Với sự phát triển của công nghệ, các phần mềm được tạo ra với ngôn ngữ số, các thuật toán theo nguyên tắc riêng. Ngôn ngữ lập trình trên máy tính được chuẩn hóa, đưa vào các ứng dụng thực tế đời sống, xây dựng các chương trình quản lý và giúp máy móc vận hành hiệu quả.
Cụ thể trong ngành công nghiệp, bộ lập trình PLC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống máy móc tự động hóa và con người phải sử dụng các ngôn ngữ lập trình PLC để giao tiếp và điều khiển PLC theo ý mình. Vậy ngôn ngữ lập trình PLC là gì? Chia sẻ dưới đây về ngôn ngữ lập trình PLC và các 4 loại phổ biến sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về khái niệm kỹ thuật này.
Ngôn ngữ lập trình PLC là gì?
PLC là viết tắt của cụm từ tiếng Anh “Programmable Logic Controller” dịch sang tiếng Việt “Bộ điều khiển logic có thể lập trình”, là thiết bị dùng để điều khiển các máy móc, hệ thống hoạt động theo quy trình mong muốn của người điều khiển. Và để làm được việc này cần phải có ngôn ngữ lập trình PLC.
Đơn giản ngôn ngữ lập trình PLC là thuật ngữ mô tả hành động con người sử dụng ngôn ngữ mà bộ PLC có thể hiểu được, giao tiếp với hệ thống và điều khiển theo ý đồ của kỹ thuật viên (người lập trình) để thực hiện các ý đồ riêng.
Khác với các bộ điều khiển thông thường chỉ có thể hoạt động theo 1 thuật toán cố định từ trước, bộ lập trình PLC có thể thay đổi thuật toán điều khiển tùy theo ý đồ của người lập trình viết ra. Lập trình PLC linh hoạt với các thuật toán điều khiển khác nhau.
Ngôn ngữ lập trình PLC có tính ứng dụng cao trong sản xuất, công nghiệp. Hiện nay có nhiều đơn vị cung cấp bộ lập trình PLC, với ngôn ngữ lập trình linh hoạt, như: Siemens của Đức, Mitsubishi và Omron của Nhật Bản, Delta của Đài Loan...
Phân loại ngôn ngữ lập trình PLC và đặc điểm của từng loại
Với tính linh hoạt cao, ngôn ngữ lập trình PLC được phát triển thành nhiều loại. Hiện nay, có 6 ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến trong đó: có 5 ngôn ngữ theo tiêu chuẩn IEC 61131-3 và 1 ngôn ngữ mới được cập nhật theo C/C++.
Cụ thể các loại ngôn ngữ lập trình PLC sẽ có những đặc điểm được mô tả dưới đây:
1. Ngôn ngữ lập trình PLC LAD (Ladder Diagram)
Trước khi Bộ điều khiển lập trình PLC trở nên phổ biến, để điều khiển quá trình sẽ sử dụng công tắc hoặc rơ le cơ học là chủ yếu. Các rơ le truyền tải dựa trên logic đơn giản được thực hiện thông qua hệ thống dây vật lý của các thiết bị. Hệ thống dây điện của các thiết bị này đã được quy định trong các bản vẽ điện giả định cách bố trí giống như một cái thang.
Sau đó khi công nghệ phát triển, khi các PLC cơ bản nhất được đưa vào lĩnh vực sản xuẩt, LAD là ngôn ngữ lập trình PLC đầu tiên của IEC 61131-3 được thiết kế thay thế các hệ thống điều khiển rơ le có dây cứng và cũng là ngôn ngữ PLC sử dụng phổ biến nhất trên toàn thế giới hiện nay.
Trong đó, LAD là từ viết tắt của từ Ladder Diagram, là một ngôn ngữ lập trình PLC dễ dàng vì nó cũng là một dang lập trình đồ họa và với cấu trúc tương tự như những nấc thang nên LAD còn có tên goi khác là sơ đồ bậc thang. Tại đây, các ký hiệu khác nhau được kết nối để tạo mã và thực hiện các hành động khác nhau theo mong muốn của người lập trình.
