Bạn đã biết về PLC chưa? Về sự ra đời, điểm khác biệt, nguyên lý làm việc và cấu tạo của nó. Nếu chưa thì đừng bỏ lỡ bài viết ngày hôm nay của Vietts nhé! Rất nhiều điều bổ ích đang đón chờ các bạn tìm hiểu.
Contents
Tìm hiểu PLC
Điều đầu tiên mà các khách hàng cần làm trước khi lựa chọn PLC đó là tìm hiểu về chúng.
PLC là gì?
PLC là 1 thiết bị tự động hóa được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống điện tự động của nhà máy công nghiệp.
PLC là viết tắt của từ gì? Nó là viết tắt của cụm từ đầy đủ Programmable logic controller. Dịch nghĩa thì chúng ta được bộ điều khiển lập trình hoặc bộ điều khiển logic khả trình.
Với PLC, người dùng có thể linh hoạt sử dụng những thuật toán điều khiển một cách logic thông qua các ngôn ngữ lập trình để thực hiện công việc, sự kiện theo một quy trình nhất định.
Ngôn ngữ lập trình PLC rất đa dạng với: C, ladder, State locgic, FBD, STL… PLC sẽ dựa vào những tín hiệu ngõ vào nhận được cùng các thuật toán điều khiển để xuất các tín hiệu ngõ ra nhằm điều khiển hoạt động máy móc, thiết bị có liên quan.
Tại sao PLC ra đời?
Trước đây, khi chưa có PLC thì để điều khiển máy móc, dây chuyền người ta phải kết nối rất nhiều thiết bị với nhau như: công tắc tơ, rơ le, timer… Tùy theo đặc điểm và yêu cầu của mỗi hệ thống mà việc kết nối này đơn giản hay phức tạp. Đối với những hệ thống lớn thì người kỹ thuật phải tốn thời gian lớn cho việc đấu nối, lắp đặt thiết bị. Do 1 thiết bị có thể cần lấy tín hiệu nhiều lần nhưng số lượng lắp bị hạn chế. Bên cạnh đó, số lượng chi tiết, vật tư lớn sẽ cản trở việc bảo trì, sửa chữa hay bảo dưỡng. Nếu có sự cố thì việc tìm kiếm lỗi, đi lại dây sẽ vừa tốn kém lại mất thời gian và giảm năng suất đi rất nhiều.
Chính vì thế mà con người đã nghiên cứu và tìm ra giải pháp thích hợp, có thể làm việc ở nơi độc hại, tự động hóa quá trình sản xuất và tăng năng suất, hiệu quả công việc.
Và PLC đã được ra đời vào năm 1968 tại Mỹ. Lúc đầu PLC khá cồng kềnh và tạo ra không ít khó khăn khi điều khiển thiết bị tuy nhiên sau nhiều năm thay đổi, cải tiến PLC đã trở nên nhỏ gọn, nhiều thuật toán hơn và thay đổi các thuật toán này cũng đơn giản hơn. Dần dần, PLC có thêm khả năng chống nhiễu, độ tin cậy cao, ngôn ngữ lập trình dễ, phù hợp với nhiều đối tượng. Ngày nay, PLC có thể trao đổi truyền thông với thiết bị điều khiển, PLC khác, máy tính, thiết bị giám sát, máy tính…
PLC có gì khác biệt
Nếu so sánh PLC với các máy tính hay vi điều khiển, phương pháp điều khiển công nghiệp thì có 3 điểm khác biệt:
+ Về HMI: Muốn tương tác với PLC thì người ta cần có giao diện người máy hay HMI. Các HMI có màn hình đơn giản, nó dùng để đọc văn bản cùng với các bàn phím, bảng điều khiển, khá giống với thiết bị điện tử nên cho phép người dùng có thể dừng và nhập thông tin và PLC.
+ Về I/O: I/O sẽ cung cấp thông tin cho CPU và bắt đầu tiến trình đã được lập trình sẵn. Tùy theo yêu cầu mà người dùng có thể trộn các I/O lại với nhau. Đối với PLC thì CPU sẽ xử lý, lưu trữ dữ liệu. Modun đầu vào như công tắc, cảm biến, đồng hồ đo và modun đầu ra như đèn, động cơ, van sẽ kết nối với PLC cũng như phần còn lại của máy.
+ Điểm khác biệt cuối cùng đó là truyền thông: Không chỉ kết nối với những thiết bị đầu vào, đầu ra, PLC còn kết nối với các hệ thống khác. Mục đích là theo dõi các thiết bị, xuất dữ liệu từ PLC sang SCADA. Vì thế mà nó cần có các cổng cùng một số giao thức truyền thông để làm được việc này.
