Bài giảng điều khiển logic và plc pot

BÀI GIẢNG ĐKLG & PLC
Giảng viên: Nguyễn Trí Cường
Bộ môn Tự động hóa XNCN – viện Điện
Điện thoại: 0983309963
Email:
22/08/2013
1
Mục tiêu học phần:
• Cung cấp cho sinh viên cái nhìn khái quát về ĐKLG (đặc
biệt là trong công nghiệp).
• Trang bị một số công cụ phân tích và thiết kế hệ thống tự
động hóa có tính chất là các sự kiện rời rạc.
• Cung cấp các kiến thức về PLC – thiết bị điều khiển logic
điển hình.
• Trang bị kiến thức về một số thiết bị chấp hành trong hệ
thống tự động hóa.
22/08/2013
2
Kết quả mong đợi (đối với sinh viên)
• Hiểu biết khái quát về điều khiển các sự kiện rời rạc (điều
khiển logic).
• Phân tích & thiết kế một hệ thống tự động hóa có tính
chất rời rạc.
• Lập trình, ghép nối PLC với các thiết bị trong hệ thống tự
động hóa.
• Thiết kế hoàn chỉnh hệ thống tự động hóa theo yêu cầu
đặt ra.
22/08/2013
3
Nội dung vắn tắt
• Khái niệm chung về điều khiển logic.

• Mạch logic tổ hợp và phương pháp thiết kế mạch logic tổ
hợp.
• Mạch logic tuần tự và phương pháp thiết kế mạch logic
tuần tự.
• Giới thiệu về PLC: cấu tạo, hoạt động và ngôn ngữ lập
trình.
• Thiết kế logic với PLC.
• Các thiết bị vào ra.
22/08/2013
4
Tài liệu
1. Bài giảng.
2. Nguyễn Trọng Thuần, “Điều khiển Logic và Ứng dụng”,
NXB Khoa học Kỹ thuật, 2000.
3. Trịnh Đình Đề, Võ Trí An, “Điều khiển tự động truyền
động điện”, tập I, NXB Đại học và Trung học chuyên
nghiệp, 1983
4. L. A. Bryan, E. A. Bryan, “ Programmable Controllers,
Theory and Implementation”, Second Edition, An
Industrial Text Company Publication, Atlanta- Georgia-
USA, 1997.
22/08/2013
5
Tài liệu
5. W. Bolton, “Programmable Logic Controllers”, Fifth
Edition, Elsevier, 2009.
6. “Introduction to PLC Programming and Implementation-
from relay logic to PLC logic”, Industrial Text& Video
Company.
7. J. R. Hackworth, Frederick D. Hackworth, Jr,

“Programmable Logic Controllers: Programming
Methods and Applications”, Prentice Hall, 2003.
8. Karl-Heinz John, and Michael Tiegelkamp, “IEC 61131-
3: Programming Industrial Automation Systems”, 2nd
Edition Springer, 2010.
9. IEC 61131 Standard.
22/08/2013
6
Tài liệu
10. Giáo trình ĐKLG & PLC
11. Tài liệu & phần mềm PLC Mitsubishi
12. Tài liệu & phần mềm PLC Siemens
13. Tài liệu & phần mềm PLC Omron
22/08/2013
7
Chương mục
1. Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG
2. Chương 2: Mạch logic tổ hợp
3. Chương 3: Mạch logic tuần tự
4. Chương 4: Tổng quan về PLC
22/08/2013
8
CHƯƠNG 1:
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐKLG
22/08/2013
9
1. Khái niệm về ĐKLG
Quá trình liên tục:
• VD: quá trình nhiệt, biến đổi
áp suất, phản ứng hóa học

