PLC hay trình cài đặt logic điều khiển là máy tính kỹ thuật số công nghiệp được thiết kế để điều khiển quá trình sản xuất, máy móc và các hệ thống điều khiển khác. Cùng tìm hiểu PLC là gì cũng như cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của PLC.
Tổng quan về PLC là gì?
PLC, viết tắt của Programmable Logic Controller, là một thiết bị cho phép lập trình để thực hiện các thuật toán điều khiển logic. Đơn vị lập trình PLC nhận các sự kiện bên ngoài thông qua các đầu vào và thực hiện các hoạt động thông qua các đầu ra. Nó hoạt động bằng cách quét các trạng thái của đầu vào và đầu ra. Khi có bất kỳ thay đổi nào ở đầu vào, đầu ra tương ứng sẽ thay đổi dựa trên logic đã lập trình.
Ngôn ngữ lập trình chung cho PLC là Ladder Logic hoặc Step Ladder. Tuy nhiên, mỗi nhà sản xuất có thể có ngôn ngữ lập trình riêng. Các nhà sản xuất PLC phổ biến bao gồm Siemens, Mitsubishi, Rockwell, INVT, Delta…
Cấu tạo của PLC là gì?
PLC thông thường có cấu tạo từ các thành phần chính sau:
- Bộ nhớ chương trình: RAM, ROM và bộ nhớ ngoài như EPROM.
- Bộ xử lý trung tâm (CPU).
- Mô-đun đầu vào/đầu ra: Mô-đun I/O thường được tích hợp vào PLC và có thể thêm các mô-đun khác để mở rộng I/O.
Các thành phần khác bao gồm:
- Cổng PLC-to-Computer: RS232, RS422, RS485 để lập trình và giám sát chương trình.
- Cổng giao tiếp: PLC thường tích hợp Modbus RTU và tùy thuộc vào nhà sản xuất, các tiêu chuẩn giao tiếp bổ sung như Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT có thể được hỗ trợ.
Nguyên lý hoạt động của PLC là gì?
CPU trung tâm điều khiển toàn bộ hoạt động của PLC. Tốc độ xử lý của CPU quyết định tốc độ điều khiển của PLC. Chương trình được lưu trữ trong RAM và nguồn điện dự phòng trong PLC đảm bảo chương trình vẫn nguyên vẹn trong trường hợp mất điện. CPU quét chương trình và thực hiện các lệnh theo trình tự.
Nguyên lý hoạt động của PLC dựa trên việc thực hiện chu kỳ quét (scan cycle).
- Nhập tín hiệu (Input Scan): PLC đọc tín hiệu từ các thiết bị đầu vào như cảm biến, công tắc…
- Thực hiện chương trình (Program Execution): PLC thực hiện các lệnh trong chương trình điều khiển dựa trên các tín hiệu đầu vào và logic đã lập trình.
- Xuất tín hiệu (Output Scan): Sau khi xử lý chương trình, PLC sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến các thiết bị đầu ra như động cơ, van…
- Chờ và lặp lại (Idle): Sau khi hoàn tất một chu kỳ quét, PLC sẽ bắt đầu lại từ bước đầu tiên và lặp lại quá trình này liên tục.
Chức năng điều khiển chính của PLC là gì?
Điều khiển Logic:
- Máy điều khiển tự động, máy xử lý bán tự động.
- Hỗ trợ cho Bộ đếm và Bộ hẹn giờ
Kiểm soát phản hồi:
- Thuật toán điều khiển PID, Logic mờ.
- Điều khiển biến tần.
- Kiểm soát nhiệt độ, áp suất, lưu lượng.
Mạng lưới truyền thông:
- Kết nối nhiều bộ điều khiển PLC.
Ứng dụng của PLC là gì?
PLC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và tự động hóa, cụ thể:
- Dây chuyền sản xuất tự động: Điều khiển các dây chuyền lắp ráp, đóng gói, chế biến thực phẩm…
- Quản lý năng lượng: Điều khiển hệ thống chiếu sáng, điều hòa không khí, quản lý nguồn điện.
- Hệ thống xử lý nước: Điều khiển các quy trình xử lý nước thải, cấp nước, lọc nước.
- Điều khiển hệ thống HVAC: Quản lý hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí trong các tòa nhà.
- Ngành ô tô: Điều khiển các hệ thống tự động trong dây chuyền lắp ráp ô tô.
- Tự động hóa tòa nhà: Điều khiển hệ thống chiếu sáng, thang máy, an ninh trong các tòa nhà.
Ưu nhược điểm của PLC là gì?
Ưu điểm:
- Khả năng chống ồn tuyệt vời, đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp.
- Xử lý các thuật toán phức tạp với độ chính xác cao.
- Nhỏ gọn, nhẹ và dễ lắp đặt.
- Thay thế các mạch điều khiển rơle truyền thống, đáp ứng nhiều yêu cầu điều khiển khác nhau.
- Hỗ trợ các tiêu chuẩn truyền thông công nghiệp cho kết nối Công nghiệp 4.0.
Nhược điểm:
- Chi phí cao hơn so với mạch rơle truyền thống, mặc dù đối thủ cạnh tranh đã hạ giá xuống.
- Chi phí phần mềm lập trình khác nhau tùy theo nhà sản xuất.
- Người dùng cần có kiến thức lập trình PLC cơ bản để vận hành hiệu quả.
Kết luận
Vậy PLC là gì? Đây là một công cụ không thể thiếu trong công nghiệp hiện đại, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo độ tin cậy cao trong các quy trình tự động hóa.
