PLC là gì? Ưu nhược điểm, vai trò và ứng dụng của Programmable Logic Controller trong cuộc sống

PLC (Programmable Logic Controller) là một thiết bị điều khiển lập trình được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp. Với khả năng xử lý các tín hiệu đầu vào, thực hiện các phép tính logic và điều khiển các thiết bị đầu ra, PLC đã trở thành một công cụ quan trọng trong việc tự động hóa các quy trình sản xuất, giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu sai sót. Để khám phá chi tiết nhưng ưu điểm, nhược điểm, vai trò và ứng dụng của PLC, mời bạn cùng theo dõi bài viết dưới đây của Mstar Corp.

PLC là gì?

PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller (bộ điều khiển Logic có thể lập trình). Khác với các bộ điều khiển thông thường chỉ có một thuật toán điều khiển cố định, thì PLC có khả năng thay đổi thuật toán điều khiển tùy biến do người sử dụng viết thông qua một ngôn ngữ lập trình một cách linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển.

PLC sử dụng các tín hiệu đầu vào và các thuật toán điều khiển bên trong do người lập trình viết, sau đó xuất ra các tín hiệu đầu ra để điều khiển các thiết bị khác. Ví dụ, PLC Mitsubishi có thể đóng ngắt contactor để điều khiển động cơ chạy/dừng và xuất tín hiệu 0-10V để điều chỉnh tốc độ chạy của động cơ thông qua biến tần.

Hiện nay có nhiều hãng sản xuất PLC như Siemens (Đức), Omron (Nhật Bản), Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan)… Và ngôn ngữ lập trình dùng cho PLC phổ biến thường là LAD FBD (Function Block Diagram – Khối chức năng), (Ladder logic – Dạng hình thang), STL (Statement List – Liệt kê lệnh) và Ladder logic là ngôn ngữ lập trình PLC được ưa chuộng nhất.

Cấu tạo và phân loại PLC như thế nào?

Cấu tạo của hệ thống PLC bao gồm các thành phần chính sau:

• Bộ nhớ chương trình: bao gồm RAM, ROM, và có thể sử dụng vùng nhớ ngoài như EPROM.
• Bộ xử lý trung tâm CPU.
• Module input/output: thường được tích hợp trên PLC, và có thể mở rộng bằng cách lắp thêm module I/O.

Ngoài ra, PLC còn sở hữu một số thành phần khác như:

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

PLC hoạt động như thế nào?

Nguyên lý hoạt động của PLC khá đơn giản. CPU là trung tâm điều khiển của bộ PLC, quyết định tốc độ xử lý và điều khiển. Chương trình được lưu trữ trên RAM và có pin dự phòng tích hợp để đảm bảo an toàn khi có sự cố về điện. CPU quét chương trình và thực hiện các lệnh theo thứ tự để điều khiển hoạt động của PLC.

PLC có ưu và nhược điểm gì?

Ưu điểm:

• Bộ điều khiển PLC có khả năng chống nhiễu tốt và đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp.
• Có thể đáp ứng các giải thuật phức tạp với độ chính xác cao.
• Thiết kế gọn nhẹ, thuận tiện di chuyển và dễ dàng lắp đặt.
• Có khả năng thay thế hoàn toàn mạch điều khiển relay thông thường và đáp ứng được mọi yêu cầu điều khiển.
• Hỗ trợ các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp, tạo ra 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 hơn so với mạch relay thông thường. Tuy nhiên, hiện nay có nhiều hãng PLC từ Đức, Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc… cung cấp sản phẩm với giá cạnh tranh hơn.
• Chi phí phần mềm lập trình tùy thuộc vào hãng sản xuất, có hãng cho phép sử dụng miễn phí và hãng yêu cầu mua licence.
• Yêu cầu người sử dụng có kiến thức về lập trình PLC để thiết bị đáp ứng tốt trong điều khiển.

Tìm hiểu các thiết bị PLC và PAC

Schneider Electric là nhà cung cấp mang đến các dòng sản phẩm điều khiển đa dạng, đáp ứng mọi nhu cầu tự động hóa của bạn:

Bộ điều khiển logic lập trình PLC

• SoMove: Phần mềm cấu hình và lập trình PLC đơn giản, trực quan, phù hợp cho các ứng dụng nhỏ gọn.
• Zelio Soft 2: Giải pháp điều khiển linh hoạt, dễ sử dụng, tích hợp nhiều tính năng tiên tiến cho các ứng dụng vừa và nhỏ.
• Easy Modicon M100: Dòng PLC hiệu năng cao, giá thành hợp lý, lý tưởng cho các ứng dụng tầm trung.
• EcoStruxure Machine Expert (SoMachine): Phần mềm lập trình mạnh mẽ, mở rộng, đáp ứng cho các hệ thống tự động hóa phức tạp.

Bộ điều khiển tự động hóa lập trình PAC

• EcoStruxure Control Expert (Unity Pro): Nền tảng lập trình PAC tiên tiến, scalable, tối ưu hóa hiệu suất cho các hệ thống tự động hóa lớn.
• Modicon MC80: Dòng PAC hiệu suất cao, độ tin cậy vượt trội, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
• EcoStruxure Control Engineering: Giải pháp kỹ thuật tổng thể, hỗ trợ thiết kế, vận hành và bảo trì hệ thống tự động hóa PAC.
• Modicon Libraries: Thư viện chức năng PAC phong phú, giúp tiết kiệm thời gian và tối ưu hóa hiệu suất lập trình.

