên Programmable Logic Controller. Và khi cần mở rộng số lượng I/O, có thể lắp thêm module I/O.

Ngoài các thành phần chính trên, PLC còn có các phần tử khác như:

• Cổng kết nối PLC và máy tính: Thông qua các cổng RS232, RS422, RS485, PLC. Được kết nối với máy tính để đổ chương trình và giám sát hoạt động của Programmable Logic Controller.
• Cổng truyền thông: PLC thường tích hợp các cổng truyền thông như Modbus RTU. Tùy thuộc vào hãng và dòng sản phẩm, thiết bị cũng có thể tích hợp các chuẩn truyền thông khác như: Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT.

Cấu tạo và phân loại của PLC có thể thay đổi tùy thuộc vào nhà sản xuất và dòng sản phẩm. Mỗi loại PLC có tính năng và ứng dụng riêng. Đáp ứng các yêu cầu khác nhau trong các ngành công nghiệp và hệ thống điều khiển. Sự đa dạng và linh hoạt trong cấu trúc của PLC cho phép nó được sử dụng rộng rãi. Nhất là trong các lĩnh vực tự động hóa và điều khiển quy trình.

>>> Ngoài ra, bạn có thể tham khảo thêm về Công tắc áp suất nước tại đây

Cơ chế hoạt động của PLC

PLC hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển của bộ xử lý trung tâm CPU. CPU là trái tim của PLC và chịu trách nhiệm điều khiển toàn bộ hoạt động của nó. Tốc độ xử lý của CPU đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định tốc độ điều khiển của thiết bị. Chương trình được lưu trữ trên bộ nhớ RAM của PLC; đảm bảo tính ổn định của chương trình. Các PLC thường tích hợp pin dự phòng. Điều này, đảm bảo rằng chương trình không bị mất khi xảy ra sự cố về điện.

Nguyên tắc cơ bản của hoạt động của PLC là quét và thực hiện các lệnh theo thứ tự trong chương trình. CPU sẽ thực hiện quét chương trình từ đầu đến cuối. Thực hiện các lệnh theo thứ tự đã được lập trình. Khi có sự thay đổi trong ngõ vào (input); CPU sẽ xử lý các tác vụ logic và điều khiển các ngõ ra (output). Tương ứng dựa trên logic chương trình. Quá trình quét này được thực hiện lặp đi lặp lại theo tốc độ quét được cài đặt. Đảm bảo rằng PLC luôn theo dõi và điều khiển hệ thống theo các điều kiện và quy tắc đã được lập trình.

Nguyên lý hoạt động của PLC cho phép nó thực hiện các nhiệm vụ điều khiển logic phức tạp trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp. Việc lập trình và cấu hình chính xác chương trình trong PLC đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được hiệu suất và độ tin cậy cao trong quá trình điều khiển.

Ưu điểm và hạn chế của PLC

Ưu điểm nổi bật 

• Chống nhiễu và đáng tin cậy: Được thiết kế để hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, với khả năng chống lại nhiễu và nhiễm từ điện. Điều này đảm bảo rằng PLC hoạt động đáng tin cậy và ổn định. Đáp ứng yêu cầu của các ứng dụng công nghiệp.
• Xử lý phức tạp và độ chính xác cao: Có khả năng xử lý các giải thuật logic phức tạp, cho phép thực hiện các quyết định điều khiển dựa trên nhiều điều kiện và đạt độ chính xác cao trong quá trình điều khiển.
• Gọn nhẹ và dễ dàng lắp đặt: Kích thước nhỏ gọn, tiết kiệm không gian lắp đặt. Việc lắp đặt và cấu hình PLC cũng khá đơn giản. Giúp tiết kiệm thời gian và công sức trong quá trình triển khai hệ thống điều khiển.
• Thay thế mạch điều khiển relay: Hoàn toàn thay thế mạch điều khiển relay truyền thống. Điều này giúp giảm đáng kể kích thước và phức tạp của hệ thống điều khiển. Đồng thời đáp ứng linh hoạt mọi yêu cầu điều khiển.
• Hỗ trợ chuẩn mạng truyền thông công nghiệp: Được tích hợp với các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp như: Modbus, Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT. Điều này tạo sự kết nối và trao đổi dữ liệu linh hoạt giữa các thiết bị trong và ngoài nhà máy. Đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp 4.0.

