Tài liệu

Giáo trình PLC: Tìm hiểu từ cơ bản đến nâng cao

avatar
Huy Erick
01:30 13/01/2024

Trong thời đại công nghiệp hiện đại, hệ thống tự động hóa đang dần thay thế các hệ thống điều khiển bằng tay. Và bộ não của một hệ thống tự động hóa chính là...

Trong thời đại công nghiệp hiện đại, hệ thống tự động hóa đang dần thay thế các hệ thống điều khiển bằng tay. Và bộ não của một hệ thống tự động hóa chính là các bộ điều khiển được lập trình tự động. Tuy nhiên, không phải ai cũng có thể lập trình và điều khiển hoạt động của các hệ thống PLC trong công nghiệp. Đó là lý do tại sao chúng ta cần có giáo trình PLC để đào tạo, huấn luyện và làm quen với hệ thống này.

Tìm hiểu về PLC và tầm quan trọng của PLC

PLC là gì?

Ở bài viết Lập trình PLC, chúng tôi đã giới thiệu chi tiết về PLC và lập trình PLC. PLC là cụm từ viết tắt của "Programmable Logic Controller" (tạm dịch là "Bộ điều khiển logic có thể lập trình"). Nó là một hệ thống điều khiển tự động trong công nghiệp, gồm các thiết bị và phép toán để điều khiển tự động các hệ thống trong quá trình sản xuất.

PLC đã thay đổi bộ mặt của các ngành công nghiệp, từ việc điều khiển các hệ thống đơn giản đến các quy trình điều khiển phức tạp. Tuy nhiên, để vận hành chính xác và tối ưu nhất, chúng ta cần phải có kiến thức từ cơ bản đến chuyên sâu về PLC. Chính vì vậy, giáo trình PLC là cần thiết để đào tạo sinh viên, kỹ thuật viên và những ai quan tâm và muốn tìm hiểu về hệ thống này.

Lợi ích và vai trò của PLC trong quá trình sản xuất

Các hệ thống điều khiển bằng PLC có nhiều lợi ích và vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất. Dưới đây là một số lợi ích chính:

  • Đảm bảo điều khiển chính xác: Hệ thống PLC được lập trình trước để tự động điều khiển các thiết bị thông qua tín hiệu phản hồi. Nó điều khiển tự động và chính xác nhờ việc được lập trình chi tiết.

  • Tăng độ an toàn cho người sử dụng: Các ứng dụng có độ khó cao như hệ thống van công nghiệp thường được kết nối với PLC. Điều này giúp tự động đóng mở van thay vì phải dùng tay. Việc này là vô cùng quan trọng và cần thiết để tăng độ an toàn trong quá trình vận hành.

  • Tăng tính tự động hóa và giảm chi phí nhân công: Việc đào tạo nhân viên thông qua giáo trình PLC giúp nâng cao năng lực và dễ dàng vận hành hệ thống tự động hóa. Điều này giúp giảm chi phí nhân công vận hành thủ công.

  • Phát hiện và sửa lỗi nhanh chóng: PLC giúp chúng ta biết chính xác vị trí và nguyên nhân gây ra sự cố trong hệ thống điều khiển. Điều này giúp chúng ta nhanh chóng khắc phục sự cố và tiếp tục sản xuất.

  • Tăng năng suất và doanh thu: Sử dụng PLC giúp giảm chi phí cho hệ thống và làm việc tự động và chính xác, từ đó tăng năng suất và doanh thu cho doanh nghiệp.

Nhập môn cơ bản về giáo trình PLC

Hệ thống điều khiển là gì?

Hệ thống điều khiển là tập hợp các loại máy móc và thiết bị điện tử được sử dụng để đảm bảo hoạt động ổn định, chính xác và an toàn của quá trình sản xuất. Từ các hệ thống điều khiển đơn giản đến các hệ thống điều khiển phức tạp, ngành công nghiệp ngày càng phát triển và sử dụng các hệ thống điều khiển được lập trình ở mức độ cao, có sự tham gia của hệ thống máy tính để đảm bảo hoạt động chính xác và đa dạng hơn.

