Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC S7-200

Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM
1

Mục lục
Chơng 1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC 2
1.1. Khái niệm về PLC 2
1.1.1. Khái niệm 2
1.1.2. Đặc điểm 2
1.1.3. u điểm 2
1.1.4. So sánh với hệ thống điều khiển rơ-le 3
1.2. Cấu trúc phần cứng của PLC 5
1.2.1. Kết cấu chung của hệ thống PLC 5
1.2.2. Cấu trúc bên trong của PLC 7
1.3. Hoạt động của PLC 14
1.3.1. Chu kỳ hoạt động 14
1.3.2. Địa chỉ ngõ vào và ngõ ra 15
1.3.3. Cấu trúc bộ nhớ 16
1.3.4. Các phơng pháp lập trình. 18
1.4. Các lệnh bit logic 20
1.4.1. Các lệnh bit logic tiếp điểm (contacts) 20
1.4.2. Các lệnh bit logic xuất (output) 22
1.4.3. Lệnh bit logic ghi (set) và xoá (reset) 24
1.5. Các lệnh so sánh dữ liệu. 25
1.6. Lệnh Timer 25
1.6.1. Định nghĩa và phân loại 25
1.6.2. Tính chất của Timer 26
1.6.3. Cú pháp khai báo sử dụng Timer. 26
1.5.4. Ví dụ sử dụng Timer 28
1.7. Lệnh Counter 31
1.7.1. Phân loại Counter 31
1.7.2. Cú pháp khai báo sử dụng Counter 31

1.7.3. Thí dụ sử dụng counter 32
1.8. Các lệnh di chuyển dữ liệu 33
1.9. Các phép tính số học 34
1.9.1. Khái niệm và phân loại phép tính số học 34
1.9.2. Khai báo phép tính trong chơng trình 34
1.9.3. Thí dụ về phép tính số học 36
1.10. Lập trình PLC 37
1.10.1. Cấu trúc chơng trình PLC 38
1.10.2. Các bớc lập trình 38
1.10.3. Kết nối linh kiện vào/ra (nhập/xuất) 40
1.10.4. Ví dụ lập trình PLC 41
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM
2

Chơng 1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC
1.1. Khái niệm về PLC
1.1.1. Khái niệm
PLC xuất hiện lần đầu vào năm 1968 nhằm thay thế các panel điều khiển kiểu rơ-le của
các hệ thống điều khiển chu trình. Tuy nhiên từ năm 1970 khả năng của PLC đã nổi bật,
đợc bổ sung nhiều chức năng khác: chúng không chỉ thực hiện các chức năng điều khiển
đơn giản mà còn giám sát các hệ thống sản xuất phức tạp. Ngày nay PLC đã có mặt trong
các hệ thống xử lý tín hiệu số và truyền thông tốc độ cao. NEMA (National Electrical
Manufacturing Association) định nghĩa PLC là thiết bị điện tử số. Chúng sử dụng chơng
trình lu ở bộ nhớ trong để thực hiện các hàm (lệnh) đặc biệt nh logic, định thời gian, đếm,
số học để điều khiển các loại thiết bị hay các quá trình khác nhau thông qua các module
xuất/nhập dạng số hoặc tơng tự". Định nghĩa này cho thấy PLC là một thiết bị điện tử, thực
hiện các phép tính logic trên các tín hiệu vào (Inputs) để xuất ra (Output) các tín hiệu điều
khiển.
1.1.2. Đặc điểm
Thiết bị điều khiển logic lập trình (PLC) là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên

bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình đợc để lu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng,
chẳng hạn, phép tính logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, và thuật toán để điều khiển máy và các
quá trình (Hình 1.1). PLC đợc thiết kế cho phép các kỹ s, không yêu cầu kiến thức cao về
máy tính và ngôn ngữ máy tính, có thể vận hành dễ dàng.

Hình 1.1 Sơ đồ bộ điều khiển logic lập trình PLC
PLC không đợc thiết kế để chỉ có các nhà lập trình máy tính mới có thể cài đặt hoặc
thay đổi chơng trình. Vì vậy, các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao cho chơng trình
điều khiển có thể đợc nhập bằng cách sử dụng dạng ngôn ngữ đơn giản. Thuật ngữ logic
đợc sử dụng vì việc lập trình chủ yếu liên quan đến các hoạt động logic thực thi và chuyển
mạch, ví dụ, nếu sự kiện A hoặc B xảy ra, đóng mạch C, nếu sự kiện A và B xảy ra, đóng
mạch D Các thiết bị nhập, chẳng hạn các bộ cảm biến, các công tắc, và các thiết bị xuất
trong hệ thống đợc điều khiển, ví dụ, các động cơ, các van đợc nối kết với PLC. Ngời
vận hành nhập chuỗi lệnh (chơng trình) vào bộ nhớ của PLC. Thiết bị điều khiển sẽ giám
sát các tín hiệu vào và các tín hiệu ra theo chơng trình này và thực hiện các quy tắc điều
khiển đã đợc lập trình.
1.1.3. u điểm
Các PLC có u điểm chính là có thể sử dụng cùng một thiết bị điều khiển cơ bản cho
nhiều hệ thống điều khiển. Để sửa đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc đang đợc sử
dụng, ngời vận hành chỉ cần nhập tập lệnh khác; không cần mắc nối lại dây. Nhờ đó, hệ
thống rất linh hoạt và hiệu quả.
Các PLC tơng tự máy tính, nhng máy tính đợc tối u hóa cho các nhiệm vụ tính
toán và hiển thị; còn PLC đợc chuyên biệt cho các nhiệm vụ điều khiển và môi trờng sản
xuất công nghiệp. Vì vậy, các PLC đợc thiết kế:
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM
3

- Để chịu đợc rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn.
- Có sẵn giao diện cho các thiết bị nhập và thiết bị xuất.
- Dễ dàng với ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic

và chuyển mạch.
1.1.4. So sánh với hệ thống điều khiển rơ-le
Trớc đây, PLC có nhiều hạn chế nh giá thành đắt, khả năng lập trình hạn chế và các
thủ tục lập trình phức tạp. Vì vậy, chúng chỉ đợc sử dụng trên các máy công cụ đặc biệt
(CNC) hay trên các thiết bị phải thay đổi chơng trình làm rlệc trong quá trình vận hành.
Tuy nhiên do giá cả không ngừng hạ, cùng với việc luôn tăng cờng các khả năng của PLC,
cho phép PLC ngày càng đợc sử dụng rộng rãi hơn và cho đến nay thì nó là thiết bị điều
khiển phổ biến. Các công dụng của PLC có rất nhiều lợi thế cho cả ngời thiết kế và ngời
sử dụng. Sau đây là các thế mạnh đã đợc thể hiện của PLC.
a) Phân phối nhanh chóng.
Thiết kế theo module cho phép PLC đáp ứng mọi yêu cầu điều khiển. Bộ điều khiển và
các cấu kiện kèm theo đợc chế tạo đồng bộ, có thể nâng cấp tức thời.
b) Độ tin cậy cao.
Các linh kiện điện tử có tuổi thọ phục vụ cao hơn các thiết bị điện-cơ. Do đó, tuổi thọ
của PLC đợc nâng lên và thời gian phục vụ đợc kéo dài. Việc bảo dỡng định kỳ thờng là
vấn đề rất quan trọng đối với các bộ điều khiển rơ-le, nhing đã bị loại bỏ đối với PLC.
c) Dề dàng lập và sửa đổi chơng trình.
Những thay đổi khi bắt đầu chơng trình hoặc tiếp theo có thể dễ dàng thực hiện mà
không cần thay đổi một sơ đồ đấu dây nào. Mọi sự thay đổi trong chơng trình đợc tự động
lu lại.
Khi sử dụng bộ điều khiển vào các thiết bị khác nhau ít về trình tự thực hiện thì chơng
trình có thể đợc dùng lại bởi sự sao chép giản đơn, sau đó thay đổi và thêm vào các phần
mới. Các phần chơng trình sẵn có có thể đợc sử dụng lại mà không thay đổi. So với điều
khiển dùng kỹ thuật rơ-le, toàn bộ thời gian lắp ráp có thể giản đi đáng kể bởi toàn bộ các
chức năng có thể đợc lập trình trớc hoặc trong khi lắp ráp.
d) Dễ dàng xác định cấu hình.
Nếu biết số lợng tín hiệu đầu vào, đầu ra trong nhiều PLC, sự lu trữ dữ liệu đợc
thực hiện tự động, làm cho sự thiết kế mạch điện đơn giản hơn.
e) Không gian lắp đặt nhỏ gọn.
Các PLC yêu cầu ít không gian hơn các bộ điều khiển rơ-le tơng tự. Trong nhiều

trờng hợp không gian lắp máy giảm do loại bỏ đợc nhiều bảng mạch riêng rẽ.
f) Có khả năng tái tạo.
Sử dụng PLC vào một yêu cầu cụ thể làm giảm chi phí lao động so với điều khiển rơ-le
vì bỏ đợc phần lớn chi phí lắp ráp. Vì vậy PLC không chỉ đợc dùng trên các thiết bị thí
nghiệm mà còn trên các thiết bị tiêu chuẩn.
Hiện nay, các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần dần thay thế cho các hệ thống
điều khiển bằng relay, contactor thông thờng. Ta hãy thử so sánh u, khuyết điểm của hai
hệ thống trên:
Hệ thống điều khiển thông thờng:
Thô kệch do có quá nhiều dây dẫn và relay trên bản điều khiển.
Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế, lắp đặt.
Tốc độ hoạt động chậm.
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM
4

Công suất tiêu thụ lớn.
Mỗi lần muốn thay đổi chơng trình thì phải lắp đặt lại tòan bộ, tốn nhiều thời gian.
Khó bảo quản và sữa chữa.
Hệ thống điều khiển bằng PLC:
Những dây kết nối trong hệ thống giảm đợc 80% nên nhỏ gọn hơn.
Công suất tiêu thụ ít hơn.
Sự thay đổi các ngõ vào, ra và điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhờ phần
mềm điều khiển bằng máy tính hay trên Console.
Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn.
Bảo trì và sữa chữa dễ dàng.
Độ bền và tin cậy vận hành cao.
Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng.
Có thiết bị chống nhiễu.
Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.
Dễ lập trình và có thể lập trình trên máy tính, thích hợp cho việc thực hiện các lệnh

tuần tự của nó.
Các modul rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết.
Do những lý do trên PLC thể hiện rõ u điểm của nó so với các thiết bị điều khiển
thông thờng khác. PLC còn có khả năng thêm vào hay thay đổi các lệnh tuỳ theo yêu càu
của công nghệ. Khi đó ta chỉ cần thay đổi chơng trình của nó, điều này nói lên tính năng
điều khiển khá linh động của PLC.


Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM
5

1.2. Cấu trúc phần cứng của PLC
Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn,
giao diện nhập/xuất, và thiết bị lập trình. Hình 1.2 minh họa sơ đồ khối cơ bản.

Hình 1.2 Cấu trúc của bộ điều khiển logic lập trình PLC điển hình.
Bộ xử lý còn gọi là bộ vi xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý, biên
dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chơng trình đợc lu
trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị
xuất.
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp DC (5V) cần thiết
cho bộ vi xử lý và các mạch điện trong các module giao diện nhập và xuất.
Thiết bị lập trình đợc sử dụng để nhập chơng trình cần thiết vào bộ nhớ của bộ vi
xử lý. Chơng trình đợc viết trên thiết bị này, sau đó đợc chuyển đến bộ nhớ của PLC.
Bộ nhớ là nơi lu chơng trình đợc sử dụng cho các hoạt động điều khiển, dới sự
kiểm tra của bộ vi xử lý.
Các cổng nhập và xuất là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền
thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu nhập có thể từ các công tắc hành trình trên
máy khoan tự động, hoặc các bộ cảm biến, chẳng hạn, các tế bào quang điện trong cơ cấu
đếm, các bộ cảm biến nhiệt độ, hoặc các bộ cảm biến lu lợng Các thiết bị xuất có thể

đến cuộn dây của bộ khởi động động cơ, các van điện từ (solenoid) Các cổng nhập và xuất
sẽ đợc trình bày trong mục 2.2. Các thiết bị nhập và xuất có thể đợc phân loại theo kiểu
tín hiệu cung cấp: rời rạc, digital hoặc analog (hình 1.6).
1.2.1. Kết cấu chung của hệ thống PLC
Có hai kiểu kết cấu thông dụng đối với các hệ thống PLC: kiểu hộp đơn, và kiểu
module nối ghép. Kiểu hộp đơn (hình 1.3a) thờng đợc sử dụng cho các thiết bị điều khiển
lập trình cỡ nhỏ và đợc cung cấp dới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh gồm bộ nguồn) bộ xử
lý, bộ nhớ và các thiết bị nhập/xuất. Thông thờng kiểu PLC này có thể có 40 ngõ nhập/xuất
và bộ nhớ có thể lu trữ khoảng 300-1000 lệnh .
Kiểu module (hình 1.3b) gồm các module riêng cho bộ nguồn, bộ xử lý Chúng
thờng đợc lắp trên các rãnh bên trong hộp kim loại. Kiểu này có thể đợc sử dụng cho các
thiết bị điều khiển lập trình với mọi kích cỡ, có nhiều bộ chức năng khác nhau đợc gộp vào
các module riêng biệt, có thể đợc cắm vào ổ cắm trên rãnh (slot) chính. Sự phối hợp các
module cần thiết tùy theo công dụng cụ thể do ngời dùng xác định. Vì vậy kiểu này khá
linh hoạt, cho phép mở rộng số lợng đầu nối nhập/xuất bằng cách bổ sung các module
nhập/xuất hoặc tăng cờng bộ nhớ bằng cách tăng thêm các đơn vị nhớ.
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM
6

Các chơng trình đợc đa vào bộ nhớ của PLC bằng thiết bị lập trình, thiết bị này
không nối kết cố định với PLC, và có thể chuyển từ thiết bị điều khiển này đến thiết bị điều
khiển khác mà không làm xáo trộn các hoạt động. PLC có thể vận hành mà không cần nối
kết với thiết bị lập trình, sau khi chơng trình đợc tải vào bộ nhớ của PLC.

a) b)
Hình 1.3 Cấu trúc chung của PLC
a) Kiểu hộp đơn, b) Kiểu module nối ghép


Hình 1.4. Các bộ phận bên ngoài của một PLC

Các thiết bị lập trình có thể là loại cầm tay, để bàn, hoặc máy tính. Các hệ thống cầm
tay có bàn phím nhỏ và màn hình tinh thể lỏng. Các thiết bị để bàn có thể có bộ hiển thị với
bàn phím hoàn chỉnh và màn hình hiển thị. Các máy tính cá nhân đợc lập cấu hình nh các
trạm làm việc phát triển chơng trình. Một số PLC đòi hỏi máy tính phải có phần mềm
tơng ứng, số khác chi cần thẻ mạch truyền thông chuyên dùng để giao tiếp với PLC. u
điểm chính khi sử dụng máy tính là chơng trình có thể đợc lu trên đĩa cứng hoặc đĩa
mềm và dễ dàng thực hiện các bản sao. Nhợc điểm là việc lập trình thờng khó thực hiện.
Các thiết bị giao tiếp lập trình cầm tay thờng có bộ nhớ đủ để lu giữ chơng trình trong
khi chuyển từ vị trí này đến vị trí khác.
Chơng trình chỉ đợc chuyển vào bộ nhớ của PLC khi đã đợc viết hoàn chỉnh trên
thiết bị lập trình.
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM
7





1.2.2. Cấu trúc bên trong của PLC
Hình 1.5 minh họa cấu trúc bên trong cơ bản của PLC, gồm bộ xử lý trung tâm (CPU)
chứa bộ vi xử lý hệ thống, bộ nhớ, và mạch nhập/xuất CPU điều khiển và xử lý mọi hoạt
động bên trong PLC: Bộ xứ lý trung tâm đợc trang bị đồng hồ có tần số trong khoảng 1 đến
8 MHz. Tần số này quyết định tốc độ vận hành của PLC, cung cấp chuẩn thời gian và đồng
bộ hóa tất cả các thành phần của hệ thống. Thông tin trong PLC đợc truyền dới dạng các
tín hiệu digital. Các đờng dẫn bên trong truyền các tín hiệu digital dợc gọi là các bus. Về
vật lý, bus là bộ dây dẫn, truyền tín hiệu điện. Bus có thể là các vệt dẫn trên bản mạch in
hoặc các dây điện trong cáp. CPU sử dụng bus dữ liệu để gởi dữ liệu giữa các bộ phận, bus
địa chỉ để gởi địa chỉ các vị trí truy cập dữ liệu đợc lu trữ và bus điều khiển dẫn tín hiệu
liên quan đến các hoạt động điều khiển nội bộ. Bus hệ thống đợc sử dụng để truyền thông
giữa các cổng và thiết bị nhập/xuất.

Hình 1.4 Cấu trúc bên trong của PLC
- Bộ xử lý trung tâm - CPU
Cấu hình CPU tùy thuộc vào bộ vi xử lý. Nói chung, CPU có:
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM
8

Bộ tính toán số học và bộ logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu, thực hiện các
phép toán số học (cộng, trừ) và các phép toán logic AND, OR, NOT và EXCLUSIVE-OR.
Bộ nhớ, còn gọi là các thanh ghi, bên trong bộ vi xử lý, đợc sử dụng để lu trữ thông
tin liên quan đến sự thực thi chơng trình.
Bộ điều khiển đợc sử dụng để định chuẩn thời gian của các phép toán.
- Đờng truyền - BUS
Bus là các đờng dẫn dùng để truyền thông bên trong PLC. Thông tin đợc truyền theo
dạng nhị phân, theo nhóm bit, mỗi bit là một số nhị phân 1 hoặc 0, tơng ứng với các trạng
thái ON/OFF. Thuật ngữ từ máy (WORD) đợc sử dụng cho nhóm bit tạo thành thông tin
nào đó. Vì vậy một từ máy 8-bit có thể là số nhị phân 00100110. Cả 8-bit này đợc truyền
đồng thời theo đờng dẫn song song của chúng. Hệ thống PLC có bốn bus:
Bus dữ liệu tải dữ liệu trong quá trình xử lý của CPU. Bộ vi xử lý 8-bit có một bus dữ
liệu nội có thể thao tác các số nhị phân 8-bit, có thể thực hiện các phép toán giữa các số nhị
phân 8-bit và phân phối kết quả theo giá trị 8-bit.
Bus địa chỉ đợc sử dụng để tải địa chỉ các vị trí trong bộ nhớ. Nh vậy, mỗi từ máy có
thể dđợc định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí nhớ đợc gán một địa chỉ duy nhất. Mỗi vị trí từ
máy đợc gán một địa chỉ sao cho dữ liệu đợc lu trữ ở vị trí nhất định, để CPU có thể đọc
hoặc ghi ở đó. Bus địa chỉ mang thông tin cho biết địa chỉ sẽ đợc truy cập. Nếu bus địa chỉ
gồm 8 đờng số lợng từ máy 8-bit, hoặc số lợng địa chỉ phân biệt là 2
8
= 256. Với bus địa
chỉ 16 đờng số lợng địa chỉ khả dụng là 65536.

Bus điều khiển mang các tín hiệu đợc CPU sử dụng để điều khiển; ví dụ, để thông
báo cho các thiết bị nhớ nhận dữ liệu từ thiết bị nhập hoặc xuất dữ liệu, và tải các tín hiệu
chuẩn thời gian đợc dùng để đồng bộ hóa các hoạt động.
Bus hệ thống đợc dùng để truyền thông giữa các cổng nhập/xuất và thiết bị nhập/xuất.
- Bộ nhớ
Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ:
Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) cung cấp dung lợng lu trữ cho hệ điều hành và dữ liệu cố
định đợc CPU sử dụng.
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho chơng trình của ngời dùng.
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho dữ liệu. Đây là nơi lu trữ thông tin theo
trạng thái của các thiết bị nhập/xuất các giá trị của đồng hồ thời chuẩn, các bộ đếm và các
thiết bị nội vi khác. RAM dữ liệu đôi khi đợc xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi. Một phần
của bộ nhớ này, khối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào và ngõ ra, cùng với trạng thái của
các ngõ vào và ngõ ra đó. Một phần dành cho dữ liệu đợc cài đặt trớc, và một phần khác
dành để lu trữ các giá trị của bộ đếm, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn
Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình đợc (EPROM) là các ROM có thể đợc lập
trình, sau đó chơng trình này đợc thờng trú trong ROM.
Ngời dùng có thể thay đổi chơng trình và dữ liệu trong RAM. Tất cả các PLC đều có
một lợng RAM để lu chơng trình do ngời dùng cài đặt và dữ liệu chơng trình. Tuy
nhiên, để tránh mất mát chơng trình khi nguồn công suất bị ngắt, PLC sử dụng ắc quy để
duy trì nội dung RAM trong một thời gian. Sau khi đợc cài đặt vào RAM, chơng trình có
thể đợc tải vào vi mạch của bộ nhớ EPROM, thờng là module có khóa đối với PLC, do đó
chơng trình trở thành vĩnh cửu. Ngoài ra còn có các bộ đệm tạm thời, lu trữ các kênh
nhập/xuất.
Dung lợng lu trữ của bộ nhớ đợc xác định bằng số lợng từ máy nhị phân có thể
lu trữ đợc. Nh vậy, nếu dung lợng bộ nhớ là 256 từ máy, bộ nhớ đó có thể lu trữ 256x8
=2048 bit, nếu sử dụng các từ máy 8-bit, và 256x16 = 4096 bit, nếu các từ máy đợc sử
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM
9

