Tài liệu lập trình PLC

Lập trình PLC
Biên tập bởi:
Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
Lập trình PLC
Biên tập bởi:
Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
Các tác giả:
Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
Phiên bản trực tuyến:
/>MỤC LỤC
1. Chương 1: Tổng quan về PLC
1.1. MỞ ĐẦU
1.2. Lịch sử phát triển
1.3. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của PLC
1.4. Phân loại
1.5. Cấu trúc phần cứng PLC S7-300
1.5.1. Hệ thống Module
1.5.2. Cấu trúc bộ nhớ
2. Chương 2 : Ngôn ngữ lập trình và ứng dụng
2.1. Giới thiệu các ngôn ngữ lập trình
2.2. Chu trình làm việc, lập trình và cấu trúc chương trình
2.3. Tập lệnh PLC S7 - 300
2.3.1. Nhóm lệnh logic tiếp điểm
2.3.2. Bộ đếm (Counter)
2.3.3. Bộ thời gian (Timer)
2.3.4. Các hàm so sánh
2.3.5. Các hàm toán học
2.3.6. Hàm di chuyển dữ liệu
2.3.7. Hàm logic thực hiện trên thanh ghi
2.3.8. Lệnh làm việc với tín hiệu tương tự
3. Chương 3 : Ngôn ngữ lập trinh Step 7

3.1. CÀI ĐẶT STEP 7
3.2. Soạn thảo một Project mới
3.3. Soạn thảo chương trình
3.4. Chạy thử, nạp chương trình xuống phần cứng, giám sát hoạt đọng của chương
trình
4. Chương 4 : Lựa chọn, lắp đặt, kiểm tra và bảo trì hệ thống
4.1. Lựa chọn, lắp đặt, kiểm tra và bảo trì hệ thống
Tham gia đóng góp
1/130
Chương 1: Tổng quan về PLC
MỞ ĐẦU
Trong các hệ thống sản xuất, trong các thiết bị tự động và bán tự động, hệ thống điều
khiển đóng vai trò điều phối toàn bộ các hoạt động của máy móc thiết bị. Các hệ thống
máy móc và thiết bị sản xuất thường rất phức tạp, có rất nhiều đại lượng vật lý phải điều
khiển để có thể hoạt động đồng bộ hoặc theo một trình tự công nghệ nhất định nhằm tạo
ra một sản phẩm mong muốn. Từng đại lượng vật lý đơn lẻ có thể được điều khiển bằng
một mạch điều khiển cơ sở dạng tương tự hay gián đoạn. Điều khiển nhiều đại lượng vật
lý đồng thời chúng ta không thể dùng các mạch điều khiển tương tự mà phải sử dụng hệ
thống điều khiển lô gíc. Trước đây các hệ thống điều khiển lô gíc được sự dụng là hệ
thống lô gíc rơ le. Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều
khiển lô gíc khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuất hiện vào năm
1969 thay thế các hệ thống điều khiển rơ le. Càng ngày PLC càng trở nên hoàn thiện và
đa năng. Các PLC ngày nay không những có khả năng thay thể hoàn toàn các thiết bị
điều khiển lo gíc cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiêt bị điều khiển tương tự.
Các PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Chức năng chính của PLC là kiểm tra trạng thái của các đầu vào và điều khiển các quá
trình hoặc các hệ thống máy móc thông qua các tín hiệu trên chính đầu ra của PLC. Tổ
hợp lô gíc của các đầu vào để tạo ra một hay nhiều tín hiệu ra được gọi là điều khiển
lô gíc. Các tổ hợp lô gíc thường được thực hiện theo trình tự điều khiển hay còn gọi là
chương trình điều khiển. Chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC có thể

