Giới thiệu tổng quan về PLC

1. Lịch sử ra đời và phát triển của PLC 

– Tự động ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và công nghiệp. Ngày nay, ngành tự động đã phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, tiến bộ của những ngành khác như điện tử, tin học… Nhiều hệ thống điều khiển đã ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng phục vụ rộng là bộ điều khiển PLC.

– Khái niệm bộ điều khiển lập trình PLC là ý tưởng của nhóm kỹ sư hãng General Motors vào năm 1968, và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển như sau: 

  • Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trong các nhà máy công nghiệp.
  • Cấu trúc dạng Module dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa.
  • Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất của các nhà máy công nghiệp.
  • Sử dụng các linh kiện bán dẫn nên phảicó kích thước nhỏ gọn hơn mạch role mà chức năng vẫn tương đương.
  • Giá cả cạnh tranh.

Hình 1. PLC vào những thời kì mới ra đời.

2. Khái quát về bộ lập trình PLC 

2.1. PLC là gì?

  • PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Tiếng Việt: Bộ điều khiển Logic có thể lập trình được). Khác với các bộ điều khiển thông thường chỉ có một thuật toán điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điều khiển tùy biến do người sử dụng viết thông qua một ngôn ngữ lập trình. Do vậy, nó cho phép thực hiện linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển.
  • Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như Siemens (Đức), Omron (Nhật Bản), Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan) …
  • Ngôn ngữ lập trình phổ biến là LAD (Ladder logic – Dạng hình thang), FBD (Function Block Diagram – Khối chức năng), STL (Statement List – Liệt kê lệnh) và Ladder logic là ngôn ngữ lập trình PLC đang được ưa chuộng nhất.
  • PLC dựa vào các tín hiệu ngõ vào và các thuật toán điều khiển bên trong do người lập trình viết, nó sẽ xuất các tín hiệu ngõ ra để điều khiển các thiết bị khác. Ví dụ như hình ảnh bên dưới, PLC Mitsubishi đóng ngắt contactor để cho động cơ chạy/dừng, xuất tín hiệu 0-10V cấp cho biến tần để điều chỉnh tốc độ chạy nhanh chậm của động cơ.
  • Ngày nay các hệ thống điều khiển hiện đại không thể thiếu PLC, nó được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực điện tự động hóa, phục vụ cho nhiều nghành, nhiều loại máy móc như: cấp nước, xử lý nước thải, giám sát năng lượng, giám sát hệ thống điện, máy đóng gói, máy chế biến thực phẩm, dây chuyền băng tải…vv

Hình 2. Hình ảnh thực tế và PLC

2.2. Cấu trúc cơ bản của PLC

PLC là một thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình. Toàn bộ chương trình điều khiển sẽ được lưu vào trong bộ nhớ của PLC. Điều này làm cho PLC giống như một máy tính, nghĩa là có bộ vi xử lý, một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu các chương trình hỗ trợ điều khiền, dữ liệu, các cổng ra/vào để kết nối với các đối tượng điều khiển…

Như vậy có thể thấy cấu trúc cơ bản của một PLC bao giờ cũng gồm các thành phần cơ bản sau:

  • Mô đun nguồn.
  • Mô đun xử lý tín hiệu.
  • Mô đun vào.
  • Mô đun ra.
  • Mô đun nhớ.
  • Thiết bị lập trình.

Ngoài các module chính như trên, PLC còn có các mô đun phụ trợ như mô đun giao tiếp mạng, truyền thông, module ghép nối các module chức năng để xử lý tín hiệu như module kết nối với các can nhiệt, module điều khiển động cơ bước, module kết nối với encoder, module đếm xung vào…

Hình 3. Cấu trúc cơ bản của PLC

2.2. Các loại điều khiển cơ bản 

2.2.1. Điều khiển bằng dây nối 

  • Bộ điều khiển được gọi là điều khiển dây nối nếu các phần tử chuyển mạch của nó được nối với nhau bằng dây dẫn cố định một cách vĩnh viễn.
  • Trong ký hiệu trên, đó là bộ điều khiển bằng dây nối dùng để kết nối các nút nhấn, các tiếp điểm và các phần tử chuyển mạch với nhau bằng dây dẫn song song hoặc nối tiếp. Các công tắc và tiếp điểm được sắp xếp với nhau khi ta đã biết rõ chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện, tức phải biết rõ sơ đồ nguyên lý và vai trò khi tiến hành đấu đầu dây.
  • Mặt khác, khi muốn thực hiện các thay đổi chức năng của bộ điều khiển ta phải thay đổi lại cấu trúc cũng như sơ đồ đấu dây của bộ điều khiển đó. Đối với những mạch điện lớn và có độ phức tạp cao hơn thì việc đấu dây trở nên rất khó khăn và dễ bị sai sót. Ngoài ra trong cách dùng này sẽ tốn nhiều linh kiện như đi kèm như : relay trung gian, relay thời gian, bộ đếm…

