Bộ lập trình PLC là gì? Có mấy loại? Nguyên lý hoạt động như nào?

Bộ lập trình PLC là thiết bị không thể thiếu của mọi hệ thống tự động hóa công nghiệp hiện nay. Với khả năng lập trình, điều khiển linh hoạt, độ tin cậy cao và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, PLC không chỉ đơn giản hóa các quy trình sản xuất mà còn mở ra cơ hội phát triển trong nhiều ngành công công. Hãy cùng A.I Tech tìm hiểu chi tiết về thiết bị PLC qua bài viết sau.

Bộ lập trình PLC là gì? 

PLC (Programmable Logic Controller) hay còn gọi là bộ điều khiển lập trình logic, là một thiết bị điện tử được sử dụng trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp để điều khiển máy móc và các quá trình sản xuất. Nó thay thế các hệ thống điều khiển dựa trên rơ le và các thiết bị điện tử khác, mang lại hiệu quả cao hơn nhờ vào khả năng lập trình linh hoạt và dễ dàng thay đổi khi cần thiết.

Với sự phát triển của công nghệ, PLC đã trở nên phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ sản xuất, năng lượng, xử lý nước, đến dược phẩm và hóa chất.

Cấu tạo chính của bộ điều khiển PLC

Bộ điều khiển PLC được cấu thành từ nhiều thành phần khác nhau, giúp đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống điều khiển. 5 thành phần chính bao gồm:

• CPU (Central Processing Unit): Đây là bộ phận quan trọng nhất của PLC, chịu trách nhiệm xử lý tất cả các dữ liệu và thực hiện các lệnh logic theo chương trình đã được lập trình.
• Module Input/Output (I/O): PLC cần phải giao tiếp với các thiết bị bên ngoài thông qua các module I/O. Module Input nhận tín hiệu từ các cảm biến và thiết bị ngoại vi khác, Còn Module Output sẽ  gửi tín hiệu điều khiển đến các thiết bị như động cơ, van, rơ le, và các thiết bị thực thi khác. 
• Nguồn cấp: Cung cấp điện cho CPU, các module I/O và các thiết bị ngoại vi khác. Để đảm bảo hoạt động liên tục và ổn định, các hệ thống PLC thường sử dụng nguồn cấp dự phòng hoặc các hệ thống UPS (Uninterruptible Power Supply) để tránh gián đoạn trong trường hợp mất điện.
• Bộ nhớ: Bộ nhớ của PLC được chia thành nhiều loại, trong đó có bộ nhớ chương trình (Program Memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory). Bộ nhớ chương trình lưu trữ các lệnh và chương trình điều khiển, trong khi bộ nhớ dữ liệu lưu trữ các giá trị biến số và thông tin trạng thái hệ thống. Tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng, PLC có thể sử dụng các loại bộ nhớ khác nhau như RAM, ROM, hay EEPROM.
• Các giao thức kết nối và truyền thông: PLC cần giao tiếp với các thiết bị khác trong hệ thống thông qua các giao thức truyền thông như Modbus, Profibus, Ethernet/IP, hoặc CAN bus. Các giao thức này cho phép PLC truyền và nhận dữ liệu từ các thiết bị ngoại vi, các hệ thống SCADA, hoặc các hệ thống điều khiển phân tán (DCS).

Phân loại bộ điều khiển PLC

PLC có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, từ kích thước, cấu trúc, đến ứng dụng cụ thể trong công nghiệp. Dưới đây là 3 loại PLC phổ biến nhất:

PLC Compact: Đây là loại PLC được thiết kế với tất cả các thành phần (CPU, I/O, nguồn cấp) tích hợp trong một khối duy nhất. PLC compact thường được sử dụng trong các ứng dụng nhỏ và đơn giản, nơi không cần số lượng lớn các đầu vào và đầu ra. PLC compact có ưu điểm là dễ dàng cài đặt và chi phí thấp, nhưng hạn chế ở khả năng mở rộng và tính linh hoạt so với các loại PLC modular.

PLC Modular: Loại PLC này được thiết kế với các module rời, cho phép mở rộng và tùy chỉnh hệ thống theo nhu cầu cụ thể. Mỗi module đảm nhận một chức năng cụ thể, như CPU, I/O, hoặc các module truyền thông. PLC modular thích hợp cho các hệ thống lớn và phức tạp, nơi cần số lượng lớn I/O và khả năng mở rộng cao. Ưu điểm của loại này là khả năng mở rộng linh hoạt và dễ dàng nâng cấp, nhưng chi phí thường cao hơn so với PLC compact.

