Có thể nói rằng, sự ra đời của PLC đã đánh dấu một bước đột phá mới của nền sản xuất công nghiệp hiện đại, làm thay đổi hoàn toàn hệ thống điều khiển cũng như những khái niệm về lập trình điều khiển trước đây. Lập trình điều khiển PLC đóng vai trò quan trọng, được coi là nền tảng của tự động hóa quy trình công nghiệp bởi khả năng linh hoạt, dễ dàng lập trình cũng như kết nối các hệ thống sản xuất hiện đại 4.0.

PLC (viết tắt của Programmable Logic Controller) hay còn gọi là bộ điều khiển logic khả trình, bộ điều khiển lập trình, là một máy tính công nghiệp được sử dụng như một thiết bị độc lập, được lập trình để sử dụng cho việc giám sát và tự động hóa quy trình sản xuất công nghiệp. Các bộ điều khiển này có thể tự động hóa một quy trình cụ thể, chức năng máy móc, hoặc thậm chí toàn bộ dây chuyền sản xuất.

PLC cũng sẽ thực hiện các can thiệp cơ bản, kích hoạt đầu ra khi đáp ứng các giới hạn được lập trình trước. PLC có các phần cứng linh hoạt; có thể hoạt động trong các điều kiện khó khăn cần phải có các tùy chọn nâng cao và sử dụng thời gian thực. Ví dụ, PLC có thể điều khiển một số quy trình phức tạp hơn trong các hoạt động công nghiệp, chẳng hạn như giám sát động cơ và máy móc đang chạy.

Các thiết bị này rất linh hoạt và dễ lập trình cũng như có thể hoạt động kết hợp với nhiều giải pháp quản lý sản xuất. Các PLC hiện đại được sản xuất để nâng cấp các rơ le và bộ định thời trước đây được sử dụng trong máy móc công nghiệp.

PLC thường được liên kết với các hệ thống SCADA để kiểm soát các quy trình công nghiệp bằng cách hỗ trợ các chức năng thu thập và lưu trữ dữ liệu, giao diện người máy, quản lý giám sát và cảnh báo.

Bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC) thường bị nhầm lẫn với các máy tính (PC) điều khiển khác nhau được tìm thấy ở bất kỳ máy trạm nào nhà máy, vì cả hai đều có thể điều khiển chuyển động của robot công nghiệp thông qua thông tin nhận được từ một chương trình phần mềm ưu việt. Ngoài ra, cấu trúc phần cứng của cả hai đều tương tự nhau: có một CPU, một tập hợp các tín hiệu đầu vào, tín hiệu đầu ra và một bộ nhớ.

Tuy nhiên, bộ lập trình điều khiển PLC không có hệ điều hành, có nghĩa là chúng không thể sử dụng cơ sở dữ liệu. Mặt khác, PC chạy trên hệ điều hành (OS) , trong đó phần mềm như Galileo (được Mecalux sử dụng trong các cơ sở của nó) được cài đặt. Phần mềm này thu thập thông tin về trạng thái của hệ thống sản xuất và nhận hướng dẫn để kích hoạt các chuyển động của chúng.

Trong bất kỳ trường hợp nào, lập trình PLC có rất nhiều lợi thế so với một máy tính (PC) được chuẩn bị cho hoạt động công nghiệp: nó cung cấp khả năng kết hợp các chương trình bảo mật với các đầu vào và đầu ra an toàn hơn, lý tưởng cho các quy trình không có lỗi.

Hơn nữa, bộ lập trình điều khiển PLC là một công cụ hoàn hảo cho các lĩnh vực hậu cần và sản xuất, vì chúng đã được thiết kế chắc chắn, được thiết kế đặc biệt để hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, với sự bảo vệ khỏi rung động tần số cao, ăn mòn, thay đổi nhiệt độ,…

Ba thành phần chính tạo nên một PLC gồm hai thành phần đầu tiên bao gồm một module đầu vào và một module đầu ra kết hợp tạo nên các đầu vào I/ O và chúng được liên kết với nhau bởi CPU hoặc bộ xử lý trung tâm – đây là máy tính và thành phần trung tâm của PLC. Cùng tìm hiểu sâu hơn về từng thành phần chính cũng như một số bộ phận phụ trợ của PLC.

1. Nguồn điện: Nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp (từ điện áp 220V – xuống 24V hoặc thấp hơn) cung cấp nguồn điện ổn định cho các thiết bị đầu vào và đầu ra.

2. Phần đầu vào và đầu ra (input/ output): Một PLC bao gồm các module đầu vào và đầu ra khác nhau. Module đầu vào phát hiện trạng thái của tín hiệu đầu vào từ nhiều nguồn khác nhau như nút nhấn, công tắc và các cảm biến khác nhau. Mặt khác, các module đầu ra được sử dụng để điều khiển các thiết bị như rơ le và đèn. 

