Bộ điều khiển logic khả trình là gì

Bộ điều khiển (từ Control tiếng Anh) — kiểm soát. Bộ điều khiển trong các hệ thống tự động là một công cụ kỹ thuật thực hiện các chức năng điều khiển các quá trình vật lý theo thuật toán đã xác định, sử dụng thông tin nhận được từ các cảm biến và hiển thị trên các thiết bị đầu cuối. Bất kỳ thiết bị nào có thể hoạt động tự động bao gồm bộ điều khiển điều khiển—mô-đun xác định logic hoạt động của thiết bị.

Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) — phương tiện kỹ thuật được sử dụng để tự động hóa các quy trình công nghệ. Nó là một thiết bị điện tử chuyên dụng làm việc theo thời gian thực.

Một PLC có thể được lập trình kỹ thuật số và do đó rất dễ dàng thích ứng với các yêu cầu của một quy trình cụ thể. Với nhu cầu ngày càng cao về máy móc và quy trình sản xuất hiện đại, các giải pháp tự động hóa PLC đã trở thành một phần không thể thiếu trong sản xuất công nghiệp hàng ngày.

Phương thức hoạt động chính của PLC là sử dụng tự động lâu dài, thường trong các điều kiện môi trường bất lợi, không cần bảo trì lớn và không có sự can thiệp của con người.PLC thường được sử dụng để điều khiển các quy trình tuần tự, sử dụng đầu vào và đầu ra để xác định trạng thái của một đối tượng và đưa ra các hành động điều khiển.

Bộ điều khiển logic khả trình là lý tưởng để điều khiển riêng lẻ các ứng dụng, máy móc, hệ thống và quy trình khác nhau hoặc quản lý năng lượng kỹ thuật số.

Bộ điều khiển logic khả trình là một thiết bị vi xử lý được thiết kế để thu thập, chuyển đổi, xử lý, lưu trữ thông tin và tạo các lệnh điều khiển, có số lượng hữu hạn đầu vào và đầu ra, cảm biến, công tắc, cơ cấu chấp hành được kết nối với chúng với đối tượng điều khiển và được thiết kế để hoạt động trong các chế độ thời gian thực.

Một PLC điển hình bao gồm các phần sau:

• Ví dụ: các nút, rào cản ánh sáng hoặc cảm biến nhiệt độ được kết nối với thiết bị điều khiển thông qua đầu vào. Nhờ các thành phần này mà hệ thống PLC có thể giám sát trạng thái hiện tại của máy.
• Các đầu ra được kết nối với một thiết bị như động cơ điện, van thủy lực mà PLC dùng để điều khiển một loại máy cụ thể.
• Chương trình người dùng — Phần mềm PLC, cung cấp chuyển đổi đầu ra tùy thuộc vào việc kích hoạt đầu vào.
• Giao diện truyền thông được sử dụng để kết nối PLC với các hệ thống khác.
• Một PLC cũng bao gồm nguồn điện riêng, CPU và bus bên trong.

Các hệ thống điều khiển tiếp điểm rơle được sử dụng hiện nay được đặc trưng bởi độ tin cậy thấp, sự hiện diện của các tiếp điểm mở, v.v. Việc sử dụng các bộ điều khiển logic khả trình (PLC) để tự động hóa các hệ thống điều khiển cục bộ là hiệu quả nhất.

Theo thời gian, PLC tiếp tục phát triển và thích ứng với các nhu cầu cụ thể trong môi trường công nghiệp.Các chức năng của PLC có một số ưu điểm: do tính linh hoạt của chúng, chúng có thể được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Cài đặt có thể được thay đổi bất cứ lúc nào mà không can thiệp vào hoạt động của chính thiết bị.

Chỉ những thiết bị có thể lập trình riêng lẻ để điều khiển, giám sát và điều chỉnh hiệu suất của máy móc sản xuất mới có thể đáp ứng các yêu cầu cao của ngành công nghiệp hiện đại.

PLC thường có thể được cài đặt trực tiếp trên máy sản xuất. Điều này tiết kiệm không gian cần thiết. Bên cạnh khả năng điều khiển PLC từ xa, một trong những ưu điểm lớn nhất của nó là khả năng giao tiếp.

PLC được lập trình theo tiêu chuẩn IEC-61131-3. PLC được lập trình với sự trợ giúp của các phức hợp chuyên dụng, một trong những phức hợp phổ biến nhất là CoDeSys. Nó bao gồm các ngôn ngữ sau: đồ họa (sơ đồ thanh, sơ đồ khối chức năng, sơ đồ chức năng tuần tự, sơ đồ chức năng liên tục), văn bản (danh sách hướng dẫn, văn bản có cấu trúc).

