PLC là gì? Ứng dụng của PLC trong ngành công nghiệp hiện nay

Mục lục

1. Giải thích ý nghĩa thuật ngữ “PLC là gì?”

PLC thực tế là một từ viết tắt của cụm từ tiếng Anh, Programmable Logic Controller. Nếu dịch ra tiếng Việt thì cụm từ này có ý nghĩa là chỉ Bộ điều khiển Logic có thể thực hiện việc lập trình được. Hay hiểu một cách đơn giản, ngắn gọn thì đây chính là bộ điều khiển lập trình. Với PLC thì đây chính là thiết bị  sử dụng các ngôn ngữ lập trình để có thể thực hiện một cách linh hoạt các điều khiển logic dựa trên những thuật toán được đưa vào đó.

Nếu như các bộ điều khiển khác chỉ áp dụng duy nhất một thuật toán cụ thể thì PLC cho phép người lập trình có thể thiết lập nhiều thuật toán khác nhau vì thế mà nó có thể thực hiện được các bài toán điều khiển đưa vào một cách linh hoạt nhất. Vì thế, những người lập trình sẽ có thể thực hiện việc lập trình gồm 1 chuỗi các sự kiện hay các trình tự điều khiển khác nhau ở trong PLC.

Với PLC thì nó hoạt động dựa trên phương thức là quét các trạng thái xuất hiện ở đầu vào và đầu ra. Vì vậy, nếu như dầu vào có sự thay đổi bất kỳ nào đó thì đầu ra cũng sẽ có sự thay đổi tương tự. Các ngôn ngữ lập trình thường sử dụng trong PLC có thể kể đến như ladder, state logic, FBD,...

Việc chế tạo ra PLC được coi là một sáng chế có tính ứng dụng cao cũng như đem lại lợi ích rất lớn cho việc chế tạo các loại máy móc, thiết bị. PLC đã thỏa mãn được những yêu cầu như:

- Việc lập trình được thực hiện dễ dàng, ngôn ngữ lập trình không quá khó, dễ dàng cho người học cũng như thực hiện.

- Bộ điều khiển được tạo ra gọn nhẹ, không quá cồng kềnh, tiện lợi cho việc bảo quản và sửa chữa.

- Bộ nhớ có dung lượng lớn, có thể dễ dàng trong việc chứa các nội dung chương trình có độ phức tạp cao.

- Tạo được độ tin cậy cao khi ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp.

- Có thể kết nối và giao tiếp được với những thiết bị thông minh khác hiện nay. 

- Tạo được sự cạnh tranh trong giá cả. 

Hiện nay, việc ứng dụng PLC đang ngày càng phổ biến. Với những lợi thế của mình thì PLC chính là một yếu tố không thể thiếu ngay cả trong các thiết bị điều khiển hiện đại.

2. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC là gì?

2.1. Cấu trúc của PLC gồm những gì?

Hầu hết, tất cả các PLC hiện nay đều sẽ có những cấu trúc hay các bộ phận, thành phần chính sau đây:

- 1 bộ nhớ chương trình bên trong là RAM, ROM.

- 1 CPU xử lý trung tâm, chịu trách nhiệm xử lý các thuật toán.

- Module chuyên ra - vào các tín hiệu.

Ngoài 3 thành phần chính trên thì một bộ PLC được coi là hoàn chỉnh khi kèm theo đó chính là một đơn vị được lập trình bằng tay hoặc máy tính. Với các đơn vị lập trình không quá phức tạp, đơn giản trong khâu thực hiện thì RAM đều có khả năng chứa đủ các chương trình được đưa vào ở dạng hoàn thiện hay bổ sung. 

2.2. PLC có nguyên lý hoạt động như thế nào?

Nguyên lý hoạt động của PLC có thể hiểu như sau:

Đầu tiên chính là các tín hiệu từ bên ngoài sẽ được cảm nhận và đưa vào bên trong là CPU để chịu trách nhiệm điều khiển các hoạt động dựa trên các module đầu vào. Khi các tín hiệu này được đưa vào thì CPU sẽ dựa trên những thuật toán được lập trình trước đó để xử lý và đưa các tín hiệu đã được xử lý đó qua module đầu ra và xuất ra các thiết bị được thiết lập để điều khiển bên ngoài. 

Chu kỳ quét thực hiện của PLC được hình dung gồm các giai đoạn cụ thể sau: 

Đọc tín hiệu đầu vào - Thực hiện các chương trình - Giao tiếp, truyền thông nội bộ - Kiểm tra lỗi - Cập nhật tín hiệu đầu ra. 