Sự vượt trội của PLC
Tất nhiên, để PLC được nhiều người biết đến và tin tưởng sử dụng thì chắc chắn nó đang ngày càng được cải thiện dần về những tính năng cũng như lợi ích. Sự phát triển của phần cứng, phần mềm cùng với tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã giúp PLC thay đổi với kích thước nhỏ gọn hơn thích hợp với nhiều công việc điều khiển mạch phức tạp. Cụ thể là:
+ Khả năng làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp sản xuất, chế biến, lắp ráp.
+ Ngôn ngữ lập trình PLC dễ học và thao tác lập trình cũng dễ dàng hơn.
+ Giá thành ngày càng cạnh tranh giữa các model, hãng sản xuất.
+ Thiết kế của PLC nhỏ nhẹ nên vận chuyển dễ dàng, tiết kiệm diện tích lắp đặt.
+ Cấu tạo không quá phức tạp nên khi sửa chữa khá thuận lợi.
+ Với PLC đời mới, người dùng có thể mở rộng và nâng cấp các bộ phận phần mềm, phần cứng.
+ PLC giao tiếp dễ dàng với các thiết bị HMI, laptop, điện thoại và những thiết bị ngoại vi.
Cấu tạo của PLC
Mỗi PLC đều được phân chia thành 3 phần chính:
+ Một bộ nhớ chương trình ở bên trong, một số model có thể mở rộng ra bên ngoài hay còn gọi RAM, ROM.
+ Bộ vi xử lý CPU với chức năng xử lý những chương trình nạp vào, các thuật toán, các cổng giao tiếp
+ Các module vào, module ra tín hiệu, module I/O, truyền thông, ngoại vi.
Trên thị trường hiện nay có 2 loại:
+ PLC đơn giản có thể lập trình ngay trên thiết bị
+ PLC phức tạp thì phải lập trình trên máy tính và kết nối thông qua cổng Ethernet hoặc USB.
Nguyên lý hoạt động của PLC
Hoạt động của PLC không quá phức tạp: PLC sẽ nhận tín hiệu từ thiết bị đầu vào hoặc các cảm biến kết nối sau dó dựa trên các tham số đã được lập trình ban đầu mà xử lý dữ liệu và kích hoạt đầu ra. Tùy thuộc vào yêu cầu công việc, đặc điểm đầu ra, đầu vào mà PLC có thể tự động khởi động, tự động dừng, giám sát và ghi lại dữ liệu về thời gian chạy máy, nhiệt độ và năng suất trong quá trình vận hành. PLC còn có thể tự báo động nếu máy gặp sự cố. PLC được đánh giá cao với khả năng điều khiển mạnh mẽ, lin hoạt và phù hợp với hầu hết các ứng dụng máy móc hay hệ thống.
Các đầu vào ra I/O
Những I/O được liệt vào danh sách phổ cập đó là: trọng lượng, analog, digitalm nhiệt độ, high speed.
Những tín hiệu từ công tắc, nút nhấn, bộ cảm biến… sẽ được kết nối với module đầu vào của PLC. Trong khi đó, cơ cấu chấp hành sẽ được nối với các module đầu ra. Điện áp ở bên trong của PLC là 5v, tín hiệu xử lý thường là 100/240Vac, 12/24Vdc. Để có thể thông báo tình hình của các module, PLC sẽ trang bị các đèn báo tín hiệu.
Lập trình PLC
Người ta sẽ lập trình PLC trên máy tính trước sau khi hoàn thiện sẽ được tải về và đưa vào bộ điều khiển. Ngôn ngữ lập trình truyền thống thường là C. Ladder Logic, Ladder Logic. Đó chính là 2 ngôn ngữ thường được dùng trong phần mềm lập trình PLC.
Quá trình này sẽ bắt chước các sơ đồ mạch với những nhịp rung động logic được đọc từ trái sang phải. Bắt đầu là 1 đầu vào hoặc nhiều đầu vào rồi đến đầu ra. Mỗi nấc sẽ đại diện cho 1 hành động cụ thể do PLC điều khiển. Mặc dù có nhiều ngôn ngữ lập trình nhưng Ladder Logic được dùng nhiều hơn bởi vì bản chất trực quan của nó khiến dễ thực hiện hơn. Ngôn ngữ C là sự đổi mới, xuất hiện gần đây. Một số hãng sản xuất lại có phần mềm lập trình được thiết kế riêng và có sẵn khi mua thiết bị.
