BÀI GIẢNG: ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH potx

BÀI GIẢNG
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 1 -
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 4

1.1.

Những khái niệm cơ bản về PLC 4

1.1.1.

PLC là gì? 4

1.1.2.

Sự ra đời và phát triển của PLC 5

1.1.3.

Ưu nhược điểm của PLC 6

1.1.4.

Các họ PLC hiện có trên thị trường quốc tế 6

1.2.

Hệ thống điều khiển công nghiệp điển hình 7

1.2.1.

Hệ thống thu thập số liệu, giám sát và điều khiển (Supervisory
Control And Data Aquirition - SCADA) 7

1.2.2.

Hệ thống điều khiển phân tán (DCS) 8

1.2.3.

Các hệ thống điển hình khác 10

1.3.

Ngôn ngữ lập trình trên PLC 10

CHƯƠNG 2

LẬP TRÌNH CHO PLC S7X00 VÀ LOGO 13

2.1.

PLC S7 - 200 13

2.1.1.

Giới thiệu chung về PLC S7-200 13

2.1.2.

Cấu trúc chung 14

2.1.3.

Mô tả các khối chức năng phần cứng 15

2.1.4.

Cấu trúc của bộ nhớ 21

2.1.5.

Phần mềm Lập trình cho PLC S7-200 26

2.2.

Ngôn ngữ lập trình của Simatic 32

2.2.1.

Phân tích đối tượng và hệ thống điều khiển 32

2.2.2.

Phương pháp lập trình 37

2.2.3.

Cú pháp hệ lệnh của S7-200 (Phụ lục) 41

2.3.

Kết nối hệ thống 41

Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 2 -
2.3.1.

Mô tả hệ thống kỹ thuật 41

2.3.2.

Kết nối PLC với các thiết bị ngoại vi 44

2.3.3.

Kiểm lỗi kết nối bằng Step 7-MicroWin 48

2.4.

PLC LOGO 54

2.4.1.

Giới thiệu chung 54

2.4.2.

Đấu nối logo 54

2.4.3.

Các thao tác chung trên logo 54

2.4.4.

Lập trình cho logo 54

CHƯƠNG 3

LẬP TRÌNH CHO PLC EASY VÀ ZEN 55

3.1.

PLC Easy 55

3.1.1.

Giới thiệu chung 55

3.1.2.

Đấu nối PLC Easy 55

3.1.3.

Các thao tác chung trên PLC Easy 55

3.1.4.

Lập trình cho PLC Easy 55

3.2.

PLC ZEN 55

3.2.1.

Giới thiệu chung 55

3.2.2.

Đấu nối PLC ZEN 55

3.2.3.

Các thao tác chung trên PLC ZEN 55

3.2.4.

Lập trình cho PLC ZEN 55

CHƯƠNG 4

MẠNG PLC 56

4.1.

Hình trạng mạng 56

4.2.

Các vấn đề quan tâm khi ghép nối mạng PLC 56

CHƯƠNG 5

CASE STUDY 57

5.1.

Dây chuyền đóng gói tự động 57

5.2.

Điều khiển bơm nước 58

5.3.

Điều khiển động cơ 58

Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 3 -
5.4.

Điều khiển đóng mở cửa tự động 58

5.5.

Điều khiển băng tải 58

5.6.

Điều khiển thang máy 58

THỰC HÀNH VÀ BÀI TẬP LỚN 59

Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 4 -

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
1.1. Những khái niệm cơ bản về PLC
1.1.1. PLC là gì?
PLC là viết tắt của ba từ tiếng anh: Programmable Logic Controller- có nghĩa
là bộ điều khiển logic có khả năng thích ứng với nhiều chương trình điều khiển
khác nhau.
Chương trình điều khiển của PLC do người lập trình tạo ra nhờ máy tính với
sự trợ giúp của phần mềm hoặc thiết bị lập trình cầm tay do các hãng chế tạo PLC
cung cấp rồi nạp vào PLC.
Khi cần thay đổi hoặc mở rộng chương trình điều khiển, người lập trình chỉ
cần lập trình lại rồi nạp chương trình điều khiển mới vào PLC. bộ điều khiển sẽ làm
việc theo chương trình mới ngay sau khi khởi động.
Như vậy PLC thực chất là một thiết bị điều khiển đã được module hoá để sản
xuất hàng loạt. Nó là một bộ điều khiển đa năng, được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực
công nghệ khác nhau nhờ khả năng thích ứng của nó với các chương trình điều
khiển khác nhau.

Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 5 -
1.1.2. Sự ra đời và phát triển của PLC
Trước khi có PLC đã có những bộ điều khiển tự động bằng các mạch rơle-
công tắc tơ hoặc các mạch rơ le số/tương tự không tiếp điểm. Các bộ điều khiển này
ngày nay được gọi là các bộ điều khiển cứng.
Khi cần phải thay đổi hoặc mở rộng chương trình điều khiển thì các bộ điều
khiển cứng sẽ không thích ứng được, do đó cần thiết kế và chế tạo lại bộ điều khiển
để thay thế bộ điều khiển cũ, hoặc chí ít cũng cần thay đổi lại cách ghép nối các
phần tử của bộ điều khiển cũ cho phù hợp với chương trình điều khiển mới.
Việc thay đổi như vậy dẫn đến hiệu quả kinh tế bị giảm sút, thời hạn cải tạo
thiết bị công nghệ kéo dài. Năm 1969, hãng sản xuất ôtô GM đề xuất thiết kế các bộ
điều khiển ứng dụng công nghệ điện tử và công nghệ máy tính có khả năng thích
ứng với nhiều chương trình điều khiển khác nhau với các điều kiện sau:
a) Dễ dàng thay đổi được chương trình điều khiển
b) Đơn giản cho việc thay thế và sửa chữa.
c) Độ tin cậy cao so với các bộ điều khiển cứng truyền thống.
d) Nhỏ gọn hơn so với các bộ điều khiển thuyền thống.
e) Dữ liệu gửi ra ở đầu ra phải được đưa tới các dụng cụ điều khiển trung
tâm.
f) Giá thành tốt hơn các bộ điều khiển rơ le.
g) Đầu vào có khả năng nhận điện xoay chiều điện áp 115 v.
h) Đầu ra có dòng cực tiểu là 2a và điện áp xoay chiều cực tiểu là 115 v.
i) Bộ điều khiển phải có khả năng mở rộng các chức năng bằng cách nối
ghép thêm các module.
PLC đã ra đời như thế do tính thích ứng với nhiều chương trình điều khiển,
việc thay đổi chương trình dễ dàng và không đòi hỏi những chuyên gia lập trình và
điều khiển có trình độ chuyên môn cao nên nó nhận được nhu cầu rất lớn trong thực
tế. PLC sinh ra trên cơ sở của công nghệ máy tính và vật liệu bán dẫn, có thể giải

quyết được bài toán điều khiển với nhiều chương trình khác nhau nên ngày càng
được phát triển và ứng dụng vào tất cả các ngành công nghiệp và dân dụng.

Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 6 -
1.1.3. Ưu nhược điểm của PLC
Các điều kiện đưa ra để chế tạo PLC chính là các đặc điểm mang tính ưu việt
của PLC so với các bộ điều khiển truyền thống, trong đó ưu điểm lớn nhất là khả
năng thích ứng với các chương trình điều khiển khác nhau của PLC. Trong PLC khi
thay đổi chương trình điều khiển, do dùng các vi mạch để xử lý thông tin cho nên
các ghép nối cần thiết trong quá trình lập chương trình điều khiển không phải là các
ghép nối cơ học mà là các ghép nối Logic được người lập trình tạo ra bằng phần
mềm (Software) và được cài đặt vào bộ nhớ.
PLC có tốc độ xử lý cao, thường xử lý một lệnh trong khoảng thời gian
0,64µs. Nó còn là thiết bị tiêu tốn ít năng lượng so với các bộ điều khiển truyền
thống. nó nhỏ, gọn, trọng lượng nhẹ, dễ dàng lắp đặt trong các tủ điều khiển, dễ
dàng ghép nối với các thiết bị khác của hệ thống.
Sử dụng PLC trong điều khiển tự động chúng ta dễ dàng thiết lập được sự
trao đổi thông tin với các PLC khác thông qua các mạng LAN (Local Area
Network).
Việc lập chương trình và cài đặt chương trình cho PLC không phức tạp,
không đòi hỏi người lập trình có trình độ chuyên môn cao về PLC, về hệ thống tự
động. Các PLC hiện nay không những chỉ nhận các tín hiệu số ở các cổng vào và
cho ra các tín hiệu số ở các cổng ra mà còn có thể tiếp nhận các tín hiệu tương tự tại
các cổng vào để cho ra các tín hiệu tương tự trên các cổng ra. Tuy vậy tên gọi PLC
vẫn đúng, bởi vì quá trình xử lý trong CPU của nó vẫn là các quá trình xử lý logic.
Về nhược điểm: Hiện nay do chưa được tiêu chuẩn hoá trong phạm vị quốc
tế nên mỗi hãng sản xuất PLC lại đưa ra một ngôn ngữ lập trình riêng dẫn đến thiếu
tính thống nhất toàn cục. Mỗi khi sử dụng một loại PLC khác, người lập trình lại
phải học ngôn ngữ lập trình mới. Với các mạch điều khiển đơn giản, có quy mô nhỏ

