PLC nổi lên như một sản phẩm của thời đại Công nghiệp 3.0. Trải qua hơn 5 thập kỷ phát triển, công nghệ đã không ngừng đổi mới và phạm vi sản phẩm không ngừng mở rộng. Là bộ não điều khiển các hệ thống sản xuất công nghiệp, PLC đã thay thế các rơ-le trước đây được dùng để điều khiển-thiết bị công suất cao. Quá trình chuyển đổi này đã tiết kiệm không gian sản xuất, giảm mức tiêu thụ điện năng và giảm khối lượng công việc cho các kỹ sư trong việc bảo trì thiết bị.
Hiện nay, khi hoạt động sản xuất công nghiệp chuyển sang Công nghiệp 4.0, các doanh nghiệp sản xuất phải trải qua quá trình chuyển đổi và nâng cấp. Điều này không chỉ liên quan đến việc nâng cao mức độ tự động hóa của thiết bị sản xuất mà còn tích hợp công nghệ internet với các hệ thống điều khiển công nghiệp. Bằng cách tận dụng dữ liệu người tiêu dùng, việc quản lý chuỗi cung ứng có thể được tối ưu hóa và kế hoạch sản xuất của nhà máy được hợp lý hóa. Do đó, trong tự động hóa công nghiệp, PLC, đóng vai trò là “bộ não”, đóng một vai trò quan trọng trong làn sóng chuyển đổi công nghiệp mới này.
PLC ngày nay không còn là PLC truyền thống nữa
Nói một cách đơn giản, PLC là một máy tính dành riêng cho điều khiển công nghiệp. Nó sử dụng bộ nhớ lập trình để lưu trữ các hướng dẫn, thực thi logic, giải trình tự, định thời gian và các chức năng tính toán. Thông qua các mô-đun I/O tương tự hoặc kỹ thuật số, nó điều khiển các quy trình sản xuất cơ khí khác nhau. CPU đóng vai trò là bộ não của PLC, thực thi các chương trình của người dùng đồng thời tổng hợp, phân tích và xử lý thông tin thu thập được từ các mô-đun khác.
Các nhà máy thông minh có tính năng cảm biến toàn diện, ra quyết định-tối ưu hóa và thực thi chính xác, cho phép các hoạt động sản xuất và quản lý kinh doanh tự chủ. Để đạt được sản xuất thông minh cần có bộ điều khiển công nghiệp đa chức năng, hiệu suất cao-. Trong các cài đặt công nghiệp trước đây, một thiết bị, phân đoạn quy trình hoặc dây chuyền sản xuất có thể yêu cầu nhiều bộ điều khiển-ví dụ: nền tảng robot công nghiệp sử dụng bộ điều khiển robot + PLC hoặc bộ gia công linh hoạt sử dụng CNC + PLC. Các nhà máy thông minh trong tương lai cần có một “bộ não” duy nhất để điều khiển tất cả các đơn vị.
Tiến sĩ Wei Rong Xiao, Chủ tịch B&R Greater China, tuyên bố trong một bài giảng trực tuyến rằng PLC ngày nay không còn là PLC truyền thống nữa. Ông chỉ ra rằng PLC truyền thống thực hiện nhiều nhiệm vụ một cách tuần tự, lặp lại chu trình. Ngược lại, thế hệ PLC mới của B&R, dựa trên nhiều nhiệm vụ trong một dự án, chia hệ thống thành nhiều cấp độ nhiệm vụ. Mỗi nhiệm vụ tương ứng với một chu kỳ, với mức độ ưu tiên được đặt theo thời lượng của chu kỳ.
Điều này chứng tỏ rằng các PLC mới không chỉ thực hiện các nhiệm vụ logic đơn giản mà còn có khả năng xử lý các quy trình phức tạp hơn trên dây chuyền sản xuất. Trong các tình huống khẩn cấp, khả năng đa nhiệm của PLC thế hệ mới giúp loại bỏ nhu cầu xử lý ngắt, không giống như PLC truyền thống. Nói cách khác, các hệ thống sản xuất công nghiệp ngày nay yêu cầu PLC có độ thông minh cao làm “bộ não” của chúng.