3. Bộ xử lý trung tâm (CPU): Được coi là bộ não của PLC với bộ vi xử lý hình bát giác hoặc hình lục giác. Nó thực hiện tất cả các xử lý liên quan đến các tín hiệu đầu vào để điều khiển các tín hiệu đầu ra dựa trên chương trình điều khiển.

4. Bộ nhớ: Một PLC cần có đủ ROM và RAM để thực thi các quá trình mà nó dự định sẽ tự động hóa. Bộ điều khiển sử dụng ROM để lưu trữ hệ điều hành và các lệnh và RAM để thực thi các chức năng của nó. 

5. Thiết bị lập trình: Là nền tảng cho phép người dùng xem và sửa đổi mã chạy trên PLC, đó có thể là một thiết bị cầm tay hoặc một máy tính xách tay hoặc một máy tính.

Trong thời đại công nghiệp 4.0, lập trình tự động hóa PLC đóng một vai trò quan trọng khi là trung tâm điều khiển, kết nối và là giao diện chính của tương tác giữa người và máy (HMI). Những tiến bộ công nghệ như robot tự động, trí tuệ nhân tạo (Ai), cảm biến công nghệ cao, điện toán đám mây và big data được thiết lập để thay đổi hoàn toàn bộ mặt của nền sản xuất công nghiệp. 

1. Kiểm soát quy trình và tự động hóa

Vai trò cơ bản của PLC là tự động hóa các quy trình bằng cách gửi các chức năng điều khiển được lập trình đến các thiết bị đầu ra dựa trên các tín hiệu nhận được từ các thiết bị đầu vào được kết nối. Thiết bị đầu vào đo và truyền dữ liệu từ hệ thống của nhà máy, chẳng hạn như cảm biến, công tắc, nhiệt kế hoặc rơ le. Ngược lại, các thiết bị đầu ra nhận dữ liệu hoặc lệnh từ PLC để thực hiện một chức năng cụ thể. Ví dụ, một thiết bị đầu vào có thể báo hiệu cho PLC rằng áp suất trong đường dây quá cao. Sau đó, PLC sẽ tự động gửi một lệnh được lập trình đến thiết bị đầu ra, trong trường hợp này là một van sẽ mở để làm giảm áp suất một cách hiệu quả.

Các kỹ thuật điều khiển khác được lập trình bởi PLC có thể bao gồm bật hoặc tắt động cơ để chạy băng tải, tăng hoặc giảm nhiệt độ thông qua bộ trao đổi nhiệt hoặc hiển thị cảnh báo hoặc trạng thái trên màn hình HMI khi các thông số hệ thống bất thường xảy ra.

2. Kết hợp với SCADA để thu thập dữ liệu và giám sát máy móc

Như đã đề cập ở trên, bộ lập trình PLC giám sát và thu thập dữ liệu từ các đầu vào và máy móc được kết nối. Do đó, các chương trình phần mềm, chẳng hạn như SCADA và hệ thống giám sát máy, có thể kết nối với PLC để xử lý dữ liệu máy đã thu thập và hiển thị thông tin hữu ích, chẳng hạn như báo cáo sản xuất, xu hướng trực tiếp, thông báo cảnh báo, số liệu OEE, trạng thái chu kỳ,…

Với thông tin được trực quan hóa, các nhà quản lý và điều hành có thể phân tích tốt hơn hiệu suất sản xuất của họ và đưa ra các quyết định dựa trên dữ liệu để cải thiện hiệu quả và sản lượng. Ngoài ra, khả năng nhận thông báo cảnh báo ngay lập tức cho phép người vận hành phản hồi nhanh hơn để chẩn đoán và khắc phục sự cố, có thể giảm thời gian chết và chi phí.

3. IIoT và Machine Learning

Các ứng dụng IIoT và các thuật toán Machine Learning công nghiệp là những công nghệ mới và đang phát triển đang tiến vào các cơ sở sản xuất. Ngay cả khi có sự xuất hiện của các công nghệ mới này, PLC sẽ tiếp tục đóng vai trò thiết yếu như một bộ xử lý dữ liệu sản xuất theo thời gian thực.

Machine Learning công nghiệp hoạt động bằng cách tự rút ra và tự cải thiện thông qua kinh nghiệm của các quá trình sản xuất trước đó. Để có được kinh nghiệm cần thiết, các loại “máy học” này cần dữ liệu sản xuất được thu thập bởi PLC để tìm ra các mẫu, cho phép các thuật toán đưa ra dự đoán và quyết định mà không cần lập trình trước. 

Kết quả là một hệ thống có thể cung cấp thông tin dự đoán bảo trì và thời gian sử dụng hữu ích cần thiết để ngăn chặn thời gian chết trong sản xuất cũng như đề xuất các hành động cho các vấn đề có thể phát sinh và cải thiện kiểm soát chất lượng hoạt động trong nhà máy.

