PLC là gì? Tổng quan về bộ lập trình PLC mới nhất

Trong thời đại công nghiệp 4.0, tự động hóa đã trở thành một yếu tố quan trọng không thể thiếu giúp hàng ngàn doanh nghiệp nâng cao năng suất cũng như tiết kiệm chi phí và chất lượng của sản phẩm. Một trong những thiết bị đóng vai trò quan trọng đó là PLC được viết tắt là Programmable Logic Controller. Vậy nguyên lí hoạt động và vai trò của nó là gì, hãy cũng Mạnh Tùng tìm hiểu sâu hơn trong bài viết dưới đây.

PLC là gì?

PLC được viết tắt từ Programmable Logic Controller đây là một loại máy tính chuyên dụng trong công nghiệp. PLC được tạo nên để phục vụ các công việc như tự động hóa hay giám sát và điều khiển trong môi trường sản xuất. Khác với máy tính thông thường. Nó được tối ưu hóa hoạt động ổn định cũng như chịu được các điều kiện khắc nhiệt như bụi bẩn, nhiệt độ cao, độ ẩm hoặc rung lắc mạnh,…

PLC có khả năng can thiệp cơ bản, kích hoạt đầu ra khi đạt giới hạn lập trình sẵn, đồng thời xử lý cả các quy trình công nghiệp phức tạp như giám sát động cơ và máy móc. Nhờ phần cứng linh hoạt và khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt, PLC còn hỗ trợ nhiều tùy chọn nâng cao và hoạt động theo thời gian thực.

Các thiết bị này dễ lập trình, có thể tích hợp với nhiều hệ thống quản lý sản xuất, và hiện nay được dùng để thay thế cho rơ le hay bộ định thời truyền thống trong máy móc công nghiệp. Ngoài ra, PLC thường kết nối cùng SCADA để kiểm soát quy trình, thu thập và lưu trữ dữ liệu, quản lý giao diện người – máy cũng như cảnh báo sự cố.

Cho tới hiện nay PLC đóng vai trò rất quan trọng trong điều khiển và kết nối các giao diện chính giữa con người và máy móc.

Xem thêm: Hướng dẫn chọn PLC phù hợp với hệ thống tự động hóa

Vai trò của PLC trong sản xuất công nghiệp hiện nay

Hệ thống PLC đóng vai trò rất quan trọng trong ngành công nghiệp sản xuất cũng như tự động hóa, đặc biệt là các doanh nghiệp hay các nhà máy đang tìm kiếm giải pháp giúp liên kết mượt mà giữa phần mềm và phần cứng. Dưới đây là những vai trò mà PLC mang lại trong sản xuất công nghiệp hiện nay.

Thu thập dữ liệu và giám sát thiết bị nhờ kết nối với SCADA

Như Mạnh Tùng đã nêu, PLC thực hiện việc giám sát, thu thập dữ liệu từ các đầu vào và thiết bị máy móc. Nhờ vậy, các phần mềm như SCADA hay MMS có thể kết nối trực tiếp với PLC để xử lý dữ liệu thu thập được, đồng thời hiển thị thông tin quan trọng như báo cáo sản xuất, cảnh báo, xu hướng thời gian thực, trạng thái chu kỳ hoặc chỉ số OEE.

Thông qua dữ liệu được trực quan hóa, nhà quản lý dễ dàng đánh giá hiệu suất vận hành và đưa ra quyết định dựa trên số liệu để nâng cao hiệu quả cũng như sản lượng. Không chỉ vậy, hệ thống cảnh báo tức thời còn hỗ trợ người vận hành xử lý kịp thời sự cố, giúp tiết kiệm chi phí và hạn chế tối đa thời gian dừng máy.

Tự động hóa và kiểm soát quy trình

Chức năng chính của PLC là tự động hóa quy trình sản xuất bằng cách xử lý tín hiệu từ thiết bị đầu vào, sau đó phát lệnh điều khiển đã được lập trình sẵn tới các thiết bị đầu ra.

Các thiết bị đầu vào như cảm biến, công tắc, nhiệt kế hay rơ le có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ hệ thống và truyền về PLC. Ngược lại, thiết bị đầu ra sẽ nhận lệnh từ PLC để thực hiện hành động cụ thể. Chẳng hạn, nếu cảm biến phát hiện áp suất vượt mức cho phép, PLC sẽ ngay lập tức gửi tín hiệu điều khiển đến van xả để mở, giúp giảm áp suất về mức an toàn.

Ngoài ra, PLC còn đảm nhận nhiều thao tác khác như khởi động hoặc dừng động cơ băng tải, điều chỉnh nhiệt độ qua bộ trao đổi nhiệt, hoặc gửi cảnh báo lên HMI khi có thông số vận hành bất thường.

Ứng dụng IIoT kết hợp Machine Learning

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, IIoT và Machine Learning đang nổi lên như những công nghệ tiên phong, mở ra xu hướng sản xuất thông minh. Tuy nhiên, dù có sự phát triển của các công nghệ này, PLC vẫn giữ vai trò cốt lõi khi xử lý dữ liệu vận hành theo thời gian thực.

