Không thể tưởng tượng được tự động hóa công nghiệp hiện đại mà không có PLC. Nhưng PLC là gì và nó hoạt động như thế nào thì trong bài viết này, chúng mình sẽ giải thích các nguyên tắc cơ bản xung quanh công nghệ này.

PLC là gì?

PLC là viết tắt của “Programmable Logic Controller”, dịch sang tiếng Việt có thể hiểu là “Bộ điều khiển logic có thể lập trình”. PLC là một loại thiết bị điện tử được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển tự động trong công nghiệp. Nó được sử dụng để kiểm soát, giám sát và điều khiển các quy trình và thiết bị trong môi trường công nghiệp.

PLC được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ điều khiển bằng cách thực hiện các chương trình logic lập trình được tải vào nó. Chương trình logic này dựa trên các nguyên tắc đơn giản của logic Boolean (bao gồm các phép AND, OR, NOT) và các hàm logic khác như lưu đồ bảng chân trị (truth table) và lưu đồ logic (logic diagram). Các chương trình này có thể được lập trình và chỉnh sửa để thay đổi hoạt động của PLC theo yêu cầu của ứng dụng cụ thể.

PLC thường có tích hợp các cổng giao tiếp để kết nối với các thiết bị đầu vào và đầu ra như cảm biến, động cơ, van điều khiển, màn hình hiển thị, và các thiết bị khác. Nó có khả năng xử lý tín hiệu đầu vào, thực hiện các phép toán logic, và tạo ra các tín hiệu đầu ra để điều khiển các thiết bị và quy trình trong môi trường công nghiệp.

PLC có ưu điểm là linh hoạt, có thể lập trình để thay đổi hoạt động theo nhu cầu, dễ dàng tích hợp với các thành phần điện tử khác, và có khả năng hoạt động liên tục trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Nó được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp để nâng cao hiệu suất, độ chính xác và an toàn trong các quy trình sản xuất.

Cấu tạo PLC

PLC (Programmable Logic Controller) bao gồm các thành phần chính sau:

1. CPU (Central Processing Unit): CPU là trung tâm điều khiển của PLC. Nó thực hiện các phép toán logic, xử lý các tín hiệu đầu vào và tạo ra các tín hiệu đầu ra dựa trên chương trình logic được lập trình vào.
2. Memory (Bộ nhớ): PLC có hai loại bộ nhớ chính:

• ROM (Read-Only Memory): Đây là nơi lưu trữ các chương trình logic cố định (firmware) và các thông số cấu hình của PLC. Các chương trình này không thể thay đổi trong quá trình hoạt động.
• RAM (Random Access Memory): Đây là bộ nhớ dùng để lưu trữ các biến, giá trị tạm thời và các dữ liệu xử lý trong quá trình hoạt động của PLC. Nó cho phép lưu trữ và truy xuất các dữ liệu trong chương trình logic.

1. Input/Output Modules (I/O Modules): Đây là các module đầu vào/đầu ra mà PLC sử dụng để kết nối với các thiết bị đầu vào và đầu ra bên ngoài như cảm biến, động cơ, van điều khiển, màn hình hiển thị, và các thiết bị khác. Các I/O Modules chuyển đổi tín hiệu từ các thiết bị đầu vào thành dữ liệu kỹ thuật số hoặc tương tự để PLC có thể xử lý, và chuyển đổi dữ liệu từ PLC thành tín hiệu điều khiển cho các thiết bị đầu ra.
2. Power Supply (Nguồn cung cấp): PLC cần nguồn cung cấp điện để hoạt động. Nguồn cung cấp điện thông thường là điện một pha hoặc ba pha, tùy thuộc vào yêu cầu của hệ thống.
3. Programming Interface (Giao diện lập trình): Đây là phần mềm lập trình được cung cấp bởi nhà sản xuất PLC để lập trình và cấu hình PLC. Giao diện lập trình thường cung cấp các công cụ và ngôn ngữ lập trình để tạo và chỉnh sửa chương trình logic của PLC.
4. Communication Interfaces (Cổng giao tiếp): PLC có thể được trang bị các cổng giao tiếp để kết nối với các thiết bị và hệ thống khác như máy tính, mạng, thiết bị điều khiển từ xa và các thiết bị ngoại vi khác. Các cổng giao tiếp này giúp PLC truyền thông và trao đổi dữ liệu với các thiết bị khác để thực hiện các nhiệm vụ điều khiển và giám sát.

Tùy thuộc vào nhà sản xuất và mô hình cụ thể, cấu tạo của PLC có thể khác nhau. Tuy nhiên, các thành phần trên đại diện cho các phần chính của một PLC tiêu chuẩn.

Ngoài ra, PLC còn có các bộ phận khác:

• Cổng kết nối PLC và máy tính: RS232, RS422, RS485 thực hiện đổ chương trình và giám sát chương trình.
• Cổng truyền thông: PLC thường tích hợp cổng truyền thông Modbus RTU. Tùy hãng và dòng sản phẩm, PLC có thể được tích hợp thêm các chuẩn truyền thông khác như Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT…

Ưu điểm và nhược điểm của PLC

Ưu điểm PLC

Bộ điều khiển PLC chống nhiễu tốt, đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp.

Đáp ứng các giải thuật phức tạp, độ chính xác cao.

Gọn nhẹ, lắp đặt dễ dàng.

Thay thế hoàn toàn mạch điều khiển relay thông thường, dễ dàng đáp ứng mọi yêu cầu điều khiển.

Hỗ trợ các chuẩn mạng 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.

