nghiên cứu xây dựng hệ thực nghiệm điều khiển logic và plc cho công tác đào tạo nghề điện công nghiệp trường trung cấp kỹ thuật nghiệp vụ sông hồng

i

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP



BÙI THỊ NGOAN


NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỰC NGHIỆM
ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ PLC CHO CÔNG TÁC ĐÀO
TẠO NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRƢỜNG TRUNG
CẤP KỸ THUẬT NGHIỆP VỤ SÔNG HỒNG

Chuyên ngành: Tự động hóa






LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Thái Nguyên - 2013
ii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình là do tôi tự làm và nghiên
cứu, trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong
phần tài liệu tham khảo.
Tác giả luận văn


Bùi Thị Ngoan

iii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU vi
MỞ ĐẦU viii
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ĐIỀU KHIỂN
LOGIC VÀ PLC 1
1.1. Lch sử pht trin ca hệ điu khin lôgic và PLC 2
1.2. Đặc đim chung ca hệ điu khin Logic và PLC 3
1.2.1. Cấu hình phần cứng ca một bộ PLC 3
1.2.1.1. Bộ xử lý 4
1.2.1.2. Bộ nguồn 6
1.2.1.3. Thiết b lập trình 6
1.2.1.4. Bộ nhớ 6
1.2.2. Cấu tạo chung ca PLC 8
1.2.3. Cc vấn đ v lập trình 9
1.2.3.1. Khi niệm chung 9
1.2.3.2. Cc phương php lập trình 11
1.2.3.3. Một số ký hiệu chung 11
1.2.3.4. Phương php hình thang LAD (Ladder Logic) 13
1.2.3.5. Phương php liệt kê 1ệnh STL (Statement List) 14
1.2.3.6. Phương php lưu đồ điu khin CSF (ControlSystemFlow) 15

1.2.4. Cc rơle nội 16
1.2.5. Cc rơle thời gian 16
1.2.6. Cc bộ đếm 17
1.3. Ưu nhược đim ca hệ điu khin logic và PLC 17
1.4. Ứng dụng ca hệ điu khin logic và PLC 20
1.4.1.Gim st &Điu khin cc nhà my công nghiệp 20
1.4.2.Điu khin cc dây chuyn sản xuất 21
Hệ thống tự động hóa Dây chuyn chế biến thực phẩm 21
1.4.3. Giám sát, điu khin giao thông 23
1.4.4. Gim st Điu khin tòa nhà cao ốc thông minh 24
iv

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.4.5. Ứng dụng trong truyn tải điện năng 24
CHƢƠNG 2: THỰC TRẠNG CHƢƠNG TRÌNH VÀ TỔ CHỨC DẠY PLC
TRONG NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TẠI TRƢỜNG TRUNG
CẤP KT – NV SÔNG HỒNG 25
2.1. Thực trạng 26
2.1.1. Thực trạng v cơ sở vật chất và đội ngũ gio viên 26
2.1.1.1. Giới thiệu 26
2.1.1.2. Cc ngành ngh đào tạo trong trường 26
2.1.2. Đội ngũ gio viên và cơ sở vật chất ngh Điện công nghiệp 28
2.1.2.1. Đội ngũ gio viên khoa Điện công nghiệp 28
2.1.2.2. Cơ sở vật chất giảng dạy ngh Điện công nghiệp 29
2.1.3. Kết quả đạt được trong 3 năm gần đây 35
2.2. Nhu cầu v điu khin logic và PLC ở cc cơ sở gần trường 36
2.3. Cấu trúc nội dung chương trình đào tạo ngh điện công nghiệp 37
2.3.1. Chương trình đào tạo ngh điện công nghiệp 37
2.3.2. Nội dung chương trình môn học PLC cơ bản 39

2.3.2.1. Mục tiêu môn học 39
2.3.2.2. Nội dung môn học và phân bố thời gian 39
CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN LOGIC
VÀ PLC 41
3.1. Hệ thống cc bài thực hành điu khin logic và PLC 42
3.1.1. Yêu cầu chung 42
3.1.2. Cc yêu cầu cơ bản đối với mô hình thực hành 42
3.2. Đặc đim chung và cấu hình bộ thực hành điu khin logic và PLC 43
3.2.2. Khối PLC S7-200 44
3.2.2.1. Giới thiệu cc tính năng ca PLC S7-200 44
3.2.2.2. Cấu tạo bên ngoài ca PLC S7-200 CPU 224 45
3.2.2.3. Bộ mô phỏng thí nghiệm ca PLC S7-200 CPU 224 46
3.2.3. Cc thiết b trung gian 47
3.2.4. Đối tượng điu khin 47
3.3. Xây dựng bài thực hành: Điu khin đèn giao thông 48
3.3.1. Giới thiệu mô hình 48
v

