Kỷ nguyên công nghệ 4.0 bùng nổ kéo theo sự ra đời của hàng loại các công nghệ tiên tiến, trong đó PLC (Bộ điều khiển logic lập trình) đóng vai trò then chốt trong việc thay đổi hoàn toàn hệ thống điều khiển lập trình của nền tảng tự động hóa quy trình công nghiệp. Bài viết này sẽ dẫn dắt bạn khám phá những điều thú vị về PLC, từ định nghĩa, cấu tạo và ứng dụng rộng rãi của PLC trong đời sống.
1. PLC là gì?
PLC – Programmable Logic Controller hay còn được gọi là bộ điều khiển logic khả trình, là một hệ thống điều khiển tự động được ứng dụng rộng rãi trong tự động hóa quy trình công nghiệp. Thiết bị này có khả năng xử lý dữ liệu từ các cảm biến, thiết bị trong hệ thống. PLC cho phép người dùng lập trình các chương trình điều khiển theo yêu cầu cụ thể. Hệ thống này có khả năng giám sát hoạt động, điều khiển các loại máy móc, thiết bị, robot công nghiệp và có thể phát hiện lỗi, sự cố và đưa ra cảnh báo.
Hệ thống điều khiển tự động PLC
2. Khám phá cấu tạo và hoạt động của PLC
2.1. Phần cứng
Bộ nhớ - nơi lưu trữ chương trình và dữ liệu vận hành
- PLC sử dụng bộ nhớ ROM và RAM để thực hiện các chức năng tự động hóa. ROM lưu trữ hệ điều hành và chương trình điều khiển giúp đảm bảo khả năng hệ thống hoạt động ổn định. RAM lưu trữ dữ liệu đầu vào, đầu ra và các chương trình ứng dụng cho phép PLC xử lý thông tin một cách linh hoạt và nhanh chóng.
Mô-đun I/O – cổng kết nối với thế giới bên ngoài
- PLC nhận dữ liệu từ các thiết bị đầu vào như cảm biến, công tắc, bàn phím,... thông qua mô-đun I/O đầu vào. Mô-đun I/O đầu ra điều khiển các thiết bị như van, động cơ, đèn báo,... dựa trên chương trình đã được lập trình sẵn. PLC có thể đưa ra các quyết định hợp lý và thực hiện các hành động dựa trên dữ liệu đầu vào mà chúng nhận được, ví dụ như xử lý dữ liệu đầu vào và gửi dữ liệu đến thiết bị đầu ra. Việc xử lý dữ liệu đầu vào đều thực hiện bởi một thiết bị lập trình.
Bảng điều khiển PLC
Thiết bị lập trình - Công cụ tạo chương trình điều khiển
- Thiết bị lập trình có thể là PC, bảng điều khiển hoặc thiết bị cầm tay chuyên dụng. Người dùng sử dụng thiết bị này để lập trình logic điều khiển cho PLC, đáp ứng nhu cầu tự động hóa cụ thể.
Nguồn cấp - Năng lượng cho hoạt động bền bỉ
- Nguồn cấp chuyển đổi dòng điện AC thành DC, cung cấp năng lượng cho CPU và các thành phần khác. Nguồn điện ổn định đảm bảo PLC hoạt động liên tục và hiệu quả, đáp ứng yêu cầu tự động hóa 24/7.
CPU - Bộ não điều khiển mọi hoạt động
- CPU là trung tâm xử lý của PLC, thực hiện các phép tính và điều khiển hoạt động dựa trên chương trình được lập trình. CPU hoạt động ở hai chế độ: lập trình và chạy, đảm bảo khả năng điều chỉnh và vận hành linh hoạt.
Giao tiếp - Kết nối với các thiết bị khác
- PLC sử dụng các giao thức truyền thông như RS232, Modbus, Ethernet để kết nối với các thiết bị khác trong hệ thống. Khả năng giao tiếp giúp PLC trao đổi thông tin và phối hợp hoạt động hiệu quả, nâng cao hiệu quả tự động hóa.
2.2. Phần mềm
Sơ đồ bậc thang - Logic bậc thang
- Logic bậc thang là ngôn ngữ lập trình thể hiện chương trình bằng sơ đồ họa dựa trên sơ đồ mạch của phần cứng rơle. Logic bậc thang được sử dụng phổ biến để lập trình PLC, đòi hỏi phải điều khiển tuần tự một quy trình hoạt động sản xuất. Logic bậc thang được sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ như thao tác dữ liệu, sắp xếp, định thời gian,...
Văn bản có cấu trúc
- Lập trình văn bản có cấu trúc là ngôn ngữ lập trình PLC có thể so sánh với các ngôn ngữ cấp cao khác như C hoặc PASCAL, cho phép phát triển các thuật toán phức tạp. Mã chương trình bao gồm sự kết hợp của các biểu thức và hướng dẫn, có thể được thực thi các điều kiện hoặc trong các vòng lặp.