Nhược điểm PLC

Giá thành cao: Chi phí sản phẩm cao hơn so với chi phí mạch relay thông thường. Tuy nhiên, hiện nay thị trường VN đã có mặt rất nhiều hãng PLC của Đức, Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc… dẫn đến giá thành cạnh tranh hơn so với trước.

Chi phí phần mềm lập trình: Chi phí mua licence phần mềm lập trình tùy thuộc vào hãng sản xuất. Hiện nay có 2 dạng: hãng sản xuất cho phép sử dụng miễn phí và hãng sản xuất yêu cầu mua licence.

Yêu cầu người sử dụng có kiến thức về lập trình PLC: Để thiết bị PLC đáp ứng tốt trong điều khiển, người sử dụng cần có kiến thức căn bản về lập trình PLC.

PLC hoạt động như thế nào?

Hoạt động PLC cơ bản trải qua các bước sau:

Phát hiện trạng thái các thiết bị đầu vào kết nối với PLC

Có hai loại đầu vào dữ liệu: rời rạc và tương tự

Rời rạc

Đầu vào rời rạc đề cập đến dữ liệu khi nó ở một trong hai trạng thái như bật hoặc tắt, 1 hoặc 0, mở hoặc đóng.

Ví dụ bao gồm công tắc nút nhấn (bật/tắt) hoặc trạng thái van (mở/đóng).

Tương tự

Đầu vào analog đề cập đến các tín hiệu có nhiều giá trị, không phải là bật/tắt hoặc mở/đóng đơn giản.

Ví dụ bao gồm cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến CO2 và cân trọng lượng.

Thực hiện hướng dẫn chương trình dựa trên đầu vào.

Vận hành tất cả các thiết bị đầu ra được kết nối với PLC

Ví dụ: báo động, đèn báo, van và/hoặc đầu ra hiển thị hình ảnh.

PLC được sử dụng ở đâu?

Trong cuộc sống hàng ngày

Nhiều hành động trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta đều dựa trên PLC và chúng ta thậm chí có thể không nhận thức được điều đó.

Ví dụ, PLC có thể được sử dụng để điều khiển hệ thống chiếu sáng đường phố nhằm tiết kiệm năng lượng và cắt giảm chi phí mà vẫn đảm bảo an toàn. Chiếu sáng đường phố có thể là một trong những chi phí năng lượng lớn nhất đối với thành phố và có thể chiếm tới 35-45% ngân sách tiện ích của thành phố.

Hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh được điều khiển bởi PLC có thể giảm chi phí chiếu sáng đường phố tới 70%. Những đèn đường này tính đến thời gian trong ngày, dữ liệu từ cảm biến ánh sáng và sự hiện diện của người đi bộ hoặc ô tô để xác định xem họ bật hay tắt.

Các ví dụ khác bao gồm:

• Mạch đèn giao thông
• Biển báo kỹ thuật số
• Cần gạt nước kính chắn gió điện và bơm phun trên ô tô
• Cửa chớp được điều khiển tự động
• Hệ thống điều khiển hệ thống sưởi
• Hệ thống cổng tự động
• Thang máy và thang cuốn
• …

Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hóa

Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang đặt ra thách thức không nhỏ đối với các doanh nghiệp. Trong dây chuyền sản xuất của doanh nghiệp, PLC không đơn thuần là thiết bị điều khiển đáp ứng về logic và tốc độ mà còn về truyền thông, trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị điều khiển khác, tạo nên một mạng lưới khép kín.

Trong sản xuất công nghiệp

Ngày nay, ngành công nghiệp không còn có thể hoạt động nếu không có sự điều khiển dựa trên logic, điện tử mà PLC đã kích hoạt. Họ giám sát và kiểm soát các quy trình sản xuất tự động để tiết kiệm thời gian, chi phí và nhân công. Điều này có thể bao gồm các thiết bị robot, dây chuyền lắp ráp và các chức năng khác của máy. Ví dụ, trong ngành công nghiệp thực phẩm, PLC có thể được sử dụng để phát hiện khoai tây chiên bị cháy và loại bỏ chúng khỏi dây chuyền lắp ráp.

Cảm biến ánh sáng xác định chip tối màu trên băng tải (đầu vào)

Logic trong chương trình sẽ sử dụng thông tin đầu vào để xác định quạt gió nào sẽ kích hoạt vào đúng thời điểm.

PLC kích hoạt máy thổi để loại bỏ phôi bị cháy khỏi băng tải.

PLC là một phần của hệ thống SCADA

PLC thường là một phần của giải pháp SCADA. Các hệ thống phi tập trung này giám sát, trực quan hóa và kiểm soát toàn bộ quá trình cài đặt trong môi trường công nghiệp. Phần lớn các hoạt động điều khiển được xử lý bởi PLC hoặc thiết bị đầu cuối từ xa (RTU).

Việc thu thập dữ liệu bắt đầu bằng PLC giao tiếp với máy. Sau đó, dữ liệu sẽ được hiển thị cho người vận hành bằng Giao diện người máy (HMI). Điều này cho phép người vận hành tương tác với phần mềm hệ thống SCADA – chẳng hạn như Ignition.

Hy vọng bài viết trên sẽ cung cấp cho các bạn những thông tin cần thiết về hệ thống PLC.

Thuận Thiên Phát – là đơn vị thi công lắp đặt và lập trình hệ thống PLC uy tín tại Việt Nam. Hãy liên hệ với đội ngũ kỹ sư của chúng tôi nếu bạn cần tư vấn chi tiết về hệ thống PLC.