Programmable Logic Controller (PLC) là gì?

Thời gian:2024-11-19 16:39:29

Hôm nay&# Trong sản xuất công nghiệp, PLC đã trở nên ngày càng quan trọng và phổ biến, nhưng nhiều người không hiểu rõ về nó. Hôm nay, chúng tôi sẽ đi vào chi tiết PLC từ mọi khía cạnh để bạn có thể thực sự hiểu nó.

Định nghĩa và khái niệm cơ bản của bộ điều khiển logic lập trình (PLC)

PLC là một hệ thống điện toán và vận hành kỹ thuật số được thiết kế đặc biệt cho môi trường công nghiệp. Nó được sử dụng trong tự động hóa công nghiệp để tự động hóa một quy trình cụ thể, chức năng máy hoặc toàn bộ dây chuyền sản xuất.

Nó sử dụng bộ nhớ có thể lập trình để lưu trữ các hướng dẫn thực hiện các hoạt động như các phép toán logic, điều khiển tuần tự, thời gian, đếm và số học. Nó có thể tự động điều khiển các quy trình, chức năng máy hoặc dây chuyền sản xuất cụ thể theo logic được lập trình sẵn, xử lý dữ liệu đầu vào và điều khiển thiết bị đầu ra và giao tiếp theo nhiều cách khác nhau trong môi trường Internet of Things công nghiệp (IIoT) và Công nghiệp 4.0.

Là một hệ thống điều khiển máy tính công nghiệp, nó liên tục giám sát trạng thái của thiết bị đầu vào, kiểm soát thiết bị đầu ra theo chương trình tùy chỉnh, nhận ra tự động hóa quy trình sản xuất, có khả năng thay đổi và sao chép hoạt động, thu thập và truyền thông tin, hệ thống là mô-đun và có thể cấu hình linh hoạt thiết bị I/O. Nó kiểm soát nhiều loại thiết bị cơ khí hoặc quy trình sản xuất thông qua đầu vào và đầu ra kỹ thuật số hoặc analog.

Programmable Logic Controller (PLC) là gì?

So sánh các khái niệm liên quan

PLC khác với PC công nghiệp, vi điều khiển, v.v. Ví dụ, PLC tập trung vào các nhiệm vụ điều khiển công nghiệp với các phương pháp lập trình và hệ điều hành khác nhau; So với hệ thống logic rơle, điều khiển lập trình PLC linh hoạt hơn, có thể làm giảm hệ thống dây phần cứng; Vi điều khiển được tích hợp cao và phù hợp cho các tác vụ lặp đi lặp lại cụ thể, trong khi bộ vi xử lý được sử dụng cho các tác vụ xử lý phức tạp.

Quá trình phát triển

Nó được phát minh bởi Dick Morley vào cuối những năm 1960 và ban đầu được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô để thay thế hệ thống điều khiển logic rơle phức tạp. Khi công nghệ phát triển, nó tiếp tục cải thiện, trở nên mạnh mẽ hơn và mở rộng phạm vi ứng dụng.

Cấu trúc phần cứng

Nó chủ yếu bao gồm CPU, mô-đun I/O, nguồn điện, thiết bị lập trình, bộ nhớ, v.v. CPU là cốt lõi và thực hiện các hướng dẫn chương trình; Mô-đun I/O kết nối thiết bị bên ngoài; Cung cấp điện; Thiết bị lập trình được sử dụng để viết chương trình; Bộ nhớ lưu trữ các chương trình và dữ liệu. Nó bao gồm nguồn điện, bộ xử lý trung tâm (CPU), thẻ đầu vào/đầu ra (I/O) và tấm nền hoặc giá đỡ để đặt thẻ I/O. Tấm lưng cho phép kết nối điện giữa các thành phần và mỗi bộ phận làm việc cùng nhau.