Bộ điều khiển logic khả trình đầu tiên trên thế giới xuất hiện vào giữa thế kỷ 20. Modicon 084 là một chiếc tủ với một bộ rơle và tiếp điểm được kết nối với nhau, bộ nhớ của nó chỉ có 4 kilobyte. Thuật ngữ PLC do Allen-Bradley đặt ra vào năm 1971. Cùng với Richard Morley, ông là «cha đẻ của PLC».

Hệ thống đầu tiên trong số này được quy cho hai kỹ thuật viên, Richard E. Morley và Odo J. Người đấu tranh. Trong khi Morley giới thiệu hệ thống Modicon 084 của mình như một "máy tính bán dẫn bán dẫn" vào năm 1969, Odo J. Struger đã giúp phát triển PLC cho Allen-Bradley có trụ sở tại Wisconsin. Cả hai kỹ sư đều được coi là những người tạo ra bộ điều khiển logic khả trình (PLC) đầu tiên.Theo thời gian, nhu cầu về môi trường sản xuất trên khắp thế giới đã tăng lên. Do đó, PLC đã phát triển và được đưa vào sử dụng với nhiều phiên bản.

— Kỹ sư điện Yakov Kuznetsov

Cấu trúc của bộ điều khiển logic khả trình:

Thuật toán làm việc của PLC:

Chế độ hoạt động chính của PLC là sử dụng tự động lâu dài, thường trong các điều kiện môi trường bất lợi, không cần bảo trì lớn và thực tế không có sự can thiệp của con người.

PLC có một số đặc điểm giúp phân biệt chúng với các thiết bị điện tử khác được sử dụng trong kỹ thuật cơ khí:

• Không giống như một bộ vi điều khiển (máy tính chip đơn)—một vi mạch được thiết kế để điều khiển các thiết bị điện tử—PLC thường được sử dụng trong các quy trình sản xuất công nghiệp tự động trong bối cảnh của một nhà máy sản xuất;

• không giống như máy tính, PLC tập trung vào hoạt động với các đơn vị máy thông qua đầu vào phức tạp của tín hiệu cảm giác và đầu ra tín hiệu cho bộ truyền động, tập trung vào việc ra quyết định và điều khiển của người vận hành;

• Không giống như các hệ thống nhúng, PLC được sản xuất dưới dạng các sản phẩm độc lập, tách biệt với thiết bị mà chúng điều khiển.

• sự hiện diện của một số lượng lớn các hoạt động logic và khả năng đặt bộ định thời và bộ đếm.

• Tất cả các ngôn ngữ lập trình PLC đều có quyền truy cập dễ dàng vào thao tác bit trong từ máy, không giống như hầu hết các ngôn ngữ lập trình cấp cao trên máy tính hiện đại.

Có các PLC với các mức độ phức tạp khác nhau, tùy thuộc vào mức độ phức tạp của các nhiệm vụ tự động hóa cần giải quyết.

Các hoạt động cơ bản của PLC tương ứng với việc điều khiển kết hợp các mạch logic của các đơn vị cụ thể - cơ khí, điện, thủy lực, khí nén và điện tử.

Trong quá trình điều khiển, các bộ điều khiển tạo ra các tín hiệu đầu ra (bật – tắt) để điều khiển các cơ cấu chấp hành (động cơ điện, van, solenoid và van) dựa trên kết quả xử lý tín hiệu nhận được từ các cảm biến hoặc thiết bị cấp cao hơn.

Bộ điều khiển khả trình hiện đại cũng thực hiện các hoạt động khác, chẳng hạn như kết hợp các chức năng của bộ đếm và bộ hẹn giờ ngắt quãng, và xử lý độ trễ tín hiệu.

Bộ điều khiển logic khả trình cấp trung bình và cấp cao thường có phần cứng và phần mềm điều khiển chuyển động tích hợp, đặc biệt là mô-đun bộ đếm tốc độ cao, mô-đun định vị, v.v., cho phép thực hiện tương đối dễ dàng các chức năng điều khiển chuyển động và cung cấp khả năng định vị chính xác cao.

Về mặt cấu trúc, PLC được điều chỉnh để hoạt động trong các điều kiện công nghiệp điển hình, có tính đến bầu khí quyển bị ô nhiễm, mức tín hiệu, khả năng chịu nhiệt và độ ẩm, độ tin cậy của nguồn điện cũng như các cú sốc và rung động cơ học. Với mục đích này, phần cứng được bao bọc trong một lớp vỏ chắc chắn giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của một số yếu tố sản xuất.

