PLC là thiết bị điều khiển lập trình được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp hiện đại. Với khả năng thực hiện các thuật toán điều khiển thông qua chương trình được lập trình sẵn, PLC dần thay thế các hệ thống điều khiển bằng rơ le truyền thống nhờ độ tin cậy cao, khả năng mở rộng linh hoạt và hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt.

Vậy PLC là gì, có cấu tạo như thế nào và nguyên lý hoạt động ra sao? Hãy cùng ELECFARM tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây.

PLC Là Gì?

PLC (Programmable Logic Controller) là bộ điều khiển logic khả trình được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ điều khiển tự động trong công nghiệp. Thiết bị này cho phép người dùng lập trình các thuật toán điều khiển, xử lý tín hiệu đầu vào và tạo ra tín hiệu đầu ra tương ứng để điều khiển máy móc, dây chuyền sản xuất hoặc các hệ thống tự động hóa.

Trong quá trình vận hành, PLC liên tục nhận tín hiệu từ các cảm biến, công tắc hoặc thiết bị ngoại vi thông qua các cổng đầu vào (Input). Sau khi xử lý dữ liệu theo chương trình đã được lập trình sẵn, PLC sẽ xuất tín hiệu điều khiển đến các thiết bị đầu ra (Output) như động cơ, van điện từ, đèn báo hoặc contactor. Nhờ khả năng hoạt động ổn định, tốc độ xử lý nhanh và dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển, PLC hiện là giải pháp điều khiển phổ biến trong hầu hết các nhà máy và hệ thống tự động hóa.

Cấu Tạo 

Thông thường, hệ thống PLC có các bộ phận chính sau:

• Bộ nhớ chương trình: RAM, ROM, ngoài ra có thể sử dụng vùng nhớ ngoài – EPROM.
• Bộ xử lý trung tâm CPU.
• Module input/output. Thông thường module I/O được tích hợp trên PLC, khi có nhu cầu mở rộng I/O có thể lắp module I/O.

Ngoài ra, PLC còn có các bộ phận khác:

• Cổng kết nối PLC và máy tính: RS232, RS422, RS485. Các cổng này dùng để nạp và giám sát chương trình.
• Cổng truyền thông: PLC thường tích hợp cổng truyền thông Modbus RTU. Tùy hãng và dòng sản phẩm, PLC có thể được tích hợp thêm các chuẩn truyền thông khác như Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT,…

Nguyên Lý Hoạt Động 

Bộ xử lý CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. CPU đọc và kiểm tra chương trình trong bộ nhớ. Tiếp theo, nó thực hiện từng lệnh theo thứ tự trong chương trình. Các trạng thái đầu ra được đưa tới các thiết bị liên kết để thực thi.

Hệ thống Bus dùng để truyền tín hiệu, gồm nhiều đường tín hiệu song song:

• Address Bus: dùng để truyền địa chỉ đến các Module khác nhau.
• Data Bus: dùng để truyền dữ liệu.
• Control Bus: dùng để truyền các tín hiệu định thời và điểu khiển, đồng bộ các hoạt động trong PLC.

Trong PLC, dữ liệu được trao đổi giữa bộ CPU và các module I/O thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit song song.

Nếu module đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, module đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC. Các địa chỉ và dữ liệu được chuyển lên các Bus tương ứng.

Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1,8 MHz. Xung này cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống. Nó cũng quyết định tốc độ hoạt động của PLC.

Phân Loại 

PLC có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau như hãng sản xuất, dòng sản phẩm hoặc số lượng cổng vào/ra.

Phân Loại Theo Hãng Sản Xuất

Trên thị trường hiện nay có nhiều thương hiệu PLC nổi tiếng như Siemens, Mitsubishi, Omron, Schneider Electric, LS Electric, Fatek hay Unitronics. Mỗi hãng đều sở hữu những ưu điểm riêng và hướng đến các phân khúc ứng dụng khác nhau.