Một vòng quét này của PLC được thực hiện trong thời gian rất ngắn, trung bình chỉ trong khoảng từ 1ms - 100ms. Việc thời gian thực hiện này nhanh hay chậm thì sẽ phụ thuộc vào tốc độ mà PLC xử lý lệnh ra sao, chương trình dài hay ngắn và tốc độ giao tiếp của PLC và các thiết bị ngoại vi liên quan.

3. PLC có ứng dụng như thế nào trong thực tiễn?

Hiện nay, có thể nhận thấy PLC đang có rất nhiều ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp cũng như trong đời sống. Với những loại máy móc, thiết bị nhỏ như thiết bị đóng gói hay băng tải thì đều có thể áp dụng PLC vào trong việc điều khiển. Những dòng PLC được sử dụng trong các thiết bị này thường có tính kinh tế, tiện lợi, nhỏ gọn và giá thành có khả năng cạnh tranh. Đặc điểm thường thấy ở những PLC trong thiết bị như thế này thường tích hợp đầy đủ được tất cả các tính năng cần thiết để có thể sử dụng linh hoạt những ứng dụng cơ bản. 

Với các máy móc, thiết bị có hệ thống lớn hay cấu trúc điều khiển phức tạp, ví dụ như hệ thống xử lý nước thải,.... Các PLC được sử dụng trong các trường hợp này thường được thiết kế theo các module theo nhu cầu sử dụng. Với các nhu cầu sử dụng khác nhau thì PLC được thiết kế với các module có ứng dụng phù hợp. Việc sử dụng loại PLC trong trường hợp này thì người lập trình sẽ phải tính toán việc sử dụng loại CPU chính, số lượng module,...có thể đáp ứng đúng và đủ các yêu cầu kỹ thuật cần thiết.

Hiện tại, trong đời sống thì PLC đang có ứng dụng rất nhiều trong các hệ thống đèn giao thông, những ngôi nhà thông minh hay các thiết bị, máy móc sử dụng trong nông nghiệp để hiện đại hóa quy trình sản xuất nền nông nghiệp nước ta.

Có thể thấy, ứng dụng của PLC đang rất lớn. và hầu hết tất cả các thiết bị, máy móc đều có sự xuất hiện của PLC. 

4. PLC có ưu nhược điểm như thế nào?

Với những tính năng của mình thì PLC sẽ là một sự lựa chọn hoàn hảo cho các lập trình thiết bị, máy móc. Vậy, PLC có ưu, nhược điểm như thế nào?

4.1. Ưu điểm của PLC

Những ưu điểm nổi trội nhất của PLC có thể nhắc đến như:

- Có thể thực hiện việc thay đổi các chương trình lập trình bên trong một cách dễ dàng. 

- Có thể thực hiện được những thuật toán có độ phức tạp và sự chính xác cao.

- Hệ thống các mạch điện được sử dụng gọn nhẹ, việc sửa chữa và bảo quản được thực hiện dễ dàng.

- Với việc có cấu trúc là dạng module, tạo điều kiện cho việc dễ dàng thực hiện các thay thế hay mở rộng các chức năng.

- Có khả năng đảm bảo được mức độ làm việc trong môi trường của nền công nghiệp, thêm đó chính là khả năng có thể chống nhiễu tốt. 

- Khả năng giao tiếp và trao đổi với những thiết bị thông minh.

4.2. Nhược điểm của PLC như thế nào?

Bên cạnh những lợi thế của mình thì PLC vẫn có những hạn chế hay nhược điểm cụ thể cần được khắc phục để trở nên hoàn hảo hơn. 

- Có giá thành phần cứng khá cao.

Đây chính là nhược điểm đầu tiên của PLC. Thực tế, việc sử dụng sẵn PLC sẽ rất tiện lợi thế nhưng giá thành của PLC loại này lại không hề rẻ. Vì vậy, để có thể giảm bớt được chi phí cho việc sử dụng PLC thì nhiều công ty, nhà máy đã phải mua thêm phần mềm để có thể tự lập trình. 

Tuy nhiên, ở thời điểm hiện tại, giá thành của PLC đã có sự giảm xuống một cách đáng kể. Tạo điều kiện cho các nhà máy trong việc lựa chọn loại PLC phù hợp.

- Người sử dụng cần có trình độ chuyên môn

Nếu như lần đầu làm việc và tiếp xúc với PLC thì việc nghiên cứu và mày mò bộ điều khiển này thực sự không hề dễ dàng. Bởi sẽ mất rất nhiều thời gian và công sức để tìm hiểu nguyên lý làm việc cũng như các thành phần bên trong. Vì vậy, nếu như không thể thực hiện được thì việc tìm đến những công ty cung cấp các dịch vụ liên quan sẽ giúp bạn có thể đơn giản hơn được quá trình này.