Sự khác biệt chính giữa PLC và các mạch điều khiển rơle là các thuật toán được thực hiện bằng các chương trình. Một bộ điều khiển duy nhất có thể thực hiện mạch điện tương đương với hàng nghìn phần tử logic cứng. Hơn nữa, độ tin cậy của mạch không phụ thuộc vào độ phức tạp của nó.

Theo truyền thống, bộ điều khiển logic khả trình hoạt động ở dưới cùng của hệ thống điều khiển nhà máy tự động (ACS)—các hệ thống liên quan trực tiếp đến công nghệ sản xuất.

PLC thường là bước đầu tiên trong việc xây dựng các hệ thống điều khiển. Điều này là do nhu cầu tự động hóa máy móc hoặc nhà máy luôn rõ ràng nhất. Nó mang lại hiệu quả kinh tế nhanh chóng, cải thiện chất lượng sản xuất, tránh các công việc đòi hỏi thể chất và thường xuyên. PLC theo định nghĩa được xây dựng cho công việc này.

Ưu điểm chính của PLC là một cơ chế nhỏ có thể thay thế một số lượng lớn rơle cơ điện, cũng như thời gian quét nhanh, hệ thống I / O nhỏ gọn, công cụ lập trình được tiêu chuẩn hóa và giao diện đặc biệt cho phép kết nối trực tiếp các thiết bị tự động hóa phi tiêu chuẩn với bộ điều khiển hoặc kết hợp các thiết bị khác nhau vào một hệ thống điều khiển duy nhất.

Cách chọn PLC phù hợp

Chọn bộ điều khiển khả trình là một nhiệm vụ quan trọng và khó khăn khi tạo hệ thống điều khiển tự động các thông số công nghệ trong bất kỳ doanh nghiệp công nghiệp nào.

Khi chọn nó, cần phải tính đến và đánh giá một số lượng lớn các yếu tố. Bằng cách kết hợp các yêu cầu công nghệ đối với một đối tượng cụ thể để điều khiển tự động với phân tích so sánh các bộ điều khiển logic khả trình hiện đại, bạn có thể đưa ra quyết định đúng đắn.

Phân loại PLC:

Khi mua PLC, bước đầu tiên là xem xét cẩn thận loại nào phù hợp với mục đích sử dụng.

PLC cổ điển là các mô-đun thường có thể được lập trình bằng máy tính. Sau đó, máy tính không còn cần thiết để vận hành PLC.Về nguyên tắc, cần phải phân biệt giữa các PLC mô-đun, nhỏ gọn và có rãnh.

PLC nhỏ gọn thường rẻ hơn và chiếm ít không gian hơn. Sau đó, nó chủ yếu được sử dụng cho các quy trình tự động hóa nhỏ.

Ngoài các ứng dụng dựa trên nền tảng PC, còn có các PLC nhỏ gọn có thể được lập trình từ bảng điều khiển mà không cần PC.

PLC dạng mô-đun cung cấp khả năng lắp ráp linh hoạt bộ điều khiển từ các mô-đun riêng lẻ để có thể lập trình các tác vụ tự động phức tạp hơn.

Có những mô-đun có thể được triển khai trong hệ thống dưới dạng thẻ cắm trong một khe trống trên bo mạch chủ.

Cũng cần phải phân biệt giữa các PLC theo cách chúng thực hiện công việc của mình. Ngoài các mô hình điều khiển đầu vào theo một chu kỳ định trước và các PLC xử lý đầu ra ở các giai đoạn khác nhau, các mô hình PLC điều khiển theo sự kiện cũng có sẵn.

Trước khi mua PLC, bạn nên đặc biệt chú ý đến số lượng đầu vào và đầu ra, ngoài ra, cần xem xét các thông số khác chưa được tính đến trong quá trình lập kế hoạch ban đầu. Ngoài ra, hãy xem xét liệu bạn có cần một PLC có màn hình tích hợp và bảng điều khiển cảm ứng hay không. Trong một số trường hợp, việc đọc các giá trị và quản lý hệ thống thông qua cơ sở hạ tầng CNTT hiện có có thể là đủ.

HMI là gì

HMI (Human Machine Interface) — giao diện giao tiếp giữa người và máy. Các giao diện trực quan và thân thiện này được sử dụng để cho phép người dùng vận hành và vận hành máy mà không cần kiến ​​thức chuyên sâu về lập trình PLC. Một loại thiết bị HMI là hệ thống SCADA: Hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển vận hành (hệ thống SCADA)