Bộ xử lý (CPU): Đây là thành phần cốt lõi của PLC chịu trách nhiệm thực hiện các lệnh chương trình, xử lý dữ liệu và các hoạt động logic, v.v. Các mô hình PLC khác nhau có hiệu suất CPU khác nhau, chẳng hạn như tốc độ xử lý, dung lượng lưu trữ, v.v.

Mô-đun đầu vào/đầu ra (I/O): Được sử dụng để kết nối các thiết bị bên ngoài như cảm biến, bộ truyền động, v.v. Mô-đun đầu vào nhận tín hiệu bên ngoài trong khi mô-đun đầu ra gửi tín hiệu điều khiển PLC đến thiết bị bên ngoài. Mô-đun I/O được chia thành hai loại kỹ thuật số và analog để đáp ứng các loại yêu cầu truyền tín hiệu khác nhau.

Bộ nhớ: bao gồm bộ nhớ hệ thống và bộ nhớ người dùng. Bộ nhớ hệ thống được sử dụng để lưu trữ PLC và # Hệ điều hành và chương trình hệ thống, trong khi bộ nhớ người dùng được sử dụng để lưu trữ các ứng dụng và dữ liệu do người dùng viết. Kích thước của bộ nhớ ảnh hưởng đến độ phức tạp của chương trình và lượng dữ liệu PLC có thể lưu trữ.

Mô-đun nguồn: Cung cấp nguồn điện ổn định cho các thành phần khác của PLC để đảm bảo hoạt động bình thường của toàn bộ hệ thống. Các chỉ số hiệu suất của nó bao gồm điện áp đầu ra, dòng điện, v.v., cần phải đáp ứng các yêu cầu tiêu thụ năng lượng của hệ thống PLC.

Programmable Logic Controller (PLC) là gì?2

Thành phần phần mềm PLC

Phần mềm hệ thống: Được cung cấp bởi nhà sản xuất PLC, chịu trách nhiệm quản lý PLC và # 39 Tài nguyên phần cứng, thực hiện các chương trình người dùng, thông tin liên lạc và các chức năng cơ bản khác. Đây là môi trường phần mềm cơ bản mà PLC hoạt động bình thường.

Chương trình người dùng: Được viết bởi các kỹ thuật viên kỹ thuật theo yêu cầu kiểm soát, thực hiện logic điều khiển cụ thể. Chương trình người dùng nhập PLC thông qua phần mềm lập trình. Phần mềm lập trình cung cấp nhiều phương pháp lập trình như lập trình biểu đồ bậc thang, lập trình bảng hướng dẫn, v.v. để tạo điều kiện cho người dùng thiết kế chương trình.

Nguyên tắc làm việc của PLC

Quá trình làm việc bao gồm bốn bước cơ bản được thực hiện trong một chu kỳ liên tục:

Input Scan: Phát hiện trạng thái của tất cả các thiết bị đầu vào được kết nối với PLC.

Program Scanning: Thực hiện logic chương trình do người dùng tạo.

Quét đầu ra: Cho phép hoặc vô hiệu hóa tất cả các thiết bị đầu ra được kết nối với PLC.

Quản lý vệ sinh: bao gồm thông tin liên lạc với thiết bị đầu cuối được lập trình, chẩn đoán nội bộ, v.v.

Mô-đun đầu vào nhận tín hiệu từ cảm biến, công tắc và các thiết bị khác, xử lý chúng thông qua CPU, sau đó điều khiển động cơ, van và các thiết bị khác thông qua mô-đun đầu ra. Nó có thể xử lý cả tín hiệu kỹ thuật số và analog. Một số PLC tiên tiến cũng hỗ trợ truyền thông mạng và các chức năng xử lý dữ liệu.

Các PLC khác nhau khác nhau về cấu hình phần cứng. Một số đơn vị PLC nhỏ gọn tích hợp CPU, đầu vào và đầu ra trong cùng một đơn vị, trong khi trong một hệ thống PLC mô-đun rack, mô-đun I/O và mô-đun CPU có thể được tách ra và mô-đun I/O có thể được đặt gần hoặc xa CPU.

