Kể từ khi khái niệm "Bộ điều khiển kỹ thuật số mô-đun" được đưa ra vào năm 1968, Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) đã dần phát triển từ một công cụ ban đầu để thay thế các hệ thống điều khiển rơ-le phức tạp trong dây chuyền sản xuất ô tô thành trung tâm cốt lõi của lĩnh vực điều khiển công nghiệp. Từ các sản phẩm thế hệ thứ tư tích hợp các thuật toán PID và hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình tiêu chuẩn, đến hình thức hiện đại kết hợp Internet of Things, điện toán biên và các công nghệ tăng cường bảo mật, sự lặp lại công nghệ của PLC luôn đồng bộ với sự phát triển của tự động hóa công nghiệp. Với sự thâm nhập sâu rộng trong các lĩnh vực như sản xuất thông minh, năng lượng mới và thành phố thông minh, cũng như những đổi mới thực tế của các doanh nghiệp như Tập đoàn Hà Bắc Xinda, PLC đang định hình lại hiệu quả và ranh giới của sản xuất công nghiệp dưới dạng tổng hợp của "phần cứng + phần mềm + hệ sinh thái".
Từ Thay thế Rơ-le đến Trung tâm Thông minh
Năm 1968, Dick Morley đã đề xuất khái niệm "Bộ điều khiển kỹ thuật số mô-đun" với ý định ban đầu là thay thế các hệ thống điều khiển rơ-le phức tạp trong dây chuyền sản xuất ô tô. Đổi mới cốt lõi của nó nằm ở việc hiện thực hóa điều khiển logic thông qua lập trình phần mềm thay vì đấu dây phần cứng.
Các PLC thế hệ thứ tư (sau những năm 1980) đã tích hợp các thuật toán PID và các chức năng điều khiển chuyển động, đồng thời hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình tiêu chuẩn IEC 61131-3 (chẳng hạn như sơ đồ hình thang và văn bản có cấu trúc), đạt được bước nhảy vọt từ điều khiển logic đơn lẻ sang điều khiển chuyển động phức tạp.
Xu hướng hội nhập công nghệ
Tích hợp IoT: PLC hiện đại đạt được khả năng kết nối với các hệ thống MES/ERP thông qua các giao thức OPC UA và MQTT, tạo thành các nút cơ bản của Internet công nghiệp.
Khả năng điện toán biên: Một số PLC cao cấp (chẳng hạn như Siemens S7-1500) có hệ điều hành thời gian thực tích hợp, có thể thực hiện suy luận học máy và hiện thực hóa bảo trì dự đoán.
Tăng cường bảo mật: PLC tuân thủ tiêu chuẩn IEC 62443 được trang bị các chức năng cách ly mạng và truyền thông được mã hóa để chống lại các cuộc tấn công mạng công nghiệp.
Kịch bản sản xuất thông minh
Dây chuyền sản xuất linh hoạt: Sự kết hợp giữa PLC và hệ thống servo cho phép sản xuất nhiều loại mô hình hỗn hợp, giảm thời gian chuyển đổi từ vài giờ xuống vài phút.
Bản sao kỹ thuật số: Dữ liệu thời gian thực từ PLC điều khiển các dây chuyền sản xuất ảo và có thể đạt được ánh xạ ba chiều của quy trình sản xuất trên nền tảng MindSphere của Siemens.
Mở rộng sang các lĩnh vực mới nổi
Ngành công nghiệp năng lượng mới: Trong hệ thống phát hiện khuyết tật cho các tấm pin mặt trời, PLC điều khiển các mô-đun kiểm tra trực quan tốc độ cao với độ chính xác nhận dạng là 0,01mm.
Thành phố thông minh: PLC được áp dụng để điều khiển tín hiệu giao thông thông minh, điều chỉnh động chu kỳ đèn giao thông dựa trên dữ liệu lưu lượng xe, giúp cải thiện hiệu quả giao thông tại các giao lộ hơn 30%.
Phân tích các dự án điển hình
Hệ thống cột sương mù/pháo sương mù thông minh: PLC tích hợp dữ liệu cảm biến PM2.5 và tự động điều chỉnh lượng phun thông qua các thuật toán PID, tiết kiệm năng lượng hơn 45% so với các hệ thống phun theo thời gian truyền thống.
Lò sưởi đốt tái sinh: PLC điều khiển trình tự đánh lửa xung của đầu đốt và phối hợp với bộ phân tích hàm lượng oxy để đạt được sự kiểm soát chính xác tỷ lệ không khí-nhiên liệu, giảm 20% lượng tiêu thụ khí.
Phân tích kỹ thuật và kinh tế
Thời gian hoàn vốn đầu tư: Lấy hệ thống thêm xỉ thông minh cho đúc liên tục tấm làm ví dụ, khoản đầu tư chuyển đổi PLC là khoảng 1,2 triệu nhân dân tệ. Bằng cách giảm sự can thiệp thủ công và tỷ lệ phế liệu, chi phí có thể được thu hồi trong vòng 18 tháng.
Hiệu ứng hiệp đồng chuỗi công nghiệp: Tập đoàn Xinda đóng gói logic điều khiển PLC thành các giao diện API và kết nối với hệ thống MES của các nhà máy thép thượng nguồn, hiện thực hóa khả năng hiển thị toàn bộ quy trình từ đơn hàng đến sản xuất.
Trao quyền AI: Chip AI biên dựa trên PLC có thể thực hiện tự chẩn đoán các lỗi thiết bị. Ví dụ, nền tảng ABB Ability™ dự đoán các lỗi động cơ thông qua phân tích dữ liệu rung với tỷ lệ chính xác là 92%.
Tích hợp 5G: Sự kết hợp giữa PLC và cổng công nghiệp 5G cho phép triển khai không dây các hệ thống điều khiển phân tán, giảm chi phí cáp hơn 30%.
Tự động hóa mở: Các nhà sản xuất PLC đang dần áp dụng các khuôn khổ mã nguồn mở như Eclipse 4diac, phá vỡ các hệ thống khép kín truyền thống và thúc đẩy khả năng tương tác của thiết bị đa thương hiệu.
Thực tiễn của Tập đoàn Hà Bắc Xinda cho thấy PLC đã phát triển từ một thiết bị điều khiển đơn lẻ thành trung tâm thần kinh của sản xuất thông minh. Với sự tiến bộ của Industry 4.0, PLC sẽ được tích hợp sâu với các công nghệ tiên tiến như bản sao kỹ thuật số và trí tuệ nhân tạo, liên tục thúc đẩy sự chuyển đổi của ngành sản xuất theo hướng linh hoạt và thông minh.
