Bài giảng PLC và mạng công nghiệp: Chương 3 - 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 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


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản trong PLC
3.2. Cấu trúc và hoạt động của Accu và
các bộ nhớ Register
3.3. Cách ghi địa chỉ
3.4. Cấu trúc chương trình điều khiển
3.5. Các ngơn ngữ lập trình PLC

3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 Một số PLC phổ biến

PLC Siemens

PLC Omron

PLC Mitsubishi

PLC Allen Bradley


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 Cấu trúc chung:
Mô-đun
truyền thông

Mô-đun
đầu vào

CPU
BỘ NHỚ
Chương trình/Dữ liệu

Mơ-đun nguồn
Cấu trúc cơ bản của PLC

Mơ-đun
đầu ra


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 Cấu trúc chung:

Mô
đun
nguồn

CPU,
Bộ
nhớ

Mô
đun
vào/ra
số

Mô
đun
vào/ra
tương
tự

Mô
đun

truyền
thông


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 Cấu trúc chung:


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 Cấu trúc chung:

Mô đun
truyền thông

CPU, Bộ nhớ,
Mô đun nguồn

Mô đun vào/ra
số/tương tự


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 Cấu trúc chung:

Cấu trúc chung của PLC

3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 MÔ-ĐUN NGUỒN
 Cung cấp nguồn điện cho CPU, các mơ-đun vào/ra
 Có thể được tích hợp sẵn trên PLC hoặc có thể là mơ-đun độc lập
 Các mức điện áp phổ biến 220VAC, 110VAC hoặc 24 VDC
Simatic S7-300 PLC Module PS307 24V/5A
Technical Specifications
Made in

Germany

Label

Siemens PLC Module

Serial No.

6ES7307-1EA01-0AA0

Product Class

Siemens PLC S7-300

Product

PS 307

Power supply

24 V/5 A

Input

1-phase AC

Output

Controlled, isolated DC voltage

Weight

0.6 kg


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM CPU (Central Processing Unit):
 CPU, bộ điều khiển (Controller) hay bộ xử lý (Proccessor) là bộ não của PLC.
 CPU có chức năng xử lý chương trình, quản lý bộ nhớ, đưa ra các quyết định
cần thiết để vận hành và giao tiếp với các mô-đun khác
 Bộ vi xử lý có thể khác nhau về tốc độ xử lý và tùy chọn bộ nhớ.

Cấu trúc CPU của PLC

Hệ điều hành

Bộ nhớ trung
gian

CPU

Bit nhớ

Timer

Counter

Bus


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM CPU (Central Processing Unit):

Chu kỳ quét của PLC khoảng 1 - 100 ms


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM CPU (Central Processing Unit):

Vòng quét PLC khoảng 1 - 100 ms


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 CÁC MƠ-ĐUN ĐẦU VÀO (INPUT)
 Mơ-đun đầu vào là kênh để kết nối với
các thiết bị ngoại vi: Các công tắc, các

loại tiếp điểm, cảm biến,… và truyền tín
hiệu tới bộ vi xử lý
 Mỗi cổng INPUT được PLC sử dụng có
một địa chỉ duy nhất
 Đầu vào có thể là tín hiệu số (DI) hoặc
tín hiệu tương tự (AI)
 Nguồn sử dụng cho mô đun đầu vào có
thể là nguồn điện 24VDC, hoặc nguồn
điện xoay chiều 110VAC, 220VAC

Kết nối đầu vào các thiết bị
(PLC Allen Bradley)


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 CÁC MƠ-ĐUN ĐẦU RA (OUTPUT)
 Mơ-đun đầu ra là kênh để kết nối với
các tải ở ngõ ra như cuộn dây của
relay, contactor, đèn tín hiệu, các bộ
ghép quang,…
 Mỗi cổng OUTPUT (DO/AO) được
PLC sử dụng có một địa chỉ duy nhất
 Nguồn sử dụng cho mơ-đun đầu ra có
thể là nguồn điện 24VDC,

hoặc

nguồn điện xoay chiều 110VAC,
220VAC

Kết nối đầu ra với các thiết bị (PLC Allen Bradley)


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 KẾT NỐI SINK/SOURCE ĐẦU VÀO/ RA (I/O)

Input SINK: tức dòng đi VÀO, đấu COM
or S/S với (+). Cũng có thể gọi kiểu đấu
nối này là NPN.

Input SOURCE: tức dòng đi RA, đấu
COM or S/S với (-), cảm biến, nút ấn
xuất (+) vào input PLC. Kiểu đấu nối
này là PNP, kiểu này phổ biến hơn
NPN.