Ưu nhược điểm của PLC
PLC cũng là 1 thiết bị nên ngoài những ưu điểm thì nó không tránh khỏi những nhược điểm mà con người cần khắc phục trong thời gian tới.
Ưu điểm của PLC
PLC có rất nhiều ưu điểm, thuykhidien xin liệt kê một số điểm nổi bật như:
+ Phần mềm PLC rất dễ hiểu và dễ sử dụng so với hệ thống không tiếp điểm, hệ thống tiếp điểm.
+ Những chương trình PLC dễ dàng được người lập sửa chữa và thay đổi cho phù hợp với yêu cầu công việc không chỉ riêng với những chương trình tác động trực tiếp bên trong PLC. Một số PLC còn được trang bị thêm một số phần mềm để tìm ra lỗi của phần cứng, phần mềm. Từ đó, công việc theo dõi, thay thế hay sửa chữa thuận lợi hơn rất nhiều.
+ Do cấu tạo của nó là 1 hệ chuyển mạch không tiếp điểm nên tuổi thọ của PLC nhỉnh hơn so với các hệ thống rơ le có tiếp điểm.
+ Xét về độ tin cậy của tín hiệu đưa ra thì ở PLC cao hơn so với tín hiệu được cấp từ bộ điều khiển rơ le.
+ PLC sẽ thực hiện nhanh các chức năng điều khiển không như máy tính chỉ dùng để làm dụng cụ điều khiển đa chức năng. Những kiến thức về PLC sửa chữa hay duy trì hệ thống không quá chuyên môn, người dùng chỉ cần tìm hiểu cơ bản là đủ.
+ Với PLC, chúng ta có thể nối mạch và thiết lập hệ thống 1 cách dễ dàng, không tốn kém chi phí như điều khiển rơ le khi phải nối mạch, hàn mạch. Những công việc thiết lập được lưu trữ trong đĩa, băng nên khi cần thì chỉ sao chép là có thể dùng ngay.
+ PLC kết nối với CPU bằng bộ xử lý và đầu nối trực tiếp. Đầu nối I/O sẽ đặt giữa thiết bị ngoại vi và CPU. Chức năng của các đầu nối đó là chuyển đổi tín hiệu ngoại vi thành mức logic hoặc chuyển đổi giá trị CPU đầu ra từ mức logic sang mức mà các thiết bị ngoại vi có thể nhận và làm việc.
+ Người dùng có thể thiết lập vùng nhỏ hơn bộ rơ le có tiếp điểm.
+ Điểm khác biệt của PLC so với các máy tính đó là: Chuyển đổi tác động bên ngoài thành tác động bên trong dễ dàng. Chương trình tac động bên trong có thể trở thành phần mềm song song và tương ứng với các tác động bên ngoài.
Nhược điểm của PLC
Theo chúng tôi, PLC hiện có 3 nhược điểm lớn đó là:
+ Trong những mạch điều khiển máy móc quy mô nhỏ thì chắc chắn khoản tiền chi mua PLC lớn hơn rất nhiều so với sử dụng rơ le.
+ Do chưa thể tiêu chuẩn hóa chung ngôn ngữ lập trình PLC trên toàn thế giới nên mỗi hãng sản xuất lại sử dụng 1 ngôn ngữ riêng. Vì thế mà tính thống nhất bị hạn chế..
+ Những khách hàng mới lần đầu tiếp cận sẽ thấy khá khó khăn trong việc làm quen, cài đặt, lập trình.
Ứng dụng PLC trong thực tế
PLC có ứng dụng phong phú nhất trong các ngành, lĩnh vực công nghiệp. Chúng ta có thể bắt gặp nó trong các hệ thống của máy in, máy se chỉ, máy cắt tốc độ cao, máy in, máy đánh sợi, máy đóng gói, trong các hệ thống giám sát năng lượng, hệ thống bơm xử lý nước thải, hệ thống đóng gói tự động, dây chuyền sản xuất, hệ thống điện… Ngày nay, PLC được dùng trong các nhà máy sản xuất thực phẩm, dược phẩm, may mặc, dệt sợi, hóa chất, lắp ráp điện tử…
Với các dây chuyền sử dụng cánh tay robot như: đóng hộp, dán nhãn hay robot đưa vật liệu lên băng tải, gắp các mảng phôi từ băng chuyền bỏ lên bàn của máy CNC… sử dụng PLC vừa chính xác vừa nhanh chóng.
PLC còn được dùng trong dây chuyền kiểm tra chất lượng sản phẩm trước khi xuất xưởng, dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử, giám sát quá trình làm việc của nhà máy mạ..