2.2.2. Điều khiển sử dụng PLC 

  • Trong ký hiệu trên, đó là bộ điều khiển bằng dây nối dùng để kết nối các nút nhấn, các tiếp điểm và các phần tử chuyển mạch với nhau bằng dây dẫn song song hoặc nối tiếp. Các công tắc và tiếp điểm được sắp xếp với nhau khi ta đã biết rõ chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện, tức phải biết rõ sơ đồ nguyên lý và vai trò khi tiến hành đấu đầu dây.
  • Mặt khác, khi muốn thực hiện các thay đổi chức năng của bộ điều khiển ta phải thay đổi lại cấu trúc cũng như sơ đồ đấu dây của bộ điều khiển đó. Đối với những mạch điện lớn và có độ phức tạp cao hơn thì việc đấu dây trở nên rất khó khăn và dễ bị sai sót. Ngoài ra trong cách dùng này sẽ tốn nhiều linh kiện như đi kèm như : relay trung gian, relay thời gian, bộ đếm…

2.3. Vai trò của PLC

  • Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC được xem như là trái tim của hệ thống điều khiển. Với một chương trình ứng dụng (đã được lưu trữ bên trong bộ nhớ của PLC) thì PLC liên tục kiểm tra trạng thái của hệ thống, bao gồm: kiểm tra tín hiệu phản hồi từ các thiết bị nhập, dựa vào chương trình logic để xử lý tín hiệu và mang các tín hiệu điều khiển ra thiết bị xuất.
  • PLC được dùng để điều khiển những hệ thống từ đơn giản đến phức tạp. Hoặc ta có thể kết hợp chúng với nhau thành một mạng truyền thông có thể điều khiển một quá trình phức hợp.

2.4. Những ưu điểm kỹ thuật của bộ điều khiển PLC 

  • Giá thành Khá thấp.
  • Kích thước vật lý Khá gọn.
  • Tốc độ điều khiển Nhanh.
  • Khả năng chống nhiễu Rất tốt.
  • Lắp đặt dễ dàng, thời gian lắp đặt nhanh.
  • Lập trình đơn giản, tốn ít thời gian.
  • Khả năng điều khiển tốt các tác vụ phức tạp.
  • Dễ dàng thay đổi, nâng cấp và điều khiển.
  • Công tác bảo trì đơn giản và nhẹ nhàng

2.5. Phạm vi ứng dụng PLC 

Dùng để điều khiển Robot: ví dụ như gắp phôi từ băng tải bỏ qua bàn gia công của máy CNC, hay điều khiển Robot đưa vật liệu thiết bị vào băng tải, thực hiện các việc đóng hộp, dán tem nhãn…

Ngoài ra, PLC có thể ứng dụng để giám sát các quá trình trong các nhà máy mạ, dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử, dây chuyền kiểm tra sản phẩm… bằng các sensor, công tắc hành trình hoặc các sensor,…

2.6. So sánh PLC với các thiết bị điều khiển thông thường khác

Sự phát triển của công nghệ khiến PLC đang dần trở nên phổ biến và thay thế các hệ thống điều khiển  bằng relay, contactor thông thường.

Vậy sự thay đổi này đem lại ưu và nhược điểm gì?

Bảng 1. Bảng so sánh PLC với những thiết bị thông thường

Hệ thống điều khiển thông thường Hệ thống điều khiển bằng PLC
– Thô kệch do có quá nhiều dây dẫn và relay trên bảng điều khiển. – Những dây kết nối trong hệ thống giảm được 80% nên nhỏ gọn hơn.
– Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế, lắp đặt.

– Công suất tiêu thụ ít hơn, độ bền và tin cậy vận hành cao, dễ lập trình và có thể lập trình trên máy tính, thích hợp cho việc thực hiện các lệnh tuần tự của nó

– Tốc độ hoạt động chậm. – Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn. Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn.
– Công suất tiêu thụ lớn.  
– Mỗi lần muốn thay đổi chương trình thì phải lắp đặt lại toàn bộ, tốn nhiều thời gian. – Dễ lập trình và có thể lập trình trên máy tính, thích hợp cho việc thực hiện các lệnh tuần tự của nó. Sự thay đổi các ngõ vào, ra và điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhờ phần mềm điều khiển bằng máy tính hay trên Console.3
– Khó bảo quản và sửa chữa – Độ bền và tin cậy vận hành cao.
  – Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng.
  – Có thiết bị chống nhiễu bảo trì và sửa chữa dễ dàng.
  – Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, các modul rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết.

Như vậy hệ thống điều khiển bằng PLC thể hiện các ưu điểm nổi trội rõ rệt so với các thiết bị điều khiển thông thường khác. Ngoài ra PLC còn có thể thêm vào hoặc thay đổi các lệnh tùy theo yêu cầu của công nghệ. Điều này thể hiện tính linh động của hệ thống điều khiển khi ta muốn biến đổi chương trình của hệ thống.

error: Real Group - Efficiency Projects