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3.3.2. Cc yêu cầu kỹ thuật 48
3.3.4. Lập trình STL và giản đồ thang 49
3.3.4.1. Khai bo biến 49
3.3.4.2. Lập trình bằng STL 50
3.3.4.3. Lập trình bằng giản đồ thang 51
3.3.5. Mô phỏng hoạt động theo thời gian thực 54
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 57
I. Kết luận 57
II. Hướng nghiên cứu tiếp theo 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

vi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Danh mục các hình vẽ
Hình 1.1- Sơ đồ hệ thống bộ PLC 4
Hình 1.2- Cấu hình phần cứng của bộ PLC 4
Hình 1.3- Chu kỳ một vòng quét của PLC 5
Hình 1.4- Hệ thống tín hiệu vào/ra PLC 7
Hình 1.5- Tín hiệu vào PLC 7
Hình 1.6- Tín hiệu ra của PLC 8
Hình 1.7- PLC kiểu hộp đơn 8
Hình 1.8- PLC kiểu module ghép nối 9
Hình 1.9- Hình dáng bộ PLC 9
Hình 1.10. Quy trình lập trình 10
Hình 1.11- Phương pháp lập trình thang LAD 14
Hình 1.13- Phương pháp lập trình CSF 15
Hình 1.12- Sơ đồ dùng Rơle nội 16
Hình 1.14- Quan hệ giá thành 19
Hình 1.15- Dây chuyền sản xuất chế biến thực phẩm 21
Hình 1.16- Cấu hình hệ thống dây chuyền chế biến thực phẩm 23
Hình 1.17- Sơ đồ điều khiển tín hiệu giao thông 23
Hình 2.1- Mô hình nguyên lý động cơ ba pha 29
Hình 2.2- Mô hình cắt bổ động cơ điện xoay chiều một pha 29
Hình 2.3- Mô hình thí nghiệm máy điện một chiều 30
Hình 2.4- Mô hình thí nghiệm máy biến áp một pha và ba pha 30
Hình 2.5- Mô hình thí nghiệm máy điện 30
Hình 2.6- Mô hình thí nghiệm mạch điện một chiều 31

Hình 2.7- Mô hình thí nghiệm mạch điện xoay chiều một pha 31
Hình 2.8- Mô hình thí nghiệm mạch điện xoay chiều ba pha 32
Hình 2.9 - Mô hình thí nghiệm đo lường 32
Hình 2.10- Mô hình thực hành điều khiển tốc độ động cơ điện 33
Hình 2.11- Mô hình thực hành điều khiển động cơ điện 33
Hình 2.12- Mô hình thực hành Điện công nghiệp 34
Hình 2.13- Mô hình tủ điều khiển 34
Hình 2.14- Mô hình tủ điều khiển động cơ máy bơm 35
Hình 2.15- Mô hình thực hành tủ điều khiển 35
Hình 3.1-Cấu hình tổng quát một bài thực hành 43
Hình 3.2- Cấu tạo bên ngoài của PLC S7_200 CPU 224 44
vii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 3.3- Kết nối máy tính với PLC 46
Hình 3.4- Bộ thí nghiệm PLC S7-200 46
Hình 3.6- Sơ đồ tổng quan 54
Hình 3.7- Đèn báo trạng thái Xanh trục A – Đỏ trục B 54
Hình 3.8 – Đèn báo trạng thái Vàng trục A – Đỏ trục B 54
Hình 3.9- Đèn báo trạng thái Đỏ trục A – Xanh trục B 55
Hình 3.10- Đèn báo trạng thái Đỏ trục A – Vàng trục B 55
Hình 3.11- Mô phỏng bằng phần mềm S7-200 55

Danh mục các bảng biểu

Bảng 1.1- Một số ký hiệu ca cc hãng sản xuất 13
Bảng 1.2 - Một số ký hiệu cc rơle nội: 16
Bảng 1.3 So snh hệ điu khin rơle và hệ điu khin PLC 20
Bảng 2.1- Nội dung đào tạo ngh Điện Công nghiệp 37

Bảng 2.2- Nội dung môn học PLC cơ bản 39
viii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

