Danh mục bài viết
1. PLC là gì?
PLC (viết tắt của Programmable Logic Controller) là thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển logic. Bộ lập trình PLC nhận tác động các sự kiện bên ngoài thông qua ngõ vào (input) và thực hiện hoạt động thông qua ngõ ra (output). PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi bất kỳ từ ngõ vào, dựa theo logic chương trình ngõ ra tương ứng sẽ thay đổi.
Ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến hiện nay là Ladder, Step Ladder. Tuy nhiên, mỗi hãng sản xuất sẽ có các ngôn ngữ lập trình riêng. Các hãng sản xuất PLC phổ biến hiện nay gồm: Siemens, Mitsubishi, Rockwell, INVT, Delta…
2. Cấu tạo và phân loại PLC
Thông thường, hệ thống PLC có các bộ phận chính 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. Thông thường module I/O được tích hợp trên PLC, khi có nhu cầu mở rộng I/O có thể lắp module I/O.
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…
3. Nguyên lý hoạt động của PLC
Bộ điều khiển trung tâm CPU thực hiện điều khiển toàn bộ hoạt động của bộ PLC. Tốc độ xử lý của CPU quyết định đến tốc độ điều khiển của PLC. Chương trình được lưu trữ trên RAM. Pin dự phòng được tích hợp trên PLC giúp chương trình không bị mất khi có sự cố về điện. CPU thực hiện quét chương trình và thực hiện các lệnh theo thứ tự.
4. Ưu điểm và nhược điểm của PLC
Ưu điểm:
- 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:
- 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.
5. 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.
6. Sự khác nhau giữa PLC và các loại điều khiển khác
Ngày nay, bộ điều khiển lập trình PLC đang dần thay thế cho các hệ thống điều khiển bằng relay, contactor thông thường.
| HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG THƯỜNG | HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC |
– Khi muốn thay đổi chương trình phải lắp đặt lại toàn bộ. – Khó bảo trì, sửa chữa. | – Sự thay đổi ngõ vào, ra và điều khiển hệ thống dễ dàng hơn nhờ các phần mềm trên máy tính hoặc console. – Bảo trì và sửa chữa dễ dàng. – Độ bền và tin cậy cao. – Các module rời cho phép thay thế và mở rộng khi cần thiết. – Công suất tiêu thụ ít hơn, tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn. |
7. Khi chọn mua PLC cần phải chú ý điều gì?
Để có thể chọn mua đúng loại PLC để dự phòng, thay thế hay cho dự án mới các bạn có thể thực hiện theo quy trình như sau:
Đối với việc mua dự phòng hay thay thế thì thao tác đầu tiên các bạn cần làm đó chính phải có hình ảnh nhãn hoặc nameplate của thiết bị cũ. Sau đó xác định mã hàng để tìm mua sản phẩm đúng mã. Lưu ý đối với PLC muốn mua hàng dự phòng phải sao chép hay upload được chương trình trong thiết bị cũ thì mua hàng thay thế mới gắn vào cho máy hoạt động trở lại được.
Còn với PLC dùng cho dự án mới các bạn nên tham khảo theo quy trình như sau:
- Xác định số lượng ngõ vào, số lượng ngõ ra cần thiết để chọn loại CPU và module mở rộng thích hợp. Đối với ngõ ra thì các bạn phải chọn loại ngõ ra transistor hay relay.
- Tính toán liên quan tới số lượng tín hiệu analog đầu vào ra cần dùng.
- Nếu có kết nối với màn hình cảm ứng HMI thì phải chọn loại PLC có mở rộng truyền thông.
- Ngoài ra thì các bạn cũng nên tham khảo về bộ nhớ cần dùng và hỗ trợ tập lệnh của loại PLC cần dùng nếu ứng dụng phức tạp.
8. Cách thức điều khiển chính của PLC
Điều khiển logic:
- Điều khiển tự động, bán tự động quy trình máy.
- Hỗ trợ bộ đếm (Couter) và bộ định thời gian (Timer).
Điều khiển đáp ứng:
- Giải thuật điều khiển PID, Logic mờ.
- Điều khiển động cơ Servo, động cơ bước.
- Điều khiển biến tần.
- Điều khiển đáp ứng nhiệt độ, áp suất, lưu lượng…
Mạng truyền thông:
- Kết nối nhiều bộ điều khiển PLC.
- Kết nối bộ điều khiển PLC và hệ thống SCADA.
9. Ứng dụng của PLC
Bộ lập trình PLC được ứng dụng trong nhiều ngành và nhiều loại máy móc như:
- Máy in
- Máy đóng gói
- Máy đánh chỉ
- Máy se sợi
- Máy chế biến thực phẩm
- Máy cắt tốc độ cao
