PLC/HMI là hai thiết bị hay được sử dụng kết hợp với nhau để tạo thành một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh. PLC thực hiện logic điều khiển, trong khi HMI cung cấp giao diện người dùng. Nhờ đó, giúp xử lý tín hiệu điều khiển, gửi lệnh điều khiển, hiển thị và điều khiển giúp việc kiểm soát máy móc thiết thị dễ dàng hơn .
Khái niệm PLC là gì?
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển logic. Bộ lập trình PLC nhận tác động các sự kiện bên ngoài thông qua ngõ vào (input), thực hiện hoạt động thông qua ngõ ra (output). PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi bất kỳ từ ngõ vào, dựa theo logic chương trình ngõ ra tương ứng sẽ thay đổi.
Cấu tạo chung của PLC
Hệ thống PLC có các bộ phận chính sau: - Bộ nhớ chương trình: RAM, ROM, ngoài ra có thể sử dụng vùng nhớ ngoài – EPROM - Bộ xử lý trung tâm CPU - Module input/output. Thông thường module I/O được tích hợp trên PLC, khi có nhu cầu mở rộng I/O có thể lắp module I/O Ngoài ra, PLC còn có các bộ phận khác: - Cổng kết nối PLC và máy tính: RS232, RS422, RS485 thực hiện đổ chương trình và giám sát chương trình. - Cổng truyền thông: PLC thường tích hợp cổng truyền thông Modbus RTU. Tùy hãng và dòng sản phẩm, PLC có thể được tích hợp thêm các chuẩn truyền thông khác như Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT…
Nguyên lý hoạt động của PLC
Bộ điều khiển trung tâm CPU thực hiện điều khiển toàn bộ hoạt động của bộ PLC. Tốc độ xử lý của CPU quyết định đến tốc độ điều khiển của PLC. Chương trình được lưu trữ trên RAM. Pin dự phòng được tích hợp trên PLC giúp chương trình không bị mất khi có sự cố về điện. CPU thực hiện quét chương trình và thực hiện các lệnh theo thứ tự.
Ưu điểm và nhược điểm của PLC
- Ưu điểm: + Khả năng chống nhiễu tốt, đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp. + Đáp ứng các giải thuật phức tạp, độ chính xác cao. + Gọn nhẹ, lắp đặt dễ dàng. + Thay thế hoàn toàn mạch điều khiển relay thông thường, dễ dàng đáp ứng mọi yêu cầu điều khiển. + Hỗ trợ các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp, tạo sự kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị trong và ngoài nhà máy đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp 4.0. - Nhược điểm: + Giá thành cao: Chi phí sản phẩm cao hơn so với chi phí mạch relay thông thường. + Chi phí phần mềm lập trình: Chi phí mua licence phần mềm lập trình tùy thuộc vào hãng sản xuất. Hiện nay có 2 dạng: hãng sản xuất cho phép sử dụng miễn phí và hãng sản xuất yêu cầu mua licence. + Yêu cầu người sử dụng có kiến thức về lập trình PLC: Để thiết bị PLC đáp ứng tốt trong điều khiển, người sử dụng cần có kiến thức căn bản về lập trình PLC.
Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hóa
Trong dây chuyền sản xuất của doanh nghiệp, PLC không đơn thuần là thiết bị điều khiển đáp ứng về logic và tốc độ mà còn về truyền thông, trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị điều khiển khác, tạo nên một mạng lưới khép kín.
Cách thức điều khiển chính của PLC
• Điều khiển logic - Điều khiển tự động, bán tự động quy trình máy. - Hỗ trợ bộ đếm (Counter) và bộ định thời gian (Timer). • Điều khiển đáp ứng - Giải thuật điều khiển PID, Logic mờ. - Điều khiển động cơ Servo, động cơ bước. - Điều khiển biến tần. - Điều khiển đáp ứng nhiệt độ, áp suất, lưu lượng… • Mạng truyền thông - Kết nối nhiều bộ điều khiển PLC. - Kết nối bộ điều khiển PLC và hệ thống SCADA.
Ứng dụng của PLC
Bộ lập trình PLC được ứng dụng trong nhiều ngành và nhiều loại máy móc như: - Máy in - Máy đóng gói - Máy đánh chỉ - Máy se sợi - Máy chế biến thực phẩm - Máy cắt tốc độ cao
Định nghĩa HMI là gì?
HMI (Màn hình HMI) là một giao diện (màn hình) có chức năng hiển thị và điều khiển nhằm mục đích giúp người vận hành có thể dễ dàng kiểm soát các thiết thị và máy móc.
