PLC là gì? Có những ứng dụng quan trọng nào?

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các máy móc hiện đại, thiết bị tự động hóa, bộ điều khiển cũng được nghiên cứu phát triển tự động, có khả năng điều khiển nhanh chóng, chính xác và có tính đồng bộ cao.

PLC là bộ điều khiển lập trình được sử dụng trong nhiều ứng dụng điều khiển máy móc quan trọng. Cùng CNSG tìm hiểu về PLC trong bài viết này nhé!

PLC là gì?

• PLC là 1 thiết bị tự động hóa được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống điện tự động của nhà máy công nghiệp.
• PLC là viết tắt của cụm từ đầy đủ Programmable logic controller. Dịch nghĩa là bộ điều khiển lập trình hoặc bộ điều khiển logic khả trình.
• Với PLC, người dùng có thể linh hoạt sử dụng những thuật toán điều khiển một cách logic, chính xác và rất nhanh chóng thông qua các ngôn ngữ lập trình để thực hiện công việc, sự kiện theo một quy trình nhất định.
• Ngôn ngữ lập trình PLC rất đa dạng với: C, ladder, FBD, STL, State logic,… PLC sẽ dựa vào những tín hiệu ngõ vào nhận được cùng các thuật toán điều khiển để xuất các tín hiệu ngõ ra nhằm điều khiển hoạt động máy móc, thiết bị có liên quan.

Xem thêm >> Động cơ servo có những ứng dụng quan trọng nào

Đặc điểm chính của PLC có gì khác biệt?

Nếu so sánh PLC với các máy tính hay vi điều khiển, phương pháp điều khiển công nghiệp thì có 3 điểm khác biệt:

• Về HMI: Muốn tương tác với PLC thì người dùng cần có giao diện người máy hay HMI. Các HMI có màn hình đơn giản, nó dùng để đọc văn bản cùng với bảng điều khiển, các bàn phím. Chi tiết này khá giống với thiết bị điện tử nên cho phép người dùng có thể dừng và nhập thông tin và PLC.
• Về I/O: I/O sẽ thực hiện chức năng chính là cung cấp thông tin cho CPU và bắt đầu tiến trình đã được lập trình sẵn. Tùy theo yêu cầu mà người dùng có thể trộn các I/O lại với nhau. Đối với PLC thì CPU sẽ thực hiện chức năng xử lý, lưu trữ dữ liệu. Module đầu vào như cảm biến, công tắc, đồng hồ đo và module đầu ra như đèn, động cơ, van sẽ kết nối với PLC cũng như phần còn lại của máy.
• Điểm khác biệt cuối cùng đó là truyền thông: Không chỉ kết nối với những thiết bị đầu vào và đầu ra, PLC còn kết nối với các hệ thống khác. Mục đích là theo dõi các thiết bị, xuất dữ liệu từ PLC sang SCADA. Vì thế mà nó cần có các cổng cùng một số giao thức truyền thông để làm được việc này.

Sự vượt trội của PLC

Sự phát triển nổi bật của hệ thống phần cứng, phần mềm cùng với tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã giúp PLC thay đổi với kích thước nhỏ gọn hơn, thích hợp hơn với nhiều công việc điều khiển mạch phức tạp. Cụ thể là:

•  Khả năng làm việc chính xác, đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp chế biến, lắp ráp, sản xuất,….
•  Ngôn ngữ lập trình PLC dễ học và thao tác lập trình cũng dễ dàng hơn.
•  Giá thành ngày càng cạnh tranh giữa các model, hãng sản xuất.
•  Thiết kế của PLC nhỏ nhẹ nên tiết kiệm diện tích lắp đặt, vận chuyển dễ dàng.
•  Cấu tạo không quá phức tạp nên khi sửa chữa thuận lợi.
•  Với PLC đời mới, người dùng có thể mở rộng và nâng cấp các bộ phận phần mềm, phần cứng.
•  PLC giao tiếp dễ dàng với các thiết bị HMI, laptop, điện thoại và những thiết bị ngoại vi khác.

