Bộ lập trình PLC là gì? Tầm quan trọng của nó trong công nghiệp

Tầm quan trọng của bộ lập trình PLC

Các bạn khi mới tiếp xúc với ngành tự động hóa thường tự hỏi PLC là gì ?

Vậy thiết bị PLC là gì? Đây là từ viết tắt của Programmable Logic Controller là một thiết bị cho phép lập trình và thực hiện các thuật toán điều khiển logic. Bộ lập trình này nhận tín hiệu từ các sự kiện bên ngoài thông qua các ngõ vào (input) và thực hiện các hoạt động đã được xác định thông qua các ngõ ra (output). Hoạt động của thiết bị thường được thực hiện dưới dạng quét liên tục qua các trạng thái của đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi nào đó từ các ngõ vào, chương trình logic sẽ xác định các thay đổi cần thiết trên các ngõ ra tương ứng.

Ngôn ngữ lập trình phổ biến cho PLC hiện nay là Ladder và Step Ladder. Tuy nhiên, mỗi hãng sản xuất thường có ngôn ngữ lập trình riêng của họ. Các hãng sản xuất PLC phổ biến bao gồm Siemens, Mitsubishi, Rockwell, INVT, Delta và nhiều hãng khác.

Cấu tạo chính

1. Phần cứng bao gồm :

• CPU: Là trái tim của thiết bị, đóng vai trò quản lý, xử lý và điều khiển các tín hiệu đầu vào và đầu ra.
• Đầu vào: Là các cổng kết nối được sử dụng để nhận tín hiệu từ các cảm biến, công tắc, bộ mã hóa, v.v. Nó cũng có thể được kết nối với các thiết bị khác như máy tính hoặc mạch điều khiển.
• Đầu ra: Là các cổng kết nối được sử dụng để điều khiển các thiết bị khác như động cơ, van, bơm, v.v.
• Bộ nhớ: Bao gồm bộ nhớ RAM và ROM để lưu trữ các chương trình điều khiển và dữ liệu quan trọng khác.
• Giao diện người dùng: Là phần mềm hoặc phần cứng được sử dụng để thiết lập và lập trình.

2. Phần mềm :

• Phần mềm lập trình: Cung cấp một môi trường lập trình để người dùng tạo các chương trình điều khiển.
• Hệ điều hành: Quản lý việc xử lý các tác vụ và kiểm soát các chức năng.
• Thư viện chương trình: Bao gồm các chương trình điều khiển được phát triển sẵn để sử dụng lại trong các ứng dụng khác nhau.

Tùy thuộc vào nhà sản xuất và mô hình, cấu tạo của bộ lập trình PLC có thể có sự khác biệt nhỏ, nhưng chúng đều có chức năng chính là điều khiển quá trình sản xuất và tự động hóa các tác vụ công nghiệp.

Các hãng PLC nổi tiếng hiện nay

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hãng sản xuất PLC khác nhau, tuy nhiên, các hãng sau đây được coi là nổi tiếng và có uy tín trong ngành tự động hóa:

Hãng Siemens

Xem thêm: Bảng giá PLC Siemens

Siemens là một trong những hãng sản xuất PLC hàng đầu thế giới, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp. Các sản phẩm tiêu biểu của PLC Siemens như :

6ES7214-1BD23-0XB8

6ES7216-2BD23-0XB8

Hãng Allen-Bradley

Rockwell Automation Là một hãng nổi tiếng và có uy tín tại Mỹ, cung cấp các giải pháp tự động hóa cho nhiều loại ngành công nghiệp. Trong đó, Rockwell có những sản phẩm nổi trội sau đây

Micro800, Micro810, Micro820, Micro830, Micro850, Micro870, MicroLogix 1100, MicroLogix 1200, MicroLogix 1400, CompactLogix L3X, CompactLogix L4X & L4XS, SLC 500, SmartGuard 600, CompactLogix 5370, CompactLogix 5380, CompactLogix 5480, ControlLogix 5570, ControlLogix 5580

Hãng Mitsubishi Electric

Mitsubishi là một hãng sản xuất của Nhật Bản, có nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực tự động hóa và được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu. Những sản phẩm làm nên tên tuổi của tập đoàn 

 FX3U, FX1N, FX3G, FX1S, FX3S, FX2N, FX5U, Q Series

Hãng Omron

Omron là một hãng sản xuất của Nhật Bản, cung cấp các giải pháp tự động hóa cho nhiều ngành công nghiệp, bao gồm cả điện tử, ô tô và y tế. Sau đây là những sản phẩm nổi trội của nhà sản xuất Omron

N Series (NX7 Series, NX1 Series, NX1P Series, NJ Series); C Series (CP/CPM Series, CJ1 Series, CJ2 Series, CS1 Series); ZEN Series

Hãng ABB

ABB là một hãng sản xuất của Thụy Điển, cung cấp các giải pháp tự động hóa cho nhiều lĩnh vực công nghiệp, bao gồm cả năng lượng và ngành điện tử. Đây là những sản phẩm nổi trội 

AC500 Series, AC500-eCo Series, AC500-S Series và AC500-XC Series

Ngoài ra còn có các hãng sản xuất khác như Schneider Electric, Honeywell, GE, và Panasonic, tuy nhiên, các hãng trên được coi là có thị phần và tầm ảnh hưởng lớn trên thị trường.

