Bài viết sẽ cung cấp cho người đọc thêm một kinh nghiệm trong thiết kế hệ thống điều khiển, giúp cho các bạn mới nâng cao tư duy thiết kế của mình.

Khi nhắc đến mạch điều khiển, đa số người ta nghĩ ngay đến điều khiển bằng PLC, Microchip. Hay nói rõ hơn là mạch điều khiển tập trung mà trong đó PLC là bộ não chịu trách nhiệm tiếp thu tín hiệu, suy nghĩ và ra quyết định điều khiển các đối tượng “tay, chân” hoạt động theo ý mình. Do đó, người thiết kế cần phải lập trình cho bộ não điều khiển đúng như yêu cầu đặt ra, và có thể tùy ý chỉnh sửa, thêm bớt chức năng cho phù hợp với yêu cầu của người dùng.

Tuy nhiên, khi sử dụng mạch điều khiển tập trung thì rủi ro về hư hỏng sẽ lớn hơn so với mạch điều khiển phân tán. Lý do là vào một ngày xấu trời nào đó, bộ não bỗng nhiên lăn ra “ốm” mà không hoạt động được, cả hệ thống sẽ bị dừng hoạt động và sẽ cần 1 thời gian để chờ “bác sĩ” đến chuẩn bệnh, chữa trị.

Vậy tại sao mạch điều khiển tập trung lại được ưa chuộng, trong khi mạch điều khiển phân tán lại ít được sử dụng? Ưu nhược điểm của 2 mạch này khác nhau ở chỗ nào? Khi nào thì dùng tập trung, khi nào thì nên dùng phân tán? Qua bài viết này, người đọc trả lời được các câu hỏi đó.

 

Mục lục:

 

1. Ưu nhược điểm mạch điện điều khiển tập trung

1. Ưu điểm:

+ Mạch điện phần cứng đơn giản, dễ thiết kế. Chỉ cần tính chọn, thiết kế phần cứng cho phù hợp (điện áp hoạt động, mức chịu tải, In/Out phù hợp..), còn lại phần điều khiển đều có thể tùy biến khi lập trình. Người thiết kế phần cứng sẽ giảm được gánh nặng về điều khiển hơn, mạch điện đơn giản hơn nhiều. Người thiết kế phần mềm cũng chỉ cần quan tâm đầu vào đầu ra được nối vào PLC là đủ, còn lại là code mà thôi. Ngoài ra, khi lắp đặt để nối các dây điều khiển In/Out vào PLC, chỉ cần quan tâm nối vào chân nào cho đúng với bản vẽ là được.

⇒Cả người thiết kế phần cứng, phần mềm, đi dây đều được giảm tải thời gian đi nhiều.

+ Chi phí thấp hơn: Do giảm đi thời gian hoàn thành dự án, chi phí sẽ giảm đi nhiều so với hệ thống phân tán.

2. Nhược điểm:

Hãy thử tưởng tượng nếu một ngày PLC bị hỏng thì bạn đoán chuyện gì sẽ xảy ra?

Câu trả lời là nếu CPU hoặc 1 block của PLC hay là 1 block nguồn bị hỏng thì toàn bộ hệ thống sẽ dừng hoạt động. Ví dụ trong một hệ thống 1 khu vực bắt buộc phải có điều khiển nhiệt độ, nhưng khi xảy ra sự cố thì cho dù block bị hỏng không liên quan gì đến các In/Output điều khiển, thì vẫn không thể nào đáp ứng yêu cầu đó được. Nếu mạch điều khiển thủ công cũng được điều khiển thông qua PLC thì trong trường hợp đó, người thao tác cũng không thể điều khiển được gì.

⇒Mạch điều khiển tập trung sẽ có lợi về giá thành cho người thiết kế và sản xuất, nhưng lại đá quả bóng rủi ro cho người dùng cuối khi cả PLC xảy ra sự cố.

2. Ưu nhược điểm mạch phân tán

1. Ưu điểm

+ Với mạch tập trung có bộ não điều khiển bị hỏng thì hệ thống dừng, nhưng với mạch phân tán thì xác xuất cả hệ thống bị dừng sẽ thấp hơn, tính tin cậy cao hơn.

Ví dụ 1 hệ thống điều khiển phân tán được thiết kế gồm: mạch thao tác thủ công được xây dựng bằng mạch relay, còn mạch tự động được điều khiển thông qua PLC. Thì khi 1 trong 2 bị hỏng, phần mạch còn lại vẫn có thể vận hành trong thời gian chờ phục hồi mạch bị hỏng, đảm bảo không bị gián đoạn trong sản xuất. Nhất là mạch tự động, chỉ cần sensor bị hỏng thôi là có thể làm dừng hệ thống, khi đó người thao tác có thể dùng mạch thao tác thủ công để làm tiếp công việc. Đặc biệt trong các trường hợp khẩn cấp thì việc có thể điều khiển thủ công quả thực là cứu tinh cho người dùng.

