PLC (Programmable Logic Controller) là bộ điều khiển logic lập trình được. Thiết bị này cho phép xây dựng và thay đổi thuật toán điều khiển thông qua phần mềm thay vì đấu nối dây cứng như relay truyền thống.
PLC xuất hiện để thay thế hệ thống relay cơ khí trong các dây chuyền sản xuất. Khi cần thay đổi logic vận hành, người dùng chỉ cần chỉnh sửa chương trình thay vì tháo lắp lại toàn bộ hệ dây điều khiển.
Khác với relay thuần túy, PLC thực hiện điều khiển theo chu trình quét. Nó đọc trạng thái đầu vào, xử lý theo chương trình đã nạp, sau đó cập nhật đầu ra. Chu trình này lặp liên tục với tốc độ tính bằng mili giây.
PLC thực chất làm việc như thế nào
PLC không “suy nghĩ” theo nghĩa thông minh. Nó thực hiện đúng các lệnh đã được lập trình.
Khi một tín hiệu đầu vào thay đổi – ví dụ cảm biến ON – CPU sẽ phát hiện sự thay đổi đó trong chu kỳ quét. Dựa vào logic đã viết (Ladder, Function Block, Structured Text…), PLC quyết định bật hoặc tắt đầu ra tương ứng.
Thiết bị bên ngoài được điều khiển có thể là: Contactor, Van điện từ, Biến tần, Động cơ, Đèn báo. PLC chỉ xuất tín hiệu. Phần chấp hành nằm ở ngoài.Toàn bộ quá trình này diễn ra liên tục theo vòng lặp:
Đọc Input → Xử lý → Ghi Output → Lặp lại.
Vì sao PLC thay thế relay dây nối
Hệ relay truyền thống có một số hạn chế: Khó thay đổi logic, số lượng dây lớn, Tủ điện cồng kềnh, thời gian bảo trì dài. PLC đã giải quyết các vấn đề đó một cách hoàn hảo. Khả năng mở rộng này khiến PLC được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Cấu trúc cơ bản của một PLC:
CPU
CPU là trung tâm xử lý. Nó thực hiện chương trình theo thứ tự lệnh đã lưu trong bộ nhớ. Mọi hoạt động điều khiển đều phụ thuộc vào chương trình này. Nếu thay đổi chương trình, chức năng hệ thống thay đổi theo. Không cần tác động vật lý vào dây nối.
Bộ nhớ
RAM dùng để lưu chương trình và dữ liệu tạm thời. Nội dung RAM có thể thay đổi. Khi mất nguồn, dữ liệu có thể mất nếu không có pin dự phòng.
EPROM lưu hệ điều hành hoặc chương trình cố định. Nội dung không mất khi mất điện.
EEPROM cho phép xóa và ghi lại nhiều lần nhưng số chu kỳ ghi có giới hạn.
Dung lượng bộ nhớ quyết định số lượng lệnh và độ phức tạp chương trình mà PLC có thể xử lý. PLC nhỏ có thể lưu vài trăm đến vài nghìn dòng lệnh. PLC lớn có thể chứa hàng chục nghìn dòng.
Hệ thống Bus nội bộ
-
Address Bus (bus địa chỉ).
-
Data Bus (bus dữ liệu).
-
Control Bus (bus điều khiển).
Address Bus xác định vị trí bộ nhớ hoặc module I/O cần truy cập. Data Bus truyền dữ liệu giữa CPU và module. Control Bus đồng bộ hóa quá trình truyền và định thời. Toàn bộ quá trình trao đổi này diễn ra trong thời gian rất ngắn, được điều khiển bởi xung clock của CPU.
Module vào/ra I/O
Đầu vào (Input) nhận tín hiệu từ: Cảm biến, Công tắc hành trình, Nút nhấn, Encoder.
Đầu ra (Output) điều khiển: Relay trung gian, Van điện, Động cơ, Đèn báo.
Mỗi kênh I/O có địa chỉ riêng trong chương trình. PLC xử lý tín hiệu nội bộ ở mức điện áp thấp (thường 5V). Module I/O chuyển đổi tín hiệu công nghiệp 24VDC hoặc 220VAC thành mức phù hợp để CPU xử lý.
Lập trình PLC
Ngôn ngữ phổ biến nhất là Ladder Diagram vì nó gần với sơ đồ relay truyền thống. Ngoài Ladder còn có:
-
Function Block Diagram (FBD).
-
Structured Text (ST).
-
Instruction List (IL – hiện nay ít dùng).
-
Sequential Function Chart (SFC).
Chương trình được soạn trên máy tính, sau đó nạp vào PLC qua cổng truyền thông như RS232, RS485 hoặc Ethernet.
Một số hãng PLC phổ biến
Thị trường PLC hiện nay có nhiều nhà sản xuất lớn:
-
Siemens
-
Mitsubishi Electric
-
Allen-Bradley
-
Omron
-
Honeywell
Mỗi hãng phát triển hệ sinh thái phần mềm và phần cứng riêng, nhưng nguyên lý hoạt động cơ bản của PLC vẫn giống nhau.
