Lĩnh vực tự động hóa phát triển, mang lại lợi thế cho ngành công nghiệp, nâng cao hiệu suất, sản lượng và độ chính xác của các sản phẩm. Nhiều thiết bị ứng dụng trong hệ thống tự động hóa tạo nên hoạt động liên tục của máy móc, theo một chương trình đã lập trình sẵn.
Hệ thống tự động hóa với thiết bị nguồn đầu não tinh chỉnh các hoạt động của máy móc công nghiệp. Trong đó Bộ lập trình PLC đóng vai trò quan trọng không thể thiếu. Vậy, PLC là gì? Ứng dụng thực tế của bộ lập trình PLC trong tự động hóa như thế nào? Cùng Bảo Tín tìm hiểu trong bài viết hôm nay nhé!
Bộ lập trình PLC là gì?
Bộ lập trình PLC khá quen thuộc trong hệ thống tự động hóa, thiết bị quan trọng hỗ trợ điều khiển thiết bị máy móc vận hành. Tuy nhiên, hiểu về bản chất đặc trưng của PLC thì chưa nhiều người nắm rõ.
PLC (Programmable Logic Controller) hay còn gọi là bộ điều kiển logic khả trình, bộ điều khiển lập trình, là thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán phức tạp, logic thông qua ngôn ngữ lập trình, điều khiển gửi tín hiệu đến các máy móc công nghiệp, hệ thống điện…
Nhờ thiết bị PLC mà người lập trình có thể dễ dàng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ thống, thực hiện 1 loạt các sự kiện theo một quy trình theo chuỗi từ cơ bản đến phức tạp. PLC sẽ hoạt động theo phương thức quét các tín hiệu đầu vào và đầu ra, chuyển đổi các tín hiệu thành lệnh điều khiển đến hệ thống máy móc công nghiệp.
Con người sẽ sử dụng ngôn ngữ lập trình PLC để giao tiếp và điều kiển PLC theo ý đồ mong muốn. Các ngôn ngữ lập trình của PLC rất đa dạng, trong đó phổ biến nhất là Ladder hay State Logic.
Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC khác nhau như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell, Beckhoff, Redlion,... PLC mỗi hãng sẽ có ưu điểm và nhược điểm riêng, bao gồm nhiều phiên bản trong mỗi họ, tính năng và giá thành khác nhau, phù hợp với bài toán đơn giản hay phức tạp tùy theo nhu cầu khách hàng.
>> Bài viết liên quan: tìm hiểu bộ lập trình PLC Siemens S7-1500, Bộ lập trình S7-300 và Bộ lập trình S7-400
Tại sao PLC ra đời?
Từ khi ngành công nghiệp sản xuất bắt đầu phát triển, để điều khiển một dây chuyền/ thiết bị/máy móc công nghiệp thì con người phải sử dụng nhiều trang thiết bị điện riêng lẻ (như: nút nhấn, công tắc, Rơle, timer, contactor …) kết nối với nhau tạo thành một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh, giải quyết nhu cầu mà bài toán công nghệ đặt ra.
Hình thức điều khiển này khá phức tạp, tồn động nhiều hạn chế như tốn nhiều thời gian lắp đặt mà hiệu quả lại không cao, khi cần thay đổi quy trình sản xuất rất nhiều khó và tốn nhiều thời gian trong việc tìm kiếm hư hỏng và đi lại dây. Dẫn đến tốn kém kinh tế cũng như giảm năng suất lao động.
Từ đó các nhà khóa học đã không nhừng nổ lực nghiên cứu tìm ra giải pháp điều khiển tối ưu nhất đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp hiện đại. Lúc này, tự động hoá quá trình sản xuất phát triển hiệu quả giảm thiểu sức giao động con người đồng thời năng suất lao động lại tăng cao gấp nhiều lần. Và hệ thống điều khiển có thể lập trình được PLC (Programable Logic Control) ra đời lần đầu tiên năm 1968.
Qua nhiều năm cải tiến và khắc phục các nhược điểm, bộ lập trình PLC ngày càng tân tiến và thông minh với nhiều ưu điểm vượt trội: tính tự động cao, kích thước và khối lượng nhỏ gọn, giá thành hạ, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt …
Cấu tạo cơ bản và nguyên lý hoạt động của PLC
Hiện nay, trên thị trường có nhiều thiết bị PLC khác nhau, với cách thức hấp thụ chương trình khác nhau, đồng thời được tích hợp thêm các tính năng tự động điều khiển nhiều đồ vật khác.
Về cơ bản, cấu tạo của PLC sẽ bao gồm các chi tiết sau:
- Bộ nguồn cấp điện liên tục - Nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho thiết bị hoạt động ổn định (từ điện áp 220v- xuống 24v hoặc thấp hơn).
- Bộ vi xử lý cổng giao tiếp CPU - Phân tích và chuyển hóa các thuật toán thành lệnh điều khiển.
- RAM - Bộ nhớ trong, ghi nhớ chương trình được người điều khiển cài đặt, lập trình sẵn cho thiết bị hoạt động.
- Ngõ đầu vào và đầu ra (input/ output) - Nơi tiếp nhận các tín hiệu của thiết bị ngoại vi từ các thiết bị như cảm biến. Tín hiệu đầu vào và đầu ra có thể là những tín hiệu rời rạc hoặc liên tục hay logic… được PLC tiếp nhận, xử lý và chuyển đổi.