Ưu điểm:
- Ngôn ngữ PLC đơn giản và trực quan, dễ hiểu, dễ thực hiện và khắc phục sự cố
- LAD có cấu trúc bậc thang dễ sắp xếp, sửa đổi và theo dõi
- Hộ trợ ghi chú và chỉnh sửa online rất thuận tiện
Hạn chế: Ngôn ngữ lập trình PLC LAD cho phép người dùng thực hiện nhiều chức năng tuy nhiên, ngôn ngữ này được tiêu chuẩn hóa rất nhiều và không mang lại tính linh hoạt hoàn toàn. Có một số hướng dẫn không có sẵn, điều này có thể gây khó khăn cho việc lập trình chuyển động và phân luồng.
> Hầu hết các hãng sản xuất bộ lập trình PLC đều hỗ trợ ngôn ngữ lập trình LAD như: AB, Mitsubishi, B&R, Siemens, Unitronics, Schneider,..
2. Ngôn ngữ lập trình PLC FBD (Function Block Diagram)
Ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến thứ hai được gọi là FBD (Function Block Diagram) hay còn có tên gọi là sơ đồ khối chức năng. FBD cho phép người dùng tạo biểu diễn trực quan và dòng chảy của quá trình với các chuyển đổi thích hợp giữa các hướng dẫn. Ngoài ra, với ngôn ngữ FBD chúng ta có thể lập trình cho bất kỳ chức năng nào trong một chương trình PLC.
Điểm giống với ngôn ngữ lập trình PLC LAD, FBD cũng là một ngôn ngữ lập trình kiểu đồ họa. Các mạch logic sẽ được hiện thị dựa trên các biểu tượng logic đồ họa sử dụng trong đại số Boolean. Nhưng điểm khác nhau là FBD cho phép ta xem các lệnh như là các hộp logic và không có các tiếp điểm và cuộn dây. Chương trình logic sẽ được tạo ra bằng việc kết nối các hộp, ngõ ra lệnh này sẽ tác động đến ngõ vào lệnh kia tạo thành chương trình điều khiển logic. Phương pháp kết nối này cho phép ta giải quyết được nhiều bài toán logic khác nhau. Luôn chuyển đổi từ chương trình FBD sang STL.
Ứng dụng phổ biến nhất của ngữ lập trình PLC FBD là thiết lập bộ điều khiển PID và thậm chí là hệ thống SCADA,... Khía cạnh trực quan của FBD giúp PID dễ dàng triển khai, trực quan hóa, điều chỉnh và khắc phục sự cố tại hiện trường.
Ưu điểm:
- Trình chỉnh sửa trực quan và linh hoạt. Các chức năng rất thân thiện với người dùng và dễ dàng theo tác, kéo thả để tạp ra bất kì bố cục nào.
- Sơ đồ khối chức năng hoạt động tốt với các điều khiển chuyển động.
- Có thể hợp nhất nhiều dòng lệnh thành 1 khối/ nhóm chức năng duy nhất.
Hạn chế: Hệ thống sẽ khó khắc phục sự cố hơn khi thực hiện ngôn ngữ lập trình PLC FBD.
> Một số hãng sản xuất PLC hỗ trợ ngôn ngữ lập trình FBD như: AB, Schneider, B&R, Siemens,..
3. Ngôn ngữ lập trình PLC ST/STL (Structured Text)
Structured Text "ST/STL" là ngôn ngữ lập trình PLC dựa trên nền tảng văn bản thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh, trong khi ngôn ngữ lập trình LAD và FBD dựa trên nền tảng đồ họa. Trong đó, ST được sử dụng tốt nhất cho các hệ thống điều khiển yêu cầu toán học, thuật toán hoặc các nhiệm vụ phức tạp, chương trình có lượng lớn dữ liệu.