Các chuyên gia trong ngành cũng lưu ý rằng hệ thống PLC quy mô lớn hiện đại{0}} vốn là hệ thống máy tính phân tán dựa trên bus trường và mạng cục bộ. Việc áp dụng các công nghệ hỗ trợ điện toán phân tán dựa trên đám mây-vào điều khiển công nghiệp sẽ cách mạng hóa kiến trúc hệ thống, khung kỹ thuật, dạng sản phẩm và phương pháp ứng dụng. Khi quá trình sản xuất chuyển sang sản xuất thông minh, nhiều chủ đề nghiên cứu vẫn còn trong lĩnh vực PLC.
Loại PLC nào đáp ứng được yêu cầu của Công nghiệp 4.0?
Trong bối cảnh Công nghiệp 4.0, mạng lưới nhà máy đang phát triển từ mạng cục bộ khép kín sang hệ thống kết nối với các thực thể bên ngoài. Do đó, mô hình truyền thông cho PLC cũng phải thích ứng. Hệ thống truyền thông PLC có thể hình thành các mạng điều khiển phức tạp hơn bằng cách sử dụng các giao thức như Profinet, CC-Link hoặc DeviceNet. Tuy nhiên, nhiều PLC vẫn không tương thích với máy quét mã vạch, đầu đọc RFID, cảm biến và camera công nghiệp cần thiết trong các nhà máy thông minh. Sản xuất thông minh xoay quanh việc thu thập dữ liệu. Dữ liệu nhà máy-bao gồm quản lý vật liệu và giám sát thiết bị{8}}phải tích hợp vào hệ thống MES để cung cấp nền tảng phần cứng mạnh mẽ cho quá trình số hóa toàn diện trong toàn bộ quá trình sản xuất, hậu cần, kho bãi và quản lý tiếp thị.
Điều này cho thấy những thách thức đáng kể trong việc phát triển PLC tương thích với Công nghiệp 4.0 đang chờ các chuyên gia R&D giải quyết.
Đầu tiên, nó phải xử lý dữ liệu sản xuất khổng lồ và các thuật toán ngày càng phức tạp. Trong sản xuất thông minh, PLC chắc chắn cần lưu trữ khối lượng dữ liệu sản xuất lớn hơn. Một mặt, nhu cầu cá nhân hóa và chất lượng sản phẩm của người tiêu dùng ngày càng tăng, đòi hỏi các nhà máy phải nâng cao kỹ thuật sản xuất đồng thời giảm chi phí sản xuất. Do đó, hệ thống điều khiển cơ bản phải xử lý lượng lớn dữ liệu sản xuất và các mối quan hệ logic. Mặt khác, việc xử lý dữ liệu như vậy đặt ra yêu cầu cao hơn đối với các thuật toán đằng sau phần cứng PLC. Việc phát triển các thuật toán mạnh mẽ vốn có liên quan đến các rào cản kỹ thuật quan trọng.
Thứ hai, tính đơn giản của việc hỗ trợ thiết kế phần mềm lập trình là rất quan trọng. Khi kỳ vọng của người tiêu dùng đối với sản phẩm tăng lên, độ phức tạp trong sản xuất của nhà máy chắc chắn sẽ tăng lên. PLC giờ đây phải thực hiện các chức năng như điều khiển PID, giao tiếp mạng, tính toán-tốc độ cao, điều khiển vị trí, ghi dữ liệu và hiển thị văn bản. Điều này có nghĩa là độ khó lập trình không ngừng tăng lên. Hơn nữa, ngôn ngữ lập trình PLC khác nhau giữa các thương hiệu khác nhau trên thị trường, đòi hỏi các kỹ sư phải thành thạo nhiều ngôn ngữ. Từ góc độ-mua sắm của người dùng cuối, một sản phẩm PLC thực sự thiết thực cho phép các kỹ sư học một lần và áp dụng các kỹ năng của họ một cách phổ biến. Điều này giúp doanh nghiệp giảm chi phí đào tạo nhân sự, tư vấn kỹ thuật, gỡ lỗi hệ thống và bảo trì phần mềm.
Thứ ba, hiểu rõ thói quen vận hành của các kỹ sư trong các tình huống ứng dụng cụ thể ở hạ nguồn. Trong cách sử dụng PLC, người dùng gặp phải sự khác biệt giữa cái gọi là-hệ thống của Nhật Bản và của Đức, mỗi hệ thống đều có thế mạnh riêng về lập trình phần mềm. Khi PLC tích hợp phần mềm và phần cứng, các kịch bản ứng dụng khác nhau đòi hỏi phải điều chỉnh phần mềm tương ứng. Hơn nữa, các kịch bản khác nhau sẽ tạo ra thói quen vận hành khác biệt giữa các kỹ sư. Ngược lại, các nhà cung cấp PLC phải điều chỉnh phần mềm PLC chung để giải quyết các ưu tiên-hoạt động cụ thể của ngành này. Bất kể lĩnh vực nào, lập trình phần mềm cho PLC trong môi trường sản xuất hiện đại ngày càng ưu tiên sự đơn giản và dễ vận hành.