PLC Rack-mounted: Đây là một biến thể của PLC modular, trong đó các module được gắn trên một giá đỡ (rack) chung. Các module có thể dễ dàng thêm hoặc thay thế mà không cần phải tắt hệ thống, giúp giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và tăng tính linh hoạt trong bảo trì. 

Nguyên lý hoạt động của hệ thống PLC

Bộ lập trình PLC hoạt động dựa trên một chu trình lặp đi lặp lại gọi là Scan Cycle. Chu trình này bao gồm các bước sau:

1. Nhận dữ liệu đầu vào (Input Scan): PLC liên tục quét và đọc dữ liệu từ các thiết bị đầu vào như cảm biến, công tắc, và các thiết bị ngoại vi khác. Dữ liệu này có thể là tín hiệu số (Digital) hoặc tín hiệu tương tự (Analog), tùy thuộc vào loại module I/O được sử dụng.
2. Xử lý dữ liệu (Program Execution): Dữ liệu đầu vào sau đó được CPU xử lý theo các lệnh và chương trình điều khiển đã được lập trình trước. 
3. Cập nhật đầu ra (Output Scan): Sau khi xử lý dữ liệu, PLC sẽ gửi các tín hiệu điều khiển đến các thiết bị đầu ra như động cơ, van, rơ le, hoặc các thiết bị thực thi khác. Quá trình này đảm bảo rằng các hành động cần thiết được thực hiện theo đúng logic điều khiển đã lập trình.
4. Kiểm tra và lặp lại (Housekeeping and Repeat): Sau khi hoàn thành một chu trình, PLC sẽ kiểm tra trạng thái của hệ thống và bắt đầu lại chu trình từ đầu. Quá trình này diễn ra liên tục với tốc độ rất nhanh, giúp hệ thống có thể phản ứng kịp thời với các thay đổi trong điều kiện vận hành.

Chu trình Scan Cycle của PLC được thực hiện liên tục, đảm bảo rằng tất cả các thay đổi trong đầu vào và đầu ra đều được xử lý ngay lập tức. Tốc độ của chu trình này là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống PLC. 

Ưu nhược điểm của PLC và các hệ thống điều khiển khác

PLC thường được so sánh với các loại bộ điều khiển khác như DCS (Distributed Control System) và PAC (Programmable Automation Controller). Mỗi loại bộ điều khiển này có những ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng và yêu cầu cụ thể.

Ưu Điểm Của PLC

PLC được thiết kế với mục tiêu đơn giản hóa quá trình lập trình và triển khai trong các ứng dụng công nghiệp. Với độ bền cao,tốc độ xử lý nhanh,  giao diện người dùng trực quan và các ngôn ngữ lập trình dễ tiếp cận như Ladder Logic, PLC giúp các kỹ sư dễ dàng phát triển, kiểm tra và duy trì hệ thống hoạt động ổn định

Ngoài ra so với hệ thống DCS và PAC, PLC thường có chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn, đặc biệt là cho các hệ thống quy mô nhỏ hoặc trung bình. Điều này làm cho PLC trở thành giải pháp kinh tế cho nhiều doanh nghiệp.

Nhược Điểm Của PLC

PLC thường không phù hợp cho các ứng dụng điều khiển quá phức tạp hoặc yêu cầu xử lý dữ liệu lớn, với trường hợp này thì DCS hoặc PAC có thể cung cấp hiệu suất tốt hơn. Trong các hệ thống đòi hỏi tính toán và điều khiển cao, PLC có thể gặp hạn chế về khả năng và tài nguyên.

PLC chủ yếu được thiết kế cho các ứng dụng điều khiển rời rạc và trung tâm. Trong khi đó, DCS vượt trội hơn khi cần quản lý và điều khiển nhiều quy trình từ một trung tâm điều khiển phân tán, đặc biệt là trong các nhà máy quy mô lớn với các quy trình liên tục.

Lời kết

Bộ lập trình PLC là một thiết bị không thể thiếu trong quá trình tự động hóa công nghiệp. Với tính linh hoạt, độ tin cậy cao và dễ dàng tích hợp với các hệ thống khác, PLC giúp doanh nghiệp tối ưu hóa quá trình sản xuất và nâng cao hiệu suất tổng thể. Và để triển khai hệ thống điều khiển PLC toàn diện cho doanh nghiệp, hãy liên hệ ngay với A.I Tech qua số HOTLINE 0949491355 để được tư vấn chi tiết.