Output PLC source: tức dòng đi RA, đấu COM or S/S với (+), xuất (+) cho tải
Output PLC sink: dòng đi VÀO, đấu COM or S/S với (-), xuất (-) cho tải


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 KẾT NỐI SINK/SOURCE ĐẦU VÀO/ RA (I/O)

Input PLC source

Output PLC source

Input PLC source: tức dòng đi ra, đấu com (-), cảm biến, nút ấn

xuất (+) vào input PLC.
Input PLC sink ngược lại.
Output PLC source: tức dòng đi ra, đấu com (+), xuất (+) cho tải
Output PLC sink: dòng đi vào, đấu com (-), xuất (-) cho tải


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 BỘ NHỚ
a. ROM (Read Only Memory)
b. RAM (Random Access Memory)
c. PROM (Programable Read Only
Memory)
d. EPROM (Erasable Programable Read
Only Memory)
e. EAPROM (Electronically Alterable
Programable Read Only Memory)
f. FLASH (Bộ nhớ tĩnh điện kiểu NAND or
NOR, có thể đọc ghi trên từng ô nhớ (cell))


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Các phần tử cơ bản của PLC
 THIẾT BỊ LẬP TRÌNH

Siemens Simatic PG 615 programming device

PPI

MPI

Ethernet


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.2. Cấu trúc và hoạt động của các ACCU và bộ nhớ
 Bit nhớ
 Bộ nhớ của PLC có thể được
hiển thị bằng một mảng hai
chiều của các tế bào nhớ, mỗi tế
bào có thể chứa một bit đơn của
thông tin dưới dạng là giá trị 0
hay 1
 Bit nhớ được bật lên trạng thái
ON nếu giá trị lưu trên đó là 1
và OFF nếu là lưu giá trị 0.

M3.4: Truy suất bit thứ 4 của byte thứ
3 thuộc vùng nhớ M


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.2. Cấu trúc và hoạt động của các ACCU và bộ nhớ
 Bit nhớ
 Một byte được định nghĩa là một nhóm nhỏ nhất của các bit mà CPU có
thể xử lý được đồng thời trong một lần. Trong các thiết bị điều khiển PLC
byte có cỡ thơng thường là 8 bit và một Word có cỡ là 2 byte hay 16 bit

IB1
MW2

3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.2. Cấu trúc và hoạt động của các ACCU và bộ nhớ
 Thanh ghi (Register)
- Thanh ghi là bộ nhớ 16 bit hay 32 bit để lưu
trữ tạm thời khi PLC thực hiện quá trình tính
tốn.
- Thanh ghi chốt (Latch register) duy trì nội
dung cho đến khi nó được chồng lên bằng nội
dung mới.
- Thanh ghi chuyên dùng (Special register).
- Thanh ghi tập tin hay thanh ghi bộ nhớ
chương trình (Program memory registers).
- Thanh ghi điều chỉnh giá trị được từ biến
trở bên ngoài (External adjusting register).
- Thanh ghi chỉ mục (Index register).

Trạng thái tác động ON


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.3. Cách ghi địa chỉ trong PLC
 Đặc điểm
 Mỗi đầu vào/ra phải có một địa chỉ xác định trong bộ nhớ của PLC
 Bộ xử lý tín hiệu sẽ lấy các giá trị của bit nhớ tương ứng với biến vào và
biến ra, nơi mà chúng được gán địa chỉ trong chương trình điều khiển của
PLC, để xử lý và tạo tác động điều khiển ra thiết bị bên ngoài.
 Mỗi điểm đấu trên các mơ đun vào/ra, có thể được nối dây đến thiết bị
hiện trường, chiếm 1 bit trong bộ nhớ của PLC tương ứng với miền nhớ

vào hoặc miền nhớ ra.
 Phần của bộ nhớ chứa địa chỉ vào/ra được gọi là miền ảnh vào và miền
ảnh ra.


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.3. Cách ghi địa chỉ trong PLC
 Cấu trúc của địa chỉ
 PLC Mitsubishi (họ PLC FX)
 Địa chỉ là các chữ số, ở đó cho
biết đó là ngõ vào hoặc ngõ ra
 Mỗi đơn vị chính của các ký
hiệu I/O được gắn với hệ sơ số 8

Ngõ vào: X (X000 X007, X010÷X017,…),
Ngõ ra: Y (Y000 ÷ Y007, Y0010÷Y017,…)
 PLC Siemens
Ngõ vào: I (I0.0  I0.7, I1.0÷I1.7,…),
Ngõ ra: Q (Q0.0 ÷ Q0.7)
 PLC Allen Bradly
Ngõ vào : I (I001/01  I007/07, …),
Ngõ ra: O (O001/01  O007/07, …)


3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.3. Cách ghi địa chỉ trong PLC
 Phân địa chỉ
 Phân bố địa chỉ I/O trong thanh ghi PLC