Các thành phần chính của PLC

Hệ thống PLC bao gồm các thành phần chính sau:

  • CPU: Đây là bộ điều khiển trung tâm của PLC, là trái tim của toàn bộ hệ thống.

  • Bộ nhớ dữ liệu (RAM): Đây là nơi lưu trữ chương trình điều khiển, các giá trị đầu vào và đầu ra, và các thông số cấu hình của PLC.

  • Đầu vào (Input): Đầu vào là các thiết bị, máy móc và các cảm biến như đồng hồ đo lưu lượng điện từ, cảm biến áp lực, cảm biến mức, cảm biến nhiệt... Các tín hiệu từ các thiết bị này được chuyển đến PLC.

  • Đầu ra (Output): Đầu ra là các tín hiệu điều khiển như van, đèn, động cơ... Các tín hiệu này được điều khiển bởi PLC để thực hiện các tác vụ cần thiết.

  • Nguồn cấp: Đây là nguồn điện cung cấp cho hệ thống PLC và các thiết bị sử dụng điện.

  • Cổng giao tiếp: Cổng giao tiếp là cổng kết nối giữa PLC và các thiết bị ngoại vi khác như máy tính, màn hình hiển thị, các thiết bị đo lường...

  • Module mở rộng (Expansion Module): Các module mở rộng được sử dụng để mở rộng chức năng của PLC, bao gồm các module đầu vào/đầu ra, module đếm, module phát xung...

Các thông số kỹ thuật cần lưu ý khi chọn mua PLC

Khi chọn mua PLC, có một số thông số kỹ thuật cần lưu ý như:

  • Số đầu vào và đầu ra: Đây là thông số quan trọng nhất khi chọn mua PLC. Cần tính toán số lượng đầu vào và đầu ra cần thiết để đảm bảo hệ thống điều khiển hoạt động hiệu quả.

  • Tốc độ xử lý: Là thời gian mà PLC cần để xử lý một tác vụ điều khiển, phụ thuộc vào tốc độ CPU. Tốc độ xử lý càng nhanh thì PLC có khả năng xử lý các tác vụ điều khiển càng nhanh và chính xác.

  • Bộ nhớ: Là dung lượng lưu trữ chương trình và các thông số cấu hình. Nếu chương trình điều khiển phức tạp, cần lưu trữ nhiều dữ liệu, thì cần chọn PLC có bộ nhớ lớn hơn.

  • Độ phân giải đầu vào và đầu ra: Độ phân giải cao sẽ cho phép PLC đọc được các tín hiệu đầu vào và điều khiển đầu ra với độ chính xác cao hơn.

  • Cổng giao tiếp: Để truyền dữ liệu giữa PLC và các thiết bị ngoại vi khác, cần chọn PLC có các cổng giao tiếp phù hợp với nhu cầu sử dụng.

  • Tính ổn định: Cần chọn PLC có độ ổn định cao để đảm bảo hệ thống điều khiển hoạt động ổn định và không bị lỗi.

  • Hỗ trợ phần mềm: Cần chọn PLC được hỗ trợ phần mềm để lập trình và cấu hình, giúp quá trình lập trình dễ dàng và nhanh chóng hơn.

  • Thương hiệu: Nên chọn PLC của các thương hiệu uy tín và được sử dụng nhiều như Siemens, Mitsubishi, Omron...

Ngôn ngữ lập trình PLC

Các ngôn ngữ lập trình trong giáo trình PLC

Trong giáo trình PLC, có nhiều ngôn ngữ lập trình được sử dụng, bao gồm:

  • Ladder Diagram (LD): Là ngôn ngữ lập trình thường được sử dụng nhất trong PLC. Nó sử dụng biểu đồ các thanh ngang và dọc để biểu thị các mối liên kết của các thiết bị và các đầu vào/đầu ra. LD là ngôn ngữ dựa trên hình ảnh, dễ hiểu và thuận tiện cho người không có nền tảng kỹ thuật cao.

  • Sequential Function Chart (SFC): Là ngôn ngữ lập trình dựa trên sự kết hợp giữa các khối logic, trạng thái và thời gian. SFC thường được sử dụng để mô hình hóa các hệ thống tự động hoặc các quy trình điều khiển phức tạp hơn.

  • Function Block Diagram (FBD): Là ngôn ngữ lập trình dựa trên sự kết hợp giữa các khối chức năng. FBD có thể giúp tăng tính linh hoạt và hiệu quả của chương trình.

  • Structured Text (ST): Là một ngôn ngữ lập trình dựa trên văn bản, giúp cho việc lập trình trở nên linh hoạt hơn, đặc biệt là trong các ứng dụng phức tạp.

Các phép toán cơ bản và câu lệnh trong giáo trình PLC

Giáo trình PLC cung cấp các phép toán và câu lệnh cơ bản để thực hiện các tác vụ điều khiển, bao gồm:

  • Phép toán AND: kết hợp 2 hay nhiều tín hiệu đầu vào với nhau. Nếu tất cả các tín hiệu đầu vào đều ở trạng thái ON (1), thì tín hiệu đầu ra sẽ ở trạng thái ON (1), ngược lại, tín hiệu đầu ra sẽ ở trạng thái OFF (0).

  • Phép toán OR: kết hợp 2 hay nhiều tín hiệu đầu vào với nhau. Nếu ít nhất một trong các tín hiệu đầu vào ở trạng thái ON (1), thì tín hiệu đầu ra sẽ ở trạng thái ON (1), ngược lại, tín hiệu đầu ra sẽ ở trạng thái OFF (0).

  • Phép toán NOT: đảo ngược trạng thái của tín hiệu đầu vào. Nếu tín hiệu đầu vào ở trạng thái ON (1), thì tín hiệu đầu ra sẽ ở trạng thái OFF (0), ngược lại, tín hiệu đầu ra sẽ ở trạng thái ON (1).

  • Các lệnh điều khiển: Điều khiển trạng thái và tác động lên các đầu ra dựa trên các điều kiện và thời gian được thiết lập.

  • Các lệnh tăng/giảm giá trị: Tăng hoặc giảm giá trị của các biến đếm hoặc biến số.

  • Lệnh kiểm tra biến số: Kiểm tra giá trị của một biến số, nếu giá trị đó thỏa mãn các điều kiện được thiết lập thì sẽ có tác động đến một đầu ra cụ thể.

  • Lệnh lưu trữ: Lưu trữ giá trị của một biến số vào bộ nhớ để sử dụng lại sau này.

  • Lệnh đọc/giữ bộ nhớ: Đọc giá trị đã lưu trữ trong bộ nhớ để sử dụng trong chương trình điều khiển.

  • Lệnh định thời gian: Thiết lập thời gian hoặc thực hiện các tác vụ điều khiển dựa trên thời gian.

  • Lệnh định vị vị trí: Điều khiển vị trí của một động cơ hoặc hệ thống.

Trên đây là một số lượng lớn các phép toán và câu lệnh phức tạp hơn trong giáo trình PLC, từ cơ bản đến nâng cao. Các tài liệu và hướng dẫn tự học PLC có thể giúp bạn tìm hiểu thêm và phát triển các kỹ năng lập trình PLC của mình.

Kỹ thuật kết nối đầu vào và đầu ra của PLC

Để kết nối PLC với các thiết bị đo, điều khiển và điện tử khác, chúng ta có một số kỹ thuật kết nối thông qua các phương pháp sau:

  • Kết nối điện trực tiếp: Đây là phương pháp đơn giản nhất để kết nối PLC với các thiết bị. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là khó quản lý, có thể dẫn đến lỗi kết nối và không thể mở rộng.

  • Kết nối thông qua mạch tách (Isolation Circuit): Kỹ thuật này sử dụng các mạch tách để giảm nhiễu và bảo vệ phần mềm và phần cứng của PLC. Các tín hiệu đầu vào và đầu ra được kết nối với mạch tách và sau đó kết nối với PLC thông qua các cổng đầu vào và đầu ra.