2.  Nhược điểm

Ngược lại với mạch tập trung, do phải phân ra nhiều chức năng riêng nên mạch điện sẽ trở nên rắc rối hơn, cần dùng nhiều linh kiện, thời gian đi dây hơn, do đó tăng chi phí sản xuất lên nhiều so với mạch tập trung.

3. Khi nào dùng mạch phân tán, khi nào dùng mạch tập trung?

Ở mục 1,2 như mình đã phân tích ưu nhược điểm của cả 2 loại mạch, nếu chúng ta kết hợp được cả 2 ưu điểm của chúng sao cho có lợi nhất cho phía sản xuất máy móc và phía người dùng. Để làm được điều này, với tư cách là người thiết kế, chúng ta cần nắm được các đặc điểm thực tế của quá trình vận hành hệ thống, môi trường cũng như tính ưu tiên trong an toàn hệ thống để đưa ra được giải pháp tốt nhất.

Dưới đây là một vài câu hỏi Yes/No để xem có cần phải dùng mạch điều khiển phân tán không:

・Có đối tượng điều khiển nào không thể dừng đột ngột mà phải dừng theo công đoạn không?
・Có đối tượng điều khiển nào bắt buộc phải điều khiển bằng tay không?
・Nếu dùng mạch tập trung, khi xảy ra vấn đề hỏng hóc PLC thì người dùng không thể chờ được đến lúc phục hồi được hệ thống?

Nếu 1 trong 3 câu hỏi trên là Yes thì ít nhất mạch thao tác bằng tay của đối tượng đó phải được tách riêng ra PLC và được lắp từ mạch phần cứng (mạch relay) để đảm bảo tính an toàn và không làm gián đoạn sản xuất cho người dùng.

Nếu không có đối tượng điều khiển nào cần thiết phải được thao tác bằng tay khi có sự cố thì đem hết phần thao tác bằng tay và tự động vào PLC để giảm chi phí cho hệ thống.

Sử dụng đúng linh kiện ở đúng chỗ, bạn có thể tạo ra một hệ thống điều khiển tin cậy với chi phí thấp mà vẫn làm hài lòng người dùng.

4. Kinh nghiệm

Mặc dù mình có đưa 1 list check ở trên để xem có nên dùng mạch điều khiển phân tán ở trên rồi, nhưng có một điểm mà mình muốn lưu ý khi chọn mạch thiết kế như sau.

Đối với đối tượng điều khiển mà chỉ hoạt động độc lập, không liên quan đến các đối tượng khác trong hệ thống thì nên dùng mạch điều khiển bằng phần cứng thay vì dùng PLC.

Ví dụ trong hệ thống có 1 lò nung chảy nhựa dùng thanh sưởi heater để điều khiển nhiệt độ liên tục, dưới 130 độ thì ON, trên 130 độ thì OFF. Nếu xảy ra sự cố, heater không hoạt động làm nhựa bị nguội đông cứng lại, sẽ gây khó khăn cho việc phục hồi sau đó, do đó cần được thiết kế sao cho khi xảy ra sự cố thì dễ sửa chữa, thay thế một cách nhanh chóng.

Với đối tượng điều khiển như thế này, việc dùng PLC để điều khiển cũng không phải là hiếm gặp, nhưng nếu dùng 1 bộ điều khiển nhiệt độ riêng, ví dụ E5CC của Omron chẳng hạn, để điều khiển thì sẽ giảm thiểu được rủi ro khi hỏng hóc. Chỉ cần đưa thông tin On/Off cho PLC giám sát, việc còn lại là để cho E5CC xử lý. Nếu xảy ra hỏng hóc E5CC thì chỉ cần thay thế là xong, còn hỏng PLC thì cũng không ảnh hưởng đến việc điều khiển nhiệt độ của nó. Tất nhiên nâng cao hơn thì có thể đưa lên PLC chức năng cài đặt nhiệt độ, đọc giá trị nhiệt độ hiện tại thông qua truyền thông cũng rất hay gặp ở ngoài thực tế.

Từ đó rút ra được kinh nghiệm là nếu có bộ điều khiển nào chuyên dụng để điều khiển cho đối tượng đó thì nên dùng nó để tăng tính tin cậy, giảm thời gian lập trình và dễ bảo trì cho người sử dụng. Mình gọi vui là “gặp người đúng lúc, dùng người đúng chỗ”.

5. Tổng kết

 Cuối cùng, mình xin tóm tắt lại bài viết thành một vài ý như dưới

Ưu nhược điểm của 2 loại mạch:

 

Mọi ý kiến đóng góp xin để lại ở phần comment bên dưới. Cảm ơn các bạn đã ghé thăm Blog. 

Hẹn gặp các bạn trong các bài viết tới!

Tác giả bài viết: Nhan Nguyen