bộ điều khiển PLC có giá thành đắt hơn so với các bộ điều khiển truyền thống vì
vậy không phải lúc nào cũng chọn lựa sử dụng PLC.
1.1.4. Các họ PLC hiện có trên thị trường quốc tế
Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất và cung cấp các PLC. Hãng SIEMENS
là một tập đoàn đa quốc gia về điện và điện tử hàng đầu thế giới, có doanh số đạt
gần 100 tỷ mác Đức và hiện có mặt trên 190 nước trên toàn cầu. SIEMENS đầu tư
phát triển họ PLC SIMATIC S7.
Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 7 -
PLC S7 hiện có ba dòng: dòng SIMATIC S7-200 dùng cho các đối tượng
điều khiển quy mô nhỏ, đơn giản; dòng SIMATIC S7-300 dùng cho các đối tượng
điều khiển quy mô vừa; dòng SIMATIC S7-400 dùng cho các đối tượng điều khiển
quy mô lớn, phức tạp. Hãng OMRON của nhật bản có các dòng Micro PLC CPM
và dòng PLC cỡ nhỏ mạnh mẽ và mềm dẻo CQM. ngoài ra còn có các họ PLC của
Misubishi, Allen Bradley, Telemecanicque
1.2. Hệ thống điều khiển công nghiệp điển hình
1.2.1. Hệ thống thu thập số liệu, giám sát và điều khiển (Supervisory Control
And Data Aquirition - SCADA)
Hệ thống điều khiển kiểu thu thập, giám sát và điều khiển SCADA ra đời từ
những năm 1980, song song với việc ra đời các thiết bị Logic lập trình được (PLC).
SCADA chủ yếu sử dụng PLC để điều khiển hệ thống. SCADA thích hợp cho việc
quản lý và điều khiển hệ thống sản xuất cỡ nhỏ với cấu trúc cơ bản như sau:

Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống SCADA
Trong đó:
- PC: Professional Computer (Máy tính chuyên dụng).
- LAN: Local Area Network (Mạng máy tính nội bộ).
- PLC: Programmable Logic Controller (Bộ điều khiển logic lập trình được).
Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 8 -

- I/O: Input/Output (Thiết bị vào/ra).
- UT: Unit Terminator (Thiết bị đầu cuối – hoặc RTU-Remote Terminator
Unit).
- S
i
: Sensor (Thiết bị đo lường).
- CCCH: Cơ cấu chấp hành (Động cơ, van, rơ le, ).
Trong hệ thống này, các bộ PLC thu thập số liệu, xử lý kết quả đo và đưa ra quyết
định điều khiển, đồng thời gửi kết quả đo về máy tính trung tâm. Máy tính trung
tâm có nhiệm vụ hiển thị kết quả đo và cho phép vận hành hệ thống với yêu cầu từ
máy tính. Người điều khiển thông qua bàn phím và chuột có thể điều khiển hệ
thống, máy tính truyền lệnh điều khiển xuống PLC thông qua các module vào ra
(I/O), hệ thống thực hiện các công đoạn cần thiết để điều khiển quá trình sản xuất.
Hệ thống kiểu này giá thành rẻ, thích hợp cho các hệ thống vừa và nhỏ. Tuy nhiên
có hạn chế là: Khi áp dụng cho hệ thống lớn thì khó khăn; không có phần mềm
chuyên dụng cho dự phòng; khả năng cho phép mở rộng các điểm đo bị hạn chế;
tính ổn định thấp; tính năng thời gian thực chưa đáp ứng được.
1.2.2. Hệ thống điều khiển phân tán (DCS)
Hệ DCS (Distributed Control System) khắc phục được các nhược điểm của
hệ SCADA trên, đặc biệt là việc xử lý tập trung thông tin ở trung tâm điều khiển, do
đó lượng thông tin truyền đi và kênh truyền sẽ rất lớn đòi hỏi phần xử lý trung tâm
phải có dung lượng cùng với tốc độ cao làm cho toàn hệ thống cồng kềnh phức tạp,
chi phí lớn. Cấu trúc của hệ DCS về cơ bản được bố trí như hình 1.2 sau đây.

Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 9 -

Phân cấp của hệ thống như sau:
• Cấp tiếp xúc gần nhất với đối tượng điều khiển: Gồm các cảm biến, Module
chuẩn hoá tín hiệu, các van điều khiển, các Module I/O, các Module truyền

thông và các khối xử lý trung tâm của từng nhóm tín hiệu và thường gọi là các
khối xử lý phân tán. Tập hợp của nhóm các thiết bị đó gọi là các thiết bị hiện
trường.
• Cấp điều khiển cục bộ (local control): Gồm các Module I/O, PLC, PC công
nghiệp
• Cấp điều khiển giám sát: Gồm các máy tính với giao diện quan sát lớn, các
bảng hiển thị thông số lớn, các thiết bị giám sát khác và máy in. Cấp này có
nhiệm vụ giám sát, điều khiển, lưu giữ, in ấn, hiển thị tức thời (động) các sơ đồ
công nghệ và các thông số chính của quá trình sản xuất
• Cấp quản lý: Gồm các máy tính được nối mạng, làm nhiệm vụ thống kê số liệu
sản xuất, lập bảng biểu, lưu trữ, tính toán tối ưu quá trình sản xuất
Hệ thống có ưu điểm như sau:
- Giao diện người dùng và các thông tin hiển thị rõ ràng.
- Có chức năng dự phòng linh hoạt.
Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 10 -
- Có thể thay đổi quy trình công nghệ bằng phần mềm tương đối dễ.
- Tính năng tác động nhanh được cải thiện.
- Độ ổn định khá cao.
- Thuận tiện cho việc kết nối với các hệ thống khác và dễ sử dụng.
Tuy nhiên, nhược điểm của hệ thống:
- Giá thành đắt.
- Yêu cầu kỹ thuật viên phải có trình độ cao, hiểu biết về công nghệ PLC,
PC, Controller,
Trong đó, PLC đóng một vai trò quan trọng nhờ các ưu điểm vượt trội của nó
so với các bộ điều khiển kiểu xử lý thông thường (vi xử lý).
1.2.3. Các hệ thống điển hình khác
- Hệ thống tích hợp: Từ năm 1998 đến nay trên thị trường công nghệ quốc tế
và trong nước đã dần dần triển khai hệ thống điều khiển công nghiệp kiểu tích hợp
với tên gọi là Hệ thống thông tin tích hợp (Integrated Information Systems – IIS).

Hệ này có cấu trúc gần tương tự với kiểu DCS nhưng được tích hợp nhiều chức
năng hơn. Ngoài chức năng điều khiển phân tán và tính năng mở còn có chương
trình điều khiển theo quy trình công nghệ đảm bảo sản xuất tối ưu. Trên hệ thống
còn tích hợp các chương trình tổ chức, lập kế hoạch sản xuất, tính toán lỗ lãi,
marketing, thương mại điện tử, nhằm đem lại lợi nhuận cao cho sản xuất.
- Các ứng dụng thông thường: Ngoài những ứng dụng của PLC trong các hệ
thống điều khiển công nghiệp với quy mô lớn mà chúng ta đã xét, PLC còn có thể
ứng dụng vào các công đoạn tự động hoá từng phần, từng mảng công việc khác
nhau tuỳ từng điều kiện cụ thể về tính chất công việc, kinh tế, Chẳng hạn, PLC
ứng dụng điều khiển hoạt động cửa tự động, tự động hoá toà nhà, cầu thang máy,
trạm trộn bê tông, điều khiển Gara tự động, điều khiển Robot, điều khiển đèn đường
giao thông, điều khiển hệ thống báo động,
1.3. Ngôn ngữ lập trình trên PLC
Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các
đối tượng sử dụng khác nhau. PLC S7-300 có 5 ngôn ngữ lặp trình cơ bản. Đó là:
- Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic).
Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 11 -

Đây là ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch logic.
- Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement list).

Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình
được ghép gởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một
hàng và đều có cấu trúc chung là “tên lệnh” + “toán hạng”.
- Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram).

Đây cũng là ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều
khiển số.
- Ngôn ngữ GRAPH.

Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 12 -
Đây là ngôn ngữ lập trình cấp cao dạng đồ hoạ. Cấu trúc chương trình rõ ràng,
chương trình ngắn gọn. Thích hợp cho người trong ngành cơ khí vốn quen với giản
đồ Grafcet của khí nén.
- Ngôn ngữ High GRAPH

Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 13 -
CHƯƠNG 2 LẬP TRÌNH CHO PLC S7X00 VÀ LOGO
2.1. PLC S7 - 200
2.1.1. Giới thiệu chung về PLC S7-200
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình (lập trình được) loại nhỏ của
hãng Siemens (CHLB Đức). Thiết bị này cho phép thực hiện linh hoạt các thuật
toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện
thuật toán bằng mạch số.
Với chương trình điều khiển bên trong, PLC trở thành một bộ điều khiển số
nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường
xung quanh (các PLC khác hoặc máy tính). Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng
thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra
cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết
kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các mô đun. Số các
mô đun được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, dự án cụ thể, song tối
thiểu bao giờ cũng phải có một mô đun chính là mô đun CPU. Các mô đun còn lại
là các mô đun nhận truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các mô đun chức năng
chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ các mô đun này được gọi chung là
môđun mở rộng. Cụ thể, cấu trúc của một bộ PLC S7-200 có thể gồm các mô đun
sau:
+ Mô đun nguồn PS (Power supply).

+ Mô đun CPU (Central processing unit).
+ Các mô đun tín hiệu SM (Signal module). Có chức năng mở rộng số cổng tín
hiệu vào/ra.
+ Các mô đun chức năng FM (Function module) phục vụ cho các điều khiển
chuyên dụng.
+ Các mô đun ghép nối IM (Interface module). Đây là loại mô đun chuyên dụng
có nhiệm vụ nối từng nhóm các mô đun mở rộng lại với nhau thành một khối và
được quản lý chung bởi một mô đun CPU.
+ Mô đun CP (Communicate module) phục vụ cho việc truyền thông trong mạng
được sử dụng để ghép nối giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.
Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 14 -

Hình 2.1: Bộ điều khiển lập trình được S7-200
2.1.2. Cấu trúc chung
Cũng như các bộ PLC khác, PLC S7-200 có các thành phần chính là bộ xử lý
trung tâm (Central Processing Unit) với bộ vi xử lý, các bộ nhớ làm việc và bộ nhớ
chương trình, các giao diện vào ra (I/O modules), hệ thống bus (bus system) và khối
nguồn cấp điện (Power Supply). Hình 2.2 minh hoạ các thành phần chức năng chính
của một bộ điều khiển lập trình được và quan hệ tương tác giữa chúng.
Bộ xử lý trung tâm bao gồm một hoặc nhiều vi xử lý, bộ nhớ chương trình, bộ
nhớ làm việc, đồng hồ nhịp và giao diện với thiết bị lập trình, được liên kết với
nhau thông qua một hệ thống bus nội bộ. Nhiệm vụ chính của CPU là quản lý các
cổng vào ra, xử lý thông tin, thực hiện các thuật toán điều khiển. Bộ nhớ chương
trình thường có dạng EPROM (Erasable and Programmable Read Only Memory)
hoặc EFPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory),
chứa hệ điều hành và mã chương trình ứng dụng. Dữ liệu vào/ ra cũng như dữ liệu
tính toán khác được lưu trong bộ nhớ làm việc RAM (Random Acess Memory).
Đồng hồ nhịp có vai trò tạo ngắt cứng để điều khiển chương trình theo chu kỳ,
thông thường trong khoảng từ 0,01giây tới 1000 phút.