dụng là 16 bit. Kích cỡ bộ nhớ thờng đợc chuyên biệt theo số lợng vị trí lu trữ khả dụng
với 1K biểu diễn số nhị phân 2
10
= 1024. Các nhà sản xuất cung cấp vi mạch bộ nhớ với các
vị trí lu trữ theo nhóm 1, 4, và 8 bit. Bộ nhớ 4Kx1 có 4x1xl024 bit vị trí. Bộ nhớ 4Kx8 có
4x8xl024 bit vị trí. Thuật ngữ byte đợc sử dụng cho từ máy có độ dài 8 bit. Vì vậy, bộ nhớ
4Kx8 có thể lu trữ 4096 byte. Với bus địa chỉ 16-bit, bạn có thể có 2
16
địa chỉ khác nhau,
và với các từ 8-bit đợc lu trữ ở mỗi địa chỉ, bạn có thể có 2
16
x 8 địa chỉ lu trữ, và để sử
dụng bộ nhớ có dung lợng 2
16
x 8/2
10
= 64Kx8, bạn có thể có cấu hình gồm bốn vi mạch
nhớ 16Kx8.
- Mạch (modun) giao diện.
Mạch giao diện đợc dùng để liên kết các thiết bị ngoại vi, nh màn hình, thiết bị lập
trình hoặc các linh kiện mở rộng khác của PLC. Ngoài ra để mở rộng khả năng của PLC, các
nhà chế tạo còn cung cấp các module logic để thực hiện các chức năng đặc biệt. Việc cài đặt
các module này vào hết sức dễ dàng bằng cách ghép chúng vào các rãnh (slots) có sẵn trên
PLC cơ sở.
- Các mạch nhập/xuất (vo/ra).
Tín hiệu nhập từ các bộ cảm biến, công tắc hành trình và các tín hiệu xuất đến các
thiết bị dẫn động, cơ cấu chấp hành có thể là:
- Analog, tín hiệu có kích cỡ liên quan với đại lợng đang đợc cảm biến.
- Rời rạc, về bản chất đó chỉ là tín hiệu đóng-ngắt.
- Digital, là chuỗi xung dạng mã số.

Các thiết bị cung cấp tín hiệu rời rạc hoặc digital là các thiết bị có tín hiệu ON/OFF
(hình 1.5).

a) Tín hiệu rời rạc b) Tín hiệu digital c) Tín hiệu analog
Hình 1.5. Các loại tín hiệu
Công tắc là thiết bị cung cấp tín hiệu rời rạc, có hoặc không có điện áp. Về cơ bản, các
thiết bị digital có thể đợc xem là các thiết bị rời rạc, với chuỗi các tín hiệu ON/OFF. Các
thiết bị analog cung cấp các tín hiệu có độ lớn tỉ lệ với giá trị của biến đang đợc giám sát.
Ví dụ, bộ cảm biến nhiệt độ có thể cung cấp điện áp tỉ lệ với nhiệt độ.
Tuy nhiên, CPU cần có ngõ vào cho các tín hiệu digital có độ lớn xác định, thờng từ 0
đến 5V. Tín hiệu ra từ CPU là digital, thờng từ 0 đến 5V. Vì vậy, cần phải xử lý các tín
hiệu vào và tín hiệu ra để chúng có dạng theo yêu cầu. Mạch nhập/xuất của các PLC đợc
thiết kế sao cho dải tín hiệu vào có thể đợc đổi thành các tín hiệu digital 5V, và dải tín hiệu
ra là khả dụng để truyền động các thiết bị ngoại vi. Tính năng này cho phép xử lý dải tín
hiệu vào và tín hiệu ra để các PLC dễ dàng sử dụng.
Nói chung, dải tín hiệu vào trên module nhập đợc chọn lựa bằng các công tắc DIP
(Dual-In-Line Package). Các công tắc này đợc bố trí ở mặt sau module. Chúng chỉ có hai
trạng thái đóng hoặc ngắt, và đợc sử dụng để cài đặt các tham số cho module. Các công tắc
này cũng đợc sử dụng để xác lập địa chỉ của các module.
Dới đây chúng ta sẽ xem xét một số mạch xuất và nhập cơ bản đợc sử dụng trong
PLC. Đối với các thiết bị kiểu module, chúng đợc gắn lên các thẻ mạch, có thể đợc cắm
vào các rãnh. Vì vậy, bạn có thể thay đổi các đặc tính nhập/xuất của PLC bằng cách thay đổi
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM

10
thẻ mạch. PLC dạng hộp đơn có các thiết bị nhập/xuất đợc nhà sản xuất gắn cứng bên
trong.
Hình 1.6 và 1.7 minh họa các mạch nhập cơ bản đối với các tín hiệu vào rời rạc, digital
DC và AC. Các bộ cách điện quang học đợc sử dụng để bảo vệ. Đối với thẻ mạch dùng cho
tín hiệu vào dạng AC, mạng cầu chỉnh lu đợc sử dụng để chỉnh lu dòng AC sao cho

tín.hiệu DC có thể cung cấp tín hiệu mà bộ cách điện quang học sử dụng để tạo ra các tín
hiệu nhập vào CPU của PLC.

Hình 1.6.

Hình 1.7. Mạch nhập (vo)
Tín hiệu một chiều DC (trên); b) Tín hiệu xoay chiều AC (dới)

Các tín hiệu analog có thể đợc nhập vào PLC, nếu mạch nhập của PLC có khả năng
chuyển tín hiệu đó thành tín hiệu digital qua bộ chuyển đổi analog-digital. Đối với hệ thống
đợc lắp theo rãnh, việc nhập tín hiệu analog có thể thực hiện bằng cách lắp bản mạch có
ngõ vào analog thích hợp trên rãnh ngõ vào. Do đó, không cần bản mạch con analog cho
từng ngõ vào analog, thay vào đó có thể sử dụng chuyển mạch điện tử (hình 1.8). Bộ phận
này gồm nhiều ngõ vào analog đối với bản mạch con và sử dụng các công tắc điện tử để lần
lợt chọn lựa từng tín hiệu nhập. Các bản mạch con thông dụng có 4, 8, hoặc 16 ngõ vào
analog.

Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM

11
Hình 1.8 Chuyển mạch điện tử
Hình 1.9 trình bày chức năng của bộ chuyển đổi analog-digital (DAC). Một tín hiệu
vào analog tạo thành các tín hiệu đóng/ngắt trên tám dây riêng rẽ. Tám tín hiệu này cấu
thành từ dới dạng digital tơng ứng với mức tít hiệu vào analog. Nh vậy bộ chuyển đổi 8-
bit có thể có 2
8
= 256 giá trị digital khác nhau, từ 0000 0000 đến 1111 1111, nghĩa là từ 0
đến 255.

Hình 1.9. Chức năng của chuyển đổi analog-digital (DAC)

Tín hiệu ra digital tạo thành các bậc (hình 1.10) và các điện áp analog cần thiết để tạo
thành từng tín hiệu ra digital đợc gọi là các mức định lợng. Điện áp analog sẽ thay đổi
theo hiệu điện áp analog giữa các mức liên tiếp nếu tín hiệu ra nhị phân thay đổi. Độ phân
giải là hiệu diện áp analog nhỏ nhất gây ra thay đổi một bit trong tín hiệu ra digital. Với
ADC 8 bit, nếu tín hiệu vào analog toàn phần thay dối trong khoảng 0 đến 10V, thì bậc của
một bit digital cần có sự thay đổi tín hiệu vào analog là 10/255V (khoảng 0,04V). Nghĩa là,
sự thay đổi 0,03V trong tín hiệu vào analog sẽ không dẫn đến sự thay đổi tín hiệu ra digital.
Do vậy, số bit trong tín hiệu ra của bộ chuyển đổi analog-digital sẽ xác định độ phân giải.

Hình 1.10. Các bậc tín hiệu analog-digital.
Nếu sử dụng ADC 10-bit sẽ có thể có 2
10
= 1024 giá trị digital khác nhau, và đối với tín
hiệu vào analog toàn phần là 0 đến 10V, bậc của một bit digital cần có sự thay đổi tín hiệu
vào analog là 10/1023V (0,01V). Nếu ADC 12-bit đợc sử dụng, có thể có 2
12
= 4096 giá trị
digital khác nhau, và đối với tín hiệu vào analog toàn phần là 0 đến 10V, bậc của một bit
digital cần có sự thay đổi tín hiệu vào analog là 10/4095V (2,4 mV). Nói chung, độ phân
giải của ADC n-bit là 1/(2
n
-l).
Bảng dới đây trình bày sự chuyển đổi analog-digital đối với bộ chuyển đổi 8-bit, khi
tín hiệu vào analog ở trong khoảng 0 đến 10V.
Bảng 2.1 Giá trị chuyển đoỏi analog-digital.
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM

12
Tín hiệu vào Analog (V) Tín hiệu ra Digital
0.00 0000 0000

0,04 0000 0001
0,08
0000 0010
0,12 0000 0011
0,16 0000 0100
0,20 0000 0101
0,24 0000 0110
0,28
0000 0111
0,32 0000 1000


Hình 1.11. Các mạch xuất cơ bản của PLC
a) Mạch xuất kiểu transistor, b) Mạch xuất kiểu triac; c) Mạch xuất kiểu rơ-le.

Để minh họa cho vấn đề trên, có thể xét cặp nhiệt điện đợc dùng làm bộ cảm biến cho
PLC và cung cấp tín hiệu ra 0,5 mV/
0
C. Cần tìm độ chính xác bảo đảm PLC kích hoạt thiết
bị xuất khi cặp nhiệt điện nối với ngõ vào analog trong khoảng 0 - 10V DC, sử dụng ADC
10-bit. Với bộ chuyển đổi 10-bit sẽ có 2
10
= 1024 bậc trên dải tín hiệu vào analog 0 đến
10V. Vì vậy, sự thay đối l bậc tơng ứng 10/1023 V (0,01V = 10 mV). Từ đó, độ phân giải
chính xác để PLC phân biệt tín hiệu vào từ cặp nhiệt điện là 5 mV tơng ứng 10
0
C.
Các mạch xuất có thể là rơ-le, transistor hoặc triac. Hình 1.11a minh họa dạng các cơ
bản của mạch xuất kiểu rơ-le, hình 1.11b trình bày các mạch xuất kiểu transistor và hình
1.11c minh họa mạch xuất kiểu triac.

Tín hiệu ra analog có nhu cầu rất lớn và có thể đợc cung cấp bằng bộ chuyển đổi
digital-analog (DAC) ở kênh xuất. Tín hiệu vào bộ chuyển đổi này là chuỗi bit, với mỗi bit
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM

13
trên một đờng song song. Hình 1.12 trình bày chức năng cơ bản của chuyển đổi này. Bit
trên đờng 0 cung cấp xung tín hiệu ra có cờng độ nhất định. Bit trên đờng 1 cung cấp
xung tín hiệu ra có cờng độ gấp đôi xung trên đờng 0. Bit trên đờng 2 cung cấp xung tín
hiệu ra có cờng độ gấp đôi xung trên đờng 1. Bit trên đờng 3 cung cấp xung tín hiệu ra
có cờng độ gấp đôi xung trên đờng 2 Tất cả các tín hiệu ra này kết hợp với nhau tạo
thành dạng analog của tín hiệu vào digital. Khi tín hiệu vào digital thay đổi, tín hiệu ra
analog thay đổi theo bậc, sự thay đổi điện áp tín hiệu ra bằng các thay đổi điện áp liên kết
với mỗi bit. Ví dụ, nếu sử dụng bộ chuyển đổi 8-bit, tín hiệu ra tạo thành các giá trị điện áp
gồm 2
8
= 256 bậc analog. Giả sử dải tín hiệu ra đợc xác lập đến 10V DC, một bit cung cấp
sự thay đổi 10/255 V (0,04 V). Nh vậy:
Tín hiệu vào digital Tín hiệu ra Analog (V)
0000 0000 0.00
0000 0001 0,04
0000 0010
0,08 + 0,00 = 0,08
0000 0011 0,08 + 0,04 = 0,12
0000 0100 0,16
0000 0101 0,16 + 0,00 + 0,04 = 0,20
0000 0110 0,16 + 0,08 = 0,24
0000 0111 0,16 + 0,08 + 0,04 = 0,28
0000 1000
0,32

Các module xuất analog thờng đợc cung cấp theo số tín hiệu ra, ví dụ, 4 đến 20 mA,
0 đến +5V DC, 0 đến +10V DC, và tín hiệu ra thích hợp đợc chọn bằng các công tắc DIP
trên module. Thông thờng, module có các ngõ ra chia thành hai dạng, thứ nhất, mọi ngõ ra
của module có nguồn điện áp chung, thứ hai, các ngõ ra có nguồn điện áp riêng. Hình 1.13
trình bày các nguyên lý cơ bản của hai dạng ngõ ra này.