MỞ ĐẦU
Trong lĩ nh vự c sả n xuấ t công nghiệ p hiệ n nay việ c ứ ng dụ ng tự độ ng
hóa cụ th là cc dây chuyn sử dụng PLC rất rộng rãi và phổ biến . Việ c sử
dụng cc dây chuyn này va nâng cao hiệu suất công việc , tiế t kiệ m được
thờ i gian và nguyên vậ t liệ u vừ a nâng cao chấ t lượ ng sả n phẩ m. Bên cạ nh
đấ y, khi sử dụ ng cá c dây chuyề n nà y cũ ng đò i hỏ i ngườ i vậ n hà nh có trì nh độ
có hiu biết v điu khin Logic và PLC.
Việc đào tạo v PLC đã có sự pht trin mạnh ở nhiu trường ngh. Có
rất nhiu trường đã đưa công tc giảng dạy v PLC vào chương trình dạy . Tại
những trường này học sinh được học tập cả v lý thuyết và thực hành cơ bản
do vậy khi ra trường cc em đã được trang b cơ bản v điu khin lôgic và
PLC đp ứng được yêu cầu ca nhà tuyn dụng. Bên cạnh đấy vẫn còn một số
ít trường cũng đã đưa PLC vào trong chương trình học nhưng mới chỉ dng
lại ở những khi niệm chung nhất và lý thuyết cơ bản mà chưa đi sâu vào thực
hành. Trường Trung cấp Kỹ thuật - Nghiệp vụ Sông Hồng là một trong những
trường như thế. Đ nâng cao chất lượng đào tạo ngh điện công nghiệp nhà
trường đang tiến hành xây dựng và bổ xung cc nội dung đào tạo dựa trên cc
yêu cầu ca thực tế sản xuất.
Chính vì vậy việc nghiên cứu xây dựng hệ thực nghiệm điu khin
lôzic và PLC cho công tc đào tạo ngh Điện công nghiệp trong trườ ng
Trung cấp Kỹ thuật - Nghiệp vụ Sông Hồng là cầ n thiế t hiện nay.
Nội dung ca đ tài được chia làm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan v Điu khin Logic và PLC
Chương 2: Giới thiệu v chương trình và tổ chức đào tạo ngh điện
công nghiệp trong trường Trung cấp Kỹ thuật – Nghiệp vụ Sông Hồng

Chương 3: Xây dựng mô hình thí nghiệm/ thực hành v điu khin
logic và PLC
ix

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Trong qu trình tiến hành làm luận văn, mặc dù được sự hướng dẫn tận
tình ca thầy hướng đẫn PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển và bản thân tc giả cũng
cố gắng tìm hiu, nghiên cứu tài liệu và cc công trình đã nghiên cứu, công bố
trên cc tạp chí và ấn phẩm khoa học, xong luận văn không th trnh khỏi
được cc thiếu sót. Tc giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và
nhận xét đnh gi quí bu ca cc thầy cô gio, những nhà nghiên cứu khoa
học quan tâm và đồng nghiệp đ luận văn hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới sự sự hướng dẫn tận tình và chu
đo ca thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển cùng cc thầy, cô gio,
bạn bè đồng nghiệp, sự giúp đỡ v chuyên môn và cc tài liệu ca cc thầy,
cô đã làm cho em có được một luận văn hoàn chỉnh và sâu sắc.
Em xin chân thành cảm ơn Phòng QLĐT Sau đại học, Ban gim hiệu
trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thi Nguyên đã tạo mọi điu kiện thuận
lợi nhất v mọi mặt đ em hoàn thành khóa học.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 16 tháng 01 năm 2013
Người thực hiện



Bùi Thị Ngoan
1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA
ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ PLC

Nội dung ca chương này là tập trung nghiên cứu những đặc đim
chung nhất ca điu khin Logic và PLC. Đặc biệt đi sâu vào những ứng dụng
ca điu khin Logic và PLC. T đó xc đnh hướng nghiên cứu ca đ tài.
1.1. Lch sử pht trin ca hệ điu khin Logic và PLC
1.2. Đặc đim chung ca hệ điu khin Logic và PLC
1.3. Ưu nhược đim ca hệ điu khin Logic và PLC
1.4. Ứng dụng ca hệ điu khin Logic và PLC (Một số dây chuyn sản
xuất dùng PLC)
2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.1. Lch s phát triển của hệ điều khiển lôgic v PLC
Sự pht trin ca kỹ thuật điu khin tự động hiện đại và công nghệ
điu khin logic khả trình dựa trên cơ sở pht trin ca tin học mà cụ th là sự
pht trin ca kỹ thuật my tính.
Kỹ thuật điu khin logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) được

pht trin t những năm 1968 -1970.
*1968: Richard Morley sng tạo ý tưởng PLC cho General Motors
* 1969: PLC đầu tiên (Allen Bradley và Bedford), được GM sử dụng
trong công nghiệp ô-tô (128 DI/DO, 1kByte bộ nhớ)
* 1971: Ứng dụng PLC đầu tiên ngoài CN ô-tô
* 1973: PLC “thông minh” với khả năng tính ton, điu khin my in,
xử lý dữ liệu, giao diện màn hình.
* 1975: PLC với bộ điu khin PID
* 1976: Lần đầu tiên sử dụng trong hệ thống phân cấp điu khin dây
chuyn sản xuất
* 1977: MP-based PLC
* 1980: Các module vào/ra thông minh
* 1981: PLC nối mạng, 16-bit PLC, các màn hình CRT màu
* 1982: PLC với 8192 I/O (lớn nhất)
* 1992: Chuẩn IEC 61131 ra đời
* 1996: Slot-PLC, Soft-PLC,
Trong giai đoạn đầu cc thiết b khả trình yêu cầu người sử dụng phải
có kỹ thuật điện tử, phải có trình độ cao. Ngày nay cc thiết b PLC đã pht
trin mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao.
Thiết b điu khin logic lập trình được PLC là dạng thiết b điu khin
đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình được đ lưu trữ cc
lệnh và thực hiện cc chức năng, chẳng hạn cho phép tính logic, lập chuỗi,
đnh giờ, đếm, và cc thuật ton đ điu khin my và cc qu trình công
nghệ. PLC được thiết kế cho cc kỹ sư, không yêu cầu cao v kiến thức my
tính và ngôn ngữ my tính, có th vận hành.
Chúng được thiết kế cho cc nhà kỹ thuật có th cài đặt hoặc thay đổi
chương trình. Vì vậy, cc nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao cho chương
3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

