Với khả năng lập trình và điều khiển chính xác, PLC được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, từ sản xuất, chế tạo đến xử lý tự động. Vậy PLC là gì? Cách hoạt động và ứng dụng của chúng trong tủ điện công nghiệp ra sao? Cùng tìm hiểu tại bài viết dưới đây nhé!
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.
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 bộ phận quan trọng 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.
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. Tủ điện điều khiển PLC công nghiệp
4.1 Vai trò
Bộ điều khiển lập trình PLC trong tủ điện điều khiển có 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.
4.2 Ưu điểm của tủ điện PLC
- Xử lý thuật toán phức tạp với độ chính xác cao
- Thiết kế nhỏ gọn, thuận tiện cho bảo trì và sửa chữa
- Cấu trúc module linh hoạt, dễ dàng mở rộng chức năng
- Hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt
- Có khả năng kết nối với máy tính và các thiết bị thông minh khác
- Dễ dàng thay đổi và cập nhật chương trình điều khiển theo nhu cầu
4.3 Ứng dụng của tủ điện PLC trong công nghiệp
Tủ điện PLC được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và thiết bị tự động hóa như:
- Máy móc sản xuất: Máy in, máy đóng gói, máy chế biến thực phẩm, máy dệt, máy cắt tốc độ cao…
- Dây chuyền sản xuất: Hệ thống giám sát và phân bổ sản phẩm, điều khiển băng tải tự động.
- Hệ thống quản lý năng lượng: Kiểm soát và giám sát thiết bị điện trong nhà máy, tòa nhà thông minh.
Trên đây là toàn bộ thông tin về bộ điều khiển lập trình PLC. Hy vọng bài viết hữu ích với bạn. SUNTECH cảm ơn bạn đọc đã theo dõi!
