Giáo trình PLC cơ bản (Nghề Điện công nghiệp Trung cấp)

BỘ LAO ĐỘNG – THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ

GIÁO TRÌNH
PLC CƠ BẢN

NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Hà Nội, năm 2019

1


BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ

GIÁO TRÌNH

Tên mơ đun: PLC cơ bản
NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP

(Ban hành kèm theo Quyết định số:248a /QĐ- CĐNKTCN ngày 17 tháng 9
năm 2019 của Hiệu Trưởng trường CĐ nghề Kỹ Thuật Công Nghệ)

Hà Nội, năm 2019

2


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN:

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lêch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

3


LỜI GIỚI THIỆU
PLC cơ bản là một trong những mô đun chun mơn mang tính đặc trưng
cao thuộc nghề Điện công nghiệp. Sau khi học mô đun này, học viên có đủ kiến
thức và kỹ năng để học tập tiếp các mô đun PLC nâng cao, Chuyên đề điều
khiển lập trình cỡ nhỏ ...
Giáo trình PLC cơ bản được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô
đun/môn học của chương trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp cho cấp trình độ
Cao đẳng nghề . Ngồi ra, giáo trình cũng có thể được sử dụng cho đào tạo ngắn
hạn hoặc làm tài liệu tham khảo cho các công nhân kỹ thuật, các nhà quản lý và
người sử dụng nhân lực tham khảo. Giáo trình mơ đun này được triển khai sau
các mơ đun Kỹ thuật số; Lập trình vi điều khiển; Kỹ thuật cảm biến. Mô đun
cung cấp những kiến thức cơ bản về ngơn ngữ lập trình trong PLC cũng như
trang bị những kỹ năng về lắp đặt các bộ điều khiển lập trình và kỹ năng lập
trình giải quyết các bài tốn điều khiển cỡ nhỏ.
Trong q trình biên soạn, do thời gian, kinh nghiệm và trình độ có hạn nên
khó tránh thiếu sót, mong các thầy cơ cũng như các độc giả nhận xét, đánh giá,
bổ xung để tài liệu ngày một hoàn chỉnh hơn
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng 02 năm 2019
BAN CHỦ NHIỆM SOẠN GIÁO TRÌNH
NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

4


MỤC LỤC
1. Lời giới thiệu
2. Mục lục
3. Chương trình đạo tạo môn PLC cơ bản
4. Bài mở đầu: Giới thiệu chung về PLC và bài toán điều khiển
5. Bài 1: Đại cương về điều khiển lập trình
6. Bài 2: Các lệnh cơ bản PLC
7. Bài 3: Các phép toán số của PLC
8. Bài 4: Lập trình điều khiển bằng PLC
9. Tài liệu tham khảo

5

3
4
5
7
11
24
44
51
75


TÊN MƠ ĐUN: PLC CƠ BẢN
Mã số mơ đun: MĐ20

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơ đun:
Mô đun PLC cơ bản học sau các mô đun chun mơn nghề, nên học cuối
cùng trong khóa học, trước khi đi thực tập tốt nghiệp.
Là mô đun chuyên môn nghề
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật. logic điện tử đã nhanh
chóng phát triển và thay thế cho logic điện từ vì những ưu điểm vượt trội của nó.
Đó chính là các hệ điều khiển lập trình (PLC). Các hệ PLC là các hệ thống xử lý
chuyển dùng cho các bài toán điều khiển các quá trình cơng nghệ hay sản xuất
dịch vụ. Trong tài liệu này đề cập đến một bộ điều khiển lập trình S7 - 200 do
hãng Siemens sản xuất rất phổ biến ở thị trường Việt Nam. Mô đun này nhằm
trang bị cho học viên các trường dạy nghề những kiến thức về điều khiển lập
trình, với những kiến thức này học viên có thể áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản
xuất cũng như đời sống. Mơ đun này cũng có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo
tốt cho các cán bộ kỹ thuật, các học viên của ngành khác có quan tâm đến lĩnh
vực lập trình điều khiển.
Mục tiêu mơ đun:
- Trình bày được ngun lý hệ điều khiển lập trình PLC; So sánh các ưu
nhược điểm với bộ điều khiển có tiếp điểm và các bộ lập trình cỡ nhỏ khác.
- Phân tích được cấu tạo phần cứng và nguyên tắc hoạt động của phần mềm
trong hệ điều khiển lập trình PLC.
- Phương pháp kết nối dây giữa PC - CPU và thiết bị ngoại vi.
- Thực hiện được một số bài toán ứng dụng đơn giản trong công nghiệp.
- Kết nối thành thạo phần cứng của PLC - PC với thiết bị ngoại vi.
- Viết được chương trình, nạp trình để thực hiện được một số bài tốn ứng
dụng đơn giản trong cơng nghiệp.
- Phân tích được một số chương trình đơn giản, phát hiện sai lỗi và sửa
chữa khắc phục.
- Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, tác phong công nghiệp.
Nội dung của mô đun:

6


Số
TT
1

2

3

4

5

Thời gian (giờ)
Thực hành,
thí nghiệm,
Lý
bài tập,
thuyết
thảo luận
1

Tên các bài trong mô đun

Tổng
số

Bài mở đầu: Giới thiệu chung về PLC và bài

toán điều khiển
1. Giới thiệu chung về PLC
2. Bài toán điều khiển và giải quyết bài toán điều
khiển

1
0.5

0.5

0.5

0.5

Bài 1: PLC S7 – 200, FX3U của hãng
Mitsubishi

9

2

1.Tổng quát về S7 -200, PLC FX3U

1

1

2. Kết nối dây giữa PLC và các
thiết bị ngoại vi
3. Cài đặt và sử dụng phần mềm Step 7 Micro

Win , Gx-Developer
Bài 2: Các lệnh cơ bản PLC

4

1

4

Kiểm
tra

5

1

2

1

3

25

9

15

1. Các lệnh tiếp điểm và lệnh đầu ra (LD, LDI,
OUT)

2. Lệnh lấy sườn xung tín hiệu đầu vào (PLS,
PLF)
3. Lệnh ghi và xóa giá trị tiếp điểm (SET, RST)

2

1

1

2

1

1

2

1

1

3. Timer

4

3

1

4. Counter

4

3

1

5. Bài tập ứng dụng

11

Bài 3: Các phép toán số của PLC

15

1. Lệnh dịch chuyển dữ liệu (MOVE)

1

10

1

6

8

1

2

1

1

2. Lệnh tiếp điểm so sánh (=, >,<,<>,>=,<=)

3

2

1

3. Bài tập ứng dụng

10

3

6

1

Bài 4: Lập trình điều khiển bằng PLC

39

12

26

1

1. Lập trình điều khiển động cơ đảo chiều quay

3

1

2

2. Lập trình điều khiển tuần tự 3 băng tải

5

2

3

3. Lập trình điều khiển hệ thống cấp và trộn
ngun liệu
4. Lập trình điều khiển mơ hình khoan sản phẩm

6

2

4

6

2

4

5. Lập trình điều khiển đèn giao thơng

6

1

5

6. Lập trình điều khiển xe chuyển nhiên liệu

7

2

4

7. Lập trình điều khiển mơ hình tay gắp sản
phẩm
Thi kết thúc mơ đun

6

2

4

Tổng

90

30

54

7

1

2
4


Bài mở đầu: Giới thiệu chung về PLC và bài tốn điều khiển
Mã bài: MĐ20-01

Mục tiêu:
- Trình bày được khái niệm và đặc điểm của PLC.
- Phân tích được các dạng bài toán điều khiển và giải bài toán điều khiển.
- Rèn luyện đức tính tích cực, chủ động và sáng tạo.

Nội dung chính:

1. Giới thiệu chung về PLC
Mục tiêu:

- Trình bày chức năng, nguyên lý hoạt động, cấu trúc, thành phần của một PLC
bất kỳ.
Tự động ngày càng đóng vai trị quan trọng trong đời sống và cơng nghiệp.
Ngày nay, ngành tự động đã phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý
thuyết điều khiển tự động, tiên bộ của những ngành khác như điện tử, tin học...
Nhiều hệ thống điều khiển đã ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng phục
vụ rộng là bộ điều khiển đã ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng phục
vụ rộng là bộ điều khiển PLC.
Khái niệm bộ điều khiển lập trình PLC là ý tưởng của nhóm kỹ sư hãng
General Motor vào năm 1968, và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng
yêu cầu điều khiển như sau.
+ Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trong
các nhà máy cơng nghiệp.
+ Cấu trúc dạng module dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa.
+ Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất của các nhà máy công
nghiệp.
+ Sử dụng các linh kiện bán dẫn nên phải có kích thước nhỏ gọn hơn mạch
rowle mà chức năng vẫn tương đương.
+ Giá cả canh tranh.
Những chỉ tiêu này đã tạo được sự quan tâm của những kỹ sư thuộc nhiều
ngành nghien cứu khả năng ứng dụng PLC trong công nghiệp. Các kết quả

8


nghiên cứu đã đưa ra thêm một số các chỉ tiêu cần phải có trong chức năng của
PLC.
a, Về phần mềm:
Từ các lệnh logic đơn giản được hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ định thì, tác
vụ đếm. Sau đó là các lệnh về sử lý tốn học, xử lý bảng dữ liệu, xử lý xung ở

tốc độ cao, tính tốn số liệu thực 32 bít, xử lý thời gian thực, đọc mã vạch....
b, Về pần cứng:
+ Bộ nhớ lớn hơn.
+ Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn.
+ Nhiều loại module chuyên dùng hơn
Đến năm 1976 thì PLC có khẳ năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ
thuật truyền thông ( khoảng 200met).
Sự gia tăng những ứng dụng của PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sản
xuất hoàn chỉnh kỹ thuật của họ PLC với độ khác nhau về khả năng tốc độ xử lý
và hiệu suất.
Các họ PLC phát triển từ laoij làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ vào/ra và dung
lượng bộ nhớ chường trình khoảng 500 bước, đến các họ PLC có cấu trúc
module nhằm làm dễ dàng hơn cho việc mở rộng thêm chức năng chuyên dùng
như:
+ Xử lý tín hiệu liên tục.
+ Điều khiển động cơ Servo, động cơ bước.
+ Truyền thông.
+ Bộ nhớ mở rộng.
Với cấu trúc module cho phép mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều khiển
PLC với chi phí và cơng sức thấp nhất.
Riêng nước ta, hàng rào thuế quan khu vực đang dần dần được loại bỏ, kinh
tế mở cửa hợp tác với nước ngồi. Trước tình hình đó, nền cơng nghiệp sẽ gặp
khơng ít khó khăn vì cịn khá nhiều dây truyền công nghệ lạc hậu.Nhà nước cần
phải chú trọng đén những ứng dụng và phát triển của tự động trong sản xuất
9


công nghiệp, nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, cũng như giá thành
sản phẩm hạ. Một trong những phương án tốt nhất và được sử dụng rộng rãi
ngày nay là thay thế những công nghệ cũa bằng hệ thống điều khiển tự động

dùng PLC.
Trong kỹ thuật tự động, điều khiển được chia làm hai loại: điều khiển bằng
dây nối và điều khiển bằng PLC
- Điều khiển bằng dây nối ( Điều khiển nối cứng):
Trong các bộ điều khiển nối cứng, các thành phần chuyển mạch như Rowle,
Contactor, công tắc, đèn báo, động cơ….được nối cố dịnh với nhau. Tồn bộ
chức năng điều khiển, cách tiến hành chương trình được xác định qua cách thức
nối các Rơle, công tắc với nhau theo sơ đồ thiết kế. Khi muốn thay đổi lại hệ
thống phải nối dây lại cho hệ thống điều khiển nên đối với hệ thống phức tạp thì
việc làm này địi hỏi tốn nhiều thời gian, chi phí nên hiệu quả đem lại không cao.
Trong công nghiệp, sự ứng dụng các công nghệ khoa học kỹ thuật vào sản
xuất nên nhu cầu tự động hóa ngày càng tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải
đáp ứng đủ các yêu cầu:
+ Dễ dàng thay đổi chức năng điều khiển dựa trên các thiết bị cũ.
+ Thiêt bị điều khiển dễ dàng làm việc với các dữ liệu, số liệu.
+ Kích thước vật lý gọn gàng, dễ bảo quản, dễ sửa chữa.
+ hồn tồn tin cậy trong mơi trường cơng nghiệp.
Để đáp ứng được các yêu cầu trên, trong công nghiệp người ta sử dụng điều
khiển lập trình.
- Điều khiển lập trình
Bộ điều khiển lập trình PLC ( bộ điều khiển logic khả trình) là loại thiết bị
cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển thơng qua các ngơn ngữ
lập trình. Với chương trình điều khiển PLC đã tạo cho nó trở thành một bộ điều
khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán, các số liệu và trao đổi thông tin
với môi trường xung quanh.
2. Bài toán điều khiển và giải quyết bài toán điều khiển
Bài toán: Điều khiển hai động cơ.
10

Yêu cầu: Nhấn ON1 thì động cơ 1 chạy
Nhấn ON2 thì động cơ 2 chạy
Nhân OFF thì dừng 2 động cơ.
a, Sơ đồ điều khiển nối cứng.

OFF

ON1

K2

ON2

K1

K2

K1

Sơ đồ điều khiển nối cứng

Một hệ thống điều khiên luôn gồm 3 phần
Phần tử đầu vào

Phần tử xử lý

Phần tử chấp hành

ON1, ON2, OFF

Tiếp điểm của các
cuộn dây

Cuộn dây K1, K2

Hệ thống trên thiết kế theo PLC ta có sơ đồ:
ON1

OFF

ON2

Phần tử xử lý
(Viết bằng chương trình)

PLC

K2

K1
11

Sơ đồ điều khiển lập trình plc

Phần tử đàu ra


BÀI 1:ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
Mã bài: MĐ20-02

Mục tiêu:
- Trình bày được khái niệm và đặc điểm của PLC.
- Phân tích được các dạng bài tốn điều khiển và giải bài tốn điều khiển.
- Rèn luyện đức tính tích cực, chủ động và sáng tạo.
Nội Dung Chính:
1. Tổng quát về một PLC.
1.1 Cấu trúc của một PLC
T ất c ả các P L C đều có thành phần chính 1à :
Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong ( có thể mở rộng thêm một số bộ
nhớ ngồi EP RO M ).
Một bộ vi xử 1ý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PL C .
Các Module vào /ra

Hình 1.1 : sơ đồ khối của hệ thống điều khiển
Bên cạnh đó, một bộ PLC hồn chỉnh cịn đi kèm thêm một đơn vị lập trình
bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ
RAM để chứa đụng chuơng trình duới dạng hồn thiện hay bổ sung . Nếu đơn vị
lập trình là đơn vị xách tay , RAM thuờng là loại CMOS có pin dự phịng, chỉ
khi nào chương trình đã đuợc kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền
sang bộ nhớ PLC . Đối với các PLC lớn thuờng lập trình trên máy tính nhằm hổ
trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chuơng trình . các đơn vị lập trình nối với PLC
qua cổng RS232, RS422, RS 458……
12


Khối điều khiển trung tâm ( CPU) gồm ba phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ
và hệ thống nguồn cung cấp.

Hình 1.2: Sơ đồ khối tổng quát của CPU

a. Đơn vị xử lý trung tâm
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra
chng trình đuợc chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thục hiện thứ tụ từng lệnh trong
chương trình , sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát
tới các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ
thuộc vào chương trình điều khiểnn được giữ trong bộ nhớ.
b. Hệ thống bus
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều
đường tín hiệu song song :
Address Bus : Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Module
khác nhau.
Data Bus

: Bus dùng để truyền dữ liệu.

Control Bus : Bus điều khien dùng để truyền các tín hiệu định thì và
điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PL c .
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các module vào
ra thông qua Data Bus . Addre ss Bus và Data Bus gồm 8 đường , ở cùng thời
điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu một module đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus ,
nó sẽ chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus . Nếu một đị a chỉ
byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, module đầu ra tưong ứng s ẽ nhận
được dữ liệu từ Data bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào
theo dõi chu trình ho ạt động của PL c .
13


Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một
thời gian hạn chế.

Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và
I/O . B ên cạch đó, CPU được cung cấp một xung clock có tần s0 từ 1 v8 MHZ .
Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định
thời, đồng hồ của hệ thôsng.
c.Bộ nhớ.
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp :
Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I /O.
Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm,
ghi các Relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị
trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ .
Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên
trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý
lệnh tiếp theo . Với một địa chỉ mới , nội dung của ô nhớ tưong ứng sẽ xuất hiện
ở đấu ra, quá trình này đuợc gọi là quá trình đọc .
Bộ nhớ bên trong PLC đuợc tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch
này có khả năng chứ a 2000 + 1 6000 d òng l ệ nh , tùy theo loại vi mạch . Trong
P LC c ác bộ nhớ nhu RAM , EPROM đều đuợc sử dụng .
RAM (Random Access Memory ) c ó thể nạp chng trình, thay đổi hay
xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện
nuôi bị mất . Để tránh tình trạng này các PLC đều đuợc trang bị một pin khơ, có
khả năng cung cấp năng luợng dụ trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong
thục tế RAM đuợc dùng để khởi tạo và ki ể m tra chu ơng trình . Khuynh huớng
hi ện nay dùng CMOS RAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn .
EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là b ộ nhớ mà
nguời sử dụng bình thuờng chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào đuợc .
Nội dung của EPROM khơng bị mất khi mất nguồn , nó đuợc gắn sẵn trong máy
, đã đuợc nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Neu nguời sử dụng khơng
muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC . Trên PG
(Programer) c ós ẵn chổ ghi và xóa EP RO M.

Mơi truờng ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoạc đĩa mềm, đuợc sử dụng
trong máy lập trình . Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung luợng lớn nên thuờng
đuợc dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài .
Kích thuớc bộ nhớ :
♦ C ác PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 + 1 000 dịng l ệnh tùy vào công
nghệ chế tạo .
♦ C ác PLC loại lớn có kích thu ớc từ 1 K + 1 6K, có khả năng chứa từ
14


2000 +1 6000 dịng lệnh.
Ngồi ra cịn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng nhu RAM , EPROM.
d.Các ngõ Vào ra I/O
Các đuờng tín hiệu từ bộ cảm biến đuợc nối với các module vào (các đầu
vào của PL C ) , các cơ cấu chấp hành đuợc nối với các module ra (các đầu ra
của PLC).
Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiệu xử lý là
12/24VDC ho ặc 100/240VAC.
Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của c ác
kênh I/O đuợc cung c ấp bởi các đèn LED trên PL C, điều này làm cho việc
kiểm tra ho ạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản.
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện
việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra.
Theo cách đánh số của hãng Mitsubishi, các ngõ vào và ngõ ra được đánh
số theo hệ cơ số 8(octal). Các ngõ vào hay ngõ ra liên tiếp sẽ được đánh số liên
tiếp nhau.
Ký hiệu ngõ vào: X
Ký hiệu ngõ ra: Y
Ví dụ: 24 ngõ vào: X000 - X007, X010 - X017, X020 - X027.
16 ngõ ra: Y000 - Y007, Y010 - Y017.

Thiết bị

Ngõ vào

Ngõ ra

Ký hiệu

X

Y

Dạng dữ liệu

Bit

Các giá trị

0 hoặc 1

Dạng địa chỉ thiết bị

Octal (hệ bát phân)

15


8 (X00-X07)

8 (Y00-Y07)

16 (X00-X07, X10-X17)

16 (Y00-Y07, Y10-Y17)

24 (X00-X07, X10-X17, X20- 24 (Y00-Y07, Y10-Y17, Y20X27)
Y27)
32 (X00-X07, X10-X17, X20- 32 (Y00-Y07, Y10-Y17, Y20X27,
Y27,
Số thiết bị và địa chỉ
(phụ thuộc vàobộ
FX3U
điều khiển

X30-X37)

Y30-Y37)

40 (X00-X07, X10-X17, X20- 40 (Y00-Y07, Y10-Y17, Y20X27,
Y27,
X30-X37, X40-X47)

Y30-Y37, Y40-Y47)

64 (X00-X07, X10-X17, X20- 64 (Y00-Y07, Y10-Y17, Y20X27,
Y27,
X30-X37, X40-X47, X50Y30-Y37, Y40-Y47, Y50X57,
Y57,
X60-X67, X70-X77)
Y60-Y67, Y70-Y77)

1.2.Các hoạt động xử lý bên trong PLC
a. Xử lý chương trình

Khi một chng trình đã đuợc nạp vào bộ nhớ của PLC , các lệnh sẽ
đuợc trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ .
PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chng trình ở bên
trong b ộ nhớ s ẽ đuợc bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một , từ
đầu cho đến cuối chuơng trình . Mỗi lần thục hiện chuơng trình từ đầu đến cuối
đuợc gọi là một chu kỳ thực hiện. Thời gian thục hiện một chu kỳ tùy thuộc vào
tốc độ xử lý của PLC và độ lớn của chương trình. Một chu lỳ thực hiện bao gồm
ba giai đoạn nối tiếp nhau :
♦ Đọc trạ ng tháí của tất cả đầu Vào: PLC thực hiện luôn các trạng thái
vật lý của ngõ vào . Phần chương trình phục vụ cơng việc này có sẵn trong PLC
và đuợc gọi là hệ điều hành .
Thực híện chương trình: bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một
trong chng trình. Trong ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu
các đầu vào, thục hiện các phép tốn logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng
thái của các đầu ra.
♦

Xử lý những yêu cầu truyền thông: suốt thời gian CPU xử lý thông
tin trong chu trình qt. PLC xử lý tất cả thơng tin nhận đuợc từ cổng truyền
thông hay các module mở rộng.
♦

Thực híện tự kíểm tra: trong 1 chu kỳ quét, PLC kiểm tra hoạt động
của CPU và trạng thái của modul mở rộng
♦

16


Xuất tín híệu ngõ ra: bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu
ra tại các module đầu ra.
♦

b. Xử lý xuất nhập

Gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I/O trong PLC :
❖ Cập nhật líên tục
Trong phưong pháp này, CPU phải mất một khoảng thời gian để đọc trạng
thái của các ngõ vào sẽ được xử lý . Khoảng thời gian trên, thường là 3ms ,
nhằm tránh tác động xung nhiễu gay bởi contact ngõ vào. Các ngõ ra được kích
trực tiếp (nếu có) theo sau tác vụ kiểm tra logic. Trạng thái các ngõ ra được chốt
trong khối ngõ ra nên trạng thái của chúng được duy trì cho đến lần cập nhật kế
tiếp.
❖ Lưu ảnh quá trình Xuất nhập
Hầu hết các PLC loại lớn có thể có vài trăm I/O, vì thế CPU chỉ c ó
thể xử lý một lệnh ở một thời điểm. Trong suốt quá trình thực thi , trạng thái mỗi
ngõ nhập phải được xét đến riêng lẻ nhằm dị tìm các tác động của nó trong
chương trình . Do chúng ta yêu c ầu relay 3ms cho mỗi ngõ vào , nên tổng thời
gian cho hệ thống lấy mẫu liên tục, gọi là chu kỳ quét hay thời gian quét, trở nên
rất dài và tăng theo số ngõ vào.
Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các ngõ I/O được cập nhật tới
một vùng đặc biệt trong chương trình. Ở đây, vùng RAM đặc biệt này được
dùng như một b ộ đệm lưu trạng thái c ác logic điều khiển và c ác đon vị I/O.
Từng ngõ vào và ngõ ra được cấp phát một ô nhớ trong vùng RAM này. Trong
khi lưu trạng thái các ngõ vào/ra vào RAM. CPU quét khối ngõ vào và lưu trạng
thái chúng vào RAM. Quá trình này xảy ra ở một chu kỳ chương trình .

Khi chương trình được thực hiện, trạng thái của các ngõ vào đã lưu trong
RAM được đọc ra. Các tác vụ được thực hiện theo các trạng thái trên và kết quả
trạng thái của các ngõ ra được lưu vào RAM ngõ ra. Sau đó vào cuối chu kỳ
qt, q trình cập nhật trạng thái vào/ra chuyển tất cả tín hiệu ngõ ra từ RAM
vào khối ngõ ra tương ứng , kích các ngõ ra trên khối vào ra . Khối ngõ ra được
chốt nên chúng vẫn duy trì trạng thái cho đến khi chúng được cập nhật ở chu kỳ
quét kế tiếp.
Tác vụ cập nhật trạng thái vào/ra trên được tự động thực hiện bởi CPU
bằng một đoạn chương trình con được lập trình sẵn bởi nhà sản xuất. Như vậy,
17


chương trình con sẽ được thực hiện tự động vào cuối chu kỳ quét hiện hành và
đầu chu kỳ kế tiếp . Do đó , trạng thái của các ngõ vào/ra được cập nhật.
Lưu ý rằng, do chương trình con cập nhật trạng thái được thực hiện tại một
thời điểm xác định của chu kỳ quét, trạng thái của các ngõ vào và ngõ ra không
thay đổi trong chu kỳ quét hiện hành. Neu một ngõ vào có trạng thái thay đổi
sau sự thực thi chương trình con hệ thống, trạng thái đó sẽ khơng được nhận biết
cho đến q trình c ập nhật kế tiếp xảy ra.
Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào ra phụ thuộc vào tổng số I/O được sử
dụng , thường l à vài m s . Thời g i an thực thi c hương trình ( chu kỳ quét) phụ
thuộ c vào độ lớn chương trình điều khiển. Thời giant hi hành một lean cơ bản
(một bước) là 0,08 p s đến 0 . 1 p s tùy loại PL c, nên chương trình c ó độ lớn 1
K bước (1000 bước) c ó chu kỳ quét là 0 , 8 m s đen 1 m s . Tuy nhiên, chng
trình điều khiển thường ít hơn 1 000 bước , kho ảng 500 bước trở lại.
1.3. Cấu trúc của PLC FX3U
Do nhu cầu sử dụng ngày càng cao PLC trong công nghiệp nên nhà sản
xuất đã nghiên cứu chế tạo nhiều họ PLC đáp ứng cho nhu cầu nhiều nhiệm vụ
điều khiển với các dạng và qui mô khác nhau. Các PLC đuợc chế tạo đuợc chế
tạo dục trên nhiều đặc trung nhu nguồn cấp điện, dạng điện áp ngõ vào, dạng

ngõ ra, bộ xử lý, ngơn ngữ lập trình, tập lệnh khả năng xử lý số lệnh, khả năng
xử lý tốc độ cao, khả năng m ở rộng với module vào/ra và m oul chức năng
chuyê n dùng, khả năng no i mạng.
FX có nhiều loại phiên bản khác nhau tùy thuộc vào bộ nguồn hay c ông
nghệ của ng õ ra . T a c ó thể lụa chọn b ộ nguồn cung c ấp 100 - 220 V AC, 24
V DC hay 12 - 24 V DC , ng õ ra là relay ho ặc transi stor.

Series

L 0 ại

I/O

16
32
48

FX3U
64

FX3U-16MO-OO
FX3U -32MO-

OO
FX3U -48MO-

OO
FX3U -64MO-

OO

Số
Số
nguồn nguồn
vào
ra

8

8

16

16

24

24

32

32

80

FX3U -80MD-00

40

40

128

FX3U -128MO-

64

64

Ngu ồn

24 V DC hay 100240 V AC

Transistor hoặc
relay

100-240

Transistor hoặc
relay

VAC

OO
1.4. Phương pháp lập trình.
18

Loại nguồn ra

- Phương pháp giản đồ thang (Ladder Logic, kí hiệu là LAD)
- Phương pháp liệt kê lệnh (Statement List, ký hiệu là STL)
- Phương pháp sơ đồ khối chức năng (Funtion Block Diagram)
* Định nghĩa về LAD: LAD là một ngơn ngữ lập trình bằng đồ họa. Những
thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều
khiển dùng rơle. Trong chương trình LAD, các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn
lệnh logic như sau:
- Tiếp điểm: là biểu tượng (symbol) mô tả các tiếp điểm của rowle. Các tiếp
điểm đó có thể là thường đóng hay thường mở
- Cuộn dây (coil): là biểu tượng
cung cấp cho relay.

mô tả relay được mắc theo chiều dịng điện

- Hộp (box): là biểu tượng mơ tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có dọng
điện chay đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là bộ thời
gian (timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp mắc
phải đúng chiều dòng điện.
- Mạng LAD: là đường nối các phần tử thành các mạch hoàn thiện, đi từ đường
nguồn bên trái đến đường nguồn bên phải. Đường nguồn bên trái là dây nóng,
đường nguồn bên phải là dây trung hịa (neutral) hay là đường trở về nguồn cung
cấp,
* Định nghĩa về STL: Phương pháp liệt kê lệnh (STL) là phương pháp thể hiện
chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chương trình,
kết cả những câu lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC.
Định nghĩa về ngăn xếp logic(logic stack):
Bảng 1. Định nghĩa về ngăn xếp.
S0

Stack 0 - bit đầu tiên hay bit cuối cùng của ngăn xếp

S1

Stack 1 - bit thứ hai của ngăn xếp

S2

Stack 2 - bit thứ ba của ngăn xếp

S3

Stack 3 - bit thứ tư của ngăn xếp

S4

Stack 4 - bit thứ năm của ngăn xếp
19


S5

Stack 5 - bit thứ sáu của ngăn xếp

S6

Stack 6 - bit thứ bảy của ngăn xếp

S7

Stack 7 - bit thứ tám của ngăn xếp

S8

Stack 8 - bit thứ chín của ngăn xếp

Để tạo ra được một chương trình dạng STL, người lập trình phải hiểu rõ phương
thức sử dụng 9 bit ngăn xếp logic của S7-200. Ngăn xếp logic là một khối gồm 9
bit chồng lên nhau. Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc
với bít đầu tiên hoặc bít đầu và thứ hai của ngăn xếp. Giá trị logic mới đều có thể
được gửi (hoặc được nối thêm) vào ngăn xếp. Khi phối hợp hai bít đầu tiên của
ngăn xếp được biểu diễn trong hình bên.
* Định nghĩa về FBD: Phương pháp sơ đồ khối sử dụng các “Khối” cho từng
chức năng. Ký tự trong hộp cho biết chức năng (ví dụ kí tự  là phép tốn logic
AND). Ngơn ngữ lập trình này có ưu điểm là 1 người khơng chun lập trình
như một kỹ thuật viên cơng nghệ cũng có thể sử dụng phương pháp soạn thảo
này.
2. Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngoại vi
Khối vào ra 1à mạch giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC với các mạch
cơng suất bên ngồi kích hoạt các cơ cấu tác động: thực hiện sự chuyển đổi các
mức điện áp tín hiệu và cách ly. Tuy nhiên khối vào/ra cho phép PLC kết nối
trục tiếp với các cơ cấu tác động có cơng suất nhỏ, khỏng 2A trở xuống, không
cần các mạch trung gian hay relay trung gian.
Tất cả các ngõ vào/ra đếu đuợc cách ly với các tính hiệu điều khiển bên
ngồi b ang mạch c ách 1y quang (opto -isolator) trên khối vào ra . Mạch c ách
1y quang dùng một dio de phát quang và một transi stor quang gọi 1à bộ optocoupler . Mạch này cho phép các tín hiệu nhỏ đi qua và ghim các tín hiệu điện
áp cao xuống mức tín hiệu chuẩn. Mạch này có tác dụng chống nhiễu khi
chuyển contact và bảo vệ quá áp từ nguồn cấp điện thuờng 1 ên đến 1 500V .
2.1. Kết n ổi ngõ vào.
a. Ngõ vào V DC.

20


1. Nguồn cung cấp

5. Khối mở rộng

2. Cảm biến PNP ( NPN)

6. Đầu nối bus mở rộng ( trên PLC)

3. Contact

7. Đầu nối Bus mở rộng ( trên module
mở rộng)

4. MPU (main processing unit)
Kết nối ngõ vào kiểu Tranzitor NPN

Kết nối với Diode.
Không nối hơn 2 LED nối tiếp . Điện áp rồi trên diod tối đa 4V .

21


1. Nguỗn cung cấp
2. Contacst.
3. MPU ( main processing unit)
4. Khối mở rộng.
2.2. Kết nối ngõ ra.

Ngõ ra dùng relay ( dùng điện áp xoay chiều - đáp ứng chậm)
1. Nguồn xoay chiều

6. Contactor

2. Cầu chì

7. Bộ chống nhiễu

3. Vansolenoid

8. Nguồn nuôi
22


4. Đèn sợi đốt

9. Diode ghim áp

5. Đèn neon
3. Cài đặt và sử dụng phần mềm Step 7 – Micro/win ,Gx-Developer
3.1. Những yêu cầu đối với máy tính PC:
- Tối thiểu phải có 6640 Kbyte RAM (với 500kB bộ nhớ cịn trống).
- Màn hình 24 dịng, 80 cột ở chế độ văn bản.
- Còn 2Mbyte trống trong ổ đĩa cứng.
- Có hệ điều hành MS-DOS ver 5.0 hoặc cao hơn.
- Bộ chuyển đổi RS 232 –RS 485 phục vụ ghép nối truyền thông trực tiếp
giữa PC và PLC
Truyền thông giữa Step 7 – Micro/win với CPU s7-200 qua cổng truyền

thông ở phía đáy của PLC. Sử dụng cáp có bộ chuyển đổi RS232-RS485, được
gọi là cáp PC/PPI, để nối với máy tính tạo thành mạch truyền thơng trực tiếp.
Cắm một đầu của cáp PC/PPI với cổng truyền thông 9 chân của PLC, cịn
đầu kia nối với cổng truyền thơng nối tiếp RS232 của máy PC. Nếu máy PC có
cổng truyền thơng nối tiếp RS232 với 25 chân , thì phải qua bộ chuyển đổi chân.
3.2. Cài đặt phần mềm lập trình SEP 7-Micro/win 32, Gx-Developer.
Sau khi kiểm tra bộ nhớ, ổ cứng hồn tồn có đủ khả năng để cài phần
mềm STEP 7 –Micro/win vào ổ cứng, thì lần lượt tiến hành các bước:
1/ Chèn đĩa CD vào ổ CD máy tính.
2/ Kích chuột vào nút start để mở menu Window
3/ Kích chuột vào mục Run của menu
4/ Nếu cài đặt từ:
+ Disk A: Trong hộp thoại Run, gõ a:\setup và enter
+ CD: Trong hộp thoại Run, gõ e:\setup và enter
5/ Sau đó sẽ nhận được các chỉ dẫn thao tác tiếp theo trên màn hình
23


6/ Khi kết thúc việc cài đặt, hộp thoại setup PG/PC Interface tự động
xuất hiện. Kích Cancle để trở về cửa sổ chính của step 7 Micro/win, GX
Developer
Sau khi cài đặt xong có thể bắt đầu soạn thảo chương trình bằng cách nhấp
đúp vào biểu tượng của phần mềm để làm việc với giao diện trên màn hình.

24


Mục tiêu:

BÀI 2: CÁC LỆNH CƠ BẢN PLC

Mã bài: MĐ20-03

- Trình bày được các chức năng của các lệnh tiếp điểm và lệnh đầu ra, Lệnh
lấy sườn xung tín hiệu đầu vào, Lệnh Set, Reset,Timer,counter.
- Ứng dụng linh hoạt các chức năng của các lệnh tiếp điểm và lệnh đầu ra,
Lệnh lấy sườn xung tín hiệu đầu vào, Lệnh Set, Reset, Timer,counter trong các
bài tốn thực tế Lập trình, kết nối, chạy thử...
- Rèn luyện đức tính tích cực, chủ động và sáng tạo
Nội dung chính:
1. Các lệnh tiếp điểm và lệnh đầu ra (LD, LDI, OUT)
1.1. Lệnh LOAD.
Lệnh gợi
nhớ

Ký hiệu

Chức năng
Khởi tạo contact
logic loại NO

LD

Thiết bị

Số bước
chương trình

X, Y, T, C,
M, S

1

Lệnh LD dùng để đặt một contact logic thường mở (NO) vào chương
trình. Trong chương trình dạng Instruction, lệnh LD ln xuất hiện ở vị trí đầu
tiên ở một dịng chương trình hoặc mở đầu cho một khối logic. Trong chương
trình dạng Ladder, lệnh LD thể hiện contact logic thường mở đầu tiên nối trực
tiếp vào đường bus bên trái của một nhánh chương trình hay contact thường mở
đầu tiên của một khối logic.
1.2. Lệnh LOAD INVERSE ( Lệnh LDI)
Lệnh gợi
nhớ
LDI

Ký hiệu

Chức năng
Khởi tạo contact
logic loại NC

Thiết bị

Số bước
chương trình

X, Y, T, C,
M, S

1

Lệnh LDI dùng để đặt một contact logic thường đóng (NC) vào chương trình.

Trong chương trình dạng Instruction, lệnh LDI ln xuất hiện ở vị trí đầu tiên ở
một dịng chương trình hoặc mở đầu cho một khối logic. Trong chương trình
dạng Ladder, lệnh LDI thể hiện contact logic thường đóng đầu tiên nối trực tiếp
25