Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Tìm hiểu cấu tạo và chức năng của bộ điều khiển PLC doc

Đồ án tốt nghiệp

Tìm hiểu cấu tạo và chức năng của bộ
điều khiển PLC

Khoa Điện
Đồ án tốt nghiệp

1

Chương1: TỔNG QUAN VỀ PLC
1.1 Hệ thống điều khiển là gì ?.











Hình 1.1.a : Một hệ thống điều khiển điển hình dùng PLC

Sự phát triển của kỹ thuật điều khiến tự động hiện đại và công nghệ điều khiển
lôgic lập trình dụa trên cơ sở phát triển của tin học, cụ thể là sự phát triển của kỹ
thuật máy tính.
Sự phát triển của máy tính điện tử và kèm theo nó là phát triển tin học cùng với
sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự
động, dựa trên cơ sở tin học, gắn liền với
những phát minh liên tiếp sau đó đã đóng một vai trò quan trọng và quyết định

trong việc phát triển ồ ạt kỹ thuật máy tính và các ứng dụng của nó như PLC, CNC
… .
Trong quá trình phát triển của khoa học kỹ thuật trước đây ngay vào khoảng
thời gian những năm cách đây không phải là xa xôi lắm, người ta mới chỉ phân biệt
hai phạm trù kỹ thu
ật điều khiển bằng cơ khí và điều khiển bằng điện tử.
Nhưng từ cuối thập kỷ 20 người ta đã phải dùng nhiều chỉ tiêu chi tiết để phân
biệt các loại kỹ thuật điều khiển, bởi vì trong thực tế sản xuất cần đòi hỏi điều
khiển tổng thể những hệ thống máy chứ không ch
ỉ điều khiển từng máy đơn lẻ.
Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy
trở lên nhanh nhạy dễ dàng và tin cậy hơn.
Kỹ thuật điều khiển lôgic khả lập trình phát triển dựa trên cơ sở công nghệ máy
tính và đã từng bước phát triển tiếp cận theo các nhu cầu của công nghiệp. Quy
trình lập trình lúc ban đầu được chuẩn bị để s
ử dụng trong các xí nghiệp công
nghiệp điện tử, ở đó trang bị kỹ thuật và tay nghề thành thạo đã được kết hợp với
Nút ấn



CT giới hạn



CT mức



CT

Hành trình
MODUL PL
C


0000 0001 Tim oo



Tim 00 0001 10000



10001


Mạch phần
mềm


Mô tơ


Cuộn dây



Bộ xấy

Đèn

Heater
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

2
nhau. Đến nay, các thiết bị và kỹ thuật PLC đã phát triển tới mức những người sử
dụng nó không cần giỏi những kiến thức về điện tử mà chỉ cần nắm vững công
nghệ sản xuất để chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình được.
Trình độ của khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng hay khó khăn, cũng là
một ch
ỉ tiêu quan trọng để xếp hạng hệ thống điều khiển. ở đây có sự phân biệt
giữa những bộ điều khiển mà người dùng có thể thay đổi được quy trình hoạt động
so với các bộ điều khiển không thay đổi được quy trình hoạt động có nghĩa là điều
khiển theo quy trình cứng. Tuỳ theo kết cấu của hệ thống và cấu tạo của m
ỗi thành
phần mà mỗi phạm trù điều khiển trên đây lại chia ra làm nhiều loại điều khiển
khác nhau. Những đặc trưng lập trình của các loại điều khiển được trình bày trên sơ
đồ hình 1.1.b:

Hình 1.1.b: Những đặc trưng lập trình của các loại điều khiển

1.2 Vai trò của một b
ộ điều khiển PLC.
ĐIỀU KHIỂN
Với các chức năng được lưu trữ
ằ
Tiếp xúc vật lý
Bộ nhớ khả lập
QUY TRÌNH CỨNG QUY TRÌNH MỀM
Không
tha
y
đổi
Thay
đổi đư
ợ
c
Khả lập trình
tự do

Bộ nhớ thay
đổi đư
ợ
c
Liên
k
ết cứn
g

Lên kết
p
hích cắ
m
Ram
eeprom
Rom
eprom

Rơle, linh kiện điện tử,
m
ạ
ch đi
ệ
n tử
,
c
ơ
thu
ỷ
khí

PLC xử lý một bít
PLC xử l
ý
từ n
g
ữ
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

3
Trong mt h thông đieău khieơn tự đng, PLC được xem như là trái
tim cụa h thông đieău khieơn. Với mt chương trình ứng dúng (đã được
lưu trữ beđn trong b nhớ cụa PLC) thì PLC lieđn túc kieơm tra tráng thái cụa
h thông, bao goăm: kieơm tra tín hiu phạn hoăi từ các thiêt bò nhp, dựa
vào chng trình logic đeơ xử lý tín hiu và mang các tín hiu đieău
khieơn ra thiêt bò xuât.
PLC được dùng đeơ đieău khieơn những h thông từ đơn giạn đên phức
táp. Hoaịc ta có theơ kêt hợp chúng với nhau thành mt máng truyeăn
thođng có theơ đieău khieơn mt quá trình phức hợp.

1.3 Các thành phần của một bộ PLC.
Phần cứng của các bộ khả lập trình PLC được cấu tạo thành những mơ
đun
(hình 1.3) cho thấy sơ đồ các mơđun phần cứng của một bộ PLC. Một bộ PLC
thơng thường có những mơđun phần cứng như sau.
+ Mơđun nguồn
+ Mơđun bộ nhớ trương trình
+ Mơđun đầu vào (thẻ đầu vào)
+ Mơđun đầu ra (thẻ đầu ra)
+ Mơđun phối ghép (thẻ phối ghép)
+ Mơđun chức năng phụ

Mỗi mơđun đó được lắp thành những
đơn vị riêng, có phích cắm nhiều chân để
cắm vào rút ra dễ dàng trên một panen cơ khí có dạng bảng hoặc hộp. Trên panen
có nắp:
+ Đường ray nguồn để đưa nguồn điện một chiều (thường là 24v) từ đầu ra của
mơđun nguồn lấy từ mơđun nguồn, đưa đi cung cấp cho tất cả các mơđun khác.
+ Luồng liên lạc để trao đổi thơng tin giữa các mơđun và với bên ngồi.







Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

4






Mở rộng được

Đơn vị xử lý Bộ nhớ Đ ầu vào Đầu ra Mạch phối Chức năng
trung tâm CPU chương trình có lọc khuyếch đại ghép phụ

24v

Bus


220v
Nguồn năng
lượng chính


Hình 1.3: Các môđun phần cứng của một PLC.

1.3.1. Đơn vị xử lý trung tâm CPU.
Trong mỗi thiết bị PLC chỉ có một đơn vị trung tâm. Có hai loại đơn vị xử lý:
+ Đơn vị xử lý “ một – bít”, thích hợp cho việc xử lý các thao tác lôgic, nhưng vì
thời gian xử lý là quá dài đối với một tín hiệu đơn cho nên không thực hiện được
các chức năng phức tạp mà không gặp phải những r
ắc rốivầ vấn đề thời gian. Loại
xử lý một bít kết cấu đơn giản cho nên giá thành hạ. Vì vậy tuy xử lý có chậm
nhưng vẫn được dùng cho những trường hợp không cần nhanh lắm và bài toán
không quá phức tạp.

+ Đơn vị xử lý bằng “ từ ngữ “. Loại xử lý này hấp dẫn hơn loại nói trên, vì loại
này thích hợp hơn nhiều với việc xử lý nhanh các thônh tin số. Sở
dĩ nó đạt được
tốc độ cao là vì nó không xử lý đơn bít mà xử lý từ ngữ bao gồm nhiều bít. Tuy

Màn
h
ì
nh
Máy in

Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

5
nhiên bộ xử lý từ ngữ có cấu trúc phức tạp hơn nhiều và do đó giá đắt hơn, cho nên
nó khơng thể loại bộ xử lý đơn bít ra khỏi thị trường tin học. Cả hai loại vẫn song
song tồn tại và mỗi laọi được lựa chọn tuỳ theo nhu cầu ứng dụng.
Bộ điều khiển lơgic khả lập trình với đơn vị xử lý trung tâm bằng từ ngữ đượ
c
dùng khi đòi hỏi xử lý văn bản và các thơng tin số, các phép tính, đo lường đánh
giá, điều khiển, kiểm tra,ghi nhớ cũng như xử lý các tín hiệuđơn trong mã nhị
ngun.
. Như vậy rõ ràng là chính bộ xử lý quyết định khả năng và chức năng của PLC.
Dưới đây là bảng so sánh các đặc trưng của đơn vị xử lý trung tâm (CPU) loại 1 bít
và loại từ ngữ:

Bộ xử lý 1 bít B
ộ xử lý từ ngữ
Xử lý trực tiếp các tín hiệu đầu vào
và đầu ra (địa chỉ đơn)
Các tín hiệu đầu vào và đầu ra chỉ có
thể được địa chỉ hố thơng qua từ ngữ
Cung cấp những lệnh nhỏ hơn, thơng
thường chỉ là một quyết định có/
khơng
Việc cung cấp những lệnh lớn hơn
đòi hỏi những tri thức về máy tính
Ngơn ngữ đầu vào đơn giản, khơng
cần kiến thức tính tốn
Ngơn ngữ đầu vào phức tạp dùng cho
việc cung cấp lệnh lớn

Khả năng hạn chế trong việc xử lý
dử liệu số (nghĩa là khơng có khả năng
tốn học và lơgic)
Thu thập và xử lý dữ liệu số
Chương tình liên tiếp chạy khơng
gián đoạn, thời gian chu trình tương
đối dài
Các q trình thời gian – tới hạn địa
chỉ hố qua các lệnh gián đoạn hoặc
chuyển đổi điều khiển khẩn cấp
Chỉ phối ghép với máy tính đơn giản Phối ghép với máy tính lớn hoặc hệ
thống máy tính
Khả năng xử lý các tín hiệu tương tự
bị hạn chế
Xử lý tín hiệu tương tự ở cả đầu vào
và đầu ra


1.3.2 B nhớ (Memory).
Có nhieău lối b nhớ khác nhau. Đađy là nơi lưu giữ tráng thái hốt
đng cụa h thông và b nhớ cụa người sử dúng. Đeơ đạm bạo cho PLC
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

6
hốt đng , phại caăn có b nhớ đeơ lưu trữ chương trình, đođi khi caăn mở
rng b nhớ đeơ thực hin các chức nng khác như :
+ Vùng đm tám thời lưu trữ tráng thái cụa các keđnh xuât / nhp được
gói là RAM xuât / nhp
+ Lưu trữ tám thời các tráng thái cụa các chức nng beđn trong : Timer ,
Counter, Relay

B nhớ goăm có lối sau :
+ B nhớ chư đóc (ROM: Read Only Memory): ROM khođng phại là
mt b nhớ khạ biên, nó có theơ lp trình chư mt laăn. Do đó khođng
thích hợp cho vic đieău khieơn “meăm” cụa PLC. ROM ít phoơ biên so với
các lối b nhớ khác.
+ B nhớ ghi đóc (RAM: Random Access Memory): RAM là mt b
nhớ thường được dùng đeơ lưu trữ dữ liu và chương trình cụa người sử
dúng. Dữ liu trong RAM sẽ bò mât đi nêu nguoăn đin bò mât. Tuy
nhieđn vân đeă này được giại quyêt baỉng cách gaĩn theđm vào RAM mt
nguoăn đin dự phòng. Ngày nay, trong kỹ thut phát trieơn PLC , người
ta dùng CMOSRAM nhờ sự tieđu tôn nng lượng khá thâp cụa nó và
cung câp pin dự phòng cho các RAM này khi mât nguoăn. Pin dự phòng
có tuoơi thó ít nhât mt nm trước khi caă
n thay thê, hoaịc ta chón pin sác
gaĩn với h thông , pin sẽ được sác khi câp nguoăn cho PLC.
+ B nhớ chư đóc chương trình xóa được (EPROM: Erasable Programmable
Read Only Memory): EPROM lưu trữ dữ liu giông như ROM, tuy nhieđn
ni dung cụa nó có theơ bò xoá đi nêu ta phóng tia tử ngối vào, người
viêt phại viêt lái chương trình trong b nhớ.
+ B nhớ chư đóc chương trình xoá được baỉng đin (EEPROM: Electric
Erasable Programmable Read Only Memory): EPROM kêt hợp khạ nng truy
linh đng cụa RAM và tính khạ biên cụa EPROM, ni dung tređn EEPROM
có theơ bò xoá và lp trình baỉng đin, tuy nhieđn chư giới hán trong mt
sô laăn nhât đònh.

1.3.3 Các thiêt bò nhp.
Sự thođng minh cụa mt h thông tự đng hóa phú thuc vào khạ
nng đóc các tín hiu từ các cạm biên tự đng cụa PLC.
Hình thức giao din cơ bạn giữa PLC và các thiêt bò nhp là: Nút ân,
caău dao, phím,…. Ngoài ra, PLC còn nhn được tín hiu từ các thiêt bò

nhn dáng tự đng như: cođng taĩc tráng thái, cođng taĩc giới hán, cạm biên
quang đin, cạm biên câp đ , …. Các lối tín hiu nhp đên PLC phại là
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

7
tráng logic ON/OFF hoaịc tín hiu Analog. Những tín hiu ngõ vào này
được giao tiêp với PLC qua các modul nhp.
1.3.4 Thiêt bò xuât.
Trong mt h thông tự đng hóa, thiêt bò xuât cũng là mt yêu tô
rât quan tróng. Nêu ngõ ra cụa PLC khođng được kêt nôi với thiêt bò xuât
thì haău như h thông sẽ bò teđ lit hòan toàn. Các thiêt bò xuât thođng
thường là: đng cơ, cun dađy nam chađm, relay, chuođng báo ,…. Thođng
qua hốt đng cụa motor, các cun dađy, PLC có theơ đieău khieơn mt h
thông từ đơn giạn đên phức táp. Các lối thiêt bò xuât là mt phaăn kêt
câu cụa h thông tự đng hóa và vì thê nó ạnh hưởng trực tiêp vào
hiu suât cụa h thông .
Tuy nhieđn, các thiêt bò xuât khác như là : đèn pilot, còi và các báo
đng chư cho biêt các múc đích như: Báo cho chúng ta biêt giao din tín
hiu ngõ vào, các thiêt bò ngõ ra được giao tiêp với PLC qua mieăn
rng cụa modul ngõ ra PLC.
1.3.5 Mơ đun phối ghép.
Mơ đun phối ghép dùng để nối bộ điều khiển khả lập trình PLC với các thiết
b
ị bên ngồi, như màn hình thiết bị lập trình hoặc với panen mở rộng. Thêm vào đó
, nhiều chức năng phụ cũng cần thiết hoạt động song song với những thiết bị chức
năng thuần t lơgic của bộ PLC cơ bản . Cũng có khi người ta ghép thêm những
thẻ điện tử phụ đặc biệt để tạo ra các chức năng phụ đó. Trong những trường hợp
này đề phòng phải dùng đến mạch phối ghép.
1.3.6 Các chức năng phụ.
Những chức năng phụ điển hình nhất của PLC là:

+ Bộ nhớ duy trì có cùng chức năng như rơle duy trì, nghĩa là bảo tồn tín hiệu
trong q trình mất điện. Khi nguồn điện trở lại thì bộ chuyển đổi của bộ nhớ nằm
ở tư thế như trước lúc mất đ
iện.
+ bộ thời gian của PLC có chức năng tương tụ như các rơle thời gian. Việc đặt
thời gian được lập trình hoặc điều chỉnh từ bên ngồi.
+ Được lập trình bằng các lệnh lơgic cơ bản hoặc thơng qua các thẻ điện tử phụ.
Việc đặt bộ đếm được thực hiện bằng lập trình hoặc bằng nút bấm.
+ Bộ ghi tương ứ
ng với cơ cấu nút bấm – bước. Bước tiếp theo được thả ra bửi bộ
phát thời gian hoặc bằng xung của mạch chuyển đổi.
+ Chức năng số học được thực hiện để thực hiện bốn chức năng số học cơ bản:
cộng, trừ , nhân và chia, và các chức năng so sánh: lớn hơn, nhỏ hơn, bằng và
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

8
khơng bằng. Sự có mặt của chức năng số học giúp mở rộng đáng kể cơ hội ứng
dụng cho PLC .
+ Chức năng điềi khiển số (NC) – làm cho PLC có thể được ứng dụng để điều
khiển các q trình cơng nghệ trên máy cơng cụ hoặc trên các tay máy của người
máy cơng nghiệp.
Bộ PLC với các chức năng phụ đặc biệt chỉ thích hợp nếu có chủ đị
nh thực hiện
các chức năng khác ngồi sự thay thế việc điều khiển rơle đơn giản. nếu các chức
năng đó khơng được sử dụng một cách đầy đủ thì tốt nhất là sử dụng nhữ bộ PLC
khơng có các chức năng đó.
1.4 So sánh PLC với các thiết bị điều khiển thơng thường khác
.
Hin nay, các h thông đieău khieơn baỉng PLC đang daăn daăn thay thê

cho các h thông đieău khieơn baỉng relay, contactor thođng thường. Ta hãy
thử so sánh ưu, khuyêt đieơm cụa hai h thông tređn:
♦ H thông đieău khieơn thođng thường:
• Thođ kch do có quá nhieău dađy dăn và relay tređn bạn đieău khieơn.
• Tôn khá nhieău thời gian cho vic thiêt kê, laĩp đaịt.
• Tôc đ hốt đng chm.
• Cođng suât tieđu thú lớn.

• Mi laăn muôn thay đoơi chương trình thì phại laĩp đaịt lái tòan b, tôn
nhieău thời gian.
• Khó bạo quạn và sữa chữa.
♦ H thông đie
ău khieơn baỉng PLC:
• Những dađy kêt nôi trong h thông giạm được 80% neđn nhỏ gón hơn.
• Cođng suât tieđu thú ít hơn.
• Sự thay đoơi các ngõ vào, ra và đieău khieơn h thông trở neđn d
dàng hơn nhờ phaăn meăm đieău khieơn baỉng máy tính hay tređn Console.
• Tôc đ hốt đng cụa h thông nhanh hơn.
• Bạo trì và sữa chữa d dàng.
• Đ beăn và tin cy vn hành cao.
• Giá thành cụa h thông giạm khi sô tiêp đieơm tng.
• Có thiêt bò chông nhiu.
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

9
• Ngođn ngữ lp trình d hieơu.
• D lp trình và có theơ lp trình tređn máy tính, thích hợp cho vic
thực hin các lnh tuaăn tự cụa nó.
• Các modul rời cho phép thay thê hoaịc theđm vào khi caăn thiêt .
Do những lý do tređn PLC theơ hin rõ ưu đieơm cụa nó so với các

thiêt bò đieău khieơn thođng thường khác. PLC còn có khạ nng theđm vào
hay thay đoơi các lnh tuỳ theo yeđu càu cụa cođng ngh. Khi đó ta chư
caăn thay đoơi chương trình cụa nó, đieău này nói leđn tính nng đieău khieơn
khá linh đng cụa PLC.
1.5 Các bước thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC.
Đeơ thiêt kê 1 chng trình đieău khie
ơn cho mt hốt đng bao goăm
những bước sau:

1.5.1 Xác đònh qui trình cođng ngh.
Trước tieđn , ta phại xác đònh thiêt bò hay h thông nào muôn đieău
khieơn. Múc đích cuôi cùng cụa b đieău khieơn là đieău khieơn mt h
thông hốt đng
Sự vn hành cụa h thông được kieơm tra bởi các thiêt bò đaău vào.
Nó nhn tín hiu và gởi tín hiu đên CPU , CPU xử lý tín hiu và gởi
nó đên thiêt bò xuât đeơ đieău khieơn sự hốt đng cụa h thông như lp
trình sẵn trong chương trình
1.5.2 Xác đònh ngõ vào, ngõ ra.
Tât cạ các thiêt bò xuât , nhp beđn ngoài đeău được kêt nôi với b
đieău khieơn lp trình. Thiêt bò nhp là những contact, cạm biên Thiêt
bò xuât là những cun dađy , valve đin từ , motor, b hieơn thò.
Sau khi xác đònh tât cạ các thiêt bò xuât nhp caăn thiêt, ta đònh vò
các thiêt bò vào ra tương ứng cho từng ngõ vào, ra tređn PLC trước khi
viêt chương trình.
1.5.3 Viêt chương trình.
Khi viêt chương trình theo sơ đoă hình bc thang (ladder ) phại theo sự hốt
đng tuaăn tự từng bước cụa h thông
Sử dụng các khối chứ
c năng, đó là những hàm logic và những hàm đặc biệt để
lập trình. Có thể lập trình trực tiếp trên PLC nhờ các phím chức năng. Hoặc có thể

lập trình trên máy tính sau đó đổ chương trình xuống PLC nhờ cáp nối.
1.5.4 Náp chương trình vào b nhớ.
Bađy giờ chúng ta có theơ cung câp nguoăn cho b đieău khieơn có lp
trình thođng qua coơng I/O. Sau đó náp chương trình vào b nhớ thođng qua
b console lp trình hay máy tính có chứa phaăn meăm lp trình hình thang,
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

10
hoặc các phần mềm lập trình khác như LOGO! Sotf Comfort, Step7 Sau khi náp
xong, kieơm tra lái baỉng hàm chuaơn đoán. Nêu được mođ phỏng toàn b
hốt đng cụa h thông đeơ chaĩc chaĩn raỉng chng trình đã hốt đng tôt.
1.5.5 Cháy chương trình.
Trước khi nhân nút Start, phại chaĩc chaĩn raỉng các dađy dăn nôi các
ngõ vào, ra đên các thiêt bò nhp, xuât đã được nôi đúng theo chư
đònh. Lúc đó PLC mới baĩt đaău hốt đng thực sự. Trong khi cháy chương
trình, nêu bò li thì máy tính hoaịc b Console sẽ báo li , ta phại sữa lái
cho đên khi nó hốt đng an toàn



Sau đađy là lưu doă phương pháp thiêt kê b đieău khieơn:




Xác định u cầu của hệ
thống điều khiển
Vẽ lưu đoă chung cụa h
thông đieău khieơn
Lit keđ tât cạ các ngõ ra, ngõ vào nôi

tương đôi
â
ù
/O
C
Chuyeơn lưu đoă sang
sơ đoă hình thang
Náp lp trình sơ đoă hình thang
thiêt kê cho PLC
phaăn Mođ phỏng chương
trình và sửa li meăm
Hiu chưnh chương trình
cho phù hợp
Ke
â
tno
â
i toàn bo
ơ
thie
â
tbò
Chương trình
OK

Khoa in ỏn tt nghip

11

Vi bt c mt b iu khin no thỡ ngi thit k u phi tuõn th tt c cỏc
bc trờn. Nu khụng mun h thng ca mỡnh gp trc trc.










Chng 2: MODUL LOGO! VI GII PHP CHO BI TON
T NG HO C NH

Chỏy thửỷ chửụng trỡnh
Hieụu ủớnh lỏi
p

han mem
Nỏp chửụng trỡnh vaứo
EPROM
Laụp ho sụ heụ thoõng cho taõt
c
END
Chửụng trỡnh
O
K

Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

12
Modul logic vạn năng với tên gọi là LOGO! Của tập đoàn SIEMENS AG tự
động hoá (AUT) tại Nuernberg, thuộc cộng hoà Liên bang Đức . Phục vụ các
nhiệm vụ điều khiển cỡ nhỏ trong các lĩnh vực lắp đặt điện dân dụng và lắp ráp tủ
đóng cắt điện hạ thế, cũng như trong nghành chế tạo máy và các ứng dụng thực tế
khác. Nó thay thế các công nghệ thông dụ
ng mà hiện tại vẫn còn đang được sử
dụng rộng rãi. LOGO! Chứa đựng tất cả các chức năng như rơle tiếp điểm, rơle trễ,
rơle nhớ, rơle xung, bộ phát xung đồng hồ, bộ đếm và đồng hồ định thời gian.
LOGO! Giúp tiết kiệm nguyên vật liệu, không gian, thời gian và góp phần lớn vào
hướng giảm giá thành trong nghành kỹ nghệ điện.
Tậ
p đoàn SIEMENS AG là nhà cung cấp tiên phong, đứng hàng đầu thế giới về
các modul logic và đặt tên cho chúng là LOGO! Như một họ thiết bị mới trong
nghành kỹ nghệ điện. Với phạm vi tính năng thấp hơn các bộ điều khiển khả trình
Micro. LOGO! Ra đời với mục tiêu thực hiện các ứng dụng nơi mà các giải pháp
thông thường với các bộ điều khiển khá trình cỡ nhỏ hoặc tích hợp từ các phânf t
ử

điện tử rời rạc không còn kinh tế, hay chỉ có thể thực hiện được với sự tốn kém về
vật liệu, không gian và thời gian, khi giá cả chấp nhận được. Thay vì luôn phải phát
triển một bảng mạch cho từng ứng dụng cụ thể thì nay đã có modul logic đa năng
cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Không cần một sự đào tạo hay kiến thức đặc biệt nào để
làm cho LOGO! hoạt
động. Chỉ cần chọn các chức năng tích hợp sẵn và nối chúng lại với nhau bằng việc
ấn phím để xây dựng nên các mạch điện và có thể thay đổi các mạch điện này rất
dễ dàng vào bất cứ lúc nào khi muốn mà không cần phải dùng dụng cụ hay đi dây
lại. Tóm lại là LOGO! rất dễ sử dụng.
Một mạch điện sau khi được thiết lập cho phép chép vào mộ
t modul trương trình
và chuyển sang modul logic khác một cách dễ dàng. So sánh với công nghệ thông
thường điều này có nghĩa là giảm thời gian một cách đáng kể. Ngoài ra còn có một
cách khác để lưu trữ các ứng dụng là dùng máy tính cá nhân để lập trình.
Những ứng dụng mà LOGO! có thể điều khiển là hầu như không có giới hạn. Từ
các ứng dụng gia đình và thương mại.

Ví dụ như:
- Chiếu sáng trong các phòng của nhà, cầu thang, củ
a hàng.
- Mạch đèn huỳnh quang.
- Hệ thống tưới nước
- Máy hàn cáp
- Hệ thống băng tải
- Hệ thống đo mức
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

13
- Hệ thống nhiệt và thông gió

- Hệ thống cảnh báo và chuông báo động
- Thang máy, máy nâng
- Hệ thống cửa nhà, gara ôtô
- Hệ thống quản lý năng lượng
Và rất nhiều những ứng dụng khác nữa.
Một ưu điểm nổi bật nữa là LOGO! thoả mãn những yêu cầu cao như: độ chống
va đập, độ tương thích điện từ và làm việc đượ
c ở những nơi có khí hậu khắc nhiệt.
Điều đó làm cho LOGO! trở lên lý tưởng cho những ứng dụng công nghiệp. Thậm
trí cả trên những vùng biển.
Trong cam kết của mình những kỹ sư của tập đoàn SIEMENS AG đã nói:
“Ước mơ và những câu chuyện khoa học viễn tưởng về những hoạt động
được lập trình thông minh đã thành hiện thực vào ngày Robốt ra đời. Con người
bắ
t đầu nghĩ tới tương lai của mình khi mọi thao tác đơn giản chỉ là nhấn nút
điều khiển tự động. Mục đích của SIEMENS khi tới đất nước xinh đẹp này là
đem theo những thiết bị tin cậy với độ chính xác cao, bền vững và các giả pháp
kỹ thuật đồng bộ, thích ứng với bất kỳ nhu cầu nào trong hệ thống vận hành sản
xuất công nghiệp hay dịch vụ k
ỹ thuật”.
SIEMENS AG - Nuremberg - Germany


2.1 Các tính năng kỹ thuật của LOGO! .
Hiện nay Siemens đã cho ra đời nhiều mẫu LOGO! với đặc tính kỹ thuật khác
nhau như các loại mà đầu ra là transistor, rơle; loại chứa đồng hồ thời gian thực; có
hoặc không có màn hình; loại 12 đầu vào 8 đầu ra, 8 vào 4 ra
Nhìn chung các loại LOGO! đều có thể lập trình trực tiếp hoặc dễ dàng hơn
bằng các phần mềm chuyên dụng như LOGO!Soft; LOGO!Soft Comfort thông
qua cáp n

ối với PC hay modul lập trình. Phần mềm LOGO!Soft Comfort với tính
năng Simulation đã giúp cho việc lập trình cho LOGO! càng trở nên đơn giản và
hiệu quả, tiết kiệm được thời gian và công sức.
LOGO! có khả năng nhận biết được các trạng thái cơ bản và các hàm sau:
- Constants: Input, AsiInput, Output, AsiOutput, Marker, Status 1, Status 0.
- Basic Functions:
AND, AND (Edge), NAND, NAND (Edge), OR, NOR, XOR, NOT.
- Special Functions: On Delay, Off Delay, On/Off Delay, Retentive On Delay,
Latching Relay, Pulse Relay, Wiping Relay/Pulse Output, Interval Time-Delay
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

14
Relay, Edge-Triggered, Seven-Day Time Switch, Year Clock, Up/Down Counter,
Hours Counter, Pulse Generator, Pulse Generator, Random Generator, Trigger,
Stairwell Light Switch, Dual-Function Switch, Message Text.
Tài nguyên của LOGO! bị hạn chế ở mức: ( Maximum Resources )
Function Blocks 56
RAM 27
ROM 15
Parameters 48
Timer 16
Stack 58
Digital Inputs 12
Digital Outputs 8
ASi Inputs 4

ASi Outputs 4
Marker 8
Analog Inputs 0
Text Box 5

Vì vậy, khi lập trình cho LOGO! chúng ta cần quan tâm đến các thông số trên
để đảm bảo chương trình có thể chạy tốt trên loại LOGO! mà chúng ta đang có.
Các thông số kỹ thuật của LOGO!

+ Kích thước 72 x 90 x55 mm
+ 19 chức năng tích hợp bên trong
+ 8 đầu vào và 4 đầu ra
+ Có đồng hồ bên trong có thể
lưu nguồn trên 80 giờ trên LOGO! 12RC/ 24RC/
230RC
+ Tối đa 56 hàm
+ Có khả năng tích hợp
+ Có 3 bộ đếm thời gian
+ 2 đầu vào 1kHz trên mỗi LOGO! 12RC/24
+ 4 bộ chốt trạng thái

2.2
Lắp ráp và nối dây cho LOGO! .

Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

15
2.2.1 Lắp ráp.

LOGO! được lắp trong hộp nối dây hoặc tủ điện, phải đảm bảo được các đầu
nối được bọc cách điện nếu không chúng sẽ gây nguy hiểm.
LOGO! được gá trên một thânh chuẩn DIN với chiều rộng 35 mm.
Sử dụng một tuốc nơ vít có đầu rộng 3 mm để nối dây cho LOGO! .
Kích thước dây: 1x2,5 mm
2

và 2x1,5 mm
2


2.2.2 Nối với nguồn điện.

LOGO! 230R và LOGO! 230RC được nối với nguồn điện áp từ 115 – 220 vAC,
tần số là 50 – 60 Hz. Diện áp đường dây có thể từ 85 –260 vAC tại điện áp 230v
LOGO! tiêu thụ dòng 26mA



LOGO! 24 và LOGO! 24R thích hợp với nguồn điện 24vDC điện áp cung cấp có
thể từ 20,4 – 28,8v. Với điện áp 24v thì LOGO! 24/24R lần lượt tiêu thụ dòng
30/62mA

Kết nối

L+
N



L+ M I1 I2 I8 L1 N I1 I2 I8

2.2.3 Nối các đầu vào của LOGO!

Nối các bộ cảm biến tới đầu vào. Các đầu vào có thể là các công tắc, cảm biến
quang điện hoặc công tắc điều khiển bằng ánh sáng
Đặc tính của bộ cảm biến cho LOGO! 230R và LOGO! 230RC
+ LOGO! nhận biết trạng thái 0 (khoá mở) tại áp < 40v AC. Dòng vào lớn nhất
là 0,24 mA



SIEMENS
LOGO! 24/24R



SIEMENS
LOGO! 230R/230RC
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

16
+ LOGO! nhận biết trạng thái 1 tại áp >79v AC. không thể nối hai dây của công
tắc hành trình trực tiếp với LOGO! bởi vì dòng đóng mạch của nó lớn.
+ Khi trạng thái khoá thay đổi từ 0 đến 1 trạng thái 1 phải được duy trì ít nhất 50
ms để LOGO! nhận biết nó. Cũng như vậy khi chuyển về trạng thái 0.
Đặc tính của bộ cảm biến cho LOGO! 24 và 24R
+ LOGO! nhận biết trạng thái 0 (khoá mở) tại áp < 5v DC. dòng vào lớn nhất là 0
3 mA
+ LOGO! nhận biết tr
ạng thái 1 tại áp >15v DC.

Có thể nối 3 và 4 dây của công tắc hành trình với các điện áp khác nhau tới
LOGO! không thể nối hai dây của công tắc hành trình trục tiếp với LOGO! bởi vì
dòng đóng mạch của nó lớn.
+ Khi trạng thái khoá thay đổi từ 0 đến 1 trạng thái 1 phải được duy trì ít nhất 50
ms để LOGO! nhận biết nó. Cũng như vậy khi chuyển về trạng thái 0.





Nối mạch

L+ L1
M L+ L+ L+ L+ L+ L+ M






L+ M I1 I2 I3 I4 I5 I8 L+ M I1 I2 I3 I8

2.2.4 Nối đầu ra của LOGO! .

LOGO! 230R/230RC và LOGO! 24R
Đầu ra của LOGO! 230RC/230R và LOGO! 24R là các Rơle. Công tắc của Rơle
được cách ly với nguồn cung cấp và đầu vào.

Yêu cầu đối với Rơle đầu ra




SIEMENS
LOGO! 24/24R



SIEMENS
LOGO! 230R/230RC
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

17
Bạn có thể nối các tải với nhau ở đầu ra, ví dụ như đèn, đèn huỳnh quang, môtơ,
contactor, Các tải nối với LOGO! 24R phải có đặc tính như sau:
+ Dòng chuyển mạch lớn nhất phụ thuộc vào tải và số làn tcá động

+ Khi công tắc đóng (Q=1), dòng điện cực đại là 8A cho tải thuần trở và 2A cho tải
có tính cảm kháng.

Đấu nối
Đối với LOGO! 230R/230RC và LOGO! 24R



L1






Load





N/M

LOGO! 24
Đầu ra của LOGO! 24 được đóng mạch nhờ các transistor. Các đầu ra được bảo
vệ chống quá tải và ngắn mạch. Không cần phải có nguồn cung cấp riêng cho tải.

LOGO! 24 cung cấp điện áp cho tải.
Các yêu cầu đối với transistor đầu ra
Tải nối với LOGO! 24 phải có đặc tính sau:
+ Dòng đóng mạch lớn nhất là 0,3 A
+ Khi đóng mạch ( Q=1), dongd điện cực đại là 0,3 A
Kết nối


LOGO! 230RC











Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

18

Load
24v DC, 0,3 A





2.3 Khởi động LOGO! Bật/ Tái khởi động nguồn cung cấp.
LOGO! không khoá công tắc nguồn. LOGO! phản ứng như thế nào khi đóng
mạch phụ thuộc vào:
+ Có chương trình lưu trữ trong LOGO!
+ Có các nhớ trong LOGO!
+ Trạng thái LOGO! trước khi tắt nguồn

Bảng nay chỉ đáp ứng cho LOGO! với các hoàn cảnh có thể có:


Nếu Thì
Trong LOGO! không có chương trình
hoặc không có card nhớ
Xuất hiện dòng sau trên màn hình của
LOGO! : “ No Program”
LOGO! không có chương trình, có card
nhớ nhưng card không chứa chương
trình
Xuất hiện dòng sau trên màn hình của
LOGO! : “ No Program”

LOGO! không chứa chương trình và
không có card nhớ hoặc có thì bộ nhớ
rỗng và:
+ LOGO! đã chạy hoặc ở trong chế độ
đặt thông số trước khi cắt nguồn.
+ LOGO! đang chạy chế độ lập trình
hoặc đóng No Program hiển thị trước
khi tắt nguồn
LOGO! sử dụng chương thình lưu trữ
và:
+ Chạy tiếp
+ Chạy tới menu chính trong chế độ lập
trình
LOGO! có card nhớ chứa chương trình
và:
+ LOGO! đã chạy hoặc ở trong chế độ
LOGO! tự động chép chương trình từ
card nhớ và:
+ Chạy tiếp
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

19
đặt thông số trước khi cắt nguồn.
+ + LOGO! đang chạy chế độ lập trình
hoặc dongd No Program hiển thị trước
khi tắt nguồn
+ Chạy tới menu chính trong chế độ lập
trình

Các trạng thái hoạt động.
LOGO! có 2 trạng thái hoạt động:
+ RUN
+ STOP
LOGO! ở trạng thái dừng “ IN STOP” khi không có chương trình “ No
Program”hoặc chuyển sang chế độ lập trình.



LOGO! chạy “IN RUN” được hiển thị (sau khi ấn “STATS” trong menu chính)
hoặc đóng sang “ parametisaton mode”
+ Đọc trạng thái của đầu vào I1 đến I8
+ Tính toán trạng thái của đầu ra theo chương trình
+ chuyển mạch Rơle Q1 tớiQ4 trạng thái ON hoặc OFF.

2.4 Lập trình cho LOGO! .

Lập trình được hiểu là nhậ
p vào một mạch. Một chương trình của LOGO! thực
sự là một sơ đồ mạch thể hiện bằng các cách khác nhau.
Chúng ta phải thay đổi cách thể hiện phù hợp với hiển thị của LOGO!

2.4.1 Đầu nối.

LOGO! có những đầu vào và đầu ra:
Inputs

L1 N I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8




SIEMENS








esc
OK
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

20


Outputs

Mỗi đầu vào được nhận dạng bới chữ I với con số. khi nhìn LOGO! từ mặt
trước, bạn nhận thấy các đầu nối của đầu vào phía trên bên phải.
Mỗi đầu ra được đánh dấu bởi chữ Q và một con số. Có thể thấy đầu nối
outputs ở phía dưới.
Kết nối khi lập trình
Khi lập trình cho LOGO! phải nối các đầu nối v
ới các khối. Để làm việc này ta
chọn các khối yêu cầu theo menu Co.





I1 Đầu vào I1 và I2 được nối với khối OR. Đầu vào của các khối
I2 Q không sử dụng còn lại được đánh dấu bằng chữ X
X

LOGO! có các đầu nối sau:
+ Vào I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8.
+ Ra Q1, Q2, Q3, Q4.
+ Lo: ‘0’ (OFF)
+ hi: ‘1’ (ON)
+ X: Không nối
Đầu vào ra có thể có trạng thái 0 hoặc 1, ‘0’ có nghĩa là không có áp ở đầu vào
và ‘1’ có nghĩa là có áp ở đầu vào.
Các đầu nối Lo, hi, X nhằm mục đích đơn giản hoá việc vào chương trình, hi là
trạng thái 1, Lo là trạng thái 0, X là không nối với cả khối nào.

2.4.2 Các chức năng cơ bản.

Khi bạn nhập vào một mạch, bạn tìm khối của hàm cơ bản trong danh sách GF.

Có những chứ
c năng cơ bản sau đây:

Biểu diễn bằng biếu đồ
mạch
Biểu diễn LOGO! Chức năng cơ bản


Công tắc thường mở nối
tiếp
AND
> 1
&
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

21




Công tắc thường mở nối
song song
OR



Bộ đảo
NOT

Công tắc tráo đổi kép
XOR






Công tắc thường đóng nối
song song
NAND


Công tắc thường đóng nối
tiếp


NOR


+ AND

Nối tiếp nhiều công tắc thường mở được Biểu tượng cho AND như
sau:
thể hiện trong sơ đồ mạch dưới đây:

I1
I2 Q
X


Bảng Logic cho AND Bảng này áp dụng cho AND với x=1( có nghĩa là cổng vào
>1
1
=1
&
> 1
&
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

22
không sử dụng phải ở trạng thái 1)


I1 I2 I3 Q
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1

+ OR
Nối song song của một số công Biểu tượng cho OR như sau:
tắc thường mở được biểu diễn
trong sơ đồ mạch sau:

I1

I2 Q

I3





Khối này được gọi là OR vì đầu ra Q có trạng thái 1 khi I1 hoặc I2 hoặc I3 có
trạng thái 1. Nói cách kkhác chỉ cần một đầu vào có trạng thái 1.

Bảng logic cho OR
Bảng sau áp dụng cho OR: x=0 (x=0 có nghĩa là cổng vào không được sử dụng
phải ở trạng thái 0)
I1 I2 I3 I4
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1

0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
>1
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

23
1 1 1 1


+ NOT

Một bộ đảo được biểu diễn như Trong LOGO! bộ đảo được gọi là
NOT:
hình vẽ sau: Biểu tượng cho nó như sau:






Khối NOT có đầu ra ở trạng thái 1 khi đầu vào ở trạng thái 0 và ngược lại. Nói
cách khác NOT đảo trạng thái ở đầu vào.


Sự tiện lợi của NOT là không cần có công tắc thường đóng của LOGO! . Có thể
sử dụng công tắc th
ường mở và đảo chúng thành công tắc thường đóng bằng khối
NOT.

Bảng logic của NOT:
Bảng sau áp dụng cho NOT x = 1 ( x là cổng vào không được sử dụng)

I1 Q
0 1
1 0

+ NAND

Một số công tắc thường đóng nối Trong LOGO! đây là khối NAND
song song được trình bầy ở sơ đồ dưới đây biểu tượng của nó như sau:


I1

I2 Q

I3



Khối này là NAND bởi vì đầu ra (Q) chỉ có trạng thái 0 khi cả I1 và I2 và I3 có
trạng thái 1.
1
&
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

24

Bảng logic cho NAND
Bảng sau áp dụng cho NAND x = 1 (x là cổng vào không được sử dụng)

I1 I2 I3 Q
0 0 0 1
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 0






+ NOR

Việc nối liên tiếp các công tắc loại thường Trong LOGO! đây là khối NOR
đóng được trình bày ở sơ đồ mạch sau: Biểu tượng của nó như sau:


I1

I2 Q

I3

Đầu ra của khối NOR chỉ đóng (trạng thái 1 ) khi tất cả đầu vào cắt (trạng thái
0). Ngay khi một trong các cổng vào đóng (trạng thái 1), đầu ra cắt (trạng thái 0).
Khối này được gọi là NOR vì đầu ra (Q) chỉ ở trạng thái 1 khi tất cả các đầu vào
ở trạng thái 0. Ngay sau khi một trong các cổng vào chuyển sang trạng thái 1, đầu
ra của NOR có trạng thái 0.

Bảng logic NOR
Bảng sau áp dụng cho NOR x = 0 (x cổng vào không sử dụng).

I1 I2 I3 Q
0 0 0 1
0 0 1 0
>1