trình điu khin có th nhập bằng cch sử dụng ngôn ngữ đơn giản (ngôn ngữ
điu khin). Thuật ngữ logic được sử dụng vì việc lập trình ch yếu liên quan
đến cc hoạt động logic, ví dụ nếu có cc điu kiện A và B thì C làm việc
Người vận hành nhập chương trình (chuỗi lệnh) vào bộ nhớ PLC. Thiết b
điu khin PLC sẽ gim st cc tín hiệu vào và cc tín hiệu ra theo chương
trình này và thực hiện cc quy tắc điu khin đã được lập trình.
Cc PLC tương tự my tính, nhưng my tính được tối ưu hoá cho các
tc vụ tính ton và hin th, còn PLC được chuyên biệt cho cc tc vụ điu
khin và môi trường công nghiệp. Vì vậy cc PLC:
+ Được thiết kế bn đ chu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn
+ Có sẵn giao diện cho cc thiết b vào ra
+ Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ điu khin dễ hiu, ch yếu giải
quyết cc phép ton logic và chuyn mạch.
V cơ bản chức năng ca bộ điu khin logic PLC cũng giống như chức năng
ca bộ điu khin thiết kế trên cơ sở cc rơle công tắc tơ hoặc trên cơ sở cc
khối điện tử đó là:
+ Thu thập cc tín hiệu vào và cc tín hiệu phản hồi t cc cảm biến,
+ Liên kết, ghép nối cc tín hiệu theo yêu cầu điu khin và thực hiện
đóng mở cc mạch phù hợp với công nghệ,
+ Tính ton và soạn thảo cc lệnh điu khin trên cơ sở so snh cc
thông tin thu thập được,
+ Phân phát các lệnh điu khin đến cc đa chỉ thích hợp.
Riêng đối với my công cụ và người my công nghiệp thì bộ PLC có
th liên kết với bộ điu khin số NC hoặc CNC hình thành bộ điu khin
thích nghi. Trong hệ thống ca cc trung tâm gia công, mọi quy trình công
nghệ đu được bộ PLC điu khin tập trung.

1.2. Đặc điểm chung của hệ điều khiển Logic và PLC
1.2.1. Cấu hình phần cứng của một bộ PLC

Bộ PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản gồm: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ
nguồn, giao diện vào/ra và thiết b lập trình. Sơ đồ hệ thống như hình 1.1.
4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên











Hình 1.1- Sơ đồ hệ thống bộ PLC

Hình 1.2- Cấu hình phần cứng của bộ PLC
1.2.1.1. Bộ x lý
Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU – Central Proccesscing
Unit), c ó nhiệm vụ điu khin và quản lý mọi hoạt động bên trong PLC. Việc
trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và cổng vào/ ra được thực hiện thông
qua hệ thống cc bus nối dưới sự điu khin ca CPU.
Bộ xử lý
Bộ nhớ
Thiết b
lập trình
Nguồn
cung cấp

Giao diện
vào
Giao diện
ra
5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Bộ xử lý biên dch cc tín hiệu vào và thực hiện cc hoạt động điu
khin theo chương trình được lưu trong bộ nhớ ca CPU, truyn cc quyết
đnh dưới dạng tín hiệu hoạt động đến cc thiết b ra.
Nguyên lý làm việc ca bộ xử lý tiến hành theo tng bước tuần tự, đầu
tiên cc thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và
được kim sot bởi bộ đếm chương trình. Bộ xử lý liên kết cc tín hiệu và đưa
kết quả điu khin tới đầu ra. Chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét
(scan). Thời gian một vòng quét phụ thuộc vào dung lượng ca bộ nhớ, vào
tốc độ ca CPU.
Nói chung chu kỳ một vòng quét như hình 1.3.







Hình 1.3- Chu kỳ một vòng quét của PLC

Sự thao tc tuần tự ca chương trình dẫn đến một thời gian trễ trong khi
bộ đếm ca chương trình đi qua một chu trình đầy đ, sau đó bắt đầu lại t đầu.
Đ đnh gi thời gian trễ người ta đo thời gian quét ca một chương

trình dài 1Kbyte và coi đó là chỉ tiêu đ so snh cc PLC. Với nhiu loại PLC
thời gian trễ này có th tới 20ms hoặc hơn. Nếu thời gian trễ gây trở ngại cho
qu trình điu khin thì phải dùng cc biện php đặc biệt, chẳng hạn như lặp
lại những lần gọi quan trọng trong thời gian một lần quét, hoặc là điu khin
cc thông tin chuyn giao đ bỏ bớt đi những lần gọi ít quan trọng khi thời
gian quét dài tới mức không th chấp nhận được. Nếu cc giải php trên
không thoả mãn thì phải dùng PLC có thời gian quét ngắn hơn.
1. Nhập dữ liệu t TB ngoại
vi vào bộ đệm ảo
2. Thực hiện chương trình
3. Truyn thông và kim tra lỗi
4. Chuyn dữ liệu t bộ đệm ảo ra
TB ngoại vi
6

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.2.1.2. Bộ nguồn
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyn đổi điện p xoay chiu thành điện p
thấp cho bộ vi xử lý (thường là 5V) và cho cc mạch điện đầu ra hoặc cc
module còn lại (thường là 24V).
1.2.1.3. Thiết b lập trình
Thiết b lập trình được sử dụng đ lập cc chương trình điu khin cần
thiết sau đó được chuyn cho PLC. Thiết b lập trình có th là thiết b lập trình
chuyên dụng, có th là thiết b lập trình cầm tay gọn nhẹ, có th là phần mm
được cài đặt trên my tính cá nhân.
1.2.1.4. Bộ nhớ
Bộ nhớ là nơi lưu giữ chương trình sử dụng cho cc hoạt động điu
khin. Cc dạng bộ nhớ có th là RAM, ROM, EPROM.
- Bộ nhớ ROM (Read Only Memory): là bộ nhớ chỉ đọc, trong PLC bộ

nhớ này dùng đ lưu giữ chương trình điu hành do nhà sản xuất nạp và chỉ
nạp một lần.
- Bộ nhớ RAM (Random Acess Memory): là bộ nhớ truy câp ngẫu
nhiên, trong bộ nhớ này dùng đ lưu giữ dữ liệu hoặc kết quả tạm thời cua cc
phép ton. Dữ liệu lưu trong RAM sẽ b xóa khi xỷ ra mất nguồn nuôi. Người
ta luôn chế tạo nguồn dự phòng cho RAMcó th là nguồn pin hoặc nguồn tụ
điện đ duy trì chương trình trong trường hợp mất điện nguồn, thời gian duy
trì tuỳ thuộc vào tng PLC cụ th.
- Bộ nhớ EEPROM (Electrical Erasabel Progamble ROM): là bộ nhớ
ROM có th xóa và nạp lại t vài nghìn đến vài chục nghìn lần được dùng đ
lưu giữ chương trình ứng dụng trong PLC.
Bộ nhớ cũng có th được chế tạo thành module cho phép dễ dàng thích
nghi với cc chức năng điu khin có kích cỡ khc nhau, khi cần mở rộng có
th cắm thêm.
1.2.1.5. Giao diện vo/ra
Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin t cc thiết b ngoại vi và
truyn thông tin đến cc thiết b bên ngoài. Tín hiệu vào có th t cc công
7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

tắc, cc bộ cảm biến nhiệt độ, cc tế bào quang điện Tín hiệu ra có th cung
cấp cho cc cuộn dây công tắc tơ, cc rơle, cc van điện t, cc động cơ nhỏ
Tín hiệu vào/ra có th là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic Cc
tín hiệu vào/ra có th th hiện như hình 1.4.

Hình 1.4- Hệ thống tín hiệu vào/ra PLC

Mỗi đim vào ra có một đa chỉ duy nhất được PLC sử dụng.
Cc kênh vào/ra đã có cc chức năng cch ly và điu ho tín hiệu sao
cho cc bộ cảm biến và cc bộ tc động có th nối trực tiếp với chúng mà
không cần thêm mạch điện khc.
Tín hiệu vào thường được ghép cch điện (cch ly) nhờ linh kiện quang
như hình 1.5.








Hình 1.5- Tín hiệu vào PLC

Tín hiệu
vào
Tín hiệu
đến CPU
Ghép nối quang
Diode
bảo vệ

Mạch phân
áp
PLC
Nút bấm và
cc công tắc
logic giới hạn
Bộ chuyn mạch,
công tắc hành trình,
giới hạn
Cc tham số điu
khin như t
0
áp
suất, p lực

Cc tín hiệu
bo động
Bộ PLC
Các cuộn hút
Cc đèn
Các van
8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Dải tín hiệu nhận vào cho cc PLC cỡ lớn có th là 5v, 24v, 110v,
220v. Cc PLC cỡ nhỏ thường chỉ nhập tín hiệu 24v.
Tín hiệu ra cũng được ghép cch ly, có th cch ly kiu rơle như hình
1.6a, cch ly kiu quang như hình 1.6b. Tín hiệu ra có th là tín hiệu chuyn
mạch 24v, 100mA; 110v, 1A một chiu, thậm chí 240v, 1A xoay chiu tuỳ

loại PLC. Tuy nhiên, với PLC cỡ lớn dải tín hiệu ra có th thay đổi bằng cch
lựa chọn cc module ra thích hợp.




Hình 1.6- Tín hiệu ra của PLC
1.2.2. Cấu tạo chung của PLC
Cc PLC có hai kiu cấu tạo cơ bản là: kiu hộp đơn và kiu modulle
nối ghép.
Kiu hộp đơn thường dùng cho cc PLC cỡ nhỏ và được cung cấp dưới
dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh gồm bộ nguồn, bộ xử lý, bộ nhớ và cc giao
diện vào/ra. Kiu hộp đơn thường vẫn có khả năng ghép nối được với cc
module ngoài đ mở rộng khả năng ca PLC. Kiu hộp đơn như hình 1.7.






Hình 1.7- PLC kiểu hộp đơn

Kiu module ghép nối gồm cc module riêng cho mỗi chức năng như
module nguồn, module xử lý trung tâm, module ghép nối, module vào/ra,
o o o o o o o o o o o o
o o o o o o o o o o o o
Chân cắm
vào
Chân cắm ra
Ổ cp nối với bên

ngoài
Tín hiệu
ra
Rơle
PLC
a,

Cầu chì
Tín hiệu
ra
Ghép nối quang
PLC
b,
9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

module mờ, module PID cc module được lắp trên cc rãnh và được kết nối
với nhau. Kiu cấu tạo này có th được sử dụng cho cc thiết b điu khin lập
trình với mọi kích cỡ, có nhiu bộ chức năng khc nhau được gộp vào cc
module riêng biệt. Việc sử dụng cc module tuỳ thuộc công dụng cụ th. Kết
cấu này kh linh hoạt, cho phép mở rộng số lượng đầu nối vào/ra bằng cch
bổ sung cc module vào/ra hoặc tăng cường bộ nhớ bằng cch tăng thêm cc
đơn v nhớ.

Hình 1.8- PLC kiểu module ghép nối

Hình 1.9- Hình dáng bộ PLC
1.2.3. Các vấn đề về lập trình
1.2.3.1. Khái niệm chung
PLC có th sử dụng một cch kinh tế hay không phụ thuộc rất lớn vào
thiết b lập trình. Khi trang b một bộ PLC thì đồng thời phải trang b một
thiết b lập trình ca cùng một hãng chế tạo. Tuy nhiên, ngày nay người ta có
th lập trình bằng phần mm trên my tính sau đó chuyn sang PLC bằng
Bộ nguồn
Bộ xử lý
Các module vào/ra
10

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

mạch ghép nối riêng. Sự khc nhau chính giữa bộ điu khin khả trình PLC
và công nghệ rơle hoặc bn dẫn là ở chỗ kỹ thuật nhập chương trình vào bộ
điu khin như thế nào. Trong điu khin rơle, bộ điu khin được chuyn đổi
một cch cơ học nhờ đấu nối dây "điu khin cứng", còn với PLC thì việc lập
trình được thực hiện thông qua một thiết b lập trình và một ngoại vi chương
trình. Có th chỉ ra quy trình lập trình theo giản đồ hình 1.10.


Hình 1.10. Quy trình lập trình

Đ lập trình người ta có th sử dụng một trong cc mô hình sau đây:
+ Mô hình dãy.
+ Mô hình cc chức năng.

+ Mô hình biu đồ nối dây.
+ Mô hình logic.
Việc lựa chọn mô hình nào trong cc mô hình trên cho thích hợp là tuỳ
thuộc vào loại PLC và điu quan trọng là chọn được loại PLC nào cho phép
giao lưu tiện lợi và trnh được chi phí không cần thiết. Đa số cc thiết b PLC
lưu hành trên th trường hiện nay là dùng mô hình dãy hoặc biu đồ nối dây.
Những PLC hiện đại cho phép người dùng chuyn t một phương php nhập
này sang một phương php nhập khc ngay trong qu trình nhập. Trong thực
tế khi sử dụng biu đồ nối dây thì việc lập trình có vẻ đơn giản hơn vì nó có
cch th hiện gần giống như mạch rơle công tắc tơ.
11

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Tuy nhiên, với những người đã có sẵn những hiu biết cơ bản v ngôn
ngữ lập trình thì lại cho rằng dùng mô hình dãy dễ dàng hơn, đồng thời với
cc mạch cỡ lớn thì dùng mô hình dãy có nhiu ưu đim hơn. Mỗi nhà chế tạo
đu có những thiết kế và phương thức thao tc thiết b lập trình riêng, vì thế
khi có một loại PLC mới thì phải có thời gian và cần phải được huấn luyện đ
làm quen với nó.
1.2.3.2. Các phƣơng pháp lập trình
T cc cch mô tả hệ tự động cc nhà chế tạo PLC đã soạn thảo ra các
phương php lập trình khc nhau. Cc phương php lập trình đu được thiết
kế đơn giản, gần với cc cch mô tả đã được biết đến.
T đó nói chung có ba phương php lập trình cơ bản là
- Phương php bảng lệnh STL,
- Phương php biu đồ bậc thang LAD và
- Phương php lưu đồ điu khin CSF.
Trong đó, hai phương php bảng lệnh STL và biu đồ bậc thang LAD
được dùng phổ biến hơn cả.

1.2.3.3. Một số ký hiệu chung
1.2.3.3.1.Cấu trúc lệnh
Một lệnh thường có ba phần chính và thường viết như hình 3.9 (có loại
PLC có cch viết hơi khc):
1. Đa chỉ tương đối ca lệnh (thường khi tập trình thiết b lập trình tự
đưa ra).
2. Phần lệnh là nội dung thao tc mà PLC phải tc động lên đối tượng
ca lệnh, trong lập trình LAD thì phần này tự th hiện trên thanh LAD, không
được ghi ra.
3. Đối tượng lệnh, là phần mà lệnh tc động theo yêu cầu điu khin,
trong đối tương lệnh lại có hai phần:
12

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4. Loại đối tượng, có trường hợp sau loại đối tượng có dấu ":", có cc
loại đối tượng như tín hiệu vào, tín hiệu ra, cờ (rơle nội)
5. Tham số ca đối tượng lệnh đ xc đnh cụ th đối tượng, cch ghi
tham số cũng phụ thuộc tng loại PLC khc nhau.
1.2.3.3.2. Ký hiệu thường có trong mỗi lệnh
Cc ký hiệu trong lệnh, quy ước cch viết với mỗi quốc gia có khc
nhau, thậm chí mỗi hãng, mỗi thời chế tạo ca hãng có th có cc ký hiệu
riêng. Tuy nhiên, cách ghi chung nhất cho một số quốc gia là:
* Mỹ:
+ Ký hiệu đầu vào là I (In), đầu ra là Q (out trnh nhầm O là
không).
+ Cc lệnh viết gần đ tiếng Anh ví dụ ra là out.
+ Lệnh ra (gn) là out.
+ Tham số ca lệnh dùng cơ số 10.
+ Phía trước đối tượng lệnh có dấu %.

+ Giữa cc số ca tham số không có dấu chấm.
Ví dụ: AND% I09; out%Q10.
* Nhật:
+ Đầu vào ký hiệu là X, đầu ra ký hiệu là Y.
+ Cc lệnh hầu như được viết tắt t tiếng Anh.
+ Lệnh ra (gn) là out.
+ Tham số ca lệnh dùng cơ số 8.
Ví dụ: A X 10; out Y 07
* Tây đức
+ Đầu vào ký hiệu là I, đầu ra ký hiệu là Q.
+ Cc lệnh hầu như được viết tắt t tiếng Anh.
+ Lệnh ra (gn) là =
+ Tham số ca lệnh dùng cơ số 8.
+ Giữa cc số ca tham số có dấu chấm đ phân biệt khe và
kênh.
13

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Ví dụ: A I 1.0; = Q 0.7.
Ngoài cc ký hiệu kh chung như trên thì mỗi hãng còn có các ký hiệu
riêng, các bộ lệnh riêng. Ngay cùng một hãng ở cc thời chế tạo khc nhau
cũng có đặc đim khc nhau với bộ lệnh khc nhau. Do đó, khi sử dụng PLC
thì mỗi loại PLC phải tìm hiu cụ th hướng dẫn sử dụng ca nó.
Một số ký hiệu khc nhau với cc lệnh cơ bản được th hiện rõ trên bảng 1.1.

Bảng 1.1- Một số ký hiệu ca cc hãng sản xuất
IEC
1131-3
Misubishi

OMRON
Siemens
Telemec-
anique
Spreher và
Schuh
Chú thích
LD
LD
LD
A
L
STR
Khởi đầu với tiếp đim
thường mở
LDN
LDI
LD NOT
AN
LN
STR
NOT
Khởi đầu với tiếp đim
thường kín
AND
AND
AND
A
A
AND

Phần tử nối tiếp có tiếp đim
mở
ANDN
ANI
AND
NOT
AN
AN
AND
NOT
Phần tử nối tiếp có tiếp
đim kín
O
OR
OR
O
O
OR
Phần tử song song có tiêu
đim mở
ORN
ORI
OR NOT
ON
ON
OR NOT
Phần tử song song có tiếp
đim kín
ST
OUT

OUT


OUT
Lấy tín hiệu ra

1.2.3.4. Phƣơng pháp hình thang LAD (Ladder Logic)
Phương php hình thang có dạng ca biu đồ nút bấm. Cc phần tử cơ
bản ca phương php hình thang là:
+ Tiếp đim: thường mở
Thường kín
+ Cuộn dây (mô tả cc rơle)
+ Hộp (mô tả cc hàm khc nhau, cc lệnh đặc biệt)
14