  • Kết nối thông qua module I/O: Module I/O được sử dụng để mở rộng số lượng cổng đầu vào và đầu ra của PLC. Các module I/O có thể được kết nối trực tiếp với PLC hoặc thông qua mạng tín hiệu.

  • Kết nối thông qua giao thức truyền thông: PLC có thể kết nối với các thiết bị đo, điều khiển và điện tử khác thông qua các giao thức truyền thông như Modbus, Profibus, Ethernet/IP và Profinet. Các giao thức này cho phép PLC giao tiếp với các thiết bị khác nhau trong một mạng tín hiệu.

Lợi ích và ứng dụng của việc học và áp dụng giáo trình PLC

Lợi ích khi học các giáo trình PLC

Học các giáo trình PLC mang lại nhiều lợi ích, bao gồm:

  • Hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của PLC: Học và áp dụng giáo trình PLC giúp bạn hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của PLC và các phép toán logic được sử dụng trong quá trình lập trình.

  • Có khả năng thiết kế và lập trình các hệ thống điều khiển tự động: Với kiến thức về PLC, bạn có thể thiết kế và lập trình các hệ thống điều khiển tự động để cải thiện quá trình sản xuất và giảm chi phí.

  • Nâng cao kỹ năng và cơ hội nghề nghiệp: Kiến thức về PLC là một kỹ năng cần thiết trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, như sản xuất, điện tử, điện lạnh và tự động hóa. Học và áp dụng giáo trình PLC giúp bạn nâng cao kỹ năng và tăng cơ hội nghề nghiệp trong những lĩnh vực này.

  • Tăng độ chính xác và hiệu suất: Hệ thống điều khiển tự động sử dụng PLC giúp tăng độ chính xác và hiệu suất trong quá trình sản xuất. Áp dụng giáo trình PLC giúp bạn tăng độ chính xác và hiệu suất trong công việc của mình.

  • Tiết kiệm thời gian và chi phí: Sử dụng hệ thống điều khiển tự động giúp tiết kiệm thời gian và chi phí so với việc sử dụng hệ thống điều khiển thủ công.

Ứng dụng của hệ thống PLC trong thực tế công nghiệp

Hệ thống PLC được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp hiện nay, bao gồm:

  • Sản xuất: Hệ thống PLC được sử dụng để điều khiển quá trình sản xuất từ đóng gói sản phẩm, lắp ráp và kiểm tra chất lượng.

  • Điện lạnh: Hệ thống PLC được sử dụng để kiểm soát và điều khiển các hệ thống điều hòa không khí, máy nén và các thiết bị khác.

  • Tự động hóa: PLC được sử dụng trong tự động hóa để điều khiển các quá trình như đóng/mở cửa, điều khiển ánh sáng, kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm.

  • Cơ khí: PLC được sử dụng để điều khiển các quá trình gia công từ cắt, mài, khoan đến hàn và lắp ráp.

  • Năng lượng: PLC được sử dụng trong các hệ thống sản xuất và phân phối năng lượng, từ khâu sản xuất đến phân phối và giám sát.

  • Thực phẩm: PLC được sử dụng để kiểm soát quá trình sản xuất, bao gồm đóng gói, đóng chai, lọc và pha trộn.

  • Dược phẩm: PLC được sử dụng để kiểm soát quá trình sản xuất, từ đóng gói cho đến kiểm tra chất lượng.

  • Khai thác mỏ: PLC được sử dụng để kiểm soát các quá trình khai thác mỏ như đào tạo, vận chuyển và nghiền.

Hệ thống PLC không chỉ có ứng dụng trong các ngành công nghiệp truyền thống mà còn trong nhiều lĩnh vực khác như điện tử, điện lạnh, năng lượng và thực phẩm. Với kiến thức về PLC, bạn có thể tham gia vào các lĩnh vực này và đóng góp vào sự phát triển của công nghiệp.

1