Machine Learning trong sản xuất được thiết kế để tự học hỏi và tối ưu dựa trên dữ liệu quá khứ. Nguồn dữ liệu đó chủ yếu được PLC ghi nhận từ cảm biến và máy móc, giúp hệ thống nhận diện các mẫu hoạt động, từ đó đưa ra dự đoán hoặc quyết định mà không cần lập trình sẵn.

Nhờ vậy, doanh nghiệp có thể triển khai các giải pháp như bảo trì dự đoán, ước tính vòng đời thiết bị, hạn chế sự cố bất ngờ cũng như cải thiện kiểm soát chất lượng, đảm bảo dây chuyền vận hành ổn định và hiệu quả hơn.

Nguyên lí hoạt động và cấu tạo của PLC

Nguyên lí hoạt động của PLC

Quy trình hoạt động của PLC thường xoay quanh ba bước cơ bản: đọc tín hiệu đầu vào (Input), xử lý chương trình điều khiển và cập nhật trạng thái đầu ra (Output). Ba bước này tạo nên một chu trình lặp lại liên tục, được gọi là chu kỳ quét (Scan Cycle). Mỗi PLC có thời gian quét riêng, được tính bằng mili giây (ms), cho biết tốc độ xử lý của bộ điều khiển.

Trong chu kỳ quét, CPU lần lượt đọc dữ liệu từ các thiết bị đầu vào, thực hiện chương trình ứng dụng, rồi sau đó mới xuất tín hiệu điều khiển đến đầu ra. Các lệnh trong chương trình được xử lý theo thứ tự từ trái sang phải và từ trên xuống dưới. Điều này đảm bảo tính tuần tự, nhưng cũng có nghĩa là tín hiệu đầu ra chỉ được thực hiện sau khi quá trình quét kết thúc.

Thời gian quét đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá khả năng điều khiển của PLC. Nếu ứng dụng yêu cầu tốc độ xử lý cao hơn thời gian quét, hiệu suất hệ thống có thể bị ảnh hưởng. Chính vì vậy, thời gian quét là một thông số mà kỹ sư luôn cần theo dõi.

Ngoài các trạng thái đầu vào và đầu ra, PLC còn lưu trữ dữ liệu phức tạp trong bộ nhớ, bao gồm công thức tính toán, giá trị tỷ lệ tương tự hoặc các biến trung gian.

Tóm lại, nguyên lý vận hành của PLC là giám sát quá trình, phân tích thông tin dựa trên chương trình logic được lưu trong bộ nhớ, và cuối cùng phát tín hiệu điều khiển ra ngoài để vận hành hệ thống sản xuất.

Tham khảo ngay Bộ lập trình Siemens uy tín chính hãng tại CÔNG TY TNHH TM&DV THIẾT BỊ ĐIỆN MẠNH TÙNG

Cấu tạo phần cứng của PLC

Một bộ điều khiển PLC được cấu thành từ các thành phần quan trọng như: CPU (khối xử lý trung tâm), bộ nguồn, thiết bị lập trình cùng các mô-đun đầu vào/đầu ra (I/O).

• CPU (Central Processing Unit – Khối xử lý trung tâm): Là “bộ não” của PLC, thực hiện xử lý chương trình, tính toán, giám sát tín hiệu và đưa ra lệnh điều khiển cho toàn bộ hệ thống.
• Power Supply (Bộ nguồn): Cung cấp điện áp ổn định cho CPU và các mô-đun khác, đảm bảo PLC hoạt động liên tục và an toàn, ngay cả trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
• Programming Device (Thiết bị lập trình): Thường là máy tính, thiết bị cầm tay hoặc phần mềm chuyên dụng, dùng để viết, chỉnh sửa, nạp chương trình và theo dõi quá trình vận hành của PLC.
• Input Modules (Mô-đun đầu vào): Có nhiệm vụ thu thập tín hiệu từ cảm biến, công tắc, nút nhấn, nhiệt kế hoặc các thiết bị đo lường khác để đưa dữ liệu vào CPU xử lý.
• Output Modules (Mô-đun đầu ra): Nhận lệnh từ CPU và truyền tín hiệu điều khiển tới các thiết bị chấp hành như rơ le, động cơ, đèn báo, van điện từ…, giúp quá trình sản xuất vận hành đúng logic đã lập trình.

