PLC là gì? Tìm hiểu chi tiết về PLC và ứng dụng thực tế

Trong tự động hóa công nghiệp, PLC (Programmable Logic Controller) đóng vai trò then chốt. PLC là gì mà lại có sức ảnh hưởng lớn đến vậy? PLC là bộ điều khiển logic lập trình được, thay thế các hệ thống rơ le truyền thống, giúp các quy trình sản xuất trở nên hiệu quả và linh hoạt hơn. Bài viết này sẽ giải đáp chi tiết câu hỏi “PLC là gì”, đồng thời cung cấp thông tin về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng thực tế của PLC.

PLC là gì?

PLC (viết tắt của Programmable Logic Controller), hay còn gọi là bộ điều khiển logic lập trình được, là một thiết bị điện tử chuyên dụng, được sử dụng để tự động hóa các quy trình công nghiệp. Tên gọi “Programmable Logic Controller” đã phần nào thể hiện được bản chất của thiết bị này:

• Programmable (Lập trình được): PLC có thể được lập trình để thực hiện các chức năng điều khiển khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng.
• Logic (Điều khiển logic): PLC sử dụng các phép toán logic (AND, OR, NOT…) để đưa ra quyết định điều khiển.
• Controller (Bộ điều khiển): PLC là một bộ điều khiển, có khả năng thu thập dữ liệu từ các cảm biến, xử lý dữ liệu và điều khiển các thiết bị chấp hành.

So với các hệ thống điều khiển bằng rơ le (relay logic) truyền thống, PLC có nhiều ưu điểm vượt trội. Hệ thống rơ le cồng kềnh, khó sửa chữa và khó thay đổi khi yêu cầu điều khiển thay đổi. Trong khi đó, PLC nhỏ gọn, dễ dàng lập trình và sửa đổi, đồng thời có độ tin cậy cao hơn nhiều. 

So với máy tính công nghiệp (industrial PC), PLC có khả năng hoạt động ổn định hơn trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ và có thời gian đáp ứng nhanh hơn.

Cấu tạo của PLC gồm những bộ phận nào?

Một PLC điển hình bao gồm các thành phần chính sau:

• CPU: Bộ xử lý trung tâm, là “bộ não” của PLC. CPU thực hiện các lệnh trong chương trình đã được lập trình và đưa ra quyết định điều khiển.
• Nguồn: Cung cấp điện áp ổn định cho PLC hoạt động.
• Bộ nhớ: Lưu trữ chương trình điều khiển, dữ liệu đầu vào/đầu ra và các thông số cấu hình.
• Module đầu vào: Nhận tín hiệu từ các cảm biến như cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, công tắc, nút nhấn… Các module này chuyển đổi tín hiệu từ cảm biến thành tín hiệu số để CPU có thể xử lý.
• Module đầu ra: Điều khiển các thiết bị chấp hành như van, động cơ, xi lanh, đèn báo… Các module này chuyển đổi tín hiệu từ CPU thành tín hiệu điện để điều khiển các thiết bị chấp hành.
• Module giao tiếp: Cho phép PLC kết nối và giao tiếp với các thiết bị khác như máy tính, màn hình HMI, các PLC khác…

Các module đầu vào/đầu ra có hai loại phổ biến:

• Digital Input/Output (DI/DO): Xử lý tín hiệu số (ON/OFF, 0/1) nhận tín hiệu từ công tắc (DI) hoặc điều khiển rơ le (DO).
• Analog Input/Output (AI/AO): Xử lý tín hiệu tương tự (4-20mA, 0-10V).

Nguyên lý hoạt động của PLC

PLC hoạt động theo một chu trình lặp đi lặp lại, được gọi là chu trình quét (scan cycle). Chu trình này bao gồm các bước sau:

Bước 1: Đọc dữ liệu từ các module đầu vào (Input Scan): PLC đọc trạng thái của tất cả các đầu vào và lưu trữ chúng trong bộ nhớ.

Bước 2: Thực hiện chương trình (Logic Solve): CPU thực hiện các lệnh trong chương trình điều khiển, dựa trên dữ liệu đầu vào đã đọc và các phép toán logic.

Bước 3: Cập nhật dữ liệu vào các module đầu ra (Output Scan): PLC cập nhật trạng thái của các đầu ra dựa trên kết quả tính toán trong chương trình.

Bước 4: Kiểm tra và xử lý lỗi (Housekeeping): PLC kiểm tra các lỗi phần cứng, lỗi chương trình và thực hiện các tác vụ bảo trì hệ thống.

Bước 5: Lặp lại chu trình: Sau khi hoàn thành bước 4, PLC quay lại bước 1 và lặp lại toàn bộ chu trình.

Thời gian quét (scan time) là thời gian mà PLC cần để hoàn thành một chu trình quét. Thời gian quét có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của hệ thống. Nếu thời gian quét quá dài, hệ thống có thể phản ứng chậm chạp với các thay đổi trong quá trình. Thời gian quét phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ của CPU, độ phức tạp của chương trình và số lượng đầu vào/đầu ra.

Ưu điểm và nhược điểm của PLC

Mặc dù PLC mang lại rất nhiều lợi ích cho các hệ thống tự động hóa công nghiệp, nhưng cũng không thể phủ nhận rằng nó vẫn tồn tại một số hạn chế nhất định. Việc nắm rõ cả ưu điểm và nhược điểm của PLC sẽ giúp bạn đưa ra quyết định sáng suốt khi lựa chọn thiết bị này cho ứng dụng của mình.

