PLC là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của PLC?

1. PLC là gì?

PLC (viết tắt của Programmable Logic Controller) là thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển logic. Bộ lập trình PLC nhận tác động các sự kiện bên ngoài thông qua ngõ vào (input) và thực hiện hoạt động thông qua ngõ ra (output). PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi bất kỳ từ ngõ vào, dựa theo logic chương trình ngõ ra tương ứng sẽ thay đổi.

Ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến hiện nay là Ladder, Step Ladder. Tuy nhiên, mỗi hãng sản xuất sẽ có các ngôn ngữ lập trình riêng. Các hãng sản xuất PLC phổ biến hiện nay gồm: Siemens, Mitsubishi, Rockwell, INVT, Delta…
 

2. Cấu tạo và phân loại PLC

Thông thường, hệ thống PLC có các bộ phận chính sau:

• Bộ nhớ chương trình: RAM, ROM, ngoài ra có thể sử dụng vùng nhớ ngoài – EPROM.
• Bộ xử lý trung tâm CPU.
• Module input/output. Thông thường module I/O được tích hợp trên PLC, khi có nhu cầu mở rộng I/O có thể lắp module I/O.

Ngoài ra, PLC còn có các bộ phận khác:

• Cổng kết nối PLC và máy tính: RS232, RS422, RS485 thực hiện đổ chương trình và giám sát chương trình.
• Cổng truyền thông: PLC thường tích hợp cổng truyền thông Modbus RTU. Tùy hãng và dòng sản phẩm, PLC có thể được tích hợp thêm các chuẩn truyền thông khác như Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT…

3. Nguyên lý hoạt động của PLC

Bộ điều khiển trung tâm CPU thực hiện điều khiển toàn bộ hoạt động của bộ PLC. Tốc độ xử lý của CPU quyết định đến tốc độ điều khiển của PLC. Chương trình được lưu trữ trên RAM. Pin dự phòng được tích hợp trên PLC giúp chương trình không bị mất khi có sự cố về điện. CPU thực hiện quét chương trình và thực hiện các lệnh theo thứ tự.
Bộ điều khiển PLC hoạt động theo vòng quét, các vòng quét được mô tả như hình dưới, tốc độ xử lý của PLC phụ thuộc vào thời gian thực thi vòng quét, các vòng quét được lặp đi lặp lại trong quá trình PLC hoạt động
 

4. Ưu điểm và nhược điểm của PLC

Ưu điểm:

• Bộ điều khiển PLC chống nhiễu tốt, đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp.
• Đáp ứng các giải thuật phức tạp, độ chính xác cao.
• Gọn nhẹ, lắp đặt dễ dàng.
• Thay thế hoàn toàn mạch điều khiển relay thông thường, dễ dàng đáp ứng mọi yêu cầu điều khiển.
• Hỗ trợ các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp, tạo sự kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị trong và ngoài nhà máy đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp 4.0.

Nhược điểm:

• Giá thành cao: Chi phí sản phẩm cao hơn so với chi phí mạch relay thông thường. Tuy nhiên, hiện nay thị trường VN đã có mặt rất nhiều hãng PLC của Đức, Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc… dẫn đến giá thành cạnh tranh hơn so với trước.
• Chi phí phần mềm lập trình: Chi phí mua licence phần mềm lập trình tùy thuộc vào hãng sản xuất. Hiện nay có 2 dạng: hãng sản xuất cho phép sử dụng miễn phí và hãng sản xuất yêu cầu mua licence.
• Yêu cầu người sử dụng có kiến thức về lập trình PLC: Để thiết bị PLC đáp ứng tốt trong điều khiển, người sử dụng cần có kiến thức căn bản về lập trình PLC.

5. Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hóa

Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang đặt ra thách thức không nhỏ đối với các doanh nghiệp. Trong dây chuyền sản xuất của doanh nghiệp, PLC không đơn thuần là thiết bị điều khiển đáp ứng về logic và tốc độ mà còn về truyền thông, trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị điều khiển khác, tạo nên một mạng lưới khép kín.
 

6. Sự khác nhau giữa PLC và các loại điều khiển khác

Ngày nay, bộ điều khiển lập trình PLC đang dần thay thế cho các hệ thống điều khiển bằng relay, contactor thông thường.

7. Cách thức điều khiển chính của PLC

Điều khiển logic:

• Điều khiển tự động, bán tự động quy trình máy.
• Hỗ trợ bộ đếm (Couter) và bộ định thời gian (Timer).

Điều khiển đáp ứng:

• Giải thuật điều khiển PID, Logic mờ.
• Điều khiển động cơ Servo, động cơ bước.
• Điều khiển biến tần.
• Điều khiển đáp ứng nhiệt độ, áp suất, lưu lượng…

Mạng truyền thông:

• Kết nối nhiều bộ điều khiển PLC.
• Kết nối bộ điều khiển PLC và hệ thống SCADA.

8. Ứng dụng của PLC

Bộ lập trình PLC được ứng dụng trong nhiều ngành và nhiều loại máy móc như:

• Máy tự động
• Trạm trộn bê tông
• Máy gạch không nung
• Cân đóng gói
• Cân điện tử
• Máy đóng gói
• Máy đánh chỉ
• Máy se sợi
• Máy chế biến thực phẩm
• Máy cắt tốc độ cao