Trong ngành công nghiệp hiện đại, bộ lập trình PLC đóng vai trò quan trọng, đặc biệt là sản xuất thông minh. Với nhiều ưu điểm vượt trội về giá thành lẫn hiệu suất, lập trình điều khiển PLC được ứng dụng rộng rãi, phổ biến trong các tủ bảng điện tự động hóa của các hệ thống như: cấp nước, nhà máy xử lý nước thải, sản xuất chế biến, đóng gói, giám sát dây chuyền sản xuất tự động, công nghiệp nặng,…

Cụ thể bộ lập trình PLC là dùng trong công nghệ điều khiển cánh tay robot để gắp phôi từ băng tải bỏ qua bàn gia công của máy CNC, hay điều khiển robot đưa đổ vật liệu vào băng tải, hoặc thực hiện các việc đóng hộp, dán tem nhãn, hệ thống báo động…

Ngoài ra, bộ lập trình PLC được coi như một giải pháp tự động hóa được dùng trong các ứng dụng giám sát quá trình sản xuất trong nhà máy máy như các dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử, dây chuyền kiểm tra chất lượng sản phẩm,… bằng các công tắc hành trình hoặc các cảm biến.

Trong tương lai, PLC có thể lập trình và cấu hình để hoạt động bền bỉ và đáng tin cậy hơn, và rất có thể, chúng sẽ được làm bằng các vật liệu khác nhau, như sợi quang, bền hơn nhiều so với tín hiệu điện tử, đặc biệt là trong môi trường khắc nghiệt như sàn nhà máy. 

Bên cạnh đó, với việc sử dụng công nghệ IIoT, PLC cũng có thể hoạt động điều khiển từ xa từ một vị trí được bố trí phù hợp, tránh xa các điều kiện khắc nghiệt để bảo đảm hoạt động hiệu quả hơn. Điều này thực sự quan trọng, bởi vì các cảm biến và các quá trình, máy móc trong PLC nếu được bảo quản hợp lý sẽ hoạt động tối ưu hơn.

Một điều đáng nói, PLC sẽ vẫn là bộ xử lý trung tâm của các quy trình sản xuất thời gian thực và giao tiếp tốt hơn với các cảm biến đầu vào thông qua (IIoT). Với việc tích hợp với các hệ thống như SCADA hay MMS, PLC sẽ nâng cao khả năng thu thập dữ liệu và hỗ trợ tốt hơn các chương trình Machine Learning trong tương lai.

Ví dụ: Dữ liệu từ PLC, kết hợp với dữ liệu từ cảm biến và SCADA để hiển thị một bức tranh toàn cảnh về các dữ liệu từ hoạt động sản xuất trong nhà máy. Các công cụ phân tích sau đó có thể cho phép người quản lý và nhiều nhân viên khác sử dụng tốt hơn các nguồn lực, lập lịch công việc theo nhiệm vụ cũng như lập lịch cho nhà cung cấp và các chức năng quan trọng khác để tạo ra dữ liệu hiệu quả hơn. 

Công ty Cổ phần chế tạo máy Autotech Việt Nam là công ty thiết kế và chế tạo máy công nghiệp hàng đầu trong lĩnh tự động hóa. Autotech Machinery chuyên cung cấp đa dạng các sản phẩm dịch vụ như cơ khí chế tạo máy, nâng cấp & cải tiến dây chuyền máy móc, dịch vụ tự động hóa (Lập trình PLC, Robot, Vision,…), giải pháp kho thông minh, giải pháp xây dựng nhà máy thông minh,… nhằm phục vụ đa dạng nhu cầu số hóa nhà máy cho các doanh nghiệp sản xuất công nghiệp tại Việt Nam.

Với hơn 10 năm kinh nghiệm triển khai nhiều dự án trong lĩnh vực tự động hóa, đội ngũ kỹ sư Autotech thấu hiểu rõ về đặc trưng cấu tạo, cách thức hoạt động cũng như những ưu điểm hạn chế của PLC để từ đó mang đến giải pháp tự động hóa PLC tối ưu nhất đến với khách hàng doanh nghiệp tại Việt Nam.

Hơn nữa, với phong cách làm việc chuyên nghiệp, Autotech chúng tôi tự tin làm hài lòng và đáp ứng mọi nhu cầu của khách hàng.

Liên hệ với chuyên gia Autotech

Liên hệ với các chuyên gia của Autotech để nhận được sự tư vấn chuyên nghiệp cho nhà máy & doanh nghiệp của bạn.

• Trụ sở chính: Số 11-15, Đường 17, Khu công nghiệp VSIP Bắc Ninh – Xã Đại Đồng – Huyện Tiên Du – Bắc Ninh
• Chi nhánh TP HCM:  Số 49, Đường 12, KP5 – Phường Hiệp Bình Chánh – Thành phố Thủ Đức – TP Hồ Chí Minh
• Hotline: (+84) 903 232 625
• Email: info@auto-tech.vn

Tìm hiểu thêm về các sản phẩm, dịch vụ khác của Autotech tại đây: http://www.auto-tech.vn/home-new/vi/san-pham/

Kết nối với chúng tôi:

• Website: www.auto-tech.vn
• Linkedin: www.linkedin.com/company/autotechvn