Ưu điểm của PLC

Một trong những ưu điểm lớn nhất của PLC là khả năng linh hoạt trong việc thay đổi chương trình điều khiển. Bạn có thể dễ dàng điều chỉnh hoặc cập nhật chương trình để đáp ứng các yêu cầu mới của quy trình sản xuất mà không cần phải thay đổi phần cứng.

PLC được thiết kế để hoạt động ổn định và bền bỉ trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, nơi có nhiều yếu tố gây nhiễu như nhiệt độ cao, độ ẩm, bụi bẩn và rung động.

Khi quy trình sản xuất phát triển và có thêm các yêu cầu mới, hệ thống PLC có thể dễ dàng được mở rộng bằng cách thêm các module đầu vào/đầu ra (I/O) mà không cần phải thay thế toàn bộ hệ thống.

PLC có khả năng kết nối và giao tiếp với nhiều thiết bị khác nhau trong hệ thống tự động hóa, chẳng hạn như máy tính, màn hình HMI (Human Machine Interface), các PLC khác, cảm biến thông minh và hệ thống quản lý sản xuất (MES).

So với các hệ thống điều khiển truyền thống, PLC có tuổi thọ cao hơn và yêu cầu ít công tác bảo trì hơn, giúp giảm chi phí vận hành và bảo trì hệ thống.

Nhược điểm của PLC

Giá thành của PLC đã giảm đáng kể trong những năm gần đây, nhưng nó vẫn có thể cao hơn so với các hệ thống điều khiển đơn giản chỉ sử dụng các rơ le hoặc bộ điều khiển logic cố định.

Hơn nữa, để lập trình, cài đặt và bảo trì PLC, người sử dụng cần phải có kiến thức chuyên môn về điện tử, tự động hóa và các ngôn ngữ lập trình PLC.

Mặc dù PLC được thiết kế để chống nhiễu, nhưng trong một số trường hợp, nó vẫn có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ từ các thiết bị khác trong nhà máy, gây ra các sự cố không mong muốn.

Ứng dụng của PLC trong các lĩnh vực

PLC đã trở thành một thành phần không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, nhờ vào tính linh hoạt, độ tin cậy cao và khả năng dễ dàng thích ứng với các yêu cầu điều khiển phức tạp. Từ những dây chuyền sản xuất tự động hóa hoàn toàn đến các hệ thống điều khiển nhỏ lẻ, PLC luôn chứng tỏ được vai trò quan trọng của mình.

Trong ngành sản xuất ô tô, PLC được sử dụng để điều khiển robot hàn, dây chuyền lắp ráp, hệ thống sơn và các quy trình sản xuất khác. PLC giúp đảm bảo độ chính xác và tốc độ cao trong quá trình sản xuất, đồng thời giảm thiểu sai sót và lãng phí. 

Tương tự, trong ngành thực phẩm và đồ uống, PLC được ứng dụng để điều khiển dây chuyền sản xuất, hệ thống đóng gói, hệ thống làm lạnh và các quy trình chế biến thực phẩm khác. PLC giúp duy trì chất lượng sản phẩm, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm và tăng năng suất.

Không chỉ dừng lại ở đó, PLC còn đóng vai trò quan trọng trong ngành hóa chất, nơi chúng được sử dụng để điều khiển quá trình phản ứng, hệ thống trộn, hệ thống định lượng và các quy trình sản xuất hóa chất khác. PLC giúp kiểm soát các thông số quan trọng như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và nồng độ, đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra an toàn và hiệu quả. 

Trong ngành dược phẩm, PLC được ứng dụng để điều khiển quá trình sản xuất thuốc, hệ thống kiểm soát chất lượng và các quy trình đóng gói thuốc. PLC giúp đảm bảo độ chính xác, an toàn và tuân thủ các quy định nghiêm ngặt của ngành dược phẩm.

Ngoài ra, PLC còn được sử dụng rộng rãi trong ngành năng lượng để điều khiển nhà máy điện, hệ thống phân phối điện và các hệ thống năng lượng tái tạo. Trong ngành xi măng, PLC giúp điều khiển quá trình sản xuất xi măng, hệ thống nghiền, hệ thống đóng bao và các quy trình khác. Và cuối cùng, trong ngành giấy, PLC được ứng dụng để điều khiển quá trình sản xuất giấy, hệ thống cắt, hệ thống đóng gói và các quy trình liên quan.

Nhờ khả năng thích ứng cao và tính linh hoạt, PLC tiếp tục mở rộng phạm vi ứng dụng của mình trong nhiều ngành công nghiệp khác, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Tuấn Hưng Phát Valve hi vọng rằng qua bài viết này, bạn đã có thêm kiến thức và sự tự tin để lựa chọn PLC phù hợp cho hệ thống của mình. Với hơn 16 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực van công nghiệp và tự động hóa, Tuấn Hưng Phát Valve tự hào là đối tác tin cậy của nhiều doanh nghiệp trên toàn quốc. Hãy liên hệ ngay với chúng tôi để được tư vấn miễn phí và nhận báo giá tốt nhất!