Phân Loại Theo Dòng Sản Phẩm

PLC ALPHA

PLC ALPHA là dòng PLC mini có kích thước nhỏ gọn, phù hợp với các ứng dụng điều khiển đơn giản có số lượng đầu vào/đầu ra (I/O) dưới 30 điểm. Thiết bị được tích hợp màn hình LCD cùng các phím chức năng, cho phép người dùng dễ dàng lập trình, giám sát và chỉnh sửa chương trình trực tiếp trên PLC. Ngoài ra, dòng ALPHA còn được trang bị bộ đếm tốc độ cao và các chức năng ngắt, đáp ứng tốt nhiều bài toán điều khiển có độ phức tạp vừa phải.

PLC FX0S

FX0S là dòng PLC siêu nhỏ của Mitsubishi, được thiết kế cho các hệ thống điều khiển độc lập có số lượng I/O dưới 30 điểm. PLC sử dụng bộ nhớ EEPROM giúp lưu giữ chương trình ngay cả khi mất nguồn đột ngột, đảm bảo độ an toàn cho dữ liệu và giảm chi phí bảo trì. Bên cạnh đó, FX0S còn tích hợp bộ đếm tốc độ cao và các chức năng ngắt phục vụ các ứng dụng điều khiển cơ bản. Tuy nhiên, dòng PLC này không hỗ trợ mở rộng I/O, không có khả năng kết nối mạng và tốc độ xử lý còn hạn chế so với các dòng PLC cao cấp hơn.

PLC FX0N

PLC FX0N được phát triển như một phiên bản trung gian giữa FX0S và các dòng FX cao cấp. Thiết bị phù hợp với các hệ thống điều khiển nhỏ và vừa, hỗ trợ từ 10 đến 128 điểm I/O. Ngoài việc kế thừa những ưu điểm của dòng FX0S, FX0N còn có khả năng mở rộng hệ thống và hỗ trợ kết nối mạng, giúp tăng tính linh hoạt trong các ứng dụng tự động hóa.

PLC FX1N

FX1N là dòng PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ khả năng xử lý mạnh mẽ và mở rộng linh hoạt. Thiết bị hỗ trợ từ 14 đến 60 điểm I/O và có thể mở rộng lên đến 128 điểm khi sử dụng thêm module mở rộng. PLC được trang bị bộ nhớ chương trình 8.000 bước lệnh (8K Step), tốc độ xử lý nhanh với chu kỳ lệnh chỉ 0,55 µs/lệnh, tích hợp 6 bộ đếm tốc độ cao 60 kHz và 2 ngõ ra phát xung điều khiển lên đến 100 kHz. FX1N hỗ trợ cả nguồn cấp 12–24VDC và 120–240VAC, phù hợp với nhiều ứng dụng như điều khiển cửa tự động, thang máy, máy nâng, hệ thống xử lý nước thải, máy dệt, dây chuyền sản xuất ô tô và các hệ thống điều hòa trong nhà kính.

PLC FX2N

FX2N là một trong những dòng PLC mạnh nhất thuộc họ FX của Mitsubishi. Thiết bị sở hữu đầy đủ các tính năng của FX1N nhưng được nâng cấp đáng kể về hiệu suất xử lý với thời gian thực hiện lệnh chỉ 0,08 µs/lệnh. PLC hỗ trợ từ 16 đến 128 điểm I/O và có thể mở rộng lên tới 256 điểm I/O. Bộ nhớ chương trình mặc định 8K Step và có thể mở rộng lên 16K Step khi cần thiết.

Khả năng truyền thông và kết nối mạng mạnh mẽ giúp FX2N đáp ứng tốt các hệ thống điều khiển quy mô lớn và yêu cầu kỹ thuật cao. Dòng PLC này được ứng dụng rộng rãi trong dây chuyền sản xuất tự động, hệ thống xử lý môi trường, xử lý nước thải, máy dệt công nghiệp và các dây chuyền lắp ráp trong ngành đóng tàu.

Phân Loại Theo Số Lượng I/O

Dựa trên số lượng đầu vào và đầu ra, PLC được chia thành bốn nhóm chính.

• Micro PLC thường có dưới 32 cổng I/O và phù hợp với các ứng dụng nhỏ.
• PLC cỡ nhỏ có thể hỗ trợ đến 256 cổng I/O và được sử dụng phổ biến trong các máy móc độc lập.
• PLC cỡ trung hỗ trợ tới 1.024 cổng I/O, đáp ứng nhu cầu của các hệ thống điều khiển quy mô vừa.
• PLC cỡ lớn có khả năng quản lý trên 1.024 cổng I/O và thường xuất hiện trong các nhà máy sản xuất hoặc dây chuyền tự động hóa phức tạp.

Các Thông Số Kỹ Thuật Cơ Bản Của PLC

Khi lựa chọn PLC, người dùng cần quan tâm đến các thông số kỹ thuật quan trọng như điện áp nguồn cấp, số lượng đầu vào và đầu ra, dung lượng bộ nhớ chương trình, tốc độ xử lý lệnh, kích thước và khối lượng thiết bị.

Những thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng vận hành, mở rộng hệ thống và hiệu quả đầu tư của dự án tự động hóa.

Các Hãng PLC Phổ Biến Hiện Nay

Siemens chính thức có mặt tại Việt Nam vào năm 1993, chuyên cung cấp các dịch vụ và sản phẩm công nghệ điện, điện tử.
Các dòng sản phẩm PLC: Logo, S7-200, S7-1200, S7-300, S7-1500, S7-400.

Mitsubishi Electric chính thức có mặt tại Việt Nam vào năm 2011. Trong quá trình phát triển tại Việt Nam, đến thời điểm hiện tại PLC Mitsubishi đã trở nên phổ biến.

Các dòng sản phẩm PLC Mitsubishi như: FX Series “FX1N, FX1S, FX2N, FX3G, FX3U, FX3S, FX3GE, FX3UC, FX5U, FX3GA, FX3GC, FX3SA”. Ngoài ra, các dòng khác phát triển sau như: iQ-R Series, iQ-F Series, Q Series, L Series, QS/WS Series, A Series.

UNITRONICS – Israel được thành lập vào năm 1989. PLC+HMI All-in-One đã được cung ứng ra thị trường hơn 20 năm và liên tục nhận được phản hồi tích cực từ đơn vị sử dụng.

Các dòng sản phẩm PLC Unitronics: PLC UniStream, [PLC+HMI] UniStream, [PLC+HMI] Vision, [PLC+HMI] Samba, [PLC+HMI] Jazz & M91.

Omron – Nhật bản chính thức có mặt tại Việt Nam vào năm 1996, nổi tiếng với các sản phẩm trong lĩnh vực y tế và công nghiệp.

Trong lĩnh vực tự động hóa, Omron cung cấp rất nhiều sản phẩm như biến tần, động cơ Servo, bộ lập trình điều khiển logic, màn hình HMI hay phần mềm SCADA. PLC Omron phổ biến tại Việt Nam với các dòng như: NX1 Series, NX1P Series, NJ Series, CP Series, CJ1 Series, CJ2 Series, CS1 Series, CPM Series.

 

Schneider – Pháp chính thức hoạt động tại Việt Nam vào năm 1994. Các dòng PLC Schneider phổ biến: Zelio Logic (Smart relays), Twido, Modicon M171/M172, Modicon M221, Modicon M238, Modicon M251, Modicon M258, Modicon MC80, Modicon TSX Micro, Preventa XPS MF.

LS – Hàn quốc với tiền thân bắt đầu từ tập đoàn LG Industrial và được tách ra vào năm 2003 dưới thương hiệu LS (chuyên sản xuất thiết bị điện công nghiệp, điện tử).

Các dòng sản phẩm PLC LS phổ biến: XGT Series (XGK, XGI, XGR), XGB Series, MASTER-K Series, GLOFA-GM Series, XMC Motion.

Lời Kết

PLC là thiết bị điều khiển không thể thiếu trong các hệ thống tự động hóa hiện đại. Với khả năng lập trình linh hoạt, độ tin cậy cao và khả năng hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp, PLC đã trở thành giải pháp thay thế hiệu quả cho các hệ thống điều khiển bằng relay truyền thống. Việc hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các loại PLC và những thông số kỹ thuật quan trọng sẽ giúp bạn lựa chọn được bộ điều khiển phù hợp cho từng ứng dụng thực tế, từ các máy móc đơn lẻ đến những dây chuyền sản xuất tự động quy mô lớn.