Cấu trúc lập trình của ST tương tự với với lập trình BASIC hoặc C và vì dựa trên nền tảng văn bản nên nó cũng chạy nhanh hơn và yêu cầu ít dung lượng hơn. Ngoài ra, các ngôn ngữ lập trình PLC khác (LAD, SFC và FBD) đều sử dụng ngôn ngữ ST để lập trình nâng cao cho các thành phần của nó.
Nếu bạn xuất thân từ nền tảng lập trình truyền thống, bạn có thể thành thạo ST nhanh hơn Ladder Logic hoặc các ngôn ngữ lập trình PLC đồ họa khác vì các lệnh có cấu trúc tương tự.
Ưu điểm:
- Tính tổ chức cao, có thể thực hiện các phép tính phức tạp.
- Cho phép lập trình nhiều tính năng mà ngôn ngữ LAD và FBD không thực hiện được
Hạn chế: Khó để khắc phục lỗi và chỉnh sửa online, ngôn ngữ phức tạp khó nhớ.
>> Một số hãng sản xuất PLC hỗ trợ ngôn ngữ lập trình ST như: AB, Schneider, B&R, Siemens,..
4. Ngôn ngữ lập trình PLC SFC (Sequential Function Chart)
SFC là viết tắt của Sequential Function Chart hay còn gọi là Biểu đồ chức năng tuần tự, là một ngôn ngữ lập trình đồ họa ( không dựa trên văn bản) được sử dụng cho các bộ điều khiển lập trình PLC.
ST được mô tả như một hộp hành động hoạt động cho đến khi bước chuyển tiếp bên dưới nó được kích hoạt. Bước chuyển đổi chứa tất cả các điều kiện phải được đáp ứng để kích hoạt hộp tiếp theo. Nếu bạn đang làm việc trên một dự án lớn và phức tạp có các bước lặp lại có thể được chia thành các nhiệm vụ nhỏ hơn, thì SFC là ngôn ngữ dễ triển khai nhất.
Ưu điểm:
- Dễ khắc phục sự cố, tìm ra lỗi kỹ thuật nhanh hơn
- Thiết kế chương trình nhanh hơn và sử dụng lại lặp đi lặp lại các chi tiết logic lẻ, tiết kiệm thời gian.
- Có thể truy cập trực tiếp vào phần logic để xem vị trí của thiết bị bị lỗi.
Hạn chế: chủ phù hợp với một số ứng dụng cụ thể
>> Một số hãng sản xuất PLC hỗ trợ ngôn ngữ lập trình SFC như: AB, Mitsubishi, Schneider, Siemens,..
5. Ngôn ngữ lập trình PLC IL (Instruction List)
IL (Instruction List) là một trong những ngôn ngữ lập trình PLC kiểu văn bản cấp thấp từ đời đâu và cho đến nay được sử dụng rất hạn chế. Khi sử dụng ngôn ngữ này, bạn sẽ làm việc với các mã, thành phần như LD (Load), AND, OR, etc,…
Điểm lợi ích của IL là thiết kế nhanh và hiệu quả hơn so với ngôn ngữ đồ họa. Nó bao gồm nhiều dòng mã, với một lệnh duy nhất trên mỗi dòng. Nó được đọc từ trên xuống dưới và từ trái sang phải. Danh sách lệnh rất dễ đọc vì mỗi dòng được thực hiện tuần tự.
Ưu điểm: phù hợp với các ứng dụng đơn giản và đòi hỏi tốc độ xử lý nhanh.
Hạn chế: nhiều chức năng của ngôn ngữ IL bị giới hạn, khó khắc phục lỗi.
6. Ngôn ngữ lập trình PLC C/C++
Với sự phát triển mạnh mã của khoa học máy tính, nhiều ngôn ngữ lập trình PLC mới được ra đời trong đó có C/C++. Đây là một ngôn ngữ lập trình cấp cao, ngôn ngữ thủ tục và khá phức tạp nhưng được rất nhiều hãng lớn ưa thích sử dụng.