Bối cảnh cạnh tranh của thị trường PLC Trung Quốc
Là trung tâm sản xuất lớn nhất thế giới, Trung Quốc đương nhiên tự hào về việc sử dụng PLC với số lượng lớn. Thị trường PLC trong nước bị chi phối bởi các thương hiệu Châu Âu, Mỹ, Nhật Bản.
Trong số các thương hiệu châu Âu và Mỹ, nổi bật là Siemens, Rockwell và Schneider. Siemens vượt trội trong các sản phẩm có quy mô{1}}nhỏ, vừa và lớn, tự khẳng định mình là nhà cung cấp chính trên thị trường PLC của Trung Quốc với thị phần 40,7% chỉ trong năm 2016. Rockwell duy trì vị trí dẫn đầu trong phân khúc PLC lớn, nắm giữ 10,1% thị phần. Schneider, với tư cách là-nhà cung cấp PLC lâu đời, đã liên tục duy trì thị phần khoảng 9%. Trong số các thương hiệu Nhật Bản, Mitsubishi và Omron nổi bật. Tận dụng tỷ lệ hiệu suất chi phí và lợi thế kênh thị trường, họ duy trì được mức độ cạnh tranh cao ở thị trường nội địa.
Ngoài ra, Delta-có trụ sở tại Đài Loan, với lợi thế về hiệu suất-chi phí cao, đã thâm nhập sâu vào thị trường OEM. Bằng cách kiên trì theo đuổi các giải pháp tích hợp kết hợp PLC với bộ truyền động tần số thay đổi và bộ truyền động servo, Delta đã duy trì được tốc độ tăng trưởng nhanh chóng về doanh số bán hàng trên thị trường.
Về PLC nội địa, quá trình phát triển của họ kéo dài gần 40 năm. Lịch sử này có thể được chia thành ba giai đoạn: giai đoạn du nhập từ những năm 1980 đến những năm 1990, khi tất cả PLC trên thị trường đều là thương hiệu nước ngoài; giai đoạn-khởi nghiệp của các doanh nghiệp điều khiển công nghiệp trong nước từ những năm 1990 đến 2000, khi các thương hiệu PLC nội địa bắt đầu xuất hiện; và giai đoạn phát triển của các thương hiệu PLC trong nước sau năm 2000.
Các thương hiệu trong nước khởi đầu bằng những PLC nhỏ, có rào cản kỹ thuật thấp hơn, đồng thời tận dụng lợi thế bản địa hóa để đạt được tốc độ tăng trưởng nhanh chóng. Trong những năm gần đây, họ đã có những bước tiến đáng kể vào thị trường PLC cỡ trung-.
Phần kết luận
PLC là thành phần không thể thiếu trong tự động hóa nhà máy và điều khiển quá trình công nghiệp. Trong kỷ nguyên sản xuất thông minh, nhu cầu ngày càng cao về hiệu suất PLC là không thể tránh khỏi, đòi hỏi phải thiết kế lại cơ bản bao gồm kiểm soát hiệu suất-cao, khả năng tương tác, giao tiếp an toàn, vận hành-nền tảng chéo và kiểm tra-trong tương lai. Từ góc độ thị trường, PLC phải đối mặt với các rào cản về kênh. Thị trường cho một sản phẩm PLC của các công ty tự động hóa công nghiệp thường có mức trần vô hình. Lấy các thương hiệu cao cấp-nước ngoài làm ví dụ: Đầu tiên, tận dụng thế mạnh của mình để xác định điểm thâm nhập phù hợp; thứ hai, sau khi được khách hàng biết đến, từng bước tăng cường công tác R&D các sản phẩm chuỗi công nghiệp, chuyển từ một nhà cung cấp duy nhất thành nhà cung cấp giải pháp; cuối cùng, tận dụng sự tích lũy công nghệ và lợi thế thương hiệu để trở thành nhà cung cấp toàn diện trải dài từ thị trường trung-đến{9}}cao cấp{10}}.