Cấu tạo của PLC

Mỗi PLC đều được phân chia thành 3 phần chính:

•  Một bộ nhớ chương trình ở bên trong, một số model có thể mở rộng ra bên ngoài hay còn gọi RAM, ROM.
•  Bộ vi xử lý CPU với chức năng xử lý những chương trình nạp vào, các thuật toán, các cổng giao tiếp
•  Các module vào, module ra tín hiệu, module I/O, truyền thông, ngoại vi.

Trên thị trường hiện nay có 2 loại:

•  PLC đơn giản có thể lập trình ngay trên thiết bị
•  PLC phức tạp thì phải lập trình trên máy tính và kết nối thông qua cổng Ethernet hoặc USB.

Nguyên lý hoạt động của PLC

Hoạt động của PLC không quá phức tạp: PLC sẽ thực hiện chức năng nhận tín hiệu từ thiết bị đầu vào hoặc các cảm biến kết nối, sau đó dựa trên các tham số đã được lập trình ban đầu mà xử lý dữ liệu và kích hoạt đầu ra. 

Tùy thuộc vào yêu cầu công việc, đặc điểm chính của đầu ra, đầu vào mà PLC có thể tự động khởi động, tự động dừng, giám sát và ghi lại dữ liệu về thời gian chạy máy, nhiệt độ và năng suất trong quá trình vận hành. 

PLC còn có thể tự báo động nếu máy gặp sự cố. PLC được đánh giá cao với khả năng điều khiển mạnh mẽ, linh hoạt và phù hợp với hầu hết các ứng dụng máy móc hay hệ thống.

Các đầu vào ra I/O

Những I/O được liệt vào danh sách phổ cập đó là: analog, trọng lượng, digitalm nhiệt độ, high speed.

Những tín hiệu từ nút nhấn, công tắc, bộ cảm biến… sẽ được kết nối với module đầu vào của PLC. 

Trong khi đó, cơ cấu chấp hành sẽ được nối với các module đầu ra. Điện áp ở bên trong của PLC là 5V, tín hiệu xử lý thường là 100/240Vac, 12/24Vdc. Để có thể thông báo tình hình của các module, PLC sẽ trang bị các đèn báo tín hiệu.

Lập trình PLC

• Kỹ thuật viên sẽ lập trình PLC trên máy tính trước sau khi hoàn thiện sẽ được tải về và đưa vào bộ điều khiển. 
• Ngôn ngữ lập trình truyền thống thường là C. Ladder Logic, Ladder Logic. Đó chính là 2 ngôn ngữ thường được dùng trong phần mềm lập trình PLC.
• Quá trình này sẽ bắt chước các sơ đồ mạch với những nhịp rung động logic được đọc từ trái sang phải. Bắt đầu là 1 đầu vào hoặc nhiều đầu vào rồi đến đầu ra. 
• Mỗi nấc sẽ đại diện cho 1 hành động cụ thể do PLC điều khiển. Mặc dù có nhiều ngôn ngữ lập trình nhưng Ladder Logic được dùng nhiều hơn bởi vì bản chất trực quan của nó khiến dễ thực hiện hơn. 
• Ngôn ngữ C là sự đổi mới, xuất hiện gần đây. Một số hãng sản xuất lại có phần mềm lập trình được thiết kế riêng và có sẵn khi mua thiết bị.

