Mô hình thang máy 5 tầng sử dụng plc s7 1200 đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐƠNG Á

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH THANG MÁY
5 TẦNG SỬ DỤNG PLC S7-1200
Giáo viên hướng dẫn

:

Thầy Nguyễn Sơn Hải

Sinh viên thực hiện

:

Bùi Đình Bách

Ngày sinh

:

02-08-1999

Lớp

:

DCTDH8.10

Khoa

Khóa

:
:

Điều khiển và Tự động hóa
K8

Mã sinh viên

:

1752510303086

1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐƠNG Á

BÙI ĐÌNH BÁCH
TÊN ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH THANG MÁY
5 TẦNG SỬ DỤNG PLC S7-1200
Giáo viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Sơn Hải

Bắc Ninh, Tháng 11-2022

2

MỤC LỤC
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH.........................................................................6
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT....................................................................9
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.......................................10
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN...........................................11
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY VÀ PLC S7-1200........13
1 .Giới thiệu về thang máy......................................................................13
1.1 Thang máy tải khách và đặc điểm sản phẩm..........................................13
1.2 Cấu tạo thang máy..................................................................................14
2 Giới thiệu về PLC.................................................................................17
2.1 Giới thiệu................................................................................................17
2.2 Chi tiết về PLC.......................................................................................17
CHƯƠNG II THIẾT KẾ CƠ KHÍ THANG MÁY....................................31
1 . Định nghĩa và phân loại thang máy....................................................31
1.1 Tổng quan về thang máy.........................................................................31
1.2 Phân loại thang máy................................................................................32
2 Lựa chọn phương án thiết kế................................................................36
2.1 Đặc tính kĩ thuật của thang máy.............................................................36
2.2 Phân tích các phương án và chọn lựa phương án thiết kế......................36
3 Kết cấu cabin và đối trọng....................................................................46
3.1 Kết cấu cabin..........................................................................................46
3.2 Đối trọng.................................................................................................49
4 Tính cơng suất động cơ........................................................................50
4.1 u cầu động cơ trang bị cho thang máy...............................................50
3


4.2 Công suất động cơ..................................................................................51
4.3 Bộ tời......................................................................................................52

5 Hệ thống treo cabin và đối trọng..........................................................54
5.1 Ngun lí hoạt động................................................................................55
5.2 Tính tốn hệ thống treo...........................................................................55
6 Bộ giảm chấn........................................................................................57
6.1 Lực tác dụng lên bộ giảm chấn...............................................................58
7 Cơ cấu mở cửa cabin............................................................................59
7.1 Cấu tạo....................................................................................................59
7.2 Ngun lý hoạt động...............................................................................60
7.3 Tính tốn dẫn động cửa..........................................................................61
CHƯƠNG III THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN.............................................63
1 . Sơ đồ khối của tủ điện........................................................................63
2 . Tổng quan về các thiết bị trong tủ điều khiển....................................64
2.1 PLC S7-1200 Cpu 1212 Dc/Dc/Dc.........................................................64
2.2 Khối thiết bị bảo vệ.................................................................................68
2.3 Khối điều khiển.......................................................................................71
2.4 Khối động cơ và nguồn điện...................................................................81
3 Nguyên lý hoạt động............................................................................82
3.1 Mạch nguồn............................................................................................82
3.2 Mạch điều khiển.....................................................................................83
4 Thiết kế layout tủ điện..........................................................................84
4.1 Bản vẽ nguyên lý....................................................................................84
4.2 Bản vẽ thiết kế tủ điện............................................................................85
CHƯƠNG IV THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN...................86
1 Giới thiệu phần mềm tia portal v15......................................................86
4


1.1 Thời điểm ra mắt phần mềm tia portal v11 đầu tiên...............................86
1.2 Giới thiệu tổng quan về phần mềm tia portal v15..................................87
2 Lưu đồ thuật tốn tổng quan...............................................................102