bằng cách lập trình bằng thiết bị cầm tay nối trực tiếp với PLC hoặc lập trình trên máy
tính cá nhân nhờ các phần mềm chuyên dụng và truyền vào PLC qua mạng hay qua cáp
truyền dữ liệu. Bộ xử lý tín hiệu, thường là các bộ vi xử lý tốc độ cao, thực hiện chương
trình điều khiển theo chu kỳ. Khoảng thời gian thực hiện một chu trình điều khiển từ lúc
kiểm tra các tín hiệu vào, thực hiện các phép tính lo gíc hoặc đại số để có được tín hiệu
điều khiển, cho đén khi phát tín hiệu đến đầu ra được goi là chu kỳ thời gian quét.
2/130
PLC trong công nghiệp thường có cấu hình đơn giản nhất, bởi vì các chương trình trình
điều khiển quá trình công nghệ hay máy móc thường được hoạt động 24/24 và không
cần bất cứ sự can thiệp của con người trong quá trình điều khiển. PLC chỉ dừng quét
chương trình điều khiển khi ngắt nguồn hoặc khi công tắc ngừng được kích hoạt. Sơ đồ
khối đơn giản hoá của PLC được thể hiện trên hình
Trên đầu vào của PLC có thể có các kênh tín hiệu tương tự hoặc các kênh tín hiệu số.
Các kênh tín hiệu này xuất phát từ các cảm biến, từ các công tắc hành trình, công tắc
đóng ngắt mạch điện hoặc từ các biến lô gíc tương ứng với các các trạng thái của máy
móc, thiết bị. Tín hiệu vào được bộ xử lý trung tâm xử lý nhờ các phép tính lô gíc hay
số học và kết quả là các tín hiệu ra. Các tín hiệu tín hiệu ra là các tín hiệu truyền điện
năng đến cho các cơ cấu chấp hành như cuộn hút, đèn hiệu, động cơ vv.
Điện áp trên đầu vào của PLC là điện áp công suất thấp, tương ứng với mức từ 0V đến
5V một chiều. Khi ta nối các đầu vào có mức điện áp cao hơn 5V, thường phải dùng các
kênh có các mạch chuyển đổi để biến điện áp vào thành điện áp tương đương với mức
+/ư 5VDC. Điện áp trên đầu ra của PLC có thể có nhiều mức điện áp khác nhau, nhưng
đều có mức năng lượng thấp. Nếu cần phải điều khiển cơ cấu chấp hành có mức năng
lượng cao hơn, ta phải sử dụng các thiết bị khuyếch đại công suất.
3/130
Lịch sử phát triển
Vào khoảng năm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yêu cầu kỹ thuât đầu tiên
cho thiết bị điêù khiển lô gíc khả lập trình. Mục đích đầu tiên là thay thế cho các tủ điêu
khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện năng và thường xuyên phải thay thể các rơ le do
hỏng cuộn hút hay gẫy các thanh lò xo tiếp điểm. Mục đích thứ hai là tạo ra một thiều bị

điều khiển có tính linh hoạt trong việc thay đổi chương trình điều khiển. Các yêu cầu kỹ
thuật này chính là cơ sở của các máy tính công nghiệp, mà ưu điểm chính của nó là sự
lập trình dễ dàng bởi các kỹ thuật viên và các kỹ sư sản xuất. Với thiết bị điều khiển khả
lập trình, người ta có thể giảm thời gian dừng trong sản xuất, mở rộng khả năng hoàn
thiện hệ thống sản xuất và thích ứng với sự thay đổi trong sản xuất. Một số nhà sản xuất
thiết bị điều khiển trên cơ sở máy tính đã sản xuất ra các thiết bị điều khiển khả lập trình
còn gọi là PLC.
Những PLC đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp ô tô vào năm 1969 đã đem lại sự
ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le. Các thiết bị này được lập trình
dễ dàng, không chiếm nhiều không gian trong các xưởng sản xuất và có độ tin cậy cao
hơn các hệ thống rơ le. Các ứng dụng của PLC đã nhanh chóng rộng mở ra tất cả các
ngành công nghiệp sản xuất khác.
Hai đặc điểm chính dẫn đến sự thành công của PLC đó chính là độ tin cậy cao và khả
năng lập trình dễ dàng. Độ tin cậy của PLC được đảm bảo bởi các mạch bán dẫn được
thiết kế thích ứng với môi trường công nghiệp. Các mạch vào ra được thiết kế đảm bảo
khả năng chống nhiễu, chịu được ẩm, chịu được dầu, bụi và nhiệt độ cao. Các ngôn ngữ
lập trình đầu tiên của PLC tương tự như sơ đồ thang trong các hệ thống điều khiển lô
gíc, nên các kỹ sư đã làm quen với sơ đồ thang, dễ dàng thích nghi với việc lập trình mà
không cần phải qua một quá trình đào tạo nào. Một số các ứng dụng của máy tính trong
sản xuất trong thời gian đầu bị thất bại, cũng chính vì việc học sử dụng các phần mềm
máy tính không dễ dàng ngay cả với các kỹ sư.
Khi các vi xử lý được đưa vào sử dụng trong những năm 1974 – 1975, các khả năng cơ
bản của PLC được mở rộng và hoàn thiện hơn. Các PLC có trang bị vi xử lý có khả năng
thực hiện các tính toán và xử lý số liệu phức tạp, điều này làm tăng khả năng ứng dụng
của PLC cho các hệ thống điều khiển phức tạp. Các PLC không chỉ dừng lại ở chổ là
các thiết bị điều khiển lô gíc, mà nó còn có khả năng thay thế cả các thiết bị điều khiển
tương tự. Vào cuối những năm bảy mươi việc truyền dữ liệu đã trở nên dễ dàng nhờ sự
phát triển nhảy vọt của công nghiệp điện tử. Các PLC có thể điều khiển các thiết bị cách
xa hàng vài trăm mét. Các PLC có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và việc điều khiển quá
trình sản xuất trở nên dễ dàng hơn.