Hình 1.12. Chức năng của DAC

Hình 1.13. Các dạng ngõ ra.
a) Nguồn chung, b) Nguồn riêng

Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM

14
1.3. Hoạt động của PLC
1.3.1. Chu kỳ hoạt động
Các chơng trình PLC biểu diễn dãy các lệnh lập trình tuân theo một cú pháp tuỳ thuộc
vào ngôn ngữ lập trình (mỗi một bộ điều khiển có một ngôn ngữ lập trình riêng). Thiết bị
PLC thực hiện chơng trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh lập trình
cuối trong một dòng. Một vòng quét nh vậy đợc gọi là một chu kỳ.
Một vòng quét bắt đầu bằng việc đọc trạng thái của đầu vào, sau đó thực hiện chơng
trình và kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái của đầu ra. Trớc khi bắt đầu vòng quét tiếp
theo, bộ điều khiển thực hiện các nhiệm vụ tự kiểm tra sửa lỗi và nhiệm vụ truyền thông.
Hình 1.14 minh họa hoạt động này. Có hai phơng pháp có thể đợc sử dụng cho các hoạt
động xử lý tín hiệu nhập/xuất.

Hình 1.14. Hoạt động của PLC
Cập nhật liên tục
Theo phơng pháp này, CPU quét các kênh nhập khi chúng xuất hiện theo các lệnh

của chơng trình. Mỗi điểm nhập đợc kiểm tra riêng rẽ và tác động của chúng lên chơng
trình sẽ đợc xác định. Sự yêu cầu từng điểm nhập theo mỗi lệnh chơng trình sẽ tốn thời
gian. Nhiều kênh nhập có thể phải đợc quét trớc khi chơng trình có chỉ thị để thực thi
hoạt động cụ thể và tín hiệu ra xuất hiện. Các tín hiệu ra duy trì trạng thái của chúng, bị
khóa cho đến khi có sự cập nhật kế tiếp. Tập lệnh này bao gồm:
- Tìm nạp và giải mã lệnh chơng trình thứ nhất.
- Quét các ngõ vào tơng ứng.
- Tìm nạp và giải mã lệnh chơng trình thứ hai.
- Quét các ngõ vào tơng ứng đối với các lệnh còn lại.
- Cập nhật các ngõ ra.
- Lặp lại toàn bộ tập lệnh trên.
Sao chép khối tín hiệu nhập/xuất.
Do phơng pháp cập nhật liên tục cần có thời gian kiểm tra lần lợt từng điểm nhập,
thời gian cần thiết để kiểm tra vài trăm điểm nhập/xuất có thể đáng kể. Để thực thi chơng
trình nhanh hơn, một vùng đặc biệt của RAM đợc sử dụng làm bộ lu trữ đệm giữa logic
điều khiển và bộ nhập/xuất. Mỗi bộ nhập/xuất đều có địa chỉ trong vùng nhớ này. Khi bắt
đầu mỗi chu kỳ chơng trình CPU quét tất cả các bộ nhập và sao chép trạng thái của chúng
vào các địa chỉ của bộ nhập/xuất trong RAM. Khi chơng trình đợc thực thi, CPU đọc dữ
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM

15
liệu đợc lu trữ trong RAM, theo yêu cầu, và thực hiện các phép toán logic. Tín hiệu xuất
đợc lu trữ trong phần RAM dành riêng cho nhập/xuất. Cuối mỗi chu kỳ chơng trình, tất
cả các tín hiệu xuất trong RAM đều đợc chuyển đến các kênh xuất tơng ứng. Các tín hiệu
xuất vẫn duy trì trạng thái của chúng cho đến chu kỳ cập nhật kế tiếp. Tập lệnh này bao
gồm:
- Quét tất cả các đơn vị nhập và sao chép vào RAM
- Tìm kiếm, giải mã, và thực thi tất cả các lệnh của chơng trình theo thứ tự, sao
chép các chỉ thị xuất vào RAM.
- Cập nhật tất cả các chỉ thị xuất.

- Lặp lại tập lệnh trên.
Mặc dù thời gian cần thiết để hoàn tất chu kỳ quét các ngõ vào và cập nhật các ngõ ra
theo các lệnh chơng trình tơng đối ngắn, nhng không phải tức thời. Nghĩa là, các ngõ vào
không đợc theo dõi liên tục, các mẫu trạng thái của chúng đợc lấy định kỳ. Thời gian của
chu kỳ thông thờng khoảng 10 đến 50 ms, nghĩa là các ngõ vào và các ngõ ra đợc cập nhật
mỗi 10 đến 50 ms, nh vậy, sự đáp ứng của hệ thống có thể bị trễ. Điều này cũng có nghĩa là
nếu có chu kỳ nhập rất ngắn xảy ra ở thời điểm không thích hợp, chu kỳ đó có thể bị bỏ sót.
Tóm lại, chu kỳ nhập bất kỳ phải xuất hiện trong thời gian dài hơn thời gian chu kỳ của
PLC. Các module đặc biệt có thể hữu ích trong các trờng hợp nêu trên.
Hãy xét PLC có thời gian chu kỳ 40 ms. Tần số cực đại của các xung digital là bao
nhiêu để có thể đợc phát hiện? Nếu mỗi 40 ms có một xung xuất hiện, tần số cực đại sẽ là:
1/0,04 = 25 Hz.
Thí dụ về cập nhật giá trị các cổng nhập (input) và xuất (output) vào vùng nhớ (hình
1.15):

Hình 1.15. Hoạt động cập nhật cổng vào/ra
1.3.2. Địa chỉ ngõ vào và ngõ ra
PLC có khả năng nhận biết từng ngõ vào và ngõ ra bằng cách gán địa chỉ cho chúng.
Với PLC nhỏ, địa chỉ là chữ số có tiếp đầu ngữ cho biết đó là ngõ vào hoặc ngõ ra. Đối với
PLC Mitsubishi. các ngõ vào có địa chỉ dạng X400, X401, X402 và các ngõ ra có địa chỉ
dạng Y430, Y431, Y482 Nh vậy X biểu thị ngõ vào và Y là ngõ ra. Hãng Toshiba cũng
sử dụng hệ thống địa chỉ tơng tự.
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM

16
Các PLC lớn có nhiều rãnh cho các kênh nhập và kênh xuất, các rãnh này đợc đánh
số. Với Allen Bradley PLC-5, rãnh chứa bộ xử lý đợc gán số 0 và địa chỉ các rãnh khác
đợc đánh số 1, 2, 3 tùy theo cách cài đặt các công tắc. Mỗi rãnh có thể có nhiều module
và mỗi module liên quan với nhiều ngõ vào/ra. Hình 1.16 minh họa dạng địa chỉ này. Ví dụ,
ngõ vào có địa chỉ I:012/03. Địa chỉ này cho biết (I) đó là ngõ vào, rãnh 01, module 2 và

thiết bị đầu cuối 03.