3 Mơ phỏng điều khiển thang máy trên PLC SIM................................103
3.1 Giao diện điều khiển chính...................................................................103
3.2 Mơ phỏng chế độ điều khiển Auto.......................................................104
3.3 Mơ phỏng chế độ điều khiển manu.......................................................107
3.4 Khi PLC mất kết nối.............................................................................108
CHƯƠNG V KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ..................109
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................110

DANH MỤC HÌNH ẢNH
5


Hình 1-I-1 Hình ảnh thang máy tại chung cư.............................................12
Hình 1-I-2. Hình ảnh cơ khí thang máy......................................................15
Hình 1-I-3 Hình ảnh về tủ điều khiển của thang máy................................16
Hình 1-I-4 Cấu trúc PLC............................................................................18
Hình 1-I-5 Sơ đồ mạch điện đầu vào PLC.................................................18
Hình 1-I-6 Sơ đồ mạch điện đầu ra PLC....................................................19
Hình 1-I-7 Cấu trúc bộ nhớ của PLC.........................................................20
Hình 1-I-8 Vịng qt cpu PLC..................................................................21
Hình 1-I-9 Ngơn ngữ lập trình Ladder.......................................................23
Hình 1-I-10 Ngơn ngữ lập trình FBD.........................................................24
Hình 1-I-11 Ngơn ngữ lập trình STL.........................................................25
Hình 2-II-1 Hình vẽ thang máy..................................................................30
Hình 2-II-2 Dẫn động bằng xilanh thủy lực..............................................32
Hình 2-II-3 Bộ tời của thang máy..............................................................34
Hình 2-II-4 Thang máy có tang cuốn cáp...................................................36
Hình 2-II-5 Thang máy chuyển động nhờ vít-đai ốc.................................37
Hình 2-II-6 Các phương án bố trí sơ đồ dẫn động.....................................38
Hình 2-II-7 Bộ truyền bánh vít trục vít.....................................................40

Hình 2-II-8 Các bộ truyền động bánh răng................................................41
Hình 2-II-9 Bộ truyền đai..........................................................................42
Hình 2-II-10 Phương án thiết kế cơ khí......................................................44
Hình 2-II-11 Khung cabin.........................................................................45
Hình 2-II-12 Kết cấu khung cabin..............................................................47
Hình 2-II-13 Hình dạng đối trọng..............................................................49
Hình 2-II-14 Bộ tời động cơ.......................................................................51
Hình 2-II-15 Biến dạng rãnh puli dẫn động...............................................51
Hình 2-II-16 Phanh sai...............................................................................52
Hình 2-II-17 Hệ thống treo lị xo...............................................................53
Hình 2-II-18 Giảm chấn............................................................................56
6


Hình 2-II-19 Sơ đồ cấu tạo hệ thống mở cửa cabin tự động.....................58
Hình 2-II-20 Sơ đồ cấu tạo hệ thống mở cửa tầng.....................................59
Hình 3-III-1 Sơ đồ khối của tủ điều khiển..................................................62
Hình 3-III-2 Ảnh thật về PLC S7-1200 CPU 1212 DC/DC/DC................63
Hình 3-III-3 Sản phẩm PLC S7-1200 gồm module mở rộng.....................64
Hình 3-III-4 Các loại module mở rộng cho PLC S7-1200.........................65
Hình 3-III-5 Hình ảnh Aptomat 3 pha........................................................67
Hình 3-III-6 Áp tơ mát 1 pha 220v 20a......................................................68
Hình 3-III-7 Thiết bị bảo vệ ngắn mạch.....................................................69
Hình 3-III-8 Hình ảnh các rơ le trung gian.................................................71
Hình 3-III-9 Rơ le trung gian trong tủ điều khiển thang máy...................72
Hình 3-III-10 Hình ảnh rơ le thời gian 14 chân của omron........................73
Hình 3-III-11 Sơ đồ chân của rơ le thời gian h3y-4 dc24 5s......................75
Hình 3-III-12 Cấu tạo cơng tắc hành trình.................................................75
Hình 3-III-13 Hình ảnh cơng tắc hành trình 2 chiều..................................76
Hình 3-III-14 Nút ấn cơng nghiệp..............................................................77