…
• Có thể xác định, mô tả các
đại lượng liên quan tại mọi
thời điểm theo thời gian
Quá trình rời rạc:
• VD: quá trình lắp ráp, quá
trình đóng gói … (tập hợp
các hoạt động, sự kiện)
• Chỉ có thể xác định giá trị
các đại lượng liên quan khi
sự kiện nhất định diễn ra
22/08/2013 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG
10
1. Khái niệm về ĐKLG
Quá trình liên tục:
• Mô hình hóa:
• Các phương trình đại số, vi
phân …
• Là đối tượng nghiên cứu của
Lý thuyết điều khiển tự động
Quá trình rời rạc:
• Mô hình hóa:
• Dùng các công cụ: đại số
bool, Automat hữu hạn, Petri
Net, Statecharts, Stateflows,
GRAFCET …
• Là đối tượng nghiên cứu của
điều khiển logic.
22/08/2013 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG
11

2. Mô hình hóa quá trình rời rạc:
a. Đại số BOOL: (đại số logic)
• Coi các sự kiện chỉ có 2 trạng thái đối lập: có/không; đúng/sai;
1/0; 0V/5V; -10V/+10V …
• Là nền tảng tạo nên hệ đếm cơ số 2 – cơ sở của máy tính điện
tử.
• Phù hợp với các mạch logic điện tử, rơ le logic.
• Có khả năng mô tả hầu hết các quá trình thực tế.
• Vẫn còn có các nhược điểm:
• Thiếu trực quan.
• Gặp khó khăn khi quá trình thực tế trở nên quá phức tạp.
22/08/2013 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG
12
2. Mô hình hóa quá trình rời rạc:
b. Automat hữu hạn: (finite state machine - FSM)
• Ví dụ FSM điều khiển thang máy:
• Dữ liệu:
• Chỉ có 2 tầng: Ground – First.
• Tín hiệu vào: Up = 1; Down = 0.
• Trạng thái: Ground = 0; First = 1.
• Tín hiệu ra (đèn báo): On = 1; Off = 0.
• Bảng trạng thái:
22/08/2013 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG
13
Trạng thái Đầu vào Trạng thái tiếp
theo
Đèn đỏ
Red
Đèn xanh
Green

0 0 0 1 0
0 1 1 0 1
1 0 0 1 0
1 1 1 0 1
2. Mô hình hóa quá trình rời rạc:
c. Petri Net:
• Đồ thị có hướng.
• Bước chuyển – gạch đứng: các sự
kiện có thể xảy ra.
• Điều kiện – vòng tròn nhỏ: các vị trí.
• Cung có hướng – mũi tên: các trạng thái chuẩn bị, không bao
giờ nối cùng vị trí, cùng bước chuyển.
• Cung đầu vào: nối vị trí đến bước chuyển.
• Cung đầu ra: nối bước chuyển đến vị trí.
• Token (dấu hiệu) – chấm đen: mỗi vị trí có số lượng các token
nào đó.
22/08/2013 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG
14
2. Mô hình hóa quá trình rời rạc:
d. Statecharts:
• Dựa trên FSM.
• Bổ sung thêm 3 khái niệm: phân cấp, tranh chấp, quảng bá
truyền thông.
• VD: hoạt động của đồng hồ bấm giờ:
22/08/2013 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG
15
2. Mô hình hóa quá trình rời rạc:
e. Stateflows:
• Là 1 dạng của statecharts được phát triển bởi Matlab.
• Tích hợp trong môi trường Simulink.

• Tự động chuyển sang dạng mã chương trình C.
• VD: mô hình hộp số tự động điều khiển ô tô.
22/08/2013 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG
16
2. Mô hình hóa quá trình rời rạc:
f. GRAFCET:
• Có cơ sở toán học là mạng Petri Net.
• Giao diện đồ thị rõ ràng.
• Nền tảng tạo lên ngôn ngữ lập trình SFC.
• Có một số thành phần cơ bản:
• Step: trạng thái.
• Chuyển: Transistion
• Các nhánh có quan hệ logic.
22/08/2013 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG
17
3. Chuẩn IEC 61131:
• IEC: International Electrotechnical Commision – Tổ
chức về các tiêu chuẩn quốc tế và đánh giá mức độ
tuân theo trong lịch vực điện, điện tử và các công nghệ
liên quan.
• IEC 61131: standards on programmable controllers and
their associated peripherals – tiêu chuẩn về các bộ điều
khiển khả trình và ngoại vi liên kết với chúng.
22/08/2013 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG
18
3. Chuẩn IEC 61131:
• IEC 61131: gồm 8 phần:
• IEC 61131-1 General information
• IEC 61131-2 Equipment requirements and tests
• IEC 61131-3 Programming Languages - providing the basis

• IEC 61131-4 User Guidelines
• IEC 61131-5 Messaging service specification
• IEC 61131-6 Funtional Safety
• IEC 61131-7 Fuzzy control programming
• IEC 61131-8 Guidelines for the application and implementation
of programming languages
22/08/2013 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG
19
3. Chuẩn IEC 61131:
• Đặc điểm chính của IEC 61131-3:
• Quy định 5 ngôn ngữ lập trình:
• Ladder (LD): giản đồ thang, giống sơ đồ rơ le tiếp điểm.
• Function Block Diagram (FBD): sơ đồ khối chức năng, giống với các
khối chức năng trong sử dụng IC.
• Sequential Function Chart (SFC): biểu đồ hàm tuần tự, được phát
triển từ GRAFCET.
• Structure Text (ST): lệnh có cấu trúc, gần với ngôn ngữ lập trình cấp
cao như C, Pascal …
• Instruction List (IL): danh sách mã lệnh, gần với mã máy hoặc lập
trình ASEMBLY trên vi điều khiển.
22/08/2013 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG
20
CHƯƠNG 2:
MẠCH LOGIC TỔ HỢP
22/08/2013
21
1. Cơ sở toán học đại số logic:
a) Hàm & biến logic:
• Biến logic: x B = {0;1}
• Hàm logic: f(x1, x2, …, xn) B = {0;1}

với x1, x2, …, xn  B = {0;1}.
• Các phép toán logic cơ bản:
• Nghịch đảo: NOT
• Cộng logic: OR Nhân logic: AND
22/08/2013 Chương 2: Mạch logic tổ hợp
22
x f(x) =
0 1
1 0
x Y f(x,y) = x+y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
x y f(x,y) = x*y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
1. Cơ sở toán học đại số logic:
b) Các tính chất & định luật cơ bản:
• Tính chất giao hoán:
x+y=y+x; x.y=y.x
• Tính chất kết hợp:
x+y+z = (x+y)+z = x+(y+z); x.y.z = (x.y).z = x.(y.z)
• Tính chất phân phối:
x.(y+z) = x.y + x.z; x+(y.z) = (x+y).(x+z)
• Luật De Morgan:
22/08/2013 Chương 2: Mạch logic tổ hợp
23

n21n11
n21n21
x xxx x.x
x x.xx xx


1. Cơ sở toán học đại số logic:
b) Các tính chất & định luật cơ bản:
• Tính đối ngẫu: trong 1 hệ thức thay phép cộng bằng phép nhân, thay
0 bằng 1 và ngược lại thì ta được 1 hệ thức mới đối ngẫu. Nếu hệ
thức ban đầu đúng thì hệ thức sau cũng đúng.
• Một số hệ thức logic cơ bản:
x+0 = x ; x.1 = x
x.0 = 0 ; x+1 = 1
x+x = x ; x.x = x
x+xy = x ; x.(x+y) = x
22/08/2013 Chương 2: Mạch logic tổ hợp
24
0.; 1



xxxx
x
)
y
x
)(
y
x

(
;

x
y
x
xy





1. Cơ sở toán học đại số logic:
c) Các cách biểu diễn hàm logic:
• Biểu diễn bằng bảng chân lý:
• VD 2.1:
22/08/2013 Chương 2: Mạch logic tổ hợp
25
Giá trị thập phân của tổ
hợp biến
x1 x2 x3 f(x1,x2,x3)
0 0 0 0 1
1 0 0 1 0
2 0 1 0 “x”
3 0 1 1 “x”
4 1 0 0 0
5 1 0 1 1
6 1 1 0 “x”
7 1 1 1 1