Hình 1.16. Cách ghi địa chỉ trên Allen Bradley PLC-5

Với Siemens SIMATIC S7, các ngõ vào và các ngõ ra đợc sắp xếp theo nhóm 8. Mỗi
nhóm 8 đợc gọi là byte và mỗi tín hiệu vào hoặc ra có 8 bit. Các ngõ vào và ra có địa chỉ
đợc biểu diễn bằng các số byte và bite, tạo thành số module, tiếp theo là số thiết bị đầu
cuối, dấu chấm (.) phân chia hai số này. Hình 1.17 trình bày hệ thống địa chỉ này. Ví dụ I0.1
là ngõ vào ở bit 1 trong byte 0, Q2.0 là ngõ ra ở bit 0 trong byte 2.

Hình 1.17. Cách ghi địa chỉ trên Siemens SISMATIC S7

PLC GEM-80 biểu diễn địa chỉ các ngõ vào/ra bằng số module và số thiết bị đầu cuối
trong module đó. Chữ cái A đợc dùng để biểu thị các ngõ vào, và chữ cái B biểu thị các
ngõ ra. Ví dụ, A3.02 là ngõ vào ở thiết bị đầu cuối 02 trong module 3, B5.12 là ngõ ra ở thiết
bị đầu cuối 12 trong module 5.
Với Sprecher+Schuh SESTEP, các ngõ vào đợc biểu thị bằng chữ cái X và các ngõ ra
là Y và đợc đánh số thứ tự. Vị trí của module không ảnh hởng đến cách ghi địa chỉ. Ví dụ,
X002 là ngõ vào và Y003 là ngõ ra.
Ngoài việc sử dụng địa chỉ để nhận biết các ngõ vào và các ngõ ra, PLC còn sử dụng
các hệ thống địa chỉ của chúng để nhận biết các thiết bị nội do phần mềm tạo ra, chẳng hạn
nh các rơ-le nội, các đồng hồ tính giờ và các bộ đếm.
1.3.3. Cấu trúc bộ nhớ
PLC chia bộ nhớ th nh bốn vùng nhớ, có tụ duy trì dữ liệu trong thời gian nhất định
khi mất nguồn. Nó có tính năng động cao, đọc/ghi đợc trong to n vùng trừ vùng SM
(Special Memory) chỉ đọc.
- Vùng nhớ chơng trình: l miền bộ nhớ dùng lu giữ lệnh chơng trình. Vùng n y
thuộc kiểu Non- volatile đọc/ghi đợc.
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM

17
- Vùng nhớ tham số: l miền lu giữ các tham số nh: từ khóa, địa chỉ trạm lu
chơng trình Cũng giống nh vùng chơng trình vùng n y thuộc kiểu Non - volatile
đọc/ghi đợc.
- Vùng nhớ dữ liệu: Đợc sử dụng để cất dữ liệu ch ơng trình bao gồm kết quả phép
tính, hằng số đợc định nghĩa trong chơng trình, bộ đệm truyền thông Một phần của vùng
nhớ n y (200 byte đầu tiên đối với CPU222, 1Kbyte đầu tiên đối với CPU214) thuộc kiểu
Non- volatile đọc ghi/đợc.


Vùng dữ liệu lại đợc chia ra với những miền nhớ nhỏ có các công dụng khác nhau
nh:
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM

18
V: Variable Memory (Vùng nhớ biến).
I: Input Image Register (Vùng đệm cổng v o).
O: Output Image Register (Vùng đệm cổng ra).
M: Interal Memory Bits (Vùng nhớ nội).
SM: Special Memory Bits (Vùng nhớ đặc biệt).
Vùng nhớ dữ liệu l vùng nhớ động. Nó có thể truy nhập theo từng bit, byte, từ đơn, từ
kép đợc sử dụng l m miền lu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các h m truyền thông, lập
bảng, h m dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ
Các phơng pháp truy nhập:
Truy nhập theo Bit: Tên miềm + địa chỉ byte +.+ địa chỉ bit.
Ví dụ: V150.4 - Chỉ bit thứ 4 của byte 150 thuộc miền nhớ V.
Truy nhập theo Byte: Tên miềm + B + địa chỉ của byte.
Ví dụ: VB50 - Chỉ byte thứ 50 thuộc miền V.
Truy nhập theo từ đơn: Tên miền + W + địa chỉ byte cao của từ trong miền.
Ví dụ: VW150 - Chỉ từ đơn gồm 2 byte 150 v 151 thuộc miền V. Trong đó byte 150

đóng vai trò l byte cao, byte 151 đóng vai trò l byte thấp.
Truy nhập theo từ kép: Tên miền + D + địa chỉ byte cao của từ kép trong miền
Ví dụ: VD150 - Chỉ từ kép gồm 4 byte 150, 151, 152 v 153 thuộc miền V. Trong đó
byte 150 đóng vai trò l byte cao, byte 153 đóng vai trò l byte thấp.
- Vùng đối tợng: đợc sử dụng để lu trữ dữ liệu cho các đối tợng lập trình nh các
giá trị tức thời, giá trị đặt trớc của bộ đếm hay timer. Dữ liệu kiểu đối tợng gồm thanh ghi
của timer, bộ đếm, các bộ đếm có tốc độ cao, bộ đệm v o/ra tơng tự v các thanh ghi
Accumulator (AC).
Mô tả vùng nhớ dữ liệu v vùng nhớ đối tợng thể hiện trong bảng trên:
1.3.4. Các phơng pháp lập trình.
Có ba phơng pháp lập trình PLC cơ bản: phơng pháp hình thang (Ladder Logic - viết
tắt là LAD) và phơng pháp liệt kê lệnh (Statement List - viết tắt là STL) và phơng pháp sơ
đồ khối hàm (Function block diagram - FBD). Thí dụ về 3 nhóm thành tử lập trình cơ bản
của PLC thể hiện trên hình 1.18.
LAD là ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ. Những phần tử cơ bản dùng trong LAD tơng
ứng với các phần tử của bảng điều khiển rơ-le. Trong chơng trình dạng LAD các phần tử
cơ bản dùng để biểu diễn các lệnh logic nh sau:
- Tiếp điểm (contacts): là biểu tợng mô tả bit logic dạng tiếp điểm của rơ-le. Các tiếp
điểm đó có thể là thờng mở hoặc thờng đóng.
- Cuộn dây (coil): là biểu tợng ( ) mô tả bit logic dạng rơ-le đợc mắc theo
chiều dòng điện đợc cấp cho rơ-le.
- Hộp (box): là biểu tợng mô tả các chức năng khác nhau. Các chức năng này tợc
thực hiện khi có dòng điện chạy đến hộp. Các chức năng thờng đợc biểu diễn bằng hộp là
các bộ thời gian (timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp phải
đợc mắc đúng chiều dòng điện.
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM

19

Hình 1.18. Thí dụ về các phần tử lập trình cơ bản

LAD là ngôn ngữ lập trình đồ hoạ. Mạng LAD bao gồm các đờng nối các phần tử
thành một mạch hoàn thiện, đi từ đờng nguồn bên trái sang đờng nguồn bên phải. Đờng
nguồn bên trái là dây nóng, đờng nguồn bên phải là dây trung hoà hay là đờng trở về nơi
cấp nguồn. Dòng điện chạy từ bên trái qua các tiếp điểm đóng, các cuộn dây hoặc các hộp
và trở về bên phải nguồn. Kiểu lập trình này thuận tiện cho ngời lập trình đã quen với sơ đồ
nguyên lý mạch điều khiển kiểu rơ-le.

a) b)
Hình 1.19. Các phơng pháp lập trình PLC
a) Lập trình theo LAD; b) Lập trình theo FBD

Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM

20
Phơng pháp liệt kê lệnh STL là phơng pháp thể hiện chơng trình dới dạng một tập
hợp danh sách các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chơng trình, kể cả các lệnh hình thức đều
biểu diễn một chức năng của PLC. Phơng pháp này thể hiện câu lệnh giống nh ngôn ngữ
ASSEMBLER hoặc ngôn ngữ lập trình vi điều khiển. Thí dụ lập trình theo STL thể hiện nh
sau:

Sơ đồ khối hàm là ngôn ngữ lập trình đồ hoạ. Ngôn ngữ này cho phép ngờ i lậ p trìn h
xây dựng các qui trình điều khiển phức tạp bằng cách lấy các hàm từ th viện FB D và viết
chúng vào một diện tích đồ hoạ. Một khối hàm lô gíc biểu diễn quan hệ hay hàm giữa các
biến đầu vào và đầu ra.
Ta có thể xây dựng hàm hoàn chỉnh thao tác bởi chơng trình FBD với các sơ đồ khối
của các hàm cơ sở từ th
viện FBD . M ỗi khối hàm cơ sở có số l ợng đầu vào/ra cố định
trên các điểm nối. Đầu vào đợc nối vào mặt bên trái của khối và đầu ra mặt bên phải. Hàm
cơ sở thực hiện các hàm đơn giản giữa các đầu vào và đầu ra của nó. Kết quả của hàm logíc
đợc chuyển đến đầu ra. Tên của khối đ ợc ký hiệu bằng các ký tự la tinh.

Sơ đồ khối hàm logic là một ngôn ngữ ký hiệu, trong đó các tổ hợp khác nhau của các
biến lô gíc đ
ợc biễu diễn bởi các ký hiệu logic tiêu chuẩn hoá. T ơng tự nh sơ đồ thang,
để lập trình đợc trong ngôn ngữ này ta cần phải có m àn hình để hiển thị sơ đồ.
1.4. Các lệnh bit logic
1.4.1. Các lệnh bit logic tiếp điểm (contacts)
Tiếp điểm tiêu chuẩn của PLC gồm các loại sau: thờng mở (Normally Open-NO),
thờng đóng (Normally Closed-NC), thờng mở tức thì (Normally Open Immediate-NOI),
thờng đóng tức thì (Normally Closed Immediate NCI), NOT, Positive and Negative
Transition (hình 1.20).
Gi¸o tr×nh øng dông tin häc trong CTM

21

H×nh 1.20. C¸c lÖnh bit logic tiÕp ®iÓm cña PLC S7200 (Siemence)
ThÝ dô sö dông lÖnh bit logic tiÕp ®iÓm:
ThÝ dô 1:

ThÝ dô 2:
Gi¸o tr×nh øng dông tin häc trong CTM

22

1.4.2. C¸c lÖnh bit logic xuÊt (output)

ThÝ dô sö dông bit logic output:
Gi¸o tr×nh øng dông tin häc trong CTM

23

Gi¸o tr×nh øng dông tin häc trong CTM

24
1.4.3. LÖnh bit logic ghi (set) vµ xo¸ (reset)

ThÝ dô sö dông lÖnh bit logic output, set vµ reset:

Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM

25
1.5. Các lệnh so sánh dữ liệu.
Lệnh so sánh dữ liệu (hình 1.23) yêu cầu PLC so sánh hai giá trị dữ liệu, có thể là so
sánh giá trị digital đọc từ thiết bị nhập với giá trị thứ hai đợc chứa trong thanh ghi. Ví dụ,
yêu cầu hoạt động nào đó phải đợc tiến hành khi tín hiệu vào từ bộ cảm biến nhiệt độ cung
cấp giá trị digital thấp hơn giá trị cài đặt đợc lu trữ trong thanh ghi dữ liệu của PLC.
Thông thờng, các PLC có thể thực hiện các so sánh nhỏ hơn (< hoặc LES), bằng (= hoặc
EQU), nhỏ hơn hoặc bằng ( ; <= hoặc LEQ), lớn hơn (> hoặc GRT), lớn hơn hoặc bằng (;
>= hoặc GEQ) và khác nhau (; <> hoặc NEQ). Các dấu ngoặc bên cạnh mỗi thuật ngữ cho
biết cách viết tắt thông dụng trong lập trình.

Hình 1.23. Mạch so sánh.

Đối với so sánh dữ liệu, lệnh phổ biến gồm lệnh chuyển dữ liệu cần so sánh, địa chỉ
nguồn, nơi có thể lấy dữ liệu so sánh (giá trị 1), và địa chỉ đích của dữ liệu làm chuẩn so
sánh (giá trị 2). Các lệnh so sánh đợc đặt trong dấu ngoặc. Khi giá trị 1 so sánh với giá trị 2
và kết quả phù hợp với dạng so sánh đợc sử dụng, kết quả là đúng, tín hiệu ra 1 (T); nếu sự
so sánh không đúng, kết quả là sai và có tín hiệu ra 0 (F). Ví dụ, sử dụng dạng so sánh nhỏ
hơn hoặc bằng, nếu giá trị ở địa chỉ SMB28 nhỏ hơn hoặc bằng 50 (hình 1.24), kết quả là
đúng và tín hiệu ra là 1 (T), bít Q0.0 nhận giá 1. Nếu không nhỏ hơn 50, kết quả của phép so

sánh này là sai và tín hiệu ra là 0 (F), bít Q0.0 nhận giá 0. Tơng tự nh vậy cho phép so
sánh giá trị ở địa chỉ SM28 và 150.

Hình 1.24. Ví dụ so sánh dữ liệu
1.6. Lệnh Timer
1.6.1. Định nghĩa và phân loại
Timer l bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu v o v tín hiệu ra nên trong điều
khiển vẫn thờng đợc gọi l khâu trễ.
Timer có ba loại:
- Timer tạo thời gian trễ không có nhớ ký hiệu TON (On- Delay Timer).
- Timer tạo thời gian trễ có nhớ ký hiệu TONR (Retentive on Delay Timer).
- Timer duy trì không có nhớ TOF (OF-Delay Timer).