Hình 3-III-15 Nút nhấn dừng khẩn cấp......................................................78
Hình 3-III-16 Các loại nút ấn và đèn báo cơng nghiệp..............................80
Hình 3-III-17 Động cơ giảm tốc 12vdc......................................................80
Hình 3-III-18 Nguồn tổ ong 24V 1A..........................................................81
Hình 3-III-19 Nguồn Adapter 12V-2A.......................................................81
Hình 3-III-20 Layout tủ nguồn...................................................................83
Hình 4-IV-1 Tia portal V15 by Siemens....................................................86
Hình 4-IV-2 Tạo project mới trong Tia V15..............................................88
Hình 4-IV-3 Giao diện tổng quan trước khi lập trình................................89
Hình 4-IV-4 Thêm thiết bị phần cứng để lập trình.....................................89
Hình 4-IV-5 Mơ tả chi tiết cpu 1212dc/dc/dc............................................90
Hình 4-IV-6 Giao diện lập trình ladder và khối lệnh.................................90
Hình 4-IV-7 Cách thêm các hàm con và hàm chính..................................91
7


Hình 4-IV-8 Lập trình hàm con function block..........................................92
Hình 4-IV-9 Tất cả tag trong cpu được lưu ở plc tags...............................92
Hình 4-IV-10 Cách thêm WINCC RT để điều khiển giám sát...................94
Hình 4-IV-11 Cấu hình cổng IE WINCC RT ADVANCED....................94
Hình 5-IV-12 Kết nối giữa PLC và WINCC RT ADVANCE...................95
Hình 4-IV-13 Cáp ethernet để kết nối giữa PLC và máy tính....................95
Hình 4-IV-14 Cấu hình cho màn hình WINCCC RT.................................96
Hình 4-IV-15 Thiết kế màn hình WINCC..................................................96
Hình 4-IV-16 Tag nội trong WINCC RT ADVANCE..............................97
Hình 4-IV-17 Giao diện text and graphic lists...........................................97
Hình 4-IV-18 Kết nối Tia portal với PLCSIM...........................................98
Hình 4-IV-19 Chương trình đang được chạy với PLCSIM........................99
Hình 4-IV-20 Hệ SCADA trong cơng nghiệp............................................99
Hình IV-21 Lưu đồ thuật tốn tổng quan.................................................101

Hình 4-IV-22 Giao diện điều khiển chính trên WINCC..........................102
Hình 4-IV-23 Thang máy di chuyển lên-chế độ Auto..............................103
Hình 4-IV-24 Cửa cabin mở ở chế độ Auto.............................................103
Hình 4-IV-25 Thang máy di chuyển xuống ở chế độ Auto......................104
Hình 4-IV-26 Mơ phỏng thang máy dừng lại...........................................104
Hình 4-IV-27 Mơ phỏng lỗi q tải..........................................................105
Hình 4-IV-28 Mơ phỏng chng báo động cứu hộ..................................105
Hình 4-IV-29 Thang máy đi lên ở chế độ Manu......................................106
Hình 4-IV-30 Thang máy đi xuống ở chế độ Manu.................................106
Hình 4-IV-31 Mở cửa ở chế độ Manu......................................................107
Hình 4-IV-32 Khi PLC mất kết nối..........................................................107
Hình 5-V-1 Mơ hình thang máy khi hồn thành......................................108

8


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Số thứ tự

Từ

Nội dung

1

PLC

Bộ điều khiển logic có thể lập trình

2

Auto

Chế độ tự động

3

Manu

Chế độ bằng tay

4

CPU

Phiên bản mã của PLC

5

PLC SIM

Phần mềm mô phỏng PLC

6

SCADA

Hệ điều khiển thu thập và giám sát dữ liệu

7

WinCC

Màn hình điều khiển giám sát

8

AC

Nguồn điện 220V xoay chiều cấp cho PLC

9

DC

Nguồn điện 24V DC cấp cho PLC , ngõ vào
hoặc ngõ ra của PLC

10

RLY

Ngõ ra relay của PLC

11

I/O

Ngõ vào Input, ngõ ra Output của PLC

12

DI

Ngõ vào tín hiệu số của PLC

13

AI

Ngõ vào tín hiệu tương tự của PLC

14

DQ

Ngõ ra tín hiệu số của PLC

15

AQ

Ngõ ra tín hiệu tương tự của PLC

9


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...................................................................................................................................

...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
10


Ngày…..tháng……năm……..
Chữ ký của giáo viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
Ngày…..tháng……năm……..

Chữ ký của giáo viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
11


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay trước những sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật việc
áp dụng khoa học công nghệ vào trong thực tế sản xuất đang được phát triển rộng
rãi về mặt quy mô lẫn chất lượng. Trong đó nghành tự động hóa chiếm một vai
trị rất quan trọng không những giảm nhẹ sức lao động cho con người mà cịn góp
phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản
phẩm, chính vì thế nghành tự động hóa ngày cảng khẳng định được vị trí cũng
như vai trị của mình trong các nghành công nghiệp và đang được phổ biến rộng
rãi trong các hệ thống cơng nghiệp trên tồn thế giới nói chung và Việt Nam nói
riêng.
Chiếm một vai trị rất quan trọng trong nghành tự động hóa đó là kỹ thuật
điều khiển logic lập trình viết tắt là PLC. Nó đã và đang phát triển mạnh mẽ và
ngày càng chiếm một vị trí rất quan trọng trong các nghành kinh tế quốc
dân .Không những thay thế được cho kỹ thuật điều khiển cơ cấu bằng CAM hoặc
kỹ thuật rơ le trước kia mà còn chiếm lĩnh nhiều chức năng phụ khác.
Xuất phát từ thực tế đó, trong q trình học tập tại trường Đại học Công
nghệ Đông Á, chúng em đã được thầy cô trang bị cho những tư duy , kiến thức
cơ bản về nghành tự động hóa, như những kiến thức về khí cụ điện, plc, vi xử
lý…Chúng em đã nhận được đồ án với đề tài : “ THIẾT KẾ MƠ HÌNH THANG
MÁY 5 TẦNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRÊN WIN CC ” . Để làm đề tài tốt
nghiệp cũng như là tư liệu cho sinh viên khóa sau.
Chúng em xin trân thành cảm ơn thầy Thạc Sĩ Nguyễn Sơn Hải đã tận tình
giúp đỡ chúng em trong q trình làm và hồn thiện đồ án này.
Bắc Ninh , ngày 15 tháng 11 năm
2022

12


Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY VÀ PLC S7-1200
1 .Giới thiệu về thang máy
1.1 Thang máy tải khách và đặc điểm sản phẩm
- Thang máy tải khách chuyển sử dụng để tải người, tải trọng đa dạng từ
300kg trở lên.
- Thang máy tải khách được sử dụng rộng rãi tại các siêu thị, trung tâm
thương mại, chung cư... thậm chí các hộ gia đình hiện nay cũng đã tự trang bị cho
mình những chiếc thang máy tải khách loại nhỏ.
- Mẫu mã đẹp, sang trọng và đa dạng về chủng loại

Hình 1-I-1 Hình ảnh thang máy tại chung cư

Thang máy tải khách tốt cần hội tụ đủ những ưu điểm sau đây:
13


-Tập hợp đủ chiều, tự đợng hồn tồn: Hệ điều khiển của thang máy tải
khách được lập trình vi xử lý tín hiệu gọi tầng, nó sẽ lần lượt phục vụ các lệnh
gọi theo chiều đang di chuyển, sau đó thang sẽ phục vụ chiều ngược lại.
- Điều khiển có lựa chọn: Khi thang máy tải khách ở chế độ hoạt động tự
động hoặc chế độ có người phục vụ đi kèm, nó sẽ đáp ứng các cuộc gọi một cách
tự động theo lệnh gọi đăng kí theo chiều lên hoặc xuống tại bất kì tầng nào. Điều
này giúp thang máy hoạt động theo quy trình logic, đáp ứng nhanh nhu cầu sử
dụng của khách hàng.
- Điều chỉnh thời gian đóng mở cửa: Thời gian đóng mở cửa tùy vào tính

chất của cơng trinh: nhà ở tư nhân, chung cư mini, khách sạn... Chúng ta có thể
quyết định được thời gian đóng, mở cửa sao cho phù hợp nhất.
-Đóng/ mở cửa nhanh: Tại bảng điều khiển thang máy trong cabin, khách
hàng có thể nhấn nút đóng /mở cửa nhanh khi thang đang dừng tại tầng. Khi đã
thấy đủ lượng người trong cabin và không đợi ai khác nữa, người đứng gần bảng
điều khiển sẽ nhấn nút để cho quá trình di chuyển và vận chuyển diễn ra nhanh
hơn.
- Chức năng bảo vệ quá tải - báo động quá tải: Thang máy có lắp dù quá tải
tại khung dưới đỡ sàn cabin. Khi thang máy tải khách có hiện tượng quá tải
(Cơng tắc bảo vệ q tải bị kích hoạt), cửa thang khơng đóng và chng cảnh báo
sẽ vang lên, chỉ khi khách ra ngồi bớt thì thang mới hoạt động bình thường trở
lại.
- Cứu hợ tự đợng khi mất điện: Trong trường hợp b̀ng thang đang di
chủn mà có sự cớ mất điện ng̀n thì bộ cứu hộ tự động sẽ dùng nguồn điện
của bộ lưu điện UPS đưa buồng thang về tầng gần nhất và mở cửa cho khách ra
ngồi. Buồng thang sẽ dừng tại tầng đó, và sẽ tự động hoạt động khi có điện trở
lại.
1.2 Cấu tạo thang máy
Tìm hiểu về cấu tạo của thang máy.
14


Về mặt cấu tạo, có thể chia thang máy thành 2 phần, thứ nhất là phần cơ
khí và thứ 2 là phần điện. Khi thang máy được chuyển tới công trình thì chúng ở
hiện trạng là các thiết bị rời, muốn vận hành được thì cần phải qua các khâu lắp
đặt gắn thiết bị vào hố thang máy (do đó thang máy muốn chạy tốt thì phần cấu
tạo phải tốt và lắp đặt chuẩn).
Trong đồ án này, chúng em sẽ giới thiệu về cấu tạo của loại thang máy phổ
biến nhất trên thế giới hiện nay đó là thang máy vận hành theo kiểu rịng rọc, có
đối trọng. Hiện loại thang máy này đang chiếm thị phần lớn nhất do phù

hợp để lắp đặt từ cơng trình thấp tầng cho đến siêu cao ốc.
a) Phần cơ khí thang máy
Bên trong hố thang máy, phần thiết bị cơ khí trong giếng thang sẽ bao
gồm:
Rail dẫn hướng: có rail dẫn hướng đối trọng và rail dẫn hướng cabin, thang
máy chở người thông thường sẽ có một dàn rail cabin (gồm 2 rail) nhưng với
những loại thang có kích thước cabin lớn (ví dụ thang máy tải ơ tơ) thì sẽ có 2
hoặc 3 dàn rail.
Đối trọng: Khối lượng đối trọng được tính toán dựa trên tự trọng của cabin
thang và tải trọng của thang máy. Đối trọng có thể được làm từ bo quặng, bo
gang hoặc là bo bê tông.
Hệ thống cabin: Cabin thang máy bao gồm phần khung, sàn cabin, nóc
cabin, vách cabin (vách cabin thể thể được thiết kế từ các vật liệu như inox sọc
nhuyễn, inox gương, thép phủ sơn,...)
Cáp tải: Cáp tải thang máy gia đình cũng như các loại thang máy khác là
loại cáp chuyên dùng có lõi bố tẩm dầu, do đó khơng cần và tuyệt đối không
được bôi dầu mỡ vào cáp để tránh trường hợp bị trượt cáp.
Hệ thống giảm chấn, bao gồm giảm chấn đối trọng và giảm chấn cabin.
Hệ thống khung cơ khí bệ máy.

15


Máy kéo: Với loại thang máy có phịng máy thì có thể sử dụng cả hai loại
máy kéo là máy có hộp số và loại máy khơng hộp số cịn thang khơng phịng máy
thì bắt buộc phải sử dụng loại máy kéo khơng hộp số.

Hình 1-I-2. Hình ảnh cơ khí thang máy
b) Phần điện thang máy
Phần điện bên trong hố thang máy, gồm:

Cáp tín hiệu: Cáp tín hiệu được đấu nối từ tủ điện trên máy tính đến tủ điều
khiển.
Hệ thống các cơng tắc giới hạn hành trình.
Tủ điều khiển: Là trung tâm điều khiển mọi hoạt động của một chiếc cầu
thang máy bao gồm vỏ tủ, hệ thống relay, contactor, điều khiển tín hiệu (PLC
hoặc bo vi xử lý), các bo mạch trung gian.
Hệ thống cứu hộ tự động: Đây là thiết bị rất quan trọng đối với loại thang
máy chở người, nó sẽ giúp người ta khơng bị kẹt trong thang máy khi mất điện
đột ngột. Hệ thống cứu hộ tự động hoạt động dựa trên nguồn dự phịng.
Từ thơng tin về cấu tạo thang máy trên đây thì ta thấy rằng để một chiếc
thang máy hoạt động tốt, ổn định, có tính thẩm mỹ cao thì u cầu các phần cơ
khí phải được sản xuất chính xác, sắc nét, chắc chắn và phần điện phải sử dụng
các thiết bị tốt, có nguồn gốc và xuất xứ rõ ràng.

16


Hình 1-I-3 Hình ảnh về tủ điều khiển của thang máy
2 Giới thiệu về PLC
2.1 Giới thiệu
Kỹ thuật điều khiển đã được phát triển trong thời gian rất lâu. Trước kia
việc
điều khiển hệ thống chủ yếu do con người thực hiện. Gần đây, việc điều khiển
được thực hiện nhờ vào các ứng dụng của ngành điện, thực hiện bằng việc đóng
ngắt tiếp điểm relay. Các relay sẽ cho phép đóng ngắt cơng suất khơng cần dùng
cơng tắc cơ khí. Ta thường sử dụng relay để tạo nên các thao tác điều khiển đóng
ngắt logic đơn giản. Sự xuất hiện của máy tính điện tử đã tạo một bước tiến mới
trong điều khiển – Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC. PLC xuất hiện vào những
năm 1970 và nhanh chóng trở thành sự lựa chọn cho việc điều khiển sản xuất.
2.2 Chi tiết về PLC

PLC viết tắc là Programmable Logic Controller: là thiết bị điều khiển lập
trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển
logic thơng qua một ngơn ngữ lập trình.
17


Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện.
Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào
PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được
đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động
theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở
đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngơn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder
hay State Logic. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như INVT, AllenBradley,Omron, Honeywell...
2.2.1 Cấu trúc PLC
Cấu trúc cơ bản của PLC gồm:
- CPU: Thực hiện chương trình và chứa dữ liệu cho điều khiển các quá trình
tự động.
- Nguồn cấp điện : cấp điện 24V cho PLC hoạt động(Power supply)
- Các đầu vào/ra hệ thống (Inputs/Outputs)
- Các cổng truyền thông (Communications Port)
- Các đèn trạng thái (Status light )

18


Hình 1-I-4 Cấu trúc PLC
2.2.2 Module vào/ra của PLC được phân loại
- Số (logical/Discrete Signals)
- Tương tự ( Continous/analog Signals)
a) PLC Input

- Tín hiệu ra từ các loại cảm biến : số và tương tự.
- Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor ); cảm biến điện cảm, điện dung,
quang hồng ngoại…
- Khóa chuyển mạch (Switchs): đóng mở cơ khí –tín hiệu logic.
- Potentiometer: đo vị trí góc dùng điện trở- tín hiệu liên tục.

Hình 1-I-5 Sơ đồ mạch điện đầu vào PLC
b) PLC Output
Các phần tử chấp hành :
- Van điện từ ( Solenoid Valves ) : logical outputs
- Bóng đèn ( Lights ) : logical outputs
19


- Relay, công tắc tơ , động cơ…
- Động cơ bước (Servo Motor) ; Countinuous outputs ( Tốc độ, vị trí )
Phân loại theo cấu tạo:
- Relay( dry contacts ) : DC và AC . Thời gian đáp ứng >= 10ms.Ứng dụng:
Khi yêu cầu dòng lớn 2A hoặc điện trở tải rất nhỏ
- Solid state : Tranzitor (DC) , Triac (AC) .Thời gian đáp ứng <1ms.
Dải điện áp đầu ra PLC.
- 120 VAC
- 24 VDC

Hình 1-I-6 Sơ đồ mạch điện đầu ra PLC
2.2.3 Bộ nhớ PLC
a) Vùng nhớ chương trình ứng dụng: chia thành 3 miền
- OB1( organisantion block ): chứa chương trình tổ chức, chương trình chính .
20

- Subroutine : chứa chương trình con được tổ chức thành hàm và có biến hình
thức để trao đổi dữ liệu .Chương trình được thực hiện khi có lệnh gọi OB1.
- Interrupt : được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ
một khối dữ liệu nào khác . Chương trình này sẽ được thực hiện khi sự kiện
ngắt xảy ra.
b) Vùng chứa tham số của hệ điều hành : I,Q,M,T,C
c) Vùng chứa các khối dữ liệu :
- DB (Data Block ): miền chứa dữ liệu được tổ chức thành khối.
- L ( Local Data Block ) : miền dữ liệu địa phương , được các khối chương
trình ứng dụng tổ chức và sử dụng cho các biến tức thời và trao đổi dữ liệu
của biến hình thức và những khối chương trình gọi nó.

Hình 1-I-7 Cấu trúc bộ nhớ của PLC
2.2.4 Chu kỳ quét và thời gian quét PLC
a) Tính chu kỳ Scan:
Mỗi chu kỳ gồm các bước làm việc của CPU như sau :
21


Hình 1-I-8 Vịng qt cpu PLC
- Qt đọc lần lượt đầu vào theo thứ tự từ trên xuống dưới, từ trái sang phải.
- Thực hiện chương trình.
- Thực hiện các u cầu truyền thơng
- Thực hiện tự chuẩn đốn.
- Truyền dữ liệu ra.
b) Đặc tính quét của CPU
- Bộ đệm I/O ( I, Q ) :không liên quan đến các cổng I/O analog. Các lệnh truy
nhập đến cổng tương tự phải truy nhập trực tiếp từ cổng I/O vật lý.
- Các thanh ghi vào/ra ảo ( Process – Image I/O Registers):