HMI truyền thống
HMI truyền thống gồm các thiết bị nhập thông tin (công tắc chuyển mạch, nút bấm…) và các thiết bị xuất thông tin (đèn báo, còi, đồng hồ đo, các bộ tự ghi dùng giấy,..). Nhược điểm thông tin không đầy đủ và không chính xác, khả năng lưu trữ thông tin hạn chế, độ tin cậy và ổn định thấp, với hệ thống lớn để phát triển rất phức và khó mở rộng.
HMI hiện đại
HMI hiện đại chia làm 2 loại chính: HMI trên nền PC và Windows/MAC: SCADA,Citect… và HMI trên nền nhúng: HMI chuyên dụng, hệ điều hành Windows CE 6.0. Có một số loại HMI biến thể khác MobileHMI dùng Palm, PoketPC.
Các ưu điểm HMI hiện đại - Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ sung thông tin cần thiết. - Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin. - Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức. - Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa. - Khả năng lưu trữ cao.
Cấu tạo HMI
HMI bao gồm 3 phần chính: - Phần cứng: Màn hình, chíp, nút nhấn, thẻ nhớ và các cổng kết nối. - Phần mềm: Viết chương trình, cấu hình phần cứng, thiết lập truyền thông và thiết kế giao diện HMI. -Truyền thông: Các cổng kết nối, giao thức truyền thông như: USB, RS232/422/485, Ethernet, CANbus, MODBUS, MQTT, EtherNet/IP, CANopen, SNMP,.. và các tính năng nâng cao, mở rộng.
Phân loại HMI
- Kiểu màn hình: màn hình cảm ứng HMI và màn hình HMI không cảm ứng (TFT, LCD, Touch,..) - Kích thước: 3.5 inch, 4 inch, 7 inch, 10 inch, 12 inch, 15 inch,.. - Dung lượng bộ nhớ: 288KB, 1M, 2M, 10M,.. - Cổng truyền thông: USB, RS232/422/485, Ethernet, CANbus,.. - Giao thức truyền thông: MODBUS, MQTT, EtherNet/IP, CANopen, SNMP, FTP, BACnet, M-Bus, VNC, GSM (SMS, GPRS), KNX,.. - Tính năng nâng cao: SCADA, Cloud, Web Server, SQL, Email & SMS, Remote, 3G/4G/Wifi,..
Ứng dụng HMI
- Công nghiệp sản xuất, chế tạo máy, nâng cấp hệ thống và máy móc tự động. - Tự động hóa tòa nhà, điều khiển, quản lý, giám sát BMS, HAVC, BTS,.. - Sản xuất, nâng cấp các dây chuyền tự động hóa công nghiệp - Công nghệ điều khiển bơm công nghiệp, xử lý nước, nước thải. - Quản lý, giám sát năng lượng điện, dầu, khí, gas,.. - Trường đại học, trung tâm đào tạo, dạy nghề. - Quan trắc môi trường: hiển thị, theo dõi, thu thập dữ liệu và giám sát từ xa - Nhà thông minh (smart home).
Quy trình ứng dụng HMI
- Lựa chọn HMI + Kích thước màn hình: dựa trên mật độ hiển thị các dữ liệu, thông số, đồ thị, đồ họa,.. trên một trang HMI + Có phím vật lý hay không (và bao nhiêu phím): dựa trên nhu cầu điều khiển, môi trường sử dụng thiết bị + Lựa chọn các cổng kết nối: phụ thuộc vào nhu cầu kết nối với các thiết bị như máy in, đầu đọc mã vạch và các thiết bị ngoại khác - Xây dựng HMI + Cấu hình phần cứng: kết nối HMI với các thiết bị điều khiển khác (PLC) và thiết lập chuẩn truyền thông. + Thiết kế giao diện đồ họa các trang hiển thị trên HMI. + Gắn các giá trị (tag) cho các đối tượng. + Viết chương trình liên kết cho HMI. + Mô phỏng, chạy thử và sửa lỗi. + Lắp đặt HMI vào hệ thống thực và vận hành.
Một số hãng sản xuất HMI nổi tiếng
Tại thị trường Việt Nam thì có thể kể đến những hãng sản xuất HMI như: Đức: Siemens, Beckhoff, Festo, Phoenix, Inovance Mỹ: Honeywell, Allen-Bradley (Rockwell), Automation Direct, Eaton Israel: Unitronics Thụy sĩ: ABB Pháp: Schneider Nhật bản: Omron, Mitsubishi, Keyence, Panasonic, IDEC, Hitachi, Fuji, Koyo, Yaskawa Hàn quốc: LS Đài loan: Delta, Weintek, Fatek, Shihlin Trung quốc: Samkoon, Kinco, Wecon, INVT,..