4/130
Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC chính là các máy tính công nghiệp dùng cho mục
đích điều khiển máy, điều khiển các ứng dụng công nghiệp thay thế cho các thiết bị
“cứng” như các rơ le, cuộn hút và các tiếp điểm.
Ngày nay chúng ta có thể thấy PLC trong hàng nghìn ứng dụng công nghiệp. Chúng
được sử dụng trong công nghiệp hoá chất, công nghiệp chế biến dầu, công nghiệp thực
phẩm, công nghiệp cơ khí, công nghiệp xử lý nước và chất thải, công nghiệp dược phẩm,
công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, trong công nghiệp khai khoáng, trong giao
thông vận tải, trong quân sự, trong các hệ thống đảm bảo an toàn, trong các hệ thống vận
chuyển tự động, điều khiển rô bốt, điều khiển máy công cụ CNC vv. Các PLC có thể
được kêt nối với các máy tính để truyền, thu thập và lưu trữ số liệu bao gồm cả quá trình
điều khiển bằng thống kê, quá trình đảm bảo chất lượng, chẩn đoán sự cố trực tuyến,
thay đổi chương trình điều khiển từ xa. Ngoài ra PLC còn được dùng trong hệ thống
quản lý năng lượng nhằm giảm giá thành và cải thiện môi trường điều khiển trong các
các hệ thống phục vụ sản xuất, trong các dịch vụ và các văn phòng công sở.
Sự ra đời của máy tính cá nhân PC trong những năm tám mươi đã nâng cao đáng kể tính
năng và khả năng sử dụng của PLC trong điều khiển máy và quá trình sản xuất. Các PC
giá thành không cao có thể sử dụng như các thiêt bị lập trình và là giao diện giữa người
vận hành và hệ thống điêu khiển. Nhờ sự phát triển của các phần mềm đồ hoạ cho máy
tính cá nhân PC, các PLC cũng được trang bị các giao diện đồ hoạ để có thể mô phỏng
hoặc hiện thị các hoạt động của từng bộ phận trong hệ thống điêu khiển. Điều này có ý
nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các máy CNC, vì nó tạo cho ta khả năng mô phỏng
trước quá trình gia công, nhằm tránh các sự cố do lập trình sai. Máy tính cá nhân PC và
PLC đều được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển sản xuất và cả trong các
hệ thống dịch vụ.
PLC được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau trên thế giới. Về nguyên lý hoạt động, các
PLC này có tính năng tương tự giống nhau, nhưng về lập trình sử dụng thì chúng hoàn
toàn khác nhau do thiết kế khác nhau của mỗi nhà sản xuất. PLC khác với các máy tính
là không có ngôn ngữ lập trình chung và không có hệ điều hành. Khi được bất lên thì
PLC chỉ chạy chương trình điều khiển ghi trong bộ nhớ của nó, chứ không thể chạy được

hoạt động nào khác. Một số hãng sản xuất PLC lớn có tên tuổi như: Siemens, Toshiba,
Mishubisi, Omron, Allan Bradley, Rocwell, Fanuc là các hãng chiếm phần lớn thị phần
PLC thế giới. Các PLC của các hãng này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sử
dụng công nghệ tự động hoá.
Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt cho các hệ thống
công nghiệp. Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá trình điều khiển trở
nên nhanh hơn, rẻ hơn, và quan trọng nhất là hiệu quả hơn. PLC là sự lựa chọn tốt hơn
các hệ thống rơ le hay máy tính tiêu chuẩn do một số lý do sau:
5/130
-Tốn ít không gian: Một PLC cần ít không gian hơn một máy tính tiêu chuẩn hay tủ điều
khiển rơ le để thực hiện cùng một cức năng.
- Tiết kiệm năng lượng: PLC tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp, ít hơn cả các máy tính
thông thường.
-Giá thành thấp : Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơ le, nhưng nó có khả năng
thay thế hàng trăm rơ le.
- Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được làm từ các vật
liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm, rung động và nhiễu.
Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này.
- Giao diện tực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống phức tạp để có thể
giao tiếp với môi trường công nghiệp. Trong khi đó các PLC có thể giao diện trực tiếp
nhờ các mô đun vào ra I/O.
- Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ đồ thang, tương
tự như sơ đồ đấu của các hệ thống điều khiển rơ le thông thường.
- Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi nhanh chóng và
dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào PLC bằng bộ lập trình, bằng
thẻ nhớ, bằng truyền tải qua mạng.
6/130
Cấu trúc và nguyên lý làm việc của PLC
Cấu trúc chung
PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình (Program Logic Control), là loại thiết bị cho

phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua 1 ngôn ngữ lập trình,
thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số.
Cũng như các thiết bị lập trình khác, hệ thống lập trình cơ bản của PLC bao gồm 2 phần:
khối xử lý trung tâm (CPU) và hệ thống giao tiếp vào/ra (I/O) như sơ đồ khối:
Khối xử lý trung tâm:
Là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC như: Thực hiện chương trình,
xử lý vào/ra và truyền thông với các thiết bị bên ngoài.
Bộ nhớ
Có nhiều các bộ nhớ khác nhau dùng để chứa chương trình hệ thống là một phần mềm
điều khiển các hoạt động của hệ thống, sơ đồ LAD, trị số của Timer, Counter được chứa
trong vùng nhớ ứng dụng, tùy theo yêu cầu của người dùng có thể chọn các bộ nhớ khác
nhau:
1. Bộ nhớ ROM: là loại bộ nhớ không thay đổi được, bộ nhớ này chỉ nạp được một lần
nên ít được sử dụng phổ biến như các loại bộ nhớ khác.
7/130
2. Bộ nhớ RAM: là loại bộ nhớ có thể thay đổi được và dùng để chứa các chương trình
ứng dụng cũng như dữ liệu, dử liệu chứa trong Ram sẽ bị mất khi mất điện. Tuy nhiên,
điều này có thể khắc phục bằng cách dùng Pin.
3. Bộ nhớ EPROM: Giống như ROM, nguồn nuôi cho EPROM không cần dùng Pin, tuy
nhiên nội dung chứa trong nó có thể xoá bằng cách chiếu tia cực tím vào một cửa sổ nhỏ
trên EPROM và sau đó nạp lại nội dung bằng máy nạp.
4. Bộ nhớ EEPROM: kết hợp hai ưu điểm của RAM và EPROM, loại này có thể xóa và
nạp bằng tín hiệu điện. Tuy nhiên số lần nạp cũng có giới hạn.
Một PLC có đầy đủ các chức năng như: bộ đếm, bộ định thời, các thanh ghi (registers)
và tập lệnh cho phép thực hiện các yêu cầu điều khiển phức tạp khác nhau. Hoạt động
của PLC hoàn toàn phụ thuộc vào chương trình nằm trong bộ nhớ, nó luôn cập nhật tín
hiệu ngõ vào, xử lý tín hiệu để điều khiển ngõ ra.
Để đánh giá một bộ PLC người ta dựa vào 2 tiêu chuẩn chính: Dung lượng bộ nhớ và số
tiếp điểm vào/ra của nó. Bên cạnh đó cũng cần chú ý đến các chức năng như: Bộ vi xử
lý, chu kỳ xung clock, ngôn ngữ lập trình, khả năng mở rộng số cổng vào/ra.

Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay
hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng
chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung. Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay,
RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra
và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC. Đối với các PLC lớn thường
lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình. Các đơn
vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458,…
Trong hệ thống điều khiển PLC các phần tử nhập tín hiệu như: chuyển mạch, nút ấn,
cảm biến, được nối với đầu vào của thiết bị PLC. Các phần tử chấp hành như: đèn
báo, rơ le, công tắc tơ, được nối đến lối ra của PLC tại các đầu nối.
Chương trình điều khiển PLC được soạn thảo dưới các dạng cơ bản (sẽ được trình bày ở
phần sau) sẽ được nạp vào bộ nhớ bên trong PLC, sau đó tự động thực hiện tuần tự theo
một chuỗi lệnh điều khiển được xác định trước.
Hệ còn cho phép công nhân vận hành thao tác bằng tay các tiếp điểm, nút dừng khẩn
cấp để đảm bảo tính an toàn trong các trường hợp xảy ra sự cố.
PLC được xem như trái tim