>> Một số hãng sản xuất PLC hỗ trợ ngôn ngữ lập trình C/C++ như: B&R, Mitsubishi, Unitronics, Beckhoff,..
Cách chọn ngôn ngữ lập trình PLC phù hợp
Ngôn ngữ lập trình PLC được phát triển dựa trên nhiều nền tảng, với đặc điểm và tính ứng dụng khác nhau. Kỹ thuật viên cần hiểu về từng loại ngôn ngữ lập trình, tùy thuộc vào yêu cầu hệ thống để ứng dụng ngôn ngữ phù hợp.
Trong đó bạn cần xem xét các yếu tố sau:
1. Nơi làm việc của bạn sử dụng ngôn ngữ PLC nào
Thông thường, nếu bạn làm việc trong nhà máy hoặc trong phòng thí nghiệm với PLC, thì đã có sẵn một ngôn ngữ chung mà mọi người đều phải sử dụng. Trong đó, ngôn ngữ lập trình PLC LAD được ứng dụng và dùng phổ biến nhất. Nhưng, loại ngôn ngữ này có nhiều hạn chế, nhiều kỹ thuật viên, hãng lập trình chuyển sang sử dụng ngôn ngữ PLC C/C++. Vậy nên bạn có thể xem xét thêm yếu tố thứ 2.
2. Ứng dụng Tự động hóa mà bạn đang thiết kế
Thứ hai, nếu bạn làm việc cho Tự động hóa, hệ thống hoặc máy tích hợp, bạn có thể được yêu cầu biết tất cả năm ngôn ngữ IEC 61131-3. Và như đã đề cập ở trên, mỗi ngôn ngữ lập trình PLC đều có ưu điểm và nhược điểm tùy thuộc vào những gì bạn đang muốn thực hiện. Vậy nên hãy chọn ngôn ngữ lập trình PLC tốt nhất dựa trên ứng dụng bạn sẽ thiết kế.
3. Thương hiệu PLC bạn đang sử dụng
Cuối cùng, bạn không thể bỏ qua việc xem xét bộ lập trình PLC bạn đang sử dụng và (các) ngôn ngữ mà nó hỗ trợ.
Tùy vào hãng sản xuất PLC mà ngôn ngữ hỗ trợ có thể đa dạng hoặc nhất định. Một số PLC chỉ sử dụng LAD, một số khác hỗ trợ tất cả năm ngôn ngữ IEC 61131-3. Ngay cả khi bộ điều khiển của bạn hỗ trợ ngôn ngữ, bạn cần đảm bảo rằng phần mềm lập trình của bạn có khả năng viết ngôn ngữ đó.
Thông thường LAD là một tùy chọn mặc định với hầu như các ứng dụng. Một số thương hiệu yêu cầu các gói bổ trợ để sử dụng các ngôn ngữ bổ sung. Tham khảo ý kiến về phần mềm và tài liệu về thương hiệu của bạn để tìm ra ngôn ngữ nào phù hợp nhất cho hệ thống của bạn.
Ứng dụng của ngôn ngữ lập trình PLC trong thực tế
Ngôn ngữ lập trình PLC nói chung được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như:
- Các thiết bị máy móc điện tử đơn giản, hệ thống điện, máy móc công nghiệp.
- Ứng dụng quản lý giám sát dây chuyền sản xuất, với nhiều công đoạn phức tạp.
- Ứng dụng trong vận hành hệ thống, thiết bị điện, quản lý tòa nhà...
Với những người mới tiếp cận ngôn ngữ lập trình PLC sẽ mất nhiều thời gian. Bởi đây là một khái niệm khá phức tạp, yêu cầu chuyên môn kỹ thuật cao. Ứng dụng ngôn ngữ lập trình PLC trong sản xuất, đời sống khá phổ biến, do vậy người dùng, kỹ thuật viên cần tìm hiểu để có cái nhìn tổng thể.
Hy vọng những chia sẻ trên đây của Batiea sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về cốt lõi của các loại ngôn ngữ lập trình PLC.