Các tính năng chính và lợi thế của PLC

1. Độ tin cậy cao: khả năng chống nhiễu mạnh, có thể hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Ví dụ, phần cứng của nó sử dụng công nghệ cô lập và lọc, và phần mềm cũng có nhiều cơ chế phát hiện và sửa lỗi khác nhau.

2. Tính linh hoạt cao: Bạn có thể thích ứng với các nhiệm vụ điều khiển khác nhau bằng cách sửa đổi chương trình mà không cần thay đổi hệ thống dây điện phần cứng. Ví dụ, trên dây chuyền sản xuất, bạn chỉ cần điều chỉnh chương trình PLC khi quy trình sản phẩm thay đổi.

3. Lập trình đơn giản: thường sử dụng ngôn ngữ lập trình trực quan như hình thang và các kỹ thuật viên dễ dàng nắm bắt. Lập trình tương đối trực quan và ngôn ngữ lập trình đơn giản giúp giảm độ phức tạp và chi phí.

4. Kỹ thuật trưởng thành: có rất nhiều tài liệu thử nghiệm và nghiên cứu, hướng dẫn lập trình và tích hợp phong phú.

5. Phạm vi giá rộng: Có các mô hình cơ bản phù hợp cho các doanh nghiệp nhỏ và khởi nghiệp.

6. Tính linh hoạt mạnh mẽ: Thích hợp cho tất cả các loại quy trình và điều khiển hệ thống.

7. Không có bộ phận chuyển động cơ học: độ tin cậy cao, có thể hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

8. Ít thành phần hơn: Dễ dàng khắc phục sự cố và thời gian chết bảo trì ngắn hơn.

9. Tiêu thụ năng lượng thấp: Giúp tiết kiệm năng lượng và đơn giản hóa hệ thống dây điện.

Trên đây là lợi thế của nó so với hệ thống điều khiển kết nối cứng truyền thống PLC. Nói tóm lại, nó dễ dàng hơn để xây dựng, cài đặt, bảo trì và sửa đổi, có thể cập nhật chương trình từ xa, có thể nhanh chóng phát triển logic phức tạp, thích nghi với môi trường khắc nghiệt và thực hiện nhanh chóng.

Nhược điểm và hạn chế chính

Các ưu điểm khác nhau của PLC được trình bày ở trên. Đồng thời, nó cũng có những nhược điểm và hạn chế của riêng mình.

1. Khả năng xử lý hạn chế để xử lý dữ liệu phức tạp hoặc đầu vào mô phỏng lớn.

2. Phần mềm lập trình PLC của các nhà sản xuất khác nhau thường không tương thích và giao diện lập trình có khả năng tương tác kém.

3. Dễ bị nhiễu điện từ, có thể gây ra các vấn đề như hư hỏng bộ nhớ và lỗi giao tiếp.

Lập trình PLC

Các phần mềm lập trình phổ biến bao gồm Studio 5000 Logix Designer, Connected Components Workbench và RSLogix 500.

Các phương pháp lập trình bao gồm logic hình thang, biểu đồ khối chức năng, văn bản có cấu trúc, biểu đồ chức năng tuần tự, danh sách hướng dẫn, v.v. Logic hình thang là ngôn ngữ lập trình đồ họa được sử dụng phổ biến nhất và một số nhà sản xuất cung cấp phần mềm lập trình độc quyền.

Trong số đó, logic bậc thang là ngôn ngữ lập trình được sử dụng phổ biến nhất. Nó mô phỏng sơ đồ mạch thông qua giao diện đồ họa, dễ hiểu và thực hiện. Logic hình thang dựa trên lập trình đồ họa của phần cứng mạch rơle, sử dụng "hình thang" để đại diện cho logic, dễ hiểu và thực hiện. Các ngôn ngữ như văn bản có cấu trúc thích hợp cho việc viết chương trình phức tạp. Hầu hết các chương trình PLC tuân theo tiêu chuẩn IEC 61131-3.