Các thành phần vào/ ra (Input/Ouput, I/O) đóng vai trò là giao diện giữa CPU và
qúa trình kỹ thuật. Nhiệm vụ của chúng là chuyển đổi, thích ứng tín hiệu và cách
điện giữa các thiết bị ngoại vi (các cảm biến, cơ cấu chấp hành) và CPU. Các thành
phần vào/ra được liên kết với CPU thông qua một hệ thống bus.
Hệ thống bus (system bus) là tuyến để truyền các tín hiệu gồm nhiều đường tín
hiệu song song:
- Tuyến địa chỉ (address bus) dùng để chọn địa chỉ trên các khối khác nhau
- Tuyến dữ liệu (data bus): mang dữ liệu
Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 15 -
- Tuyến điều khiển (control bus): truyền các tín hiệu điều khiển dùng để đồng bộ
các hoạt động trong PLC.
Bộ cung cấp nguồn (POWER SUPPLY, PS) có vai trò biến đổi và ổn định nguồn
nuôi (thông thường 5V cho CPU) và các thành phần chức năng khác từ một nguồn
xoay chiều (110V, 220V, ) hoặc một chiều (12V, 24V, ).
Bên cạnh các thành phần chính nêu trên, một hệ thống PLC có thể có các thành
phần chức năng khác như ghép nối mở rộng, điều khiển chuyên dụng và xử lý
truyền thông.

Hình 2.2 Các thành phần chức năng chính của một PLC
2.1.3. Mô tả các khối chức năng phần cứng
2.1.3.1. Module CPU
CPU của S7-200 bao gồm: CPU212, CPU214, CPU 215 hoặc CPU 216. Về hình
thức bên ngoài, sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ kích thước,
số đầu vào ra và nguồn cung cấp.
- CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra và có khả năng mở rộng được thêm bằng 2
modul mở rộng.
- CPU 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng mở rộng được thêm bằng
7 modul mở rộng.
- CPU 215 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng mở rộng được thêm bằng

7 modul mở rộng.
Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 16 -
- CPU 216 có 24 cổng vào và 16 cổng ra và có khả năng mở rộng được thêm bằng
7 modul mở rộng.
Hình sau chỉ ra các phần tử điều khiển và hiển thị của CPU 214:

Hình 2.3: Mô tả các phần tử trên CPU 214
Đặc điểm của các phần tử trên module CPU:
- Các đèn (LED) hiển thị chế độ hoạt động và lỗi:
SF (đỏ) SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. Đèn SF sáng lên khi PLC có hỏng hóc.
RUN (xanh) chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được
nạp vào trong máy.
STOP (vàng) STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương trình
đang thực hiện lại.
- Các đèn hiển thị trạng thái vào/ra:
Ix.x (xanh) ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng Ix.x. Đèn này báo
hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.
Qy.y (xanh) ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qy.y. Đèn này báo
hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.
- Bộ lựa chọn chế độ hoạt động (Mode selector):
Công tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên, bên cạnh các cổng ra của S7-200 có
ba vị trí cho phép chọn chế độ làm việc khác nhau của PLC
Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 17 -
RUN mode: cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLCS7-200 sẽ
rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố, hoặc
trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ RUN.
Nên quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo.
STOP mode: cưỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chương trình đang chạy

và chuyển sang chế độ STOP. ở chế độ STOP, PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương
trình hoặc nạp một chương trình mới.
TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong chế độ làm việc cho PLC
ở chế độ RUN hoặc STOP.
- Cổng truyền thông:
S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục
vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác.

Hình 2.4: Sơ đồ chân của cổng
Tốc độ truyền thông là 9.6 kbaud hoặc 19.2 kbaud (tốc độ kbaud tương ứng với số
bit được truyền trong mỗi giây).
Để ghép nối S7-200 với một thiết bị lập trình (ví dụ các máy lập trình thuộc họ
PG7xx) có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua giao diện đa điểm MPI (Multipoint
Interface) của CPU. Cáp đó đi kèm theo máy lập trình, độ dài của cáp là 50m.
Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 18 -

Hình 2 5: Kết nối thiết bị lập trình tới một PLC S7-200
Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ
chuyển đổi RS232/RS485.
Cáp nối PC/PPI cho phép nối cổng RS232 của máy tính PC với cổng RS485 của
PLC qua giao diện điểm điểm PPI (Point to Point Interface).

Hình 2.5: Kết nối máy tính PC tới một PLC S7-200
- Pin và nguồn nuôi bộ nhớ (cho phép lưu giữ các dữ liệu quan trọng khi cắt
nguồn cấp cho PLC):
Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình hoặc nạp một chương trình mới.
Nguồn pin được sử dụng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu trong bộ
nhớ. Nguồn pin tự động chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng tụ nhớ
bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi.

Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 19 -

Hình 2.6: Lắp nguồn pin lưu giữ vào CPU
- Thẻ nhớ (Memory card):
Mục đích dùng memory card: Với memory card ta có thể mở rộng vùng nhớ
cho CPU. Có thể ghi chương trình ứng dụng và các tham số cài đặt tương ứng cho
CPU và các mô đun trên memory card. Cũng có thể lưu giữ hệ điều hành CPU tới
một memory card. Nếu ghi một chương trình ứng dụng trên memory card, nó sẽ còn
lại trong CPU khi tắt nguồn thậm chí với cả trường hợp không có pin lưu giữ.

Hình 2.7: Lắp memory card vào CPU
2.1.3.2. Các Môđul vào/ra mở rộng
CPU 212 cho phép mở rộng nhiều nhất 2 mô đun và các CPU214, CPU 215,
CPU216 nhiều nhất 7 mô đun. Các mô đun mở rộng tương tự và số đều có trong S7-
200.
Có thể mở rộng cổng vào ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các môđun
mở rộng về phía bên phải của CPU.
Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 20 -

Hình 2.8: Cách ghép nối mô đun CPU với mô đun mở rộng
- Mô đun vào/ra số (Digital module):
Mô đun vào số (DI module) chứa các đầu vào số dùng cho PLC S7-200. Các
sensor số có thể được nối với PLC S7-200 thông qua mô đun này. Mô đun vào số
chuyển đổi mức tín hiệu số được truyền từ hệ thống bên ngoài thành mức tín hiệu
bên trong PLC S7-200.
Môđun ra số (DO module) chứa các đầu ra số dùng cho PLC S7-200. Các cơ cấu
chấp hành số có thể được nối với PLC S7-200 thông qua mô đun này. Mô đun ra số
chuyển đổi mức tín hiệu số bên trong PLC S7-200 thành mức tín hiệu số cần cho hệ

thống bên ngoài.
- Mô đun tương tự (Analog Module):
Các mô đun mở rộng vào/ra tương tự chuyển đổi dữ liệu đầu vào tương tự sang
giá trị số. Giá trị số phụ thuộc vào dải tín hiệu đầu vào (0 đến 5 VDC, 1 đến 5 VDC,
0 đến 10VDC, -10 đến 10 VDC, 0 đến 4mA hoặc 4 đến 20 mA). Các dữ liệu đầu ra
số thì được chuyển đổi sang các giá trị tương tự (1 đến 5 VDC, 0 đến 10VDC, -10
đến 10 VDC, 0 đến 4mA hoặc 4 đến 20 mA).
- Xác định địa chỉ cho các module mở rộng:
Một trạm PLC được hiểu là một mô đun CPU ghép nối cùng với các mô đun mở
rộng khác ( module DI, DO, AI, AO, CP, FM) trong đó việc truy nhập của CPU vào
các mô đun mở rộng được thực hiện thông qua địa chỉ của chúng. Tuỳ vào vị trí lắp
đặt của mô đun mở rộng mà các mô đun có những địa chỉ khác nhau. Hình sau là
một ví dụ về cách đặt địa chỉ cho môđun mở rộng trên CPU 214:
Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 21 -

- Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các môđun mở rộng:
Trong trạm PLC luôn có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU và các mô đun mở rộng
thông qua bus nội bộ. Ngay tại đầu vòng quét, các dữ liệu tại cổng vào của các mô
đun vào số (DI) đã được CPU chuyển tới bộ đệm vào số (process image input table
- I). Cuối mỗi vòng quét nội dung của bộ đệm ra số (process image output table - Q)
lại được CPU chuyển tới cổng ra của các mô đun ra số (DO). Việc thay đổi nội
dung hai bộ đệm này được thực hiện bởi chương trình ứng dụng (user program).
Điều này cho thấy nếu trong chương trình ứng dụng có nhiều lệnh đọc giá trị cổng
vào số thì cho dù giá trị logic thực của cổng vào này có thể đã bị thay đổi trong quá
trình thực hiện vòng quét, chương trình sẽ vẫn luôn đọc được cùng một giá trị từ I
và giá trị đó chính là giá trị của cổng vào có tại thời điểm đầu vòng quét. Cũng như
vậy, nếu chương trình ứng dụng nhiều lần thay đổi giá trị cho một cổng ra số thì do
nó chỉ thay đổi nội dung bit nhớ tương ứng trong Q nên chỉ có giá trị ở lần thay đổi
cuối cùng mới thực sự được đưa tới cổng ra vật lý của mô đun DO.

