Bài giảng PLC và mạng công nghiệp: Chương 1 - TS. Nguyễn Anh Tuấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Bài giảng
PLC và Mạng Công Nghiệp
PLC and Industrial system
(ME 4501)
Giảng viên: TS. Nguyễn Anh Tuấn
Bộ môn Cơ điện tử – ĐHBK Hà nội
Email:




 MỤC TIÊU HỌC PHẦN (ME 4501 2(2-1-0-4))
 Hiểu về cấu trúc chung, nguyên lý làm việc của PLC
 Nắm vững khái niệm các hệ thống điều khiển và các phần tử
trong hệ thống điều khiển logic, lập trình PLC, mạng công
nghiệp.
 Sử dụng PLC vào các ứng dụng điều khiển hệ thống công nghiệp
 Vận hành, khai thác được các hệ thống tự động, bảo dưỡng bảo
trì, hiệu chỉnh, thiết kế và cải tiến các hệ thống tự động sử dụng
PLC.


Requirement
 Nhiệm vụ của sinh viên:
- Dự lớp: đầy đủ theo quy chế.
- Bài tập: hoàn thành các bài tập của học phần.
- Bài tập lớn: hoàn thành đầy đủ các yêu cầu.
 Đánh giá kết quả: KT/BT(0.3)-T(TN/TL:0.7)

1- Điểm quá trình: trọng số 0.3
+ Điểm BTL, có báo cáo và bảo vệ
+ Kiểm tra giữa kỳ
2- Thi cuối kỳ (trắc nghiệm và tự luận): trọng số 0.7


Tài liệu tham khảo
STT

Tài liệu tham khảo

[1]

Bài giảng PLC và mạng công nghiệp (slide bài giảng)

[2]

TS. Nguyễn Trọng Doanh, Điều khiển PLC, NXB KHKT, 2013

[3]

Dag. H Hansen: Programmable Logic Controller, 2015

[4]

Frank D. Petruzella: Programmable Logic Controllers, 2017

[5]

Phần mềm TIA Portal của Siemems

[6]

/>
[7]

/>
[8]

/>

Mục lục
1. Tổng quan về điều khiển logic
2. Logic cứng và sự phát triển của PLC
3. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của PLC
4. Các mô đun vào ra
5. Cấu trúc và hoạt động của bộ nhớ PLC
6. Mạng công nghiệp và các giao thức kết nối
7. Ứng dụng của PLC trong công nghiệp


1.Tổng quan về điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
1.2. Điều khiển logic
1.3. Đại số logic (Đại số Boole)
1.4. Các phương pháp biểu diễn hàm logic
1.5. Hàm chính tắc
1.6. Tối thiểu hóa hàm logic

1. Tổng quan về điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Điều khiển (Control):
Ví dụ 1: Lái xe giữ vận tốc ổn định ở 45 km/h.
- Quan sát đồng hồ tốc độ => Thu thập thông tin
- Bộ não điều khiển: Nếu v <45km/h, tăng tốc, nếu v>45km/h,
giảm tốc => Xử lý thông tin
- Giảm ga hoặc tăng ga => Tác động vào hệ thống (cơ cấu chấp
hành)
Kết quả là xe chạy với vận tốc “gần” bằng 45km/h


1. Tổng quan về điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Điều khiển

Nhiệt kế

Ví dụ 2:
=> Điều khiển được
hiểu là q trình thu
thập, xử lý thơng tin và
tác động đến hệ thống
nhằm đáp ứng với mục
đích đã định trước.

Van tay
Lị nhiệt
Tác động vào hệ thống
(cơ cấu chấp hành)

Hình 1.1. Điều khiển nhiệt độ lò nhiệt


1. Tổng quan về điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Điều khiển tự động
=> Điều khiển

Bộ
điều
khiển

Cảm
biến
nhiệt

tự động: là q
trình điều khiển
mà khơng cần sự
tác động của con
người.

Van điều khiển

Lị nhiệt

Hình 1.2. Điều khiển tự động nhiệt độ lị nhiệt

1. Tổng quan về điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Hệ thống điều khiển:
 Hệ thống điều khiển: là một hệ thống mà đầu ra của nó có
thể được quản lý, kiểm soát hoặc điều chỉnh bằng cách thay
đổi đầu vào.
TÍN HIỆU VÀO

TÍN HIỆU RA
HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN

Hình 1.3. Cấu trúc của hệ thống điều khiển


1. Tổng quan về điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Hệ thống điều khiển
 Hệ thống điều khiển vịng hở: là hệ thống có tác động điều
khiển độc lập với tín hiệu ngõ ra.
Ví dụ: Hệ thống điều khiển máy giặt
Tín hiệu đặt
BỘ ĐIỀU
KHIỂN

Tín hiệu
điều khiển

Quần áo đã giặt
MÁY

GIẶT

Hình 1.4. Hệ thống điều khiển vịng hở


1. Tổng quan về điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Hệ thống điều khiển
 Hệ thống điều khiển vịng kín: là hệ thống có tác động điều
khiển phụ thuộc vào tín hiệu ngõ ra. Hệ thống điều khiển vịng kín
cịn được gọi là hệ thống điều khiển hồi tiếp (feedback control
systems)..
Sai
lệch

Tín hiệu vào
SO
SÁNH

BỘ ĐIỀU
KHIỂN

Tín
hiệu
ĐK

CƠ CẤU
CHẤP HÀNH

CẢM

BIẾN
Hình 1.4. Hệ thống điều khiển vịng kín

Tín hiệu ra


1. Tổng quan điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Hệ thống điều khiển
 Ví dụ về hệ thống điều khiển vịng kín
Hành trình
mong muốn

Sai lệch

Hành trình
thực tế

Lái xe

Hệ thống lái

Xe ơ tơ

Xúc giác,
thị giác

Hình 1.5. Điều khiển lái trên ô tô

1. Tổng quan điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Hệ thống điều khiển
 Ví dụ về hệ thống điều khiển vịng kín

6


1. Tổng quan điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Các hệ đếm:
 Hiện tồn tại nhiều hệ đếm khác nhau:
+ Hệ thập phân: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
+ Hệ nhị phân: 0, 1
+ Hệ cơ số 8: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
+ Hệ cơ số 16: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C , D, E, F
 Công thức tổng quát biểu diễn hệ đếm :

N R  Zn R n  ...  Z2 R 2  Z1R1  Z0 R 0
Trong đó Z là giá trị của chữ số; R cơ số


1. Tổng quan điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Các hệ đếm
 Ví dụ:
124510 = 1*103 + 2*102 + 4*101 + 5*100
2458 = 2*82 + 4*81 + 5*80 =128 + 32 + 5 = 16510
1010102 = 1*25 + 0*24 + 1*23 + 0*22 + 1*21 + 0*20
= 32 + 0 + 8 + 0 + 2 + 0 = 4210

1AB316 = 1.163 + A*162 + B*161 + 3*160
= 4096 + 2560 + 176 + 3 = 683510


1. Tổng quan điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Cách chuyển đổi các hệ đếm
Hệ 16

Hệ 10

Hệ 2

Hệ 16

Hệ 10

Hệ 2

Hệ 8

Hệ 10

Hệ 2

0

0

0000

8

8

1000

0

0

000

1

1

0001

9

9

1001

1

1

001

2

2

0010

A

10

1010

2

2

010

3

3

0011

B

11

1011

3

3

011

4

4

0100

C

12

1100

4

4

100

5

5

0101

D

13

1101

5

5

101

6

6

0110

E

14

1110

6

6

110

7

7

0111

F

15

1111

7

7

111

Bảng 1. Bảng ký tự tương ứng của các hệ đếm


1. Tổng quan điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Cách chuyển đổi các hệ đếm
 Chuyển từ hệ a sang b ta cần phải thông qua hệ số 10.
- Khi chuyển 1 số có n số hạng từ một hệ số bất kì qua hệ số 10 ta lấy
tổng của các số hạng nhân với hệ số đó mũ i, i = 0  n-1,
VD: 1010102 = 1*25 + 0*24 + 1*23 + 0*22 + 1*21 + 0*20
= 32 + 0 + 8 + 0 + 2 + 0 = 4210

1AB316 = 1*163 + A*162 + B*161 + 3*160
= 4096 + 2560 + 176 + 3 = 683510
- Khi chuyển từ hệ 10 sang các hệ số
khác (R), ta chia dư cho hệ đó (ví
dụ từ hệ 10 sang hệ 2 ta chia 2, từ
hệ 10 sang hệ 16 ta chia 16) hay ta
phân tích số đó thành tổng các số Ri

12


1. Tổng quan điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Cách chuyển đổi các hệ đếm
 Chú ý: Do mỗi chữ số của hệ
thập lục phân được biểu diễn
bằng 4 bit nhị phân, nên ta
thường nhóm thành 4 bit một
rồi chuyển từ nhị phân sang
thập lục phân theo 4 bit đó
qua cách tra Bảng 1:

Hệ 16

Hệ 10

Hệ 2

Hệ 16

Hệ 10

Hệ 2

0

0

0000

8

8

1000

1

1

0001

9

9

1001

2

2

0010

A

10

1010

3

3

0011

B

11

1011

4

4

0100

C

12

1100

5

5

0101

D

13

1101

6

6

0110

E

14

1110

7

7

0111

F

15

1111

Ví dụ : 10011112 = X16 ?
Chia thành 4 bit một từ phải qua trái là: 1111 và 100, ta thấy ở đây 100 chỉ có 3
bit nên ta phải thêm cho nó 1 bit vào bên trái để đủ 4 bit 0100 (=100) rồi ta tiếp
tục tra Bảng 1, có 0100 = 4 và 1111 = F vậy 10011112 = 4F16


1. Tổng quan điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Cách chuyển đổi các hệ đếm
Ví dụ:

a.
b.
c.
d.

111111112 = ?10 =?8 =?16
011010102 =?8
0x1DE6 = ?2
123410 = ?2

Hệ 16

Hệ 10

Hệ 2

Hệ 16

Hệ 10

Hệ 2

0

0

0000

8

8

1000

1

1

0001

9

9

1001

2

2

0010

A

10

1010

3

3

0011

B

11

1011

4

4

0100

C

12

1100

5

5

0101

D

13

1101

6

6

0110

E

14

1110

7

7

0111

F

15

1111

a. 111111112 = FF16 = 25510 (tra Bảng 1)
= 3*82 + 7*81 + 7*80 = 3778
b. 011010102 = 6A16 = 6*161 + A*160 = 96 + 10 = 10610 = 1528
c. 0x1DE6 = 00011101111001102 (tra Bảng 1)
d. 123410 = 4D216 = 100110100102
=1*210 + 1*27 + 1*26 + 1*24 + 1*21


1. Tổng quan điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Mã BCD (Binary Coded Decimal)

 Hệ thống BCD cung cấp phương tiện chuyển đổi mã do con
người xử lý (thập phân) thành mã do thiết bị xử lý (nhị
phân) dễ dàng.
 Mã BCD là mã gán thẳng của mã nhị phân tương ứng
 Hệ thống BCD sử dụng 4 bit (1 Nibble) từ 0000 đến 1001
để biểu diễn mỗi chữ số thập phân từ 0 đến 9 (Bảng 2).
 Trọng số của mã BCD là 8, 4, 2, 1 (4 bit trọng số)


1. Tổng quan điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Mã BCD (Binary Coded Decimal)
Hệ 10

Hệ 2

Hệ 16 Mã BCD

0

0

0

1

1

2

Hệ 10

Hệ 2

Hệ 16

Mã BCD

0000

10

1010

A

0001 0000

1

0001

11

1011

B

0001 0001

10

2

0010

12

1100

C

0001 0010

3

11

3

0011

13

1101

D

0001 0011

4

100

4

0100

14

1110

E

0001 0100

5

101

5

0101

15

1111

F

0001 0101

6

110

6

0110

16

1 0000

10

0001 0110

7

111

7

0111

17

1 0001

11

0001 0111

8

1000

8

1000

18

1 0010

12

0001 1000

9

1001

9

1001

19

1 0011

13

0001 1001

Bảng 2. Bảng ký tự tương ứng của các hệ đếm và mã BCD


1. Tổng quan điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Mã BCD (Binary Coded Decimal)
Ví dụ chuyển 48910 sang BCD

Ví dụ chuyển 0011010010010101 từ mã BCD sang thập phân


1. Tổng quan điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản
 Mã BCD (Binary Coded Decimal)
Ví dụ: Ứng dụng mã BCD trong thực tế:
Ta dùng hệ BCD khi
các thông tin thập
phân cần trực tiếp
đưa vào đầu vào và ở
đầu ra cho thấy kết
quả trực tiếp bằng số
thập phân, ví như
máy tính điện tử các
số thập phân đưa vào

thơng qua bàn phím
và kết quả ra cũng là
số thập phân trên
màn hình.

Bộ cơng tắc vịng xoay trong PLC:
Bảng
mạch kết
nối cho
mỗi bit

Đầu ra
cơng tắc
vịng xoay
tương
đương với
dữ liệu
BCD 4 bits

số thập
phân được
chọn

Mơ đun
đầu vào
PLC


1. Tổng quan điều khiển logic
1.1. Các khái niệm cơ bản

 Mã BCD (Binary Coded Decimal)
Ví dụ: Ứng dụng mã BCD trong thực tế:
Hiển thị LED bằng PLC
Để hiện thị các số thập
phân, người ta sử dụng
bộ giải mã 4/7 bit, với 4
bit đầu vào mã BCD và 7
bit đầu ra tương ứng với
một chữ số thập phân
biễu diễn bằng tinh thể
thạch anh lỏng (LED 7
đoạn)