Programmable Logic Controller (PLC) là gì?3

Các loại bộ điều khiển logic lập trình

Theo kích thước và chức năng

Hệ thống điều khiển PLC lớn: như Allen-Bradley& # Bộ điều khiển ControlLogix 5580 phù hợp cho các ứng dụng có yêu cầu rất cao về tính khả dụng, thông tin liên lạc, I/O và điều khiển chuyển động.

Hệ thống điều khiển PLC nhỏ: chẳng hạn như bộ điều khiển CompactLogix 5380, có thể đáp ứng nhu cầu sản xuất máy móc và thiết bị thông minh, với nhiều mô hình để lựa chọn, bao gồm các mô hình tiêu chuẩn, an toàn, nhiệt độ khắc nghiệt và trên không.

Hệ thống điều khiển Micro-PLC: chẳng hạn như hệ thống điều khiển logic lập trình Micro820 cho các ứng dụng điều khiển máy độc lập nhỏ và tự động hóa từ xa với tương đối ít điểm và chức năng.

Theo hình thức cấu trúc

Tất cả trong một PLC: Bộ điều khiển tích hợp và bảng điều khiển HMI như các sản phẩm Unitronics, tiết kiệm thời gian, giảm hệ thống dây điện, giảm chi phí và môi trường lập trình thống nhất.

Mô-đun PLC: như Delta # 39;s AS Series, cấu trúc phần cứng mô-đun, linh hoạt hơn và có khả năng mở rộng cao. Bằng cách mở rộng mô-đun, nhu cầu của các ứng dụng có quy mô khác nhau có thể được đáp ứng. Nó phù hợp cho các ứng dụng quy mô lớn và phức tạp, nhưng nó đắt hơn và yêu cầu bảo trì nhiều hơn.

Các yếu tố chính cần xem xét khi chọn PLC

Công suất điện: Đảm bảo khả năng tương thích với hệ thống điện.

Tốc độ xử lý: đáp ứng yêu cầu ứng dụng.

Khả năng tương thích: Tương thích với phần cứng hệ thống hiện có.

Nhiệt độ kháng: Hầu hết phù hợp với 0-60 ° C, một số mô hình đặc biệt có thể hoạt động ở nhiệt độ khắc nghiệt.

Bộ nhớ: Đủ để lưu trữ hệ điều hành, chỉ thị và các chức năng thực thi.

Kết nối: Có đủ cổng để kết nối các thiết bị ngoại vi cần thiết.

Analog I/O: Chọn xem bạn cần chức năng analog input và output theo yêu cầu của ứng dụng.

PLC ứng dụng công nghiệp và kịch bản

Sản xuất: Được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, chẳng hạn như sản xuất, dầu khí, xử lý nước, thực phẩm và đồ uống, khoa học đời sống và các ngành công nghiệp khác để kiểm soát quá trình sản xuất, vận hành thiết bị, thu thập dữ liệu và giám sát, v.v.

Logistics&Kho bãi: Trong kho tự động, PLC điều khiển các thiết bị như máy xếp và băng tải để nhận ra việc lưu trữ và xử lý hàng hóa tự động.

Ngành công nghiệp dầu khí: cho các hệ thống tự động hóa, điều khiển và an ninh;

Công nghiệp xử lý nước và nước thải: cho phép hệ thống kiểm soát đáng tin cậy, linh hoạt và tích hợp, giảm chi phí dự án và bảo trì;

Ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống: tích hợp hoạt động, cải thiện hiệu suất và đảm bảo tính nhất quán của sản phẩm;

Khoa học đời sống: để xây dựng các cơ sở hệ thống thông tin và tự động hóa trong tương lai, v.v.

Các nguyên tắc, tính năng, ứng dụng của PLC (Programmable Logic Controller) được mô tả chi tiết ở trên và một số điểm chính cần lưu ý khi lựa chọn. Tôi chắc chắn rằng sau khi đọc nó, bạn sẽ có một sự hiểu biết mới và một cái nhìn toàn diện về nó.