Hiện nay, trong công nghiệp có 3 loại thiết bị điều khiển chính: bộ điều khiển logic khả lập trình (PLC – Programmable Logic Controller), Bộ điều khiển tự động hóa lập trình được (PAC – Programmable Automation Controller) hay Máy tính công nghiệp (IPC – industrial PC). Với rất nhiều lựa chọn, thật khó để đưa ra quyết định nào hơn. PLC, PAC và IPC đều được sử dụng cho cùng một mục đích, đó là điều khiển thiết bị tự động hóa trong nhà máy sản xuất. Tuy nhiên, đánh giá nhu cầu của ứng dụng về kích thước, dung lượng và khả năng tương thích là điều quan trọng để đáp ứng nhu cầu tự động hóa của bạn.
PLC, PAC và IPC trong hệ thống tự động hóa
Vậy, hãy cùng phân tích một số ưu nhược điểm của PLC, PAC và IPC để tìm ra nhu cầu thực sự mà bạn cần là gì.
PLC, PAC và IPC là gì?
PLC đánh dấu sự khởi đầu của bộ điều khiển lập trình và đã tiếp tục được cải tiến. Các bộ điều khiển này là tập hợp của các mô-đun chức năng khác nhau với các mạng tích hợp để giao tiếp với thiết bị hiện trường hoặc hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát (SCADA) khác. PLC có thể xử lý I/O riêng lẻ và tương tự bằng cách sử dụng logic bậc thang nhưng có bộ nhớ hạn chế. Giao diện người-máy (HMI) thường tách biệt với bộ điều khiển.
PAC cũng là mô-đun và có kiến trúc mở để thêm hoặc nâng cấp phần cứng. Chúng sử dụng các giao thức mạng tiêu chuẩn, giúp cải thiện khả năng liên lạc giữa nhiều thiết bị. PAC có nhiều bộ nhớ hơn và bộ xử lý tốt hơn so với PLC.
IPC là máy tính công nghiệp có chức năng lập trình tương tự như PLC. Tuy nhiên, những loại bộ điều khiển này có bộ xử lý tốt hơn và nhiều bộ nhớ hơn so với PLC và thậm chí một số PAC. Không giống như PC để bàn thông thường, các nhà sản xuất cấu tạo IPC để xử lý nhiều yếu tố môi trường nhiều bụi, độ ẩm, biến động nhiệt, rung sốc…
Khái quát về PLC, PAC và IPC
Khi PLC ra đời, tự động hóa sử dụng hàng triệu rơ le và cảm biến để điều khiển máy móc. Bắt đầu được sử dụng vào cuối những năm 1960 trong sản xuất ô tô, PLC nhanh chóng được sử dụng sang các lĩnh vực đòi hỏi quy trình liên tục, như lắp ráp điện tử, thực phẩm và đồ uống…
PLC đã được giới thiệu để thay thế các giá đỡ rơ le dựa trên phần cứng. Chúng có nhược điểm là chiếm nhiều không gian, tiêu thụ lượng điện lớn và rất tốn kém để thiết lập và bảo trì. Trên thực tế, trước khi PLC ra đời, bất cứ khi nào quá trình sản xuất phải sửa đổi, hàng ngàn rơ le được nối dây thủ công và đó là một quá trình tốn kém, mất nhiều thời gian.
PLC bắt đầu được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp trong những năm 1970 và đầu những năm 1980 và kể từ đó chúng đã có những cải tiến đáng kể như: giảm kích thước, mở rộng bộ nhớ và tăng sức mạnh xử lý. PLC ngày nay vẫn là nền tảng cơ bản cho các dự án tự động hóa nhỏ.
PLC có nhiều ưu điểm so với công nghệ trước đây với độ chắc chắn và đáng tin cậy hơn. Tuy nhiên, chúng có một bộ vi điều khiển duy nhất và do đó khả năng logic bị hạn chế. Điều này khiến chúng không phù hợp với các ứng dụng phức tạp yêu cầu điều khiển chuyển động. Để cải thiện điều đó, phải bổ sung thêm các mô-đun riêng biệt vào PLC hoặc bằng cách sử dụng hệ thống kết hợp với một hoặc một số PLC và PC công nghiệp. Do đó, PLC chỉ phù hợp cho các dự án tự động hóa nhỏ hơn với các tác vụ đơn giản được thực hiện.
PC công nghiệp xuất hiện trên thị trường vào những năm 1990, cho phép người dùng chạy các ứng dụng kiểu PLC trên hệ điều hành PC thông thường. Các IPC đầu tiên không đủ chắc chắn để chịu được môi trường nhà máy khắc nghiệt và hệ điều hành của chúng có các vấn đề nghiêm trọng về tính ổn định. Những năm gần đây, IPC được cải tiến đã giải quyết được những vấn đề trên và hiện được sử dụng thành công trong nhiều ứng dụng lớn hơn. Máy tính công nghiệp có thể được sử dụng một mình hoặc kết hợp với một hoặc nhiều PLC.