Quy trình hoạt động chính

PLC hoạt động dựa trên nguyên lý chính sau:

Sản phẩm nhận tín hiệu đầu vào từ các cảm biến và thiết bị khác trong quá trình sản xuất, chẳng hạn như công tắc, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, sau đó nó sử dụng CPU để xử lý và kiểm tra tín hiệu đầu vào, kiểm tra xem tín hiệu đầu vào có đúng hay không, nếu không đúng, nó sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến các thiết bị để sửa chữa lỗi .

Bước tiếp theo thiết bị thực hiện các chương trình điều khiển được lập trình trước đó để điều khiển các thiết bị khác nhau trong quá trình sản xuất, chẳng hạn như động cơ, van, bơm, v.v. và sau khi thực hiện các chương trình điều khiển, PLC sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến các thiết bị đầu ra, chẳng hạn như động cơ, van, bơm, để thực hiện các chức năng như mở, đóng, tăng tốc, giảm tốc.

Bước cuối cùng, nó sẽ lưu trữ các dữ liệu quan trọng và chương trình điều khiển trong bộ nhớ của nó, để sử dụng lại trong các lần vận hành sau.

Tổng quan lại, nguyên lý hoạt động của PLC là thu thập, xử lý và điều khiển các tín hiệu đầu vào và đầu ra trong quá trình sản xuất, giúp tự động hóa các tác vụ trong quá trình sản xuất, tăng hiệu suất và độ chính xác của quá trình sản xuất.

Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm vượt trội

Bộ điều khiển PLC có nhiều ưu điểm vượt trội, bao gồm:

• Thiết kế để hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, có độ bền và độ ổn định cao, giúp đảm bảo hoạt động liên tục trong thời gian dài.
• Cho phép lập trình bằng ngôn ngữ lập trình đơn giản và dễ hiểu như Ladder Diagram (LD), Function Block Diagram (FBD), hay Structured Text (ST), giúp giảm thời gian lập trình và dễ dàng thực hiện các chức năng điều khiển.
• Kết nối với các thiết bị khác như cảm biến, động cơ, van, bơm, v.v. để thực hiện các chức năng điều khiển khác nhau. Hơn nữa, nó có thể dễ dàng mở rộng khi có nhu cầu thêm thiết bị vào hệ thống điều khiển.
• Giảm chi phí nhân công, tăng hiệu suất và độ chính xác của quá trình sản xuất, đồng thời giảm thiểu lỗi do sự can thiệp của con người.
• Kiểm soát các thông số điều khiển một cách chính xác và dễ dàng, đồng thời cũng dễ dàng bảo trì và sửa chữa khi cần thiết.

Tóm lại, bộ lập trình này là một công nghệ tiên tiến và được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, nhờ tính ổn định cao, dễ dàng lập trình, linh hoạt và dễ dàng mở rộng, tiết kiệm chi phí và tăng hiệu suất, dễ dàng kiểm soát và bảo trì.

Nhược điểm

Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm. Dưới đây là một số nhược điểm của thiết bị:

• Giá cả đắt đỏ: Thiết bị PLC và các phụ kiện liên quan thường có giá đắt đỏ. Điều này có thể là một rào cản đối với các ứng dụng nhỏ hoặc các doanh nghiệp có nguồn lực hạn chế.
• Khó khăn trong việc thay đổi hoặc mở rộng: Khi cần thay đổi chương trình hoặc mở rộng hệ thống, có thể gặp khó khăn và tốn thời gian. Thậm chí, việc thay đổi phần cứng hoặc phần mềm của thiết bị có thể đòi hỏi sự can thiệp chuyên nghiệp.
• Hạn chế trong xử lý dữ liệu: Thiết bị thường không phải là thiết bị tối ưu cho việc xử lý dữ liệu phức tạp hoặc tích hợp các chức năng liên quan đến xử lý dữ liệu.

Tuy nhiên, các nhược điểm này thường phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể và cách cấu hình và quản lý. Nhiều công ty vẫn sử dụng thành công trong nhiều ứng dụng khác nhau mà không gặp các vấn đề lớn.

