Bạn có bao giờ tự hỏi điều gì khiến các nhà máy hoạt động một cách chính xác và hiệu quả? Câu trả lời nằm ở những bộ điều khiển nhỏ bé nhưng vô cùng quan trọng, gọi là PLC. Chúng là chìa khóa để mở ra cánh cửa của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Vậy bạn có muốn biết chi tiết PLC là gì? Cách chúng hoạt động và làm thế nào để chọn bộ điều khiển logic lập trình phù hợp? Bài viết của SUNTECH sẽ cung cấp câu trả lời cho những câu hỏi này và nhiều thông tin hữu ích khác. Đọc ngay để tìm hiểu thêm!
1. Khái niệm PLC
PLC được viết tắt từ cụm Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. PLC có khả năng linh hoạt cao, cho phép người dùng lập trình để thực hiện các chuỗi hoạt động phức tạp dựa trên các sự kiện kích hoạt từ các tín hiệu đầu vào.
Thiết bị điều khiển lập trình – PLC
Thiết bị điều khiển lập trình hoạt động bằng cách quét liên tục các tín hiệu đầu vào (ví dụ: công tắc, cảm biến) và thực hiện các lệnh tương ứng để điều khiển các đầu ra (ví dụ: động cơ, van). Các lệnh này được lập trình bằng các ngôn ngữ chuyên dụng như Ladder Logic hoặc State Logic.
Xem thêm: Sensor là gì? Một số loại cảm biến công nghiệp trong phòng sạch
2. Cấu tạo và phân loại
Cấu tạo
Một PLC điển hình bao gồm các thành phần chính sau:
- Bộ nhớ chương trình: Bao gồm RAM, ROM và có thể sử dụng vùng nhớ ngoài như EPROM để lưu trữ chương trình điều khiển.
- Bộ xử lý trung tâm (CPU): Là trái tim của PLC, thực hiện các lệnh lập trình và điều khiển hệ thống.
- Module Input/Output (I/O): Cho phép bộ điều khiển logic lập trình giao tiếp với các thiết bị bên ngoài thông qua các cổng I/O. Nếu cần mở rộng, có thể lắp thêm các module I/O.
- Các cổng kết nối: PLC thường được trang bị cổng RS232, RS422, RS485 để kết nối với máy tính và thực hiện giám sát chương trình.
- Cổng truyền thông: Tích hợp các chuẩn như Modbus RTU, Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT… tùy thuộc vào dòng sản phẩm và hãng sản xuất.
Các module bộ điều khiển logic lập trình:
- Module CPU: Chứa bộ vi xử lý, bộ nhớ và các cổng giao tiếp, là thành phần chính của bộ điều khiển logic lập trình.
- Module I/O: Kết nối bộ điều khiển logic lập trình với các thiết bị điều khiển trong ứng dụng tự động hóa công nghiệp.
- Module mở rộng: Được sử dụng để thêm các chức năng như giao tiếp mạng, truyền thông thời gian thực và điều khiển servo.
Thiết bị hỗ trợ bộ điều khiển logic lập trình:
- HMI (Human-Machine Interface): Thiết bị giao diện người máy, cho phép người dùng tương tác với bộ điều khiển logic lập trình thông qua màn hình cảm ứng, nút bấm và các thiết bị đầu vào khác.
- Đèn báo và thông báo: Cung cấp thông tin về trạng thái của bộ điều khiển logic lập trình, bao gồm các lỗi, cảnh báo và tình trạng hoạt động hiện tại.
- Biến tần: Điều khiển tốc độ của động cơ điện, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng tự động hóa công nghiệp.
Phân loại PLC
Programmable Logic Controller có thể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau, tùy thuộc vào mục đích sử dụng và các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống. Dưới đây là một số cách phân loại phổ biến:
- Phân loại theo kích thước: Bộ điều khiển logic lập trình được chia thành các loại nhỏ, trung bình và lớn dựa trên quy mô sử dụng, số lượng cổng I/O (Input/Output) và độ phức tạp của hệ thống điều khiển.
- Phân loại theo khả năng xử lý:
– Bộ điều khiển logic lập trình xử lý theo thời gian thực, đáp ứng nhanh các tín hiệu và yêu cầu điều khiển.
– Bộ điều khiển logic lập trình xử lý không theo thời gian thực, thường được sử dụng trong các ứng dụng không đòi hỏi thời gian phản hồi nhanh.
- Phân loại theo ngôn ngữ lập trình:
– Ngôn ngữ văn bản có cấu trúc.
– Ngôn ngữ đồ họa như bậc thang (Ladder Diagram – LD/LAD), Structured Text (ST/STL), Function Block Diagram (FB/FBD), Instruction List (IL), Sequential Function Chart (SFC).
- Phân loại theo hãng sản xuất: Các thương hiệu nổi tiếng như Siemens, Mitsubishi, Omron, Rockwell Automation…đều có các dòng bộ điều khiển logic lập trình với đặc trưng riêng.
Xem thêm: Cảm biến áp suất là gì? Ứng dụng trong phòng sạch
3. Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển PLC
Thiết bị điều khiển lập trình hoạt động theo nguyên lý cơ bản sau:
- Tiếp nhận tín hiệu: Tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi như cảm biến và công tắc được đưa vào CPU thông qua module đầu vào.
- Xử lý tín hiệu: CPU xử lý tín hiệu nhận được và thực hiện các lệnh dựa trên chương trình đã lập trình sẵn.