Sơ đồ khối chức năng
- Sơ đồ khối chức năng hay còn gọi là chương trình FB là ngôn ngữ lập trình đồ họa kết hợp các chức năng với nhau để tạo ra đầu ra. chương trình trông giống như các sơ đồ khối logic có thể được sử dụng để mô tả các quy trình phức tạp ở trường hoặc trong giai đoạn thiết kế thiết bị. Bằng cách sử dụng ngôn ngữ lập trình đồ họa, người dùng có thể nhanh chóng tạo ra các chương trình sử dụng mã đã được kiểm chứng, gỡ lỗi, giúp giảm thời gian tích hợp và tạo ra sản phẩm ít lãng phí hơn.
2.3. Nguyên lý hoạt động của PLC
-
Các nguồn đầu vào chuyển đổi tín hiệu điện tương tự thời gian thực thành tín hiệu điện kỹ thuật số phù hợp và các tín hiệu này được đưa vào PLC thông qua các đường ray đầu nối.
-
Các tín hiệu đầu vào này được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh bên ngoài PLC ở các vị trí được gọi là bit. Việc này được thực hiện bởi CPU
-
Logic điều khiển hoặc hướng dẫn chương trình được ghi vào thiết bị lập trình thông qua các ký hiệu hoặc thông qua ghi nhớ và được lưu trữ trong bộ nhớ người dùng.
-
CPU lấy các lệnh này từ bộ nhớ người dùng và thực thi các tín hiệu đầu vào bằng cách thao tác, tính toán, xử lý chúng để điều khiển các thiết bị đầu ra.
-
Kết quả thực thi sau đó được lưu trữ trong hình ảnh bộ nhớ bên ngoài để điều khiển ổ đĩa đầu ra.
-
CPU cũng kiểm tra đầu tín hiệu và liên tục cập nhật nội dung đầu vào của hình ảnh bộ nhớ theo những thay đổi trong đầu ra bộ nhớ.
-
CPU cũng thực thi trình cài đặt chức năng bên trong như cài đặt và đặt lại bộ hẹn giờ, kiểm tra người dùng bộ nhớ.
3. Ưu và nhược điểm của PLC
Ưu điểm nổi bật của PLC
- Dễ dàng cài đặt và sử dụng: PLC sử dụng phần mềm để lập trình logic điều khiển, loại bỏ nhu cầu nối dây phức tạp. Thay đổi chương trình dễ dàng bằng cách tải lên chương trình mới và khi cần sửa đổi có thể thực hiện từ xa.
- Lập trình đơn giản: Mã hóa logic bậc thang cho phép phát triển nhanh các biểu thức logic phức tạp. Lập trình PLC tương đối đơn giản và dễ học.
- Tính linh hoạt: Thiết kế mô-đun cho phép cài đặt PLC trong nhiều môi trường khác nhau. Dễ dàng mở rộng với nhiều thiết bị đầu vào và đầu ra.
- Độ bền cao và hiệu suất cao: PLC được chế tạo để chịu được môi trường khắc nghiệt như lạnh, nóng, bụi bẩn và ẩm ướt. PLC sử dụng bộ vi xử lý, cho phép thực hiện các lệnh nhanh hơn so với hệ thống rơle.
- Hệ thống vận hành thời gian thực: PLC được tích hợp hệ thống vận hành thời gian thực với các chức năng quản lý nhất định.Không yêu cầu các tiện ích bổ sung như phần mềm chống vi-rút.
Lập trình đơn giản
Hạn chế cần lưu ý của PLC
- Khả năng quản lý mã phức tạp: PC truyền thống có thể quản lý mã lập trình phức tạp tốt hơn PLC.
- Hiển thị dữ liệu: PLC thường cần màn hình ngoài để hiển thị dữ liệu theo cách thân thiện với người dùng.
- Khắc phục sự cố: Khi hỏng hóc, PLC có thể cần chuyên gia xử lý sự cố.
4. Vai trò của PLC
Trung tâm điều khiển và kết nối
- PLC đóng vai trò như một trung tâm điều khiển, kết nối và là giao diện chính trong tương tác giữa con người và các máy móc, thiết bị tự động hóa. Hệ thống PLC thu thập các dữ liệu từ các thiết bị đầu vào (cảm biến, công tắc, nhiệt kế,...) và gửi tín hiệu điều khiển đến các thiết bị đầu ra để tự động hóa các quy trình sản xuất. PLC có thể kết nối với các phần mềm SCADA và hệ thống giám sát máy để thu thập dữ liệu, giám sát máy móc và đưa ra các cảnh báo bảo vệ hệ thống.