Cấu tạo phần mềm của PLC

Hệ thống PLC thường được lập trình trên các phần mềm chuyên dụng của từng nhà sản xuất. Sau khi chọn nền tảng, việc lập trình có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau. Một số ngôn ngữ lập trình PLC phổ như:

• Ladder Logic (Ngôn ngữ bậc thang): Đây là ngôn ngữ đồ họa phổ biến nhất, mô phỏng theo logic rơ-le. Thường dùng cho các tác vụ như định thời, đếm, sắp xếp chu trình hay xử lý dữ liệu.
• Structured Text (Văn bản có cấu trúc): Ngôn ngữ dạng văn bản, tương tự Python hoặc C++. Ưu điểm là gọn nhẹ, dễ viết các hàm phức tạp và có thể kết hợp với ngôn ngữ khác để tạo khối chức năng.
• Function Block (Khối chức năng): Dùng biểu diễn các lệnh dưới dạng khối đồ họa. PLC xử lý dữ liệu đầu vào qua khối, sau đó kích hoạt các chức năng định sẵn để đưa ra đầu ra như bộ đếm, bộ định thời hay tính toán giá trị.

Các ưu và nhược điểm của PLC

Trước khi PLC ra đời, các hệ thống công nghiệp thường sử dụng rơ-le để điều khiển quá trình sản xuất. Tuy nhiên, rơ-le truyền thống có nhiều hạn chế như tốn điện năng, khó bảo trì và mất nhiều thời gian khắc phục sự cố. Sự xuất hiện của PLC đã khắc phục đáng kể những vấn đề này, mang lại hiệu quả cao hơn cho tự động hóa công nghiệp.

Ưu điểm của PLC

• Dễ lắp đặt và bảo trì: số lượng dây nối ít, cấu trúc gọn gàng.
• Lập trình linh hoạt: có thể thay đổi hoặc nâng cấp chương trình nhanh chóng.
• Tiết kiệm thời gian xử lý sự cố: hỗ trợ chẩn đoán trực tiếp trên phần mềm.
• Tốc độ cao và ổn định: chu kỳ xử lý tính bằng mili giây, phù hợp ứng dụng hiện đại.
• Chi phí vận hành thấp: độ bền cao, ít hỏng hóc, bảo trì đơn giản.

Nhược điểm của PLC

Tuy nhiên, bộ lập trình có rất nhiều ưu điểm lớn nhưng vẫn tồn tại song song đó một số nhược điểm như:

• Chi phí đầu tư ban đầu lớn: không tối ưu cho các hệ thống công nghiệp nhỏ.
• Độ bền phụ thuộc môi trường: dễ gặp vấn đề trong môi trường rung lắc, nhiệt độ cao hoặc điều kiện khắc nghiệt.

Hiện nay có những bộ lập trình PLC nào?

Trên thị trường hiện nay có nhiều hãng sản xuất PLC, trong đó nổi bật nhất là hai nhà cung cấp chính như:

Siemens

• Dòng PLC S7-200, S7-200 SMART, S7-300, S7-400, S7-1200, S7-1500.
• Độ tin cậy cao, hỗ trợ nhiều ngành công nghiệp nặng.
• Tích hợp mạnh mẽ với TIA Portal và hệ sinh thái Siemens.

Mitsubishi

• Dòng FX, Q-Series, iQ-R Series.
• Tập trung vào hiệu năng cao, dễ triển khai cho sản xuất tự động hóa.
• Ứng dụng phổ biến trong nhà máy điện tử, ô tô và cơ khí chính xác.

Các thương hiệu khác

Ngoài Siemens và Mitsubishi, còn có các hãng khác như:

• Allen-Bradley (Rockwell Automation).
• Omron.
• Schneider Electric.
• Delta Electronics.

Chọn nhà cung cấp PLC ở đâu uy tín?

Việc lựa chọn nhà cung cấp uy tín đóng vai trò quan trọng để đảm bảo sản phẩm chính hãng, dịch vụ kỹ thuật và bảo hành tốt nhất. Trong đó, CÔNG TY TNHH TM&DV THIẾT BỊ ĐIỆN MẠNH TÙNG là một trong những đơn vị cung cấp PLC và thiết bị tự động hóa uy tín tại Việt Nam. Chúng tôi tự hào mang đến trải nghiệm tốt nhất cho doanh nghiệp:

• Sản phẩm chính hãng PLC từ Siemens, Mitsubishi.
• Đội ngũ kỹ thuật hỗ trợ chuyên sâu.
• Dịch vụ bảo hành, bảo trì nhanh chóng.
• Giá cả hợp lý và cạnh tranh.

Lời kết

Hi vọng qua bài viết trên Mạnh Tùng đa giúp bạn hiểu sơ lược qua PLC là gì? Cũng như vai trò và cách vận hành của nó. Tóm lại PLC là thứ không thể thiếu đối với nền công nghiệp hiện đại. Với khả năng linh hoạt kết hợp với độ bền cao cũng như tích hợp những công nghệ mới. PLC giúp doanh nghiệp nâng cao năng suất, giảm chi phí và bắt kịp xu hướng công nghiệp 4.0.

Bạn có thể tham khảo những bài viết liên quan khác tại đây.

---

Cảm ơn quý khách đã truy cập vào website MTEE.VN. Kính chúc quý khách nhận được những thông tin hữu ích và có những trải nghiệm tuyệt vời trên trang.