Điểm hạn chế 

• Giá thành cao: PLC có giá thành cao hơn so với các mạch relay thông thường. Tuy nhiên, trên thị trường hiện nay, có sự xuất hiện của nhiều hãng sản xuất PLC từ Đức; Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc. Điều này đã tạo ra sự cạnh tranh giá và giảm điều kiện tài chính đối với việc triển khai PLC.
• Chi phí phần mềm lập trình: Một yếu tố khác là chi phí mua bản quyền phần mềm lập trình PLC. Có sự khác biệt tùy thuộc vào từng hãng sản xuất. Một số hãng cho phép sử dụng phần mềm miễn phí. Trong khi các hãng khác yêu cầu mua bản quyền.
• Yêu cầu kiến thức lập trình PLC: Để sử dụng và tận dụng tối đa tiềm năng của PLC trong quá trình điều khiển, người sử dụng cần có kiến thức cơ bản về lập trình PLC. Điều này đòi hỏi người dùng phải đầu tư thời gian và công sức để học và hiểu ngôn ngữ lập trình và cách hoạt động của PLC.

Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hóa

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang diễn ra. Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hóa trở nên vô cùng quan trọng. PLC không chỉ đơn thuần là một thiết bị điều khiển logic và tốc độ trong dây chuyền sản xuất. Mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc truyền thông. Và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị điều khiển khác, tạo nên một mạng lưới khép kín.

PLC chịu trách nhiệm thu thập thông tin từ các cảm biến và thiết bị đầu vào. Xử lý dữ liệu theo các thuật toán điều khiển và đưa ra các tín hiệu điều khiển cho các thiết bị đầu ra. Ngoài ra, PLC có khả năng kết nối và giao tiếp với các thiết bị khác trong hệ thống tự động hóa như: máy tính, thiết bị khác qua các giao thức truyền thông công nghiệp như Modbus, Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT, và nhiều giao thức khác.

Việc tích hợp PLC vào hệ thống tự động hóa mang lại nhiều lợi ích. PLC cung cấp khả năng kiểm soát chính xác, đáng tin cậy và linh hoạt cho quá trình sản xuất. Nó cũng giúp tối ưu hóa hiệu suất, giảm thiểu lỗi và tăng năng suất sản xuất. Sự kết nối và truyền thông của PLC giúp thu thập dữ liệu về quá trình sản xuất, phân tích và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống.

Điểm khác nhau giữa PLC và các loại điều khiển khác

Trong thời đại hiện đại, bộ điều khiển lập trình PLC ngày càng thay thế các hệ thống điều khiển truyền thống sử dụng relay và contactor thông thường. Dưới đây là một số sự khác nhau chính giữa PLC và các loại điều khiển khác:

Cách thức điều khiển chính của PLC

Điều khiển logic

Thực hiện các chương trình điều khiển logic tự động và bán tự động cho các quy trình máy.

Hỗ trợ bộ đếm (Counter) và bộ định thời gian (Timer) để theo dõi và điều khiển các sự kiện thời gian trong quy trình.

Điều khiển đáp ứng

• Hỗ trợ các giải thuật điều khiển như PID (Proportional-Integral-Derivative); Logic mờ và các phương pháp điều khiển tiên tiến khác.
• Điều khiển các loại động cơ Servo, động cơ bước và các thiết bị điều khiển khác.
• Điều khiển biến tần để điều chỉnh tốc độ và điện áp của động cơ.
• Điều khiển đáp ứng các thông số như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng trong quá trình sản xuất.