- Xuất tín hiệu: Sau khi xử lý, CPU gửi tín hiệu qua module đầu ra để điều khiển các thiết bị bên ngoài.
- Chu kỳ quét: Một vòng quét (Scan Cycle) bao gồm các bước: đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội bộ, tự kiểm tra lỗi và gửi cập nhật tín hiệu đầu ra.
Vòng quét thường diễn ra trong thời gian rất ngắn, từ 1-100 ms, phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC, độ dài của chương trình, và tốc độ giao tiếp với thiết bị ngoại vi.
4. Chức năng của PLC trong hệ thống tự động hóa
Bộ điều khiển logic lập trình đóng vai trò quan trọng trong hệ thống tự động hóa công nghiệp với các chức năng chính sau:
- Điều khiển: Bộ điều khiển logic lập trình điều khiển các thiết bị và máy móc thông qua các thuật toán điều khiển. Các lệnh này sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ như khởi động/dừng máy, điều chỉnh tốc độ và vị trí, kiểm soát các quá trình công nghiệp.
- Giám sát: Bộ điều khiển logic lập trình sẽ thu thập dữ liệu từ cảm biến và thiết bị khác để giám sát hiệu suất hệ thống. Từ đó, phát hiện ra sự cố và đưa ra các cảnh báo kịp thời.
- Bảo vệ: Bảo vệ máy móc bằng cách phát hiện và ngăn chặn các sự cố như quá tải điện áp, quá nhiệt và nguy cơ cháy nổ.
5. Ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm
- Khả năng chống nhiễu tốt và độ tin cậy cao trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
- Đáp ứng các thuật toán điều khiển phức tạp và chính xác cao.
- Dễ dàng lắp đặt, thiết kế gọn nhẹ.
- Thay thế hoàn toàn các mạch điều khiển thông thường, đáp ứng mọi yêu cầu hệ điều khiển.
- Hỗ trợ chuẩn mạng truyền thông công nghiệp, kết nối và trao đổi dữ liệu theo tiêu chuẩn công nghiệp 4.0.
Nhược điểm
- Giá thành cao so với mạch relay thông thường.
- Chi phí phần mềm lập trình cao, phụ thuộc vào nhà sản xuất và bản quyền (licence).
- Cần có kiến thức chuyên sâu về lập trình để vận hành hiệu quả.
6. Tiêu chí chọn bộ điều khiển logic lập trình
Để lựa chọn một bộ điều khiển logic lập trình phù hợp cho ứng dụng của mình, cần xem xét kỹ các yếu tố sau:
- Bộ nhớ: Đảm bảo bộ điều khiển logic lập trình có đủ ROM và RAM để lưu trữ hệ điều hành, lệnh và thực thi các chức năng tự động hóa.
- Khả năng kết nối: Đảm bảo bộ điều khiển logic lập trình có đủ cổng đầu vào và đầu ra, cũng như khả năng kết nối linh hoạt với các thiết bị ngoại vi trong hệ thống.
- I/O tương tự: Nếu ứng dụng của bạn yêu cầu điều khiển các biến liên tục, chọn bộ điều khiển logic lập trình có đầu vào và đầu ra tương tự phù hợp.
- Công suất điện: Xác nhận rằng bộ điều khiển tương thích với hệ thống điện của bạn về yêu cầu điện áp và nguồn điện.
- Tốc độ xử lý: Kiểm tra tốc độ CPU của Programmable Logic Controller để đảm bảo nó đáp ứng nhu cầu của ứng dụng.
- Khả năng tương thích: Đảm bảo Bộ điều khiển tương thích với phần cứng hệ thống hiện có hoặc mới, bao gồm nguồn điện và đường ray DIN.
- Nhiệt độ chịu đựng: Chọn bộ điều khiển logic lập trình có khả năng hoạt động trong phạm vi nhiệt độ phù hợp với điều kiện của cơ sở. Một số Bộ điều khiển chuyên dụng có thể hoạt động ở nhiệt độ khắc nghiệt.
7. Ứng dụng PLC
Khi nói đến ứng dụng của Programmable Logic Controller hiện nay, có thể thấy chúng rất phổ biến trong cả công nghiệp và đời sống hàng ngày. Trong công nghiệp Programmable Logic Controller được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống nhỏ như máy đóng gói và băng tải. Các bộ điều khiển logic lập trình kinh tế, với số lượng I/O ít và thiết kế nhỏ gọn, cung cấp một giải pháp chi phí hiệu quả và đầy đủ các tính năng cần thiết cho các ứng dụng cơ bản.
Trong hệ thống lớn, phức tạp như dây chuyền xử lý nước thải hay nhà máy xi măng, các bộ điều khiển logic lập trình được thiết kế dạng module cho phép tùy chỉnh theo nhu cầu. Điều này yêu cầu tính toán kỹ lưỡng về loại CPU, số lượng I/O, module analog và khả năng truyền thông để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của dự án.
Programmable Logic Controller còn được ứng dụng trong hệ thống đèn giao thông và nhà thông minh. Đặc biệt, trong ngành nông nghiệp, PLC đang được sử dụng để hiện đại hóa quy trình sản xuất, nâng cao hiệu quả và tự động hóa các hoạt động nông nghiệp.
Trên đây là những thông tin cơ bản về hệ thống PLC – Bộ điều khiển trung tâm. Nếu còn vấn đề gì thắc mắc, bạn hãy liên hệ với SUNTECH để được hỗ trợ!
Xem thêm: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm phòng sạch