Về các thức hoạt động, PLC sẽ hoạt động theo nguyên lý vòng quét. Nghĩa là tín hiệu sẽ được tiếp nhận tại đầu vào input, chuyển đến CPU, lúc này bộ vi xử lý sẽ quét và đọc chương trình đã được lập trình sẵn, sau đó thực hiện đúng trình tự đã được lập trình bên trong, chuyển tín hiệu đến cổng output, điều khiển các thiết bị ngoại vi. Hoạt động điều khiển của PLC sẽ dựa trên chương trình mà người lập trình đã viết từ trước.
Phân loại bộ lập trình PLC cho hệ thống tự động hóa
Bộ lập trình PLC được ứng dụng trong lĩnh vực tự động hóa điều khiển các thiết bị vận hành chủ động. Hiện nay, thị trường có nhiều thiết bị PLC khác nhau, với nhiều tính năng và khả năng đọc chương trình đa dạng.
Tuy nhiên, có thể phân loại bộ lập trình PLC thành 2 loại dựa trên hình thức của chúng:
- PLC dạng hộp đơn - Thường được thiết kế dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh, với kích thước nhỏ. Với đầy đủ: nguồn, RAM, CPU vi xử lý, cổng đầu vào và đầu ra.
- PLC dạng module kép - là những module riêng với chức năng khác nhau ghép nối theo sơ đồ cấu tạo của một PLC hoàn chỉnh: Module nguồn, module CPU, module vào/ ra… Kết cấu khá linh hoạt để người dùng mở rộng thiết bị khi cần thiết, điều khiển cho nhiều thiết bị cùng lúc.
Hiện nay, có 3 phương pháp lập trình PLC đang được áp dụng: Lập trình bậc thang - Lập trình STL - Lập trình điều khiển CSF. Với thứ tự tăng dần về mức độ khó, cài đặt chương trình từ đơn giản đến phức tạp.
Ưu điểm và nhược điểm của bộ lập trình PLC
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, thiết bị PLC ngày càng được hoàn thiện tính hợp nhiều tính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp. Các ưu điểm vượt trội của bộ lập trình PLC:
- Khả năng lập trình, cài đặt đơn giản với ngôn ngữ lập trình PLC không quá phức tạp.
- Thiết kế gọn nhẹ, đơn giản, dễ dàng cài đặt và sửa chữa khi gặp sự cố.
- Tiết kiệm không gian lắp đặt, tính thẩm mỹ cao
- Dung lượng bộ nhớ lớn có thể chứa được những chương trình phức tạp
- Người dùng có thể ghép nối PLC đơn hoặc mở rộng các module để nâng cao hiệu quả hoạt động, điều khiển các thiết bị.
- Đảm bảo các chương trình cài đặt tiếp nhận và xử lý thông tin chính xác, có mức độ đáng tin cậy cao.
- Chi phí vận hành hệ thống tự động hóa với PLC hơn nhiều so với các thiết bị thông minh khác.
- Có thể giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: điện thoại, laptop, máy tính, màn hình HMI và các thiết bị ngoại vi khác.
- Tuổi thọ sử dụng cao, chiếm ưu thế về mặt kinh tế
Bên cạnh những ưu điểm vượt trội thì Bộ điều khiển PLC có một số điểm hạn chế sau:
- Ngôn ngữ lập trình PLC khác nhau tùy theo hãng sản xuất, dẫn đến thiếu tính thống nhất toàn cục về hợp thức hoá.
- Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi sử dụng bằng phương pháp rơle.
Ứng dụng của bộ lập trình PLC trong hệ thống tự động hóa
Trong nghành công nghiệp hiện đại, bộ lập trình PLC đóng vai trò quan trọng, đặc biệt là công nghiệp sản xuất. Với nhiều ưu điểm vượt trội về giá thành lẫn hiệu suất, PLC được ứng dụng rộng rãi, phổ biến trong các tủ bảng điện tự động hóa của các hệ thống như: cấp nước, nhà máy xử lý nước thải, sản xuất chế biến, đóng gói, giám sát dây chuyền sản xuất, công nghiệp nặng...
Cụ thể PLC là dùng trong công nghệ điều khiển cánh tay Robot để gắp phôi từ băng tải bỏ qua bàn gia công của máy CNC, hay điều khiển Robot đưa đổ vật liệu vào băng tải, hoặc thực hiện các việc đóng hộp, dán tem nhãn, hệ thống báo động…
Ngoài ra, Bộ lập trình PLC còn được dùng trong các ứng dụng giám sát quá trình trong nhà máy mạ, các dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử trong các nhà máy, dây chuyền kiểm tra chất lượng sản phẩm… bằng các công tắc hành trình hoặc các cảm biến.
Tổng kết
Kỹ thuật viên làm việc trong lĩnh vực kỹ thuật điện, hệ thống tự động hóa cần hiểu về bộ lập trình PLC. Hiểu rõ về đặc trưng cấu tạo, cách thức làm việc và những ưu điểm hạn chế của PLC để lựa chọn và sử dụng hiệu quả cho hệ thống tự động hóa. Hy vọng những chia sẻ trên đây của Batiea về PLC sẽ giúp bạn đọc hiểu và lựa chọn giải pháp phù hợp.