5. Những loại PLC thông dụng và phổ biến hiện nay

Có thể nhận thấy trên thị trường hiện nay có rất nhiều hãng đã sản xuất các mặt hàng PLC, mỗi hãng lại sản xuất ra các loại PLC với những ứng dụng và tính năng khác nhau. Vì vậy, để có thể lựa chọn được loại PLC phù hợp với mình thực sự khá khó khăn do việc có quá nhiều sự lựa chọn dành cho bạn. Tuy nhiên, vẫn sẽ có những loại PLC phù hợp và có tính thông dụng cao các bạn có thể tham khảo. Một số loại PLC các bạn có thể nhắc đến như:

- PLC Siemens của Đức. Loại PLC này hiện đang có các dòng như S7-1200, S7-1500. Đây là 2 dòng PLC mới được chế tạo để thay thế cho các dòng PLC cũ như S7-200 và dòng S7-300. 

PLC loại này có giá thành cao, phần mềm lập trình được sử dụng lại rất nặng. Tuy nhiên, bù lại cho 2 hạn chế này đó chính là sự ổn định, khả năng hỗ trợ của hãng tốt và có lượng người dùng khá nhiều. Thông thường, những loại máy móc, thiết bị cao cấp hay các hệ thống tự động hóa lớn thường sẽ sử dụng các dòng PLC Siemens này. Một điều mà khiến cho dòng PLC này được sử dụng phổ biến tại Việt Nam chính là vì sự xuất hiện của hãng này vào thị trường của nước ta tương đối sớm. 

- PLC của hãng Mitsubishi, Nhật. Đây là một hãng sản xuất PLC và được sử dụng khá nhiều hiện nay. Những dòng PLC phổ biến của hãng có thể nhắc đến như FX-3U, FX-5U và FX-3G. Đây là những dòng mới được sử dụng thay thế cho các dòng cũ như FX-1N và FX-2N. So với Siemens thì PLC của Mitsubishi có giá thành rẻ hơn và có thể được ứng dụng trong các loại máy móc, công cụ có khả năng hoạt động một cách độc lập. Việc PLC được sử dụng và trở nên phổ biến vì lý do khá đơn giản đó chính là do số lượng máy móc mà ta nhập từ Nhật về khá nhiều, vì vậy, các loại PLC cũng theo đó mà về theo.

Bên cạnh 2 loại máy được kể trên thì trên thị trường còn khá nhiều loại PLC được sử dụng một cách rộng rãi khác. Có thể kể đến một số hãng như hãng Omron, hãng Delta, hãng Panasonic,....

6. Những điều bạn cần lưu ý khi chọn mua PLC là gì?

Do trên thị trường có rất nhiều dạng PLC khác nhau vì vậy, để lựa chọn được PLC không phải là điều dễ dàng. Hơn hết, tùy vào từng mục đích khác nhau bạn sẽ cần phải lựa chọn được loại PLC phù hợp để đáp ứng được các yêu cầu đó.

- Trường hợp mua PLC để dự phòng và thay thế

Việc mua PLC thay thế thì khi mua bạn cần ghi nhớ hoặc mang theo nhãn hay nameplate của thiết bị cũ đó. Tiếp theo đó chính là tìm hiểu về mã hàng để có thể lựa chọn được đúng sản phẩm. Yêu cầu với PLC được dùng để thay thế hay dự phòng thì cần phải sao chép hay upload được các chương trình ở trong thiết bị cũ, đảm bảo được việc hoạt động một cách bình thường nhất. 

- Trường hợp mua PLC cho việc sử dụng mới

Với việc mua PLC cho các dự án mới thì bạn cần lưu ý những điều sau đây:

+ Lựa chọn loại CPU và module phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của dự án dựa trên việc xác định các số lượng ngõ vào và ngõ ra.

+ Xác định số lượng tín hiệu analog ở đầu vào cần thiết để sử dụng.

+ Xác định việc ứng dụng và các kết nối liên quan của PLC.

+ Lựa chọn bộ nhớ phù hợp để có thể chứa được các chương trình cần sử dụng.

Nhìn chung, việc sử dụng PLC là điều thiết yếu trong nền công nghiệp và đời sống hiện nay. Với những ưu điểm, lợi thế của mình thì PLC đang ngày càng phổ biến là điều rất dễ hiểu. Hy vọng rằng, với những thông tin được chia sẻ trên bài viết đã giúp các bạn hiểu được PLC là gì cũng như ứng dụng của nó trong thực tiễn hiện nay.

Đăng ngày 04/12/2020, 59 lượt xem