Bộ lập trình PLC là một trong những thiết bị có vai trò quan trọng trong lĩnh vực tự động hóa của nhiều ngành công nghiệp hiện nay. Đây là thiết bị điện tử thường được sử dụng để điều khiển và giám sát các quy trình trong các nhà máy sản xuất và hệ thống máy móc công nghiệp. Trong bài viết dưới đây, KYODO sẽ tổng hợp thông tin về PLC là gì? Chức năng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, giao thức truyền tin và các ứng dụng phổ biến.
PLC là gì ?
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, đây là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình.
Người sử dụng PLC có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện, hoạt động. Những sự kiện này được kích hoạt bởi các tín hiệu đầu vào hoặc thông qua các hoạt động có thời gian trễ như thời gian định thì hoặc các sự kiện được đếm.
- PLC là gì?
Thiết bị điều khiển lập trình dùng để thay thế các mạch rơ-le trong thực tế. Hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào và khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đồng thời sẽ thay đổi ở đầu ra. Thông thường, ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic.
Xem thêm: DDC là gì? Ứng dụng của DDC trong điều khiển tự động
I. Phân loại và cấu tạo của PLC
1. Phân loại
PLC có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào khả năng và ứng dụng của chúng. Dưới đây là một số loại phổ biến:
- Phân loại PLC theo kích thước: Nhỏ, trung bình, lớn tùy theo quy mô sử dụng, số lượng cổng I/O và tính phức tạp của hệ thống điều khiển.
- Phân loại theo khả năng xử lý: PLC phân tích và xử lý theo thời gian thực, PLC phân tích và xử lý không theo thời gian thực.
- Theo khả ngôn ngữ lập trình: Ngôn ngữ văn bản có cấu trúc, ngôn ngữ đồ họa, ngôn ngữ bậc thang (LD/LAD, ST/STL, FB/FBD, IL, SFC).
- Theo hãng sản xuất: PLC Siemens, PLC Mitsubishi, Omron, Rockwell Automation …
2. Cấu tạo
Một bộ lập trình PLC điển hình đều bao gồm một số thành phần chính như sau:
- Bộ nhớ chương trình: RAM, ROM, ngoài ra có thể sử dụng vùng nhớ ngoài – EPROM.
- Bộ xử lý trung tâm CPU.
- Module input/ output. Module I/O thường được tích hợp trên PLC. Khi có nhu cầu mở rộng I/O, bạn có thể lắp module I/O.
Các thành phần khác
- Cổng kết nối và máy tính: RS232, RS422, RS485 để thực hiện đổ và giám sát chương trình.
- Cổng truyền thông: thường được tích hợp cổng truyền thông Modbus RTU. Tùy theo các hãng và dòng sản phẩm, PLC còn có thể được tích hợp thêm các cổng truyền thông khác như Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT…
Các module PLC
- Module CPU: Module CPU là module chính của PLC. Module CPU chứa các thành phần quan trọng của PLC, bao gồm bộ vi xử lý, bộ nhớ và các cổng giao tiếp.
- Module I/O: Module I/O là module chứa các đầu vào và đầu ra của PLC. Module I/O cho phép PLC giao tiếp với các thiết bị và máy móc trong các ứng dụng tự động hóa công nghiệp.
- Module mở rộng: Module mở rộng là module được sử dụng để mở rộng chức năng của PLC. Module mở rộng có thể được sử dụng để thêm các chức năng như giao tiếp mạng, truyền thông thời gian thực và điều khiển servo.
- Thiết bị PLC
HMI PLC
HMI là viết tắt của Human-Machine Interface, là một thiết bị giao diện người-máy được sử dụng để giao tiếp với PLC. HMI cho phép người dùng tương tác với PLC bằng cách sử dụng các nút bấm, màn hình cảm ứng và các thiết bị đầu vào khác.
Đèn báo và thông báo
Đèn báo và thông báo PLC được sử dụng để hiển thị trạng thái của PLC. Đèn báo và thông báo PLC có thể được sử dụng để báo hiệu các sự kiện như lỗi, cảnh báo và trạng thái hoạt động.
Biến tần
Biến tần là một thiết bị điều khiển tốc độ động cơ được sử dụng để điều khiển tốc độ của các động cơ điện. Biến tần có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng tự động hóa công nghiệp, chẳng hạn như sản xuất, đóng gói và vận chuyển.
Hệ thống PLC
Hệ thống PLC là một tập hợp các thiết bị PLC, HMI và các thiết bị khác. Hệ thống PLC có thể được sử dụng để tạo ra các giải pháp tự động hóa công nghiệp hoàn chỉnh.
Tài liệu, hướng dẫn
Tài liệu PLC là một tài nguyên quan trọng cho các kỹ sư và kỹ thuật viên tự động hóa công nghiệp. Tài liệu bao gồm các hướng dẫn sử dụng, tài liệu kỹ thuật và các tài nguyên khác giúp người dùng hiểu và sử dụng PLC.
II. Các chức năng của PLC
Chức năng điều khiển
PLC có thể được sử dụng để điều khiển các thiết bị và máy móc bằng cách sử dụng các thuật toán điều khiển. Các thuật toán điều khiển này có thể được sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ như khởi động và dừng máy, điều chỉnh tốc độ và vị trí của máy, và kiểm soát các quá trình công nghiệp.