- Lấy mẫu tất cả các đầu vào và cố định các giá trị đó.
- Cho phép xử lý nhanh hơn .
- Bộ đệm ảo có tính linh hoạt ( truy nhập theo các bit, byte, word, double
word)
- Thời gian vịng qt ( Scan time ): khơng cố định (ms )
- Scan time quyết định tính thời gian thực của chương trình.
- Các chương trình ngắt khơng phụ thuộc vào Scan time. Chương trình ngắn
phải gọn nhẹ nhàng để nâng cao tính thời gian thực cho hệ thống.
22


c) Tính rời rạc : Mỗi thời điểm CPU chỉ làm một nhiệm vụ
Do hai đặc điểm này nên trong quá trình sử dụng phải chú ý các trường hợp sau :
- Tín hiệu vào , ra yêu cầu thay đổi nhanh .
- Tránh tác động không mong muốn.
- Phải tính đến ảnh hưởng rời rạc hóa khi sử dụng PLC điều khiển cho hệ điều
khiển liên tục.
2.2.5 Ngôn ngữ lập trình PLC
Có sáu loại ngơn ngữ lập trình chính, bao gồm:
- Ngơn ngữ lập trình LAD (Ladder logic)
- Ngơn ngữ lập trình FBD (Function Block Diagram)
- Ngơn ngữ lập trình STL (Statement List)
- Ngơn ngữ lập trình SFC (Sequential Function Chart)
- Ngơn ngữ lập trình IL (Instruction List)
- Ngơn ngữ lập trình PLC C/C++
a) Ngơn ngữ lập trình LAD
LAD là một ngơn ngữ lập trình kiểu đồ họa. Sự hiển thị được dựa trên các
sơ đồ mạch điện.

23

Hình 1-I-9 Ngơn ngữ lập trình Ladder
Các phần tử của một sơ đồ mạch điện, như các tiếp điểm thường đóng hay
thường mở, và các cuộn dây được nối với nhau để tạo thành các mạng. Để tạo ra
sơ đồ logic cho các thực thi phức tạp, ta có thể chèn vào các nhánh để tạo ra các
mạch logic song song. Các nhánh song song được mở ra theo hướng xuống hay
được kết nối trực tiếp đến thanh dẫn tín hiệu. Ta kết thúc các nhánh theo hướng
lên trên.
Cần chú ý đến các quy tắc sau đây khi tạo ra một mạng LAD:


Mỗi mạng LAD phải kết thúc bằng một cuộn dây hay một lệnh dạng hộp.
Không được kết thúc một mạng với cả lệnh so sánh (Compare) hay lệnh
phát hiện ngưỡng (ngưỡng dương hay ngưỡng âm).



Ta không thể tạo ra một nhánh mà có thể đưa lại kết quả là một dịng tín
hiệu theo chiều ngược lại.



Ta khơng thể tạo ra một nhánh mà có thể gây nên ngắn mạch.

Ưu điểm:


LAD với cấu trúc bậc thang dễ sắp xếp, tổ chức và tiện theo dõi



Cho phép ghi chú thích



Hỗ trợ chỉnh sửa online
Nhược điểm: một số lập trình chức năng khơng có sẵn, đặc biệt là khó

khăn trong việc lập trình chyển động hoặc phân luồng
24


Một số hãng sản xuất PLC hỗ trợ ngôn ngữ lập trình LAD (hầu hết các
hãng PLC đều hỗ trợ ngôn ngữ này) như: AB, Mitsubishi, B&R, Siemens,
Unitronics, Schneider,.

b) Ngôn ngữ lập trình FBD
 Giống như ngơn ngữ LAD, ngơn ngữ FBD cũng là một ngơn ngữ lập trình
kiểu đồ họa. Sự hiển thị của mạch logic được dựa trên các biểu tượng
logic đồ họa sử dụng trong đại số Boolean.
 Các hàm toán học và các hàm phức khác có thể được thể hiện một cách
trực tiếp trong sự kết hợp với các hộp logic. Để tạo ra logic cho các vận
hành phức tạp, ta chèn các nhánh song song giữa các hộp.

Hình 1-I-10 Ngơn ngữ lập trình FBD
FBD là từ viết tắt của “Function Block Diagram” tạm dịch là “Sơ đồ khối
chức năng”; là một trong những ngôn ngữ lập trình PLC được sử dụng rộng rãi.
FBD là một ngơn ngữ lập trình rất dễ học, cung cấp rất nhiều khả năng và chúng

25