Mạng truyền thông

Kết nối nhiều bộ điều khiển PLC để tạo thành hệ thống mạng. Cho phép trao đổi dữ liệu và đồng bộ hóa các hoạt động giữa chúng.

Kết nối bộ điều khiển PLC với hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) để thu thập, giám sát và điều khiển từ xa các quy trình và thiết bị.

Ứng dụng thực tế của PLC

PLC đã trở thành một công cụ phổ biến và quan trọng trong cả công nghiệp và đời sống hiện đại. Nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực với những ứng dụng đa dạng. Dưới đây là một số ví dụ về ứng dụng của PLC:

• Công nghiệp nhẹ: Trong các hệ thống đóng gói, băng chuyền và các quy trình sản xuất nhỏ khác, các PLC kinh tế với số lượng đầu vào/ra ít và thiết kế nhỏ gọn được sử dụng phổ biến. Những loại PLC này tích hợp đầy đủ các tính năng cần thiết để linh hoạt sử dụng cho nhiều ứng dụng cơ bản.
• Công nghiệp nặng: Trong các hệ thống lớn, phức tạp như dây chuyền xử lý nước thải, nhà máy xi măng, các loại PLC thiết kế dạng module được sử dụng để đáp ứng yêu cầu đa dạng.
• Thông qua việc lựa chọn CPU chính, số lượng đầu vào/ra, module analog, truyền thông phù hợp. Các hệ thống này có thể đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của dự án.
• Đời sống: PLC có thể được ứng dụng trong các hệ thống đèn giao thông, nhà thông minh, nơi nó giúp tự động hoá và tối ưu hóa các quy trình điều khiển.
• Nông nghiệp: PLC đóng vai trò quan trọng trong việc hiện đại hóa quá trình sản xuất nông nghiệp. Nó được sử dụng trong các hệ thống tự động tưới cây, điều khiển thời gian và lượng nước. Quản lý môi trường trong nhà kính và các quy trình khác để tăng năng suất và hiệu quả.

Khi chọn mua PLC cần chú ý những điều gì?

Dự phòng và thay thế: Đối với việc mua dự phòng hoặc thay thế, cần có hình ảnh nhãn hoặc thông tin trên thiết bị cũ. Xác định mã hàng để tìm mua sản phẩm cùng mã. Lưu ý, nếu muốn dự phòng, PLC mới phải hỗ trợ sao chép hoặc upload chương trình từ thiết bị cũ để đảm bảo hoạt động tiếp tục.

Dự án mới: Đối với PLC dùng cho dự án mới, hãy thực hiện các bước sau:

• Xác định số lượng ngõ vào và ngõ ra cần thiết để chọn loại CPU và module mở rộng phù hợp. Đối với ngõ ra, cần xem xét lựa chọn giữa ngõ ra transistor và ngõ ra relay.
• Tính toán số lượng tín hiệu analog đầu vào và ra cần sử dụng.
• Nếu cần kết nối với màn hình cảm ứng HMI, hãy chọn loại PLC có khả năng mở rộng truyền thông phù hợp.
• Xem xét dung lượng bộ nhớ cần thiết và hỗ trợ các tập lệnh phức tạp của loại PLC mà bạn đang xem xét, tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng cụ thể.

Tổng kết

PLC cũng hỗ trợ tích hợp các chuẩn truyền thông công nghiệp, tạo sự kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị trong và ngoài nhà máy, đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp 4.0. Điều này mở ra nhiều cơ hội cho ứng dụng của PLC trong các lĩnh vực như công nghiệp, giao thông, nhà thông minh và nông nghiệp.

Tóm lại, PLC đã trở thành một công cụ quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất, linh hoạt và tự động hóa trong các quy trình công nghiệp và đời sống. Với ứng dụng rộng rãi và khả năng tùy chỉnh linh hoạt, PLC tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển và tối ưu hóa các hệ thống tự động hóa.

>>> Tham khảo thêm bài viết: Viton là gì?