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Mạng LAD là đường nối cc phần tử thành một mạch hoàn chỉnh, theo
thứ tự t tri sang phải, t trên xuống dưới. Qu trình quét ca PLC cũng theo
thứ tự này. Mỗi một nấc thang xc đnh một số hoạt động ca qu trình điu
khin. Một sơ đồ LAD có nhiu nấc thang. Trên mỗi phần tử ca biu đồ hình
thang LAD có cc tham số xc đnh tuỳ thuộc vào ký hiệu ca tng
hãng sản xuất PLC.
Ví dụ: Một nấc ca phương php hình thang như hình 1.11.

Hình 1.11- Phương pháp lập trình thang LAD
Hình 1.11.a là kiểu ký hiệu của Misubishi (Nhật)
Hình 1.11.b là kiểu ký hiệu của Siemens (Tây đức)
Hình 1.11.c là ký hiệu của Allen Bradley
1.2.3.5. Phƣơng pháp liệt kê 1ệnh STL (Statement List)

Phương php STL gần với biu đồ logic. Ở phương php này cc lệnh
được liệt kê thứ tự. Tuy nhiên, đ phân biệt cc đoạn chương trình người ta
thường dùng cc mã nhớ, mỗi mã nhớ tương ứng với một nấc thang ca biu
đồ hình thang. Đ khởi đầu mỗi đoạn (tương ứng như khởi đầu một nấc
thang) khi lập luôn sử dụng cc lệnh khởi đầu như LD, L, A, O (bảng 3.l).
Kết thúc mỗi đoạn thường là lệnh gn cho đầu ra, đầu ra có th là đầu ra cho
thiết b ngoại vi có th là đầu ra cho cc rơle nội.
Ví dụ:
+ Một đoạn STL ca PLC S5 (Siemens)
0 LD I 0.0
15

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1 A I 0.1
3 = Q 1.0
+ Một đoạn STL ca PLC S7-200 (Siemens)
0 LD I 0.1
1 A I 0.2
3 = Q 1.0

+ Một đoạn STL ca PLC MELSEC Fl (Nhật)
0 LD X 400
1 O X 403
2 ANI X 404
3 OUT Y 433
+ Một đoạn STL ca CPM1A (OMRON)
0 LD 000.01
1 OR 010.00
2 AND NOT 000.00

3 AND 000.03
4 OUT 010.00

1.2.3.6. Phƣơng pháp lƣu đồ điều khiển CSF (ControlSystemFlow)
Phương php lưu đồ điu khin CSF trình bày cc phép ton logic với
các ký hiệu đồ hoạ đã được tiêu chuẩn ho như hình 1.13. Phương php lưu
đồ điu khin thích hợp với người đã quen với phép tính điu khin bằng đại
số Boo1e.

Hình 1.13- Phương pháp lập trình CSF
16

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1.2.4. Các rơle nội
Trong cc loại PLC có nhiu thuật ngữ dùng đ chỉ cc linh kiện loại
này, ví dụ: rơle phụ, bộ vạch dấu, cờ hiệu, lưu trữ bít, bít nhớ Đây là linh
kiện cung cấp cc chức năng đặc biệt gắn lin với PLC và được dùng phổ biết
trong lập trình. Rơle nội này tương tự như cc rơle trung gian trong sơ đồ rơle
công tắc tơ. Rơle nội cũng được coi là cc đầu ra đ nhận cc lệnh gn đầu ra,
nhưng thực chất đầu ra này không đưa ra ngoài (không phải thiết b ngoại vi)
mà chỉ nằm nội tại trong PLC. PLC nhỏ có th có tới hàng trăm rơle nội, cc
rơle nội đu được nuôi bằng nguồn dự phòng khi mất điện.
Bảng 1.2 - Một số ký hiệu cc rơle nội:
Hãng
Tên gọi
Ký hiệu
Ví dụ
Misubishi
Rơle phụ hoặc bộ đnh dấu

M
M100; M101
Siemens
Cờ hiệu
F
F0.0; F0.1
Sprecher và Schuh
Cuộn dây
C
C001; C002
TelemecaniQue
Bít
B
B0; B1
Toshiba
Rơle nội
R
R000; R001
Bradley
Lưu trữ bít
B
B3/001 ; B3/002

Ví dụ: Sử dụng rơle nội (ca Misibishi)
0 LD X 400
1 OR X 403
2 ANI X 404
3 OUT M 100
4 LD M 100
5 AND X 401

6 OUTY 433
Hình 1.12- Sơ đồ dùng Rơle nội
1.2.5. Các rơle thời gian
Trong cc hệ thống điu khin luôn luôn phải sử dụng rơle thời gian đ
duy trì thời gian cho qu trình điu khin. Trong cc PLC người ta cũng gắn