Tự động hóa quy trình sản xuất
- PLC thực hiện các chức năng điều khiển được lập trình sẵn để tự động hóa các quy trình sản xuất. Ví dụ: PLC có thể bật/tắt động cơ, điều chỉnh nhiệt độ, hiển thị cảnh báo hoặc trạng thái trên màn hình HMI
Kết hợp với SCADA để thu thập dữ liệu và giám sát máy móc
- PLC có thể kết nối với SCADA – một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu giúp thu thập và hiển thị những thông tin hữu ích cho người vận hành. Dữ liệu được thu thập có thể bao gồm các báo cáo sản xuất, xu hướng trực tiếp, thông báo, cảnh báo, trạng thái chu kỳ,...Từ đó, người vận hành có thể phân tích hiệu suất sản xuất giúp đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu để cải thiện hiệu quả và chất lượng.
PLC kích hoạt chuyển động của thiết bị xử lý tự động trong cơ sở hậu cần
Ứng dụng IoT và Machine Learning
- PLC đóng một vai trò quan trọng trong việc xử lý dữ liệu sản xuất theo thời gian thực cho các ứng dụng IoT và Machine Learning. Machine Learning sử dụng dữ liệu thu thập bởi PLC để tự rút ra kinh nghiệm và đưa ra dự đoán, quyết định mà không cần lập trình trước. Nhờ đó, hệ thống có thể dự đoán thời gian bảo trì, đề xuất giải pháp cho các vấn đề tiềm ẩn và cải thiện kiểm soát chất lượng hoạt động.
5. Ứng dụng của PLC trong đời sống
Nhà máy thông minh trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp
- PLC được ứng dụng nhiều trong các quy trình máy tự động hóa khác nhau, ví dụ như điều khiển thang máy hoặc bật/tắt công tắc đèn trong nhà máy thông minh. PLC được sử dụng để giám sát camera an ninh và thiết bị cảnh báo tự động, đèn giao thông và các quy trình công nghiệp. PLC giám sát dữ liệu thời gian chạy, ví dụ như thời gian hoạt động của thiết bị, nhiệt độ vận hành và thống kê sử dụng. Nó cũng khởi động và dừng các quá trình cũng như tạo thông báo nếu máy gặp trục trặc. Ngoài ra, PLC được sử dụng trong lắp ráp sản phẩm, đóng gói, điều khiển chuyển động, kiểm soát hàng loạt, chẩn đoán và kiểm tra máy cúng như các quy trình chế tạo robot.
Nhà máy thông minh trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp
>> xem thêm dây chuyền tự động hóa
Giao thông vận tải
- Với việc sự phát triển của kinh tế và gia tăng dân số, giao thông trở thành một mối lo ngại, số tai nạn giao thông xảy ra mỗi năm cũng là một con số không hề nhỏ. Do đó PLC giúp điều khiển tín hiệu đèn giao thông, cổng chắn tàu và hệ thống kiểm soát tàu điện ngầm. PLC giúp cải thiện luồng giao thông, đảm bảo an toàn giao thông và tối ưu hóa sử dụng cơ sở hạ tầng.
Năng lượng tái tạo
- Năng lượng tái tạo sẽ là một nguồn cung cấp không thể thiếu trong đời sống, PLC giúp điều khiển hệ thống mảng pin năng lượng mặt trời hoặc hệ thống điện gió. Theo dõi và điều chỉnh sản xuất năng lượng dựa trên điều kiện thời tiết và nhu cầu. Nhờ đó, PLC giúp tối ưu hóa hiệu suất năng lượng tái tạo tránh tình trạng lãng phí.
Quản lý nước và môi trường
- PLC giúp kiểm soát hệ thống xử lý nước thải, quản lý môi trường làm việc và giám sát chất lượng không khí. Theo dõi và điều chỉnh các tham số quan trọng, đảm bảo quá trình xử lý và quản lý môi trường diễn ra hiệu quả.
Y tế và chăm sóc sức khỏe
- PLC kiểm soát các thiết bị y tế và quy trình chẩn đoán, đảm bảo các thiết bị hoạt động đúng cách và đáp ứng các yêu cầu an toàn cần thiết.
MỌI THÔNG TIN XIN LIÊN HỆ
CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI HTV VIỆT NAM
Chuyên cung cấp các máy móc, thiết bị và robot tự động hóa trong các nhà máy sản xuất lĩnh vực công nghiệp điện tử, công nghiệp phụ trợ và tự động hóa.
🏭Địa chỉ: Tuyến số 2, khu công nghiệp Lai Xá, Kim Chung, Hoài Đức, Hà Nội
☎︎Hotline: 024 8588 3625 Email: htvtools@gmail.com
🌐Website: htvtools.com, robotcongnghiep.com.vn, pogopin.com.vn