Tầm quan trọng của bộ lập trình PLC trong công nghiệp

• Ở thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa 4.0, bộ lập trình là một công nghệ quan trọng và đóng vai trò rất lớn trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. Nó có thể điều khiển và giám sát quá trình sản xuất cụ thể thiết bị thực hiện các chức năng sản xuất, giúp tăng hiệu suất, giảm thiểu lỗi và đạt được độ chính xác cao, điều khiển các hệ thống an toàn giúp đảm bảo an toàn cho nhân viên và tránh các tai nạn trong quá trình sản xuất.
• Và trong giám sát và điều khiển các thiết bị trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt , nó giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người và tăng hiệu suất sản xuất, trong các quy trình sản xuất chúng có thể được sử dụng để tự động hóa các quy trình sản xuất, từ việc lấy nguyên liệu đến đóng gói sản phẩm, giúp tăng hiệu suất và giảm thiểu lỗi

Tóm lại, bộ lập trình đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc tự động hóa các quy trình sản xuất và điều khiển các thiết bị trong môi trường công nghiệp, giúp tăng hiệu suất, giảm chi phí sản xuất, đạt được độ chính xác và an toàn cao.

So sánh điểm khác biệt giữa PLC và hệ thống điều khiển khác

PLC và các hệ thống điều khiển khác có những điểm khác biệt sau:

• Khả năng lập trình: Thiết bị có thể được lập trình để thực hiện các chức năng điều khiển cụ thể, trong khi các hệ thống điều khiển khác thường được thiết kế để thực hiện một số chức năng cố định.
• Độ tin cậy: Nó có độ tin cậy cao hơn các hệ thống điều khiển khác, bởi vì chúng được thiết kế để hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, với độ bền và ổn định cao.
• Tính linh hoạt: Sản phẩm có tính linh hoạt cao hơn các hệ thống điều khiển khác, vì chúng có thể được lập trình để thực hiện nhiều chức năng khác nhau và thay đổi dễ dàng.
• Chi phí: Nó có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn các hệ thống điều khiển khác, nhưng trong tầm dài, chúng có thể giúp giảm chi phí sản xuất và tăng hiệu suất, giúp tiết kiệm chi phí tổng thể.
• Tính mở rộng: Thiết bị có tính mở rộng cao hơn các hệ thống điều khiển khác, vì chúng có thể được mở rộng để thực hiện các chức năng mới hoặc tích hợp với các hệ thống khác.

Tóm lại, bộ điều khiển PLC có nhiều ưu điểm vượt trội so với các hệ thống điều khiển khác, như tính linh hoạt, độ tin cậy và tính mở rộng cao. Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu của sản phẩm có thể cao hơn các hệ thống điều khiển khác.

Các thuật ngữ thông dụng

Dưới đây là một số thuật ngữ phổ biến được sử dụng trong hệ thống PLC:

• CPU (Central Processing Unit): Là bộ xử lý trung tâm, được sử dụng để xử lý tín hiệu vào và điều khiển tín hiệu ra.
• I/O (Input/Output): Là các tín hiệu vào và ra được sử dụng để kết nối sản phẩm với các thiết bị và cảm biến khác trong hệ thống.
• Digital Input (DI): Là các tín hiệu số đầu vào được sử dụng để đọc trạng thái của các cảm biến, công tắc và các thiết bị khác.
• Digital Output (DO): Là các tín hiệu số đầu ra được sử dụng để điều khiển các thiết bị đầu ra, như động cơ, van và đèn.
• Analog Input (AI): Là các tín hiệu analog đầu vào được sử dụng để đọc các giá trị như nhiệt độ, áp suất và dòng điện.
• Analog Output (AO): Là các tín hiệu analog đầu ra được sử dụng để điều khiển các thiết bị đầu ra, như động cơ, van và đèn.
• Timers: Là các chương trình được sử dụng để tính toán thời gian, được sử dụng để điều khiển các hoạt động trong hệ thống.
• Counters: Là các chương trình được sử dụng để đếm các tín hiệu đầu vào, được sử dụng để theo dõi số lượng sản phẩm được sản xuất hoặc số lượng bộ phận được vận hành.
• Program: Là chương trình được lập trình trên thiết bị để điều khiển hoạt động của hệ thống.
• Instruction: Là các lệnh được sử dụng trong chương trình để điều khiển các thiết bị đầu vào và đầu ra.

Ứng dụng

Bộ lập trình PLC là một công cụ hỗ trợ cho việc điều khiển và giám sát tự động trong các dây chuyền sản xuất. Nhờ tính linh hoạt, độ chính xác và đáng tin cậy của nó, nó đã trở thành một phần không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng vào dây chuyền sản xuất như sau:

• Kiểm soát các hoạt động sản xuất như quá trình pha chế, lắp ráp và đóng gói sản phẩm.
• Giám sát các thông số như độ dày, áp suất, nhiệt độ và độ ẩm để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
• Điều khiển các robot trong quá trình sản xuất, giúp tăng hiệu suất và độ chính xác của dây chuyền sản xuất.
• Điều khiển các động cơ, bao gồm cả động cơ servo, giúp tăng hiệu quả và độ chính xác của dây chuyền sản xuất.
• Giám sát trạng thái của các thiết bị, bao gồm cả cảm biến, van và đèn, để đảm bảo chúng hoạt động đúng cách.
• Thu thập dữ liệu sản xuất như số lượng sản phẩm, thời gian sản xuất và lượng nguyên liệu sử dụng, giúp quản lý sản xuất hiệu quả hơn.