Bộ điều khiển logic khả trình: Xương sống của tự động hóa công nghiệp

A Bộ điều khiển logic lập trình ( PLC ) là một máy tính kỹ thuật số công nghiệp được thiết kế chắc chắn và thích ứng để kiểm soát các quy trình sản xuất, chẳng hạn như dây chuyền lắp ráp, thiết bị robot hoặc bất kỳ hoạt động nào đòi hỏi độ tin cậy cao, dễ lập trình và chẩn đoán lỗi. Chúng là những thành phần không thể thiếu trong hầu hết các hoạt động công nghiệp tự động hiện đại, đóng vai trò là bộ não cho các quy trình cơ điện.

Chức năng và kiến trúc cốt lõi

Tại trung tâm của nó, một Bộ điều khiển logic lập trình được thiết kế để giám sát đầu vào từ cảm biến và các thiết bị hiện trường khác, thực thi logic do người dùng xác định và sau đó điều khiển đầu ra để điều khiển các thiết bị như động cơ, van và đèn. Hoạt động này diễn ra theo một chu kỳ liên tục, tốc độ cao được gọi là thời gian quét .

Kiến trúc cơ bản của một PLC điển hình bao gồm bốn thành phần chính:

1. Bộ xử lý (CPU): Đây là đơn vị cốt lõi lưu trữ và chạy chương trình điều khiển, thực hiện các phép toán logic, truyền thông và số học.
2. Bộ nhớ: Lưu trữ chương trình điều khiển, trạng thái I/O và dữ liệu.
3. Nguồn điện: Cung cấp nguồn DC cần thiết cho các bộ phận bên trong.
4. Mô-đun đầu vào/đầu ra (I/O): Các mô-đun này tạo thành giao diện giữa PLC và thế giới thực. Mô-đun đầu vào chuyển đổi tín hiệu trong thế giới thực (ví dụ: từ công tắc giới hạn, cảm biến nhiệt độ) thành tín hiệu logic mà CPU có thể hiểu được. Mô-đun đầu ra chuyển đổi tín hiệu logic của CPU thành tín hiệu trong thế giới thực để điều khiển bộ truyền động.

Lập trình và logic

Ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất cho Bộ điều khiển logic lập trình là Sơ đồ bậc thang (LD) , dựa trên logic rơle điện truyền thống và có tính trực quan cao dành cho các kỹ sư và kỹ thuật viên điện. Tuy nhiên, PLC hiện đại cũng hỗ trợ các ngôn ngữ tiêu chuẩn hóa khác được xác định bởi IEC 61131-3 , bao gồm:

• Văn bản có cấu trúc (ST): Một ngôn ngữ văn bản cấp cao tương tự như Pascal.
• Sơ đồ khối chức năng (FBD): Một ngôn ngữ đồ họa sử dụng các khối được kết nối để biểu diễn các hàm logic.
• Danh sách hướng dẫn (IL): Một ngôn ngữ cấp thấp, giống như hợp ngữ.
• Biểu đồ hàm tuần tự (SFC): Một phương pháp đồ họa để cấu trúc các chương trình cho các quy trình điều khiển tuần tự.

Logic điều khiển được tạo bằng các ngôn ngữ này chỉ ra cách thức Bộ điều khiển logic lập trình đáp ứng các điều kiện đầu vào cụ thể, cung cấp khả năng kiểm soát chính xác cần thiết cho các máy móc và quy trình sản xuất phức tạp.

Sự tiến hóa và khả năng hiện đại

Sớm Bộ điều khiển logic lập trình thay thế các hệ thống rơle có dây cứng, mang lại sự linh hoạt và giảm thời gian ngừng hoạt động. PLC ngày nay đã phát triển đáng kể, hiện sở hữu các tính năng tiên tiến như:

• Truyền thông tích hợp: Họ hỗ trợ các giao thức công nghiệp tiêu chuẩn như EtherNet/IP , PROFINET và Modbus , tạo điều kiện tích hợp liền mạch vào các mạng doanh nghiệp rộng hơn và Internet vạn vật công nghiệp (IIoT).
• Xử lý tốc độ cao: Sức mạnh xử lý nâng cao cho phép thời gian quét cực nhanh, rất quan trọng đối với các ứng dụng điều khiển chuyển động, có độ chính xác cao.
• Khả năng mở rộng: Các hệ thống hiện đại thường có thiết kế dạng mô-đun, dựa trên giá đỡ, cho phép người dùng dễ dàng mở rộng số lượng điểm I/O và sức mạnh xử lý khi yêu cầu công nghiệp tăng lên.
• Chức năng an toàn tích hợp: Nhiều PLC hiện đại hiện nay kết hợp phần cứng và phần mềm được đánh giá an toàn, đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn quốc tế nghiêm ngặt (ví dụ: SIL/PL) cho các ứng dụng an toàn máy.

Khả năng của hiện đại Bộ điều khiển logic lập trình đảm bảo hoạt động đáng tin cậy, hiệu quả và ngày càng thông minh trên tất cả các lĩnh vực sản xuất và kiểm soát quy trình, củng cố vai trò của nó như một công nghệ nền tảng trong kỷ nguyên Công nghiệp 4.0.