Ưu nhược điểm của PLC

Ưu điểm

Nhược điểm

So với hệ thống tiếp điểm hoặc hệ thống không tiếp điểm,  phần mềm PLC rất dễ hiểu và dễ sử dụng.  Những chương trình PLC dễ dàng được người lập trình sửa chữa và thay đổi cho phù hợp với yêu cầu công việc không chỉ riêng với những chương trình tác động trực tiếp bên trong PLC. Một số PLC còn được trang bị thêm một số phần mềm để có khả năng tìm ra lỗi của phần cứng, phần mềm. Từ đó, công việc theo dõi, thay thế hay sửa chữa thuận lợi hơn rất nhiều.  Do cấu tạo của PLC là 1 hệ chuyển mạch không tiếp điểm nên tuổi thọ của PLC thường dài hơn so với các hệ thống rơ le có tiếp điểm.  Xét về độ tin cậy của tín hiệu đưa ra, so với tín hiệu được cấp từ bộ điều khiển rơ le thì ở PLC cao hơn.  PLC sẽ thực hiện nhanh các chức năng điều khiển máy móc chuyên dụng, không như máy tính chỉ dùng để làm dụng cụ điều khiển đa chức năng.  Những kiến thức về PLC sửa chữa hay duy trì hệ thống không quá chuyên môn, người dùng chỉ cần tìm hiểu cơ bản là đủ. Với PLC, người dùng hoàn toàn có thể nối mạch và thiết lập hệ thống 1 cách dễ dàng, không tốn kém chi phí như điều khiển rơ le khi phải nối mạch, hàn mạch. Những công việc thiết lập được lưu trữ trong đĩa, băng nên khi cần thì chỉ sao chép là có thể dùng ngay.  PLC kết nối với CPU bằng bộ xử lý và đầu nối trực tiếp. Đầu nối I/O sẽ được thiết kế đặt giữa thiết bị ngoại vi và CPU.  Chức năng của các đầu nối đó là chuyển đổi tín hiệu ngoại vi thành mức logic hoặc chuyển đổi giá trị CPU đầu ra từ mức logic sang mức mà các thiết bị ngoại vi có thể nhận và làm việc.  Người dùng có thể thiết lập vùng nhỏ hơn bộ rơ le có tiếp điểm.  Điểm khác biệt của PLC so với các máy tính đó là: Chuyển đổi tác động bên ngoài thành tác động bên trong chính xác, dễ dàng.  Chương trình tác động bên trong có thể trở thành phần mềm song song và tương ứng với các tác động bên ngoài.

Trong những mạch điều khiển máy móc quy mô nhỏ thì chắc chắn khoản tiền chi mua PLC lớn hơn rất nhiều so với sử dụng rơ le. Do thực tế các dòng máy móc hiện đại chưa thể tiêu chuẩn hóa chung ngôn ngữ lập trình PLC trên toàn thế giới nên mỗi hãng sản xuất lại sử dụng 1 ngôn ngữ riêng. Vì thế bị hạn chế về tính thống nhất.  Những khách hàng mới lần đầu tiếp cận sẽ thấy khá khó khăn trong việc làm quen, cài đặt, lập trình.

Ứng dụng PLC trong thực tế

PLC có ứng dụng đa dạng và được sử dụng rất phong phú trong các ngành, lĩnh vực công nghiệp. 

Chúng ta có thể bắt gặp nó trong các hệ thống của máy se chỉ, máy in, máy cắt tốc độ cao, máy đóng gói, máy đánh sợi, trong các hệ thống giám sát năng lượng, hệ thống bơm xử lý nước thải, dây chuyền sản xuất, hệ thống đóng gói tự động, hệ thống điện… 

Ngày nay, PLC được dùng trong các nhà máy sản xuất dược phẩm, thực phẩm, may mặc, hóa chất, dệt sợi, lắp ráp điện tử…

Với các dây chuyền sử dụng cánh tay robot như: dán nhãn, đóng hộp hay robot đưa vật liệu lên băng tải, gắp các mảng phôi từ băng chuyền bỏ lên bàn của máy CNC… sử dụng PLC vừa chính xác vừa nhanh chóng.

PLC còn được dùng trong dây chuyền kiểm tra chất lượng sản phẩm trước khi xuất xưởng, dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử, giám sát quá trình làm việc của nhà máy mạ..