Khác hẳn với việc đọc/ghi cổng số, việc truy nhập cổng vào/ra tương tự lại được
CPU thực hiện trực tiếp với mô đun mở rộng (AI/AO). Như vậy mỗi lệnh đọc giá trị
từ địa chỉ thuộc vùng PI (peripheral input) sẽ thu được một giá trị đúng bằng giá trị
thực có ở cổng tại thời điểm thực hiện lệnh. Tương tự khi thực hiện lệnh gửi một
giá trị (số nguyên 16 bit) tới địa chỉ của vùng PQ (peripheral output), giá trị đó sẽ
được gửi ngay tới cổng ra tương tự của mô đun.
Sở dĩ có sự khác nhau như vậy là do đặc thù về sự tổ chức bộ nhớ và phân chia
địa chỉ của S7-200. Chỉ có các mô đun vào/ra số mới có bộ đệm còn các mô đun
vào/ra tương tự thì không, chúng chỉ được cung cấp địa chỉ để truy nhập (địa chỉ PI
và PQ).
2.1.4. Cấu trúc của bộ nhớ
Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 22 -
2.1.4.1. Phân chia bộ nhớ
Bộ nhớ của S7-200 được chia thành 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu
trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn.

Hình 2.9:Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200
Vùng chương trình: là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu giữ các lệnh chương
trình. Ngôn ngữ lập chương trình cho PLC là ngôn ngữ đồ thị hình thang (LAD)
hoặc danh sách lệnh (STL). Chương trình được lưu giữ trong bộ nhớ Non – valatile
đọc/ ghi do đó không bị ảnh hưởng khi mất nguồn. Khi muốn thay đổi vùng chương
trình thì phải sử dụng một dụng cụ nạp chương trình. Chương trình có thể được chia
ra làm hai phần: Chương trình “chính” thực hiện theo chu kỳ và “ chương trình
ngắt” chỉ hoạt động khi có phát sinh ngắt tương ứng.
Vùng tham số: là miền lưu giữ các tham số như: từ khoá, địa chỉ trạm
Vùng dữ liệu: được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết
quả của phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền
thông.
Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự

đặt trong vùng nhớ cuối cùng.
Vùng chương trình, vùng tham số và một phần dữ liệu được lưu giữ trong
EEPROM của CPU.
2.1.4.2. Vùng dữ liệu
Vùng dữ liệu là một miền nhớ động. Nó có thể được truy nhập theo từng bit, từng
byte, từng từ đơn hoặc theo từng từ kép và được sử dụng để làm miền lưu trữ dữ
Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 23 -
liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay
vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ
Hình sau mô tả vùng dữ liệu của CPU 212 và CPU 214

Vùng dữ liệu được chia thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau,
Chúng được ký hiệu bằng các chữ cái tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của
chúng như sau:
• V - Variable memory (miền nhớ thay đổi được)
• I - Input image register (thanh ghi đệm cổng vào)
Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính
- 24 -
• O - Output image register (thanh ghi đệm cổng ra)
• M - Internal memory bits (các bít nhớ nội)
• SM - Special memory bits (các bít nhớ đặc biệt)
Tất cả các miền này đều có thể truy nhập được theo từng bit, từng byte, từng từ
đơn hoặc từng từ kép.
a) Định nghĩa về Bit, Byte, Word, Double word
Bit là một đơn vị thông tin, nó có hai giá trị 0 hay 1.
Byte là một nhóm 8 bit liên tiếp:

Trong PLC S7 -200 người ta dùng IB để chỉ byte vào (Input Byte) và QB để chỉ
byte ra (Out Byte).

Word là kết hợp của 16 bit hay 2 byte.

Trong PLC S7 -200 người ta dùng IW để chỉ word vào (Input word) và QW để
chỉ word ra (Out word).
Double Word là kết hợp của 32 bit hay 4 byte hay 2 word

Trong PLC S7 - 200 người ta dùng ID để chỉ double word vào (Input Double
word) và QD để chỉ double word ra (Out Double word).
Thí dụ: Địa chỉ vùng nhớ được qui định như sau: