Ngôn ngữ lập trình PLC là gì và các ngôn ngữ phổ biến hiện nay

1710

09-07-2025

Các bạn sinh viên học các chuyên ngành về lĩnh vực tự động hóa công nghiệp thì đã nghe nhắc đến ngôn ngữ lập trình PLC. Vậy ngôn ngữ lập trình PLC là gì? Bài viết này Bizfly Cloud sẽ giúp bạn có cái nhìn tổng quát về ngôn ngữ lập trình PLC cũng như lịch sử phát triển và các loại ngôn ngữ PLC phổ biến hiện nay.

Ngôn ngữ lập trình PLC là gì?

Ngôn ngữ lập trình PLC là các công cụ hoặc ngôn ngữ mà con người sử dụng để giao tiếp và lập trình cho bộ điều khiển logic khả trình (PLC - Programmable Logic Controller). PLC là thiết bị được dùng phổ biến trong tự động hóa công nghiệp để điều khiển các thiết bị điện và thực hiện các chức năng tự động hóa.

Lịch sử phát triển của ngôn ngữ lập trình PLC

Năm 1968, các kỹ sư của công ty General Motors (Mỹ) đã phát minh ra bộ PLC đầu tiên với mục đích thay thế các tủ điều khiển rơ-le cồng kềnh, giúp dễ dàng thay đổi hoạt động hệ thống bằng phần mềm, tăng độ tin cậy và thuận tiện trong sửa chữa.

Các PLC đầu tiên khá cồng kềnh và khó lập trình. Ngôn ngữ lập trình đầu tiên được phát triển là Ladder Logic (LAD) – dạng lập trình dùng giản đồ hình thang, mô phỏng sơ đồ mạch điện rơ-le truyền thống, giúp kỹ thuật viên dễ hiểu và làm quen nhanh chóng với lập trình PLC.

Trong những năm 1970, khi công nghệ vi xử lý phát triển, các thiết bị lập trình PLC cũng được cải tiến, từ việc nhập lệnh bằng bàn phím số sang sử dụng các thiết bị lập trình đồ họa, cho phép nhập chương trình bằng các biểu tượng tiếp điểm, cuộn dây, timer, counter….

Ngoài Ladder Logic, các ngôn ngữ lập trình khác cũng được phát triển để đáp ứng các yêu cầu phức tạp hơn như:

Instruction List (IL) hay Statement List (STL): ngôn ngữ dạng danh sách lệnh, tương tự ngôn ngữ assembly.
Function Block Diagram (FBD): ngôn ngữ lập trình dạng khối chức năng.
Structured Text (ST): ngôn ngữ lập trình dạng văn bản có cấu trúc.
Các ngôn ngữ này được tiêu chuẩn hóa theo IEC 61131-3, giúp chuẩn hóa cách lập trình PLC trên các nền tảng khác nhau và nâng cao khả năng mở rộng, bảo trì.

Danh sách các ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến hiện nay

Ladder Diagram (LD)

Ladder Diagram hay Ladder Logic là ngôn ngữ lập trình đồ họa phổ biến nhất trong các hệ thống điều khiển PLC. Nó có dạng giống sơ đồ mạch điện với các thanh ngang, thanh dọc tượng trưng cho các cảm biến, đầu vào, phép toán logic và đầu ra. Ladder Logic dễ học, dễ sử dụng, phù hợp với người mới bắt đầu lập trình PLC.

Function Block Diagram (FBD)

Function Block Diagram là ngôn ngữ lập trình đồ họa dùng để mô tả các hàm và quá trình xử lý bằng các khối chức năng (function blocks) và các kết nối giữa chúng. FBD giúp biểu diễn quan hệ giữa biến đầu vào và đầu ra thông qua các khối chức năng riêng biệt. Đây cũng là một trong năm ngôn ngữ lập trình được tiêu chuẩn IEC 61131-3 hỗ trợ cho PLC.

Structured Text (ST)

Structured Text là ngôn ngữ lập trình bậc cao, dạng văn bản, có cú pháp tương tự các ngôn ngữ lập trình như C, Pascal. ST cho phép viết các chương trình phức tạp, dễ đọc hiểu, tiết kiệm không gian bộ nhớ và dễ dàng mở rộng.

Đây là ngôn ngữ phù hợp với những chương trình cần xử lý logic phức tạp hoặc các phép toán số học, điều khiển analog. ST cũng được tiêu chuẩn IEC 61131-3 quy định và ngày càng được ưa chuộng trong lập trình PLC hiện đại.

Instruction List (IL)

Instruction List là ngôn ngữ lập trình dạng danh sách các lệnh tuần tự, mỗi lệnh tương ứng một dòng chương trình. IL tương tự như ngôn ngữ Assembly, dễ hiểu và thực thi nhanh, nhưng hiện nay ít được sử dụng hơn do tính hạn chế và khó mở rộng so với các ngôn ngữ khác. IL cũng thuộc bộ ngôn ngữ chuẩn IEC 61131-3.

Sequential Function Chart (SFC)

Sequential Function Chart là ngôn ngữ lập trình đồ họa dùng để mô hình hóa các quá trình tuần tự trong PLC. SFC thể hiện các bước (steps) với các hành động kèm theo, các điều kiện chuyển tiếp (transitions) giữa các bước, giúp lập trình viên dễ dàng quản lý và theo dõi trạng thái chương trình. SFC là ngôn ngữ chuẩn IEC 61131-3, thích hợp cho các quy trình điều khiển tuần tự phức tạp.

Tiêu chí nào giúp lựa chọn ngôn ngữ lập trình PLC phù hợp?

Nền tảng của lập trình viên

Lựa chọn ngôn ngữ nên dựa trên sở trường và kỹ năng của người lập trình. Nếu lập trình viên cảm thấy làm việc nhanh và hiệu quả hơn với một ngôn ngữ nào đó, thì nên ưu tiên sử dụng ngôn ngữ đó để thuận tiện cho việc viết và gỡ lỗi mã lệnh.

Tùy chọn của khách hàng (End-user)

Ngôn ngữ lập trình cũng nên được lựa chọn dựa trên bộ kỹ năng và sở thích của khách hàng hoặc người vận hành. Nếu khách hàng ưu tiên một ngôn ngữ nào đó, dù không phải là lựa chọn tối ưu nhất, cũng nên sử dụng ngôn ngữ đó để thuận tiện cho việc bảo trì và vận hành sau này.

Kiểu lập trình và đặc điểm ứng dụng

Nếu chương trình có logic bit đơn giản, các ngôn ngữ như Ladder Diagram (LAD), Instruction List (IL), hoặc Function Block Diagram (FBD) sẽ phù hợp.

Nếu chương trình có tính tuần tự, biểu đồ tuần tự (Sequential Function Chart - SFC) là lựa chọn tốt nhất.

Nếu chương trình có các phép toán phức tạp, xử lý mảng, chuỗi thì Structured Text (ST) là ngôn ngữ hoàn hảo.

Cách xác định logic và sơ đồ giải thuật

Nếu sơ đồ giải thuật được viết dưới dạng biểu đồ khối tuần tự thì nên chọn SFC. Nếu logic được định nghĩa như bảng logic (liên kết đầu vào - đầu ra với các interlock), Ladder là lựa chọn phù hợp nhất.

Ưu điểm và hạn chế của ngôn ngữ PLC

Ưu điểm của ngôn ngữ PLC

Linh hoạt và dễ lập trình: Hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình phổ biến như Ladder Logic, Functional Block Diagram (FBD), Structured Text (ST).
Độ tin cậy và chính xác cao: Hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Đảm bảo quy trình sản xuất vận hành liên tục, giảm thiểu thời gian ngừng máy.
Tích hợp và mở rộng dễ dàng: Kết nối được với nhiều thiết bị và hệ thống khác nhau. Dễ dàng nâng cấp, mở rộng chức năng khi cần thiết.
Ứng dụng đa dạng: Được sử dụng trong điều khiển dây chuyền sản xuất, robot, quản lý tòa nhà, hệ thống năng lượng… giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và tiết kiệm chi phí vận hành.

Hạn chế của ngôn ngữ PLC

Chi phí đầu tư ban đầu cao: Phần cứng và phần mềm PLC có giá thành không nhỏ, gây khó khăn cho doanh nghiệp nhỏ.
Yêu cầu trình độ chuyên môn cao: Người lập trình cần có kiến thức kỹ thuật và đào tạo chuyên sâu, đặc biệt với ngôn ngữ Structured Text hoặc các chương trình phức tạp.
Khả năng trừu tượng hóa thấp, thiếu lập trình hướng đối tượng: Một số ngôn ngữ PLC khó phát triển ứng dụng phức tạp và tái sử dụng mã. Giới hạn trong việc xây dựng các cấu trúc lập trình hiện đại.
Hạn chế trong mô phỏng và xử lý hành vi đồng thời: Việc biểu diễn các trình tự phức tạp hoặc hành vi đồng thời còn khó khăn, ảnh hưởng đến hiệu quả phát triển chương trình.
Phụ thuộc vào nền tảng nhà sản xuất: Một số ngôn ngữ và phần mềm lập trình PLC chỉ tương thích với phần cứng của nhà sản xuất cụ thể, gây khó khăn khi muốn chuyển đổi hoặc tích hợp hệ thống.

Lời khuyên cho người mới bắt đầu học ngôn ngữ lập trình PLC

Khi tiếp cận ngôn ngữ lập trình PLC, biết cách học chuẩn sẽ giúp bạn nhanh chóng nắm vững kiến thức, áp dụng vào được thực tế. Dưới đây là một số phương pháp và lời khuyên giúp bạn học ngôn ngữ lập trình PLC tốt:

Lựa chọn ngôn ngữ lập trình PLC phù hợp với mục tiêu: Có nhiều ngôn ngữ lập trình PLC. Mỗi ngôn ngữ có đặc điểm và ứng dụng riêng. Nếu lựa chọn ngôn ngữ phù hợp sẽ giúp bạn tiếp cận và áp dụng kiến thức nhanh chóng hơn.
Tìm tài liệu học phù hợp: Ngay từ khi bắt đầu học, bạn cần tìm kiếm các nguồn tài liệu uy tín, cung cấp thông tin chi tiết, dễ hiểu, khoa học.
Lập và thực hiện kế hoạch học tập: Xây dựng kế hoạch học tập và tuân thủ nó. Chia nhỏ nó thành các khoảng thời gian ngắn để tập trung hơn và tránh mất tập trung. Đặt mục tiêu cụ thể và định kỳ đánh giá tiến độ của bạn.
Thực hành thường xuyên: Bên cạnh lý thuyết bạn đừng quên thường xuyên thực hành. Bạn có thể tìm kiếm các dự án thực tế hoặc các bài tập mô phỏng để áp dụng những kiến thức bạn đã học. Thực hành thường xuyên giúp bạn làm quen với cú pháp, rèn luyện kỹ năng.

Kết luận

Qua bài viết, chúng ta đã tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình PLC, lịch sử phát triển, các loại ngôn ngữ phổ biến, tiêu chí lựa chọn ngôn ngữ phù hợp cũng như ưu điểm và hạn chế của chúng. Hy vọng rằng những thông tin này sẽ giúp ích cho bạn trong việc lựa chọn và học tập ngôn ngữ lập trình PLC hiệu quả.