PLC là gì?
PLC (Programmable Logic Controller — Bộ điều khiển lập trình được) là thiết bị điện tử công nghiệp chuyên dụng dùng để tự động hóa quy trình sản xuất và máy móc. Tiêu chuẩn IEC 61131-1 định nghĩa PLC là “hệ thống điện tử số, thiết kế cho môi trường công nghiệp, sử dụng bộ nhớ lập trình để lưu trữ các lệnh thực hiện các chức năng như logic, sequencing, timing, counting và arithmetic nhằm điều khiển máy và quy trình thông qua đầu vào/đầu ra số và tương tự”.
PLC ra đời năm 1968 (Modicon 084, Dick Morley) để thay thế hệ thống rơ-le cứng trong dây chuyền ô tô. Ngày nay PLC điều khiển từ máy bơm đơn giản đến toàn bộ nhà máy hóa chất.
Cấu tạo PLC
- CPU (Central Processing Unit): bộ vi xử lý thực thi chương trình. Chứa bộ nhớ chương trình (Flash/EEPROM) và bộ nhớ dữ liệu (RAM). Tốc độ xử lý: 0,01–1 µs/lệnh Boolean.
- Nguồn cấp (Power Supply): chuyển đổi 110/220VAC hoặc 24VDC thành các mức điện áp nội bộ PLC.
- Module đầu vào số (DI — Digital Input): đọc tín hiệu 0/1 từ nút nhấn, limit switch, cảm biến quang điện.
- Module đầu ra số (DO — Digital Output): cấp tín hiệu điều khiển contactor, van điện, đèn tín hiệu.
- Module đầu vào tương tự (AI — Analog Input): đọc tín hiệu 4–20 mA hoặc 0–10V từ cảm biến nhiệt độ, áp suất, lưu lượng.
- Module đầu ra tương tự (AO — Analog Output): xuất tín hiệu 4–20 mA hoặc 0–10V điều khiển biến tần, van tỉ lệ.
- Module truyền thông: RS-485 (Modbus RTU), Ethernet (Modbus TCP, EtherNet/IP, PROFINET).
- Rack/Backplane: khung lắp các module, cung cấp bus dữ liệu và nguồn cho module.
Vòng quét (Scan Cycle)
PLC hoạt động theo vòng lặp liên tục gọi là scan cycle:
- Input Scan: đọc trạng thái tất cả đầu vào DI/AI vào vùng bộ nhớ ảnh đầu vào (Input Image Register).
- Program Execution: thực thi chương trình ladder/FBD/ST từ đầu đến cuối, dùng bộ nhớ ảnh đầu vào, tính toán và ghi kết quả vào bộ nhớ ảnh đầu ra.
- Output Scan: ghi bộ nhớ ảnh đầu ra ra các chân DO/AO vật lý.
- Housekeeping: cập nhật đồng hồ, kiểm tra watchdog timer, xử lý truyền thông.
Thời gian scan điển hình: 1–100 ms. PLC nhỏ (Mitsubishi FX3U): scan ~0,65 µs/lệnh, scan cycle thực tế 5–20 ms. PLC lớn (Siemens S7-1500): scan < 1 ms với chương trình ngắn.
Ngôn ngữ lập trình PLC (IEC 61131-3)
| Ngôn ngữ | Tên tiếng Anh | Đặc điểm | Phổ biến với |
|---|---|---|---|
| LAD | Ladder Diagram | Dạng sơ đồ rơ-le, trực quan | Kỹ sư điện, technician |
| FBD | Function Block Diagram | Khối chức năng nối dây | Kỹ sư tự động hóa |
| ST | Structured Text | Giống Pascal/C, mạnh về tính toán | Lập trình viên |
| IL | Instruction List | Dạng assembly, ít dùng nay | PLC cũ, Omron |
| SFC | Sequential Function Chart | Điều khiển tuần tự trạng thái | Dây chuyền nhiều bước |
PLC phổ biến tại Việt Nam
- Mitsubishi MELSEC: FX3U (dòng cũ, phổ biến), FX5U (mới, EtherCAT, tích hợp Ethernet). Phần mềm: GX Works 2/3.
- Siemens SIMATIC: S7-1200 (nhỏ–vừa), S7-1500 (lớn, hiệu suất cao). Phần mềm: TIA Portal.
- Omron SYSMAC: CP1E (nhỏ, rẻ), CP2E, CJ2M. Phần mềm: CX-Programmer, Sysmac Studio.
- Delta DVP/AS: DVP-ES3 (nhỏ), AS228 (vừa). Phần mềm: ISPSoft, DIADesigner. Giá thấp, phổ biến SME Việt Nam.
- Schneider Modicon: M221, M241, M262. Phần mềm: EcoStruxure Machine Expert.