Chức năng giám sát
PLC có thể được sử dụng để giám sát các quá trình và thiết bị bằng cách thu thập dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị khác. Dữ liệu này có thể được sử dụng để giám sát hiệu suất của hệ thống, phát hiện các sự cố và đưa ra các cảnh báo.
Chức năng bảo vệ
PLC có thể được sử dụng để bảo vệ các thiết bị và máy móc bằng cách phát hiện và ngăn chặn các sự cố. Các sự cố này có thể bao gồm quá tải điện áp, quá nhiệt và cháy nổ.
- PLC được lắp đặt trong tủ điện
III. Nguyên lý hoạt động của Thiết bị điều khiển lập trình
Đầu tiên, tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (như các sensor, contact, …) sẽ được đưa vào CPU thông qua module đầu vào. Sau khi nhận được tín hiệu thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu qua module đầu ra. Sau đó, xuất ra các thiết bị được điều khiển bên ngoài theo 1 chương trình đã được lập trình sẵn.
Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội, tự kiểm tra lỗi, gửi cập nhật tín hiệu đầu ra được gọi là 1 chu kỳ quét hay 1 vòng quét (Scan Cycle).
Thông thường, một vòng quét có thời gian vô cùng ngắn, chỉ từ (từ 1–100 ms). Thời gian thực hiện vòng quét còn phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của Thiết bị điều khiển lập trình, độ dài hay ngắn của chương trình, hoặc tốc độ qua lại giữa Thiết bị điều khiển lập trìnhvà thiết bị ngoại vi.
Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của PLC
IV. Ưu điểm và nhược điểm của PLC
1. Ưu điểm
Bộ lập trình PLC mang đến nhiều lợi ích quan trọng trong tự động hóa công nghiệp:
- Chống nhiễu tốt, đáng tin cậy và đáng sử dụng trong môi trường công nghiệp.
- Đáp ứng được các giải thuật có độ phức tạp và chính xác cao.
- Dễ dàng lắp đặt, đơn giản và gọn nhẹ.
- Thay thế hoàn toàn các mạch điều khiển thông thường, đáp ứng mọi yêu cầu của hệ điều khiển.
- Hỗ trợ chuẩn các mạng truyền thông công nghiệp, tạo ra sự kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị trong ngoài, đáp ứng chuẩn tiêu chuẩn 4.0.
Xem thêm: Ứng dụng và vai trò của PLC công nghiệp
2. Nhược điểm
Bộ lập trình PLC cũng có một số hạn chế nhất định:
- Giá thành cao: Chi phí khá cao so với các sản phẩm mạch relay thông thường, do có độ cạnh tranh của nhiều hãng nước ngoài như Đức, Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc.
- Chi phí phần mềm lập trình: Tùy thuộc vào hãng sản xuất mà chi phí mua bản quyền (licence) cũng có sự khác nhau.
- Yêu cầu có kiến thức cao về lập trình: Để thiết bị hoạt động tốt và hiệu quả, người vận hành và kiểm soát thiết bị cần có kiến thức về lập trình PLC.
V. Ứng dụng của Thiết bị điều khiển lập trình
Thực tế, Thiết bị điều khiển lập trình được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp cũng như trong cuộc sống. Những loại máy móc nhỏ như đóng gói, băng tải cũng có thể sử dụng một số dòng thiết bị có cổng IN/OUT hạn chế, thiết kế nhỏ gọn với chi phí thấp hơn.
Đối với các hệ thống lớn như xử lý nước thải hay nhà máy xi măng, việc sử dụng Thiết bị điều khiển lập trình dạng module linh hoạt và tùy chỉnh là lựa chọn hợp lý. Khi áp dụng loại này, cần xác định CPU, số lượng đầu vào/đầu ra, module analog và các yếu tố truyền thông cần thiết để đảm bảo hệ thống đáp ứng đúng yêu cầu kỹ thuật của dự án.
Thiết bị điều khiển lập trình còn được ứng dụng vào trong quá trình tự động hóa nền công nghiệp với rất nhiều lĩnh vực khác như: Công nghệ sản xuất (nhà xưởng, nhà máy sản xuất), xử lý hóa học, chế biến thực phẩm… Với lĩnh vực này, thiết bị thường sẽ được lắp đặt ở khu điều khiển của những phòng sạch chất lượng, đảm bảo quy trình vận hành của nhà máy.
Ứng dụng khác
Ngoài ra, thiết bị này còn được ứng dụng vào một số những hoạt động, công việc khác như hệ thống đèn giao thông hay nhà thông minh. Hệ thống sử dụng Thiết bị điều khiển lập trình là giải pháp cho sự phát triển công nghiệp với khả năng điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất hiện nay.
Trên đây là tất cả những thông tin về thiết bị và ứng dụng của PLC hiện nay. KYODO có dịch vụ tư vấn và lắp đặt các giải pháp PLC điều khiển HVAC, hệ thống chiếu sáng trong phòng sạch sản xuất công nghiệp. Nếu quý vị đang cần tìm hiểu và ứng dụng vào cơ sở của mình, hãy liên hệ tới KYODO để được tư vấn và hỗ trợ chi tiết nhất.
Xem thêm: HVAC là gì? Thiết kế, thi công lắp đặt hệ thống HVAC