Safety PLC Controllers (Bộ điều khiển logic lập trình an toàn)

• Preventa XPS MC, XPS MP: Dòng Safety PLC Controllers chuyên dụng cho các ứng dụng an toàn, đáp ứng tiêu chuẩn SIL 2/3.
• Modicon M580: Safety PLC Controllers hiệu suất cao, tích hợp nhiều tính năng an toàn tiên tiến, bảo vệ tối ưu cho hệ thống.

Vai trò của PLC trong cuộc sống

PLC không chỉ dừng lại ở vai trò thiết bị điều khiển với các chức năng logic và tốc độ cao, mà còn tiến xa hơn khi trở thành công cụ truyền thông và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị điều khiển khác nhau trong hệ thống sản xuất. Điều này giúp tạo ra một mạng lưới kết nối toàn diện, đảm bảo sự thông suốt và hiệu quả trong quá trình sản xuất, từ khâu đầu vào đến đầu ra.

Bên cạnh việc thực hiện các phép tính logic và điều khiển thiết bị đầu ra, PLC còn tích hợp khả năng kết nối mạng, cho phép các thiết bị trong hệ thống tự động hóa có thể trao đổi thông tin một cách linh hoạt và chính xác. Nhờ đó, doanh nghiệp có thể dễ dàng giám sát và điều chỉnh các quy trình sản xuất theo thời gian thực, nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

Hơn nữa, với khả năng tương thích cao và dễ dàng lập trình, PLC giúp các doanh nghiệp nhanh chóng thích nghi với những thay đổi trong dây chuyền sản xuất và tối ưu hóa các quy trình công nghiệp. Việc sử dụng PLC còn hỗ trợ doanh nghiệp trong việc giảm thiểu sai sót, tiết kiệm chi phí vận hành và tăng tính cạnh tranh trên thị trường.

Phân biệt PLC và các loại điều khiển khác

Cách thức điều khiển chính của PLC như thế nào?

Hiện nay PLC được điều khiển theo 3 phương thức chính là điều khiển logic, điều khiển đáp ứng và điều khiển mạng truyền thông, cụ thể:

• Điều khiển logic là quá trình tự động hoặc bán tự động của máy móc hỗ trợ bộ đếm (Counter) và bộ định thời gian (Timer).
• Điều khiển đáp ứng sử dụng giải thuật PID và Logic mờ. Ngoài ra còn có điều khiển động cơ Servo, động cơ bước, biến tần và các thông số như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng.
• Mạng truyền thông cho phép kết nối nhiều bộ điều khiển PLC và kết nối bộ điều khiển PLC với hệ thống SCADA.

Ứng dụng của PLC là gì?

Hệ thống này được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực điện tự động hóa, phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp. PLC là không thể thiếu trong các loại máy móc như: cấp nước, máy in, máy chế biến thực phẩm, máy cắt tốc độ cao, máy đóng gói, máy đánh chỉ, máy se sợi, hệ thống xử lý nước thải, giám sát năng lượng, giám sát hệ thống điện, dây chuyền băng tải và nhiều ứng dụng khác.

Lời khuyên khi lựa chọn PLC

Khi lựa chọn PLC, việc chọn mua sao cho phù hợp luôn là vấn đề được nhiều khách hàng quan tâm khi có nhu cầu thay thế hoặc lắp mới để sử dụng. Dưới đây là những lời khuyên khi lựa chọn PLC cho doanh nghiệp:

• Mục đích sử dụng: Nếu cần để thay thế hoặc dự phòng thì bạn hoàn toàn có thể lựa chọn thiết bị PLC cũ. Đối với loại PLC dành cho mục đích dự phòng, doanh nghiệp cần sao chép chương trình từ thiết bị cũ và gắn vào hệ thống máy trước khi hoạt động.
• Hệ thống: Nếu mua PLC mới, cần xác định số lượng đầu ra, đầu vào để chọn module mở rộng và CPU phù hợp. Đối với hệ thống kết nối với HMI, nên chọn PLC có mở rộng truyền thông và lựa chọn bộ nhớ có dung lượng phù hợp.
• Yêu cầu về điện: Xem xét các yếu tố như công suất tới, điện áp thiết bị đầu vào, điện áp đầu ra và dòng điện để xác định yêu cầu về điện của hệ thống.
• Tốc độ hoạt động: Chú ý đến tốc độ hoạt động của PLC, xem xét các yếu tố như tốc độ hoạt động của hệ thống/máy móc, cần thiết để phát hiện hoạt động hoặc “mốc thời gian” không, và hành động nhanh nhất diễn ra trong khung thời gian nào.
• Giao diện điều hành: Xem xét giao diện người vận hành để truyền tải thông tin về trạng thái máy hoặc quy trình, và cho phép người vận hành nhập dữ liệu. Giao diện điều hành có thể là giao diện truyền thống chứa các nút bấm, đèn hoa tiêu và màn hình LED số, hoặc là giao diện điện tử hiển thị thông báo trạng thái máy ở dạng văn bản mô tả và theo dõi cảnh báo.

Kết luận

Tóm lại, PLC không chỉ mang lại nhiều ưu điểm mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa và tối ưu hóa các quy trình trong sản xuất công nghiệp. Sự ứng dụng rộng rãi của PLC trong các ngành công nghiệp từ sản xuất đến xử lý nước thải đã chứng minh được tầm quan trọng của thiết bị này trong cuộc sống hiện đại.