Do chạy trên nền của PC, các máy tính công nghiệp thường được trang bị các bộ xử lí mới nhất và bộ nhớ dung lượng lớn hơn nhiều so với các PLC. Một trong những lợi thế của IPC là có thể chạy được cả ứng dụng HMI và chương trình điều khiển trên cùng một máy tính và do đó tiết kiệm đáng kể về mặt chi phí.
Trên thực tế, PAC cung cấp những ưu điểm giống như hệ thống hỗn hợp nhưng không có phần cứng bổ sung. Chúng gắn hai hoặc nhiều bộ vi điều khiển và có hệ thống logic phức tạp hơn PLC. Do đó, chúng có thể hoạt động trong nhiều lĩnh vực như điều khiển chuyển động, riêng lẻ và quá trình sử dụng một nền tảng duy nhất. Chúng cũng cung cấp khả năng tích hợp tốt hơn với SCADA, cho phép chúng quản lý các hướng dẫn phức tạp theo ngành cụ thể.
PLC, PAC hay IPC là lựa chọn cuối cùng?
PAC kết hợp chức năng và độ tin cậy của PLC với khả năng xử lý của IPC, đó là lý do tại sao chúng được ưa chuộng trong nhiều nhà máy sản xuất. Một PAC duy nhất có thể thay thế một số PLC hoặc một hệ thống kết hợp và mang lại lợi thế bổ sung là có tất cả các ứng dụng chạy trong một bộ điều khiển duy nhất.
Tuy nhiên, nguyên tắc chung khi chọn bộ điều khiển là nó phải phù hợp với quy mô dự án tự động hóa của bạn. Nói cách khác, không cần đầu tư vào PAC hoặc hệ thống kết hợp nếu nhu cầu tự động hóa của bạn có thể được xử lý bằng PLC truyền thống.
IPC đang có vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp tự động hóa. Ngoài hiệu suất xử lý cao, IPC được trang bị nhiều cổng I/O và khả năng mở rộng cao, tính linh hoạt…Thiết kế của IPC đảm bảo độ tin cậy trong môi trường tồn tại nhiều bụi, ẩm, rung động với các tiêu chuẩn cấp công nghiệp.
Kết luận
Nhìn chung, mọi dự án đều yêu cầu lập kế hoạch phù hợp để tìm ra bộ điều khiển công nghiệp tốt nhất cho công việc. Để trả tìm ra câu trả lời, hãy thiết lập các yêu cầu của dự án, chẳng hạn như độ phức tạp của quy trình, khả năng mở rộng, tính dễ thay thế và nhà sản xuất. Hãy xem xét các yếu tố khác trước khi chọn bộ điều khiển công nghiệp thực sự phù hợp.
- Độ phức tạp của quy trình
PLC hoạt động tốt cho các quy trình và thiết bị nhỏ hơn hoặc ít phức tạp hơn. PAC sử dụng lập trình linh hoạt hơn PLC, chúng xử lý các dự án hoặc quy trình lớn hơn với nhu cầu phức tạp hơn. Các IPC, tùy thuộc vào cấu hình của chúng, có thể cung cấp giải pháp trung điểm. Các dự án lớn hơn có thể cần sự kết hợp của cả ba loại bộ điều khiển.
- Khả năng mở rộng
Không phải tất cả các dự án đều yêu cầu mở rộng trong tương lai. Nhưng nếu mở rộng, PLC bị giới hạn trong việc mở rộng tự động hóa trên các quy trình lớn hơn. Có thể thay thế các card phần cứng và thêm chương trình cho các khả năng mở rộng, nhưng chỉ đến một thời điểm. Nếu khả năng mở rộng là yếu tố chính cho dự án của bạn, thì máy tính công nghiệp hoặc PAC sẽ cung cấp nhiều tùy chọn hơn. Kiến trúc mở và khả năng kết nối mạng tốt hơn giúp chúng ta có thể triển khai kiểm soát thiết bị hoặc quy trình theo từng giai đoạn.
- Dễ dàng thay thế và nâng cấp
Thay thế hoặc sửa chữa phần cứng là một khía cạnh không thể tránh khỏi của việc bảo trì. Một cân nhắc liên quan là nâng cấp phần cứng hoặc phần mềm để đáp ứng những thay đổi trong nhu cầu kiểm soát. PLC rất dễ thay thế để bảo trì vì chúng là mô-đun và có xu hướng nhắm mục tiêu đến thiết bị riêng lẻ hoặc một tập hợp con nhỏ của quy trình. Các vấn đề của PLC với khả năng mở rộng, đặc biệt là các giới hạn trong lập trình, cũng hạn chế việc nâng cấp. Kiến trúc mở của cả bộ điều khiển công nghiệp PAC và IPC mang lại lợi thế cho việc nâng cấp trong tương lai, nhưng bạn cần xem xét khả năng tương thích khi thêm phần cứng hoặc phần mềm.
Tóm lại, PLC, PAC và IPC đều là các bộ điều khiển phổ biến để cải thiện quá trình tự động hóa thiết bị và quy trình. Để lựa chọn bộ điều khiển công nghiệp phù hợp nhất, hãy xem xét các đặc tính của chúng có đáp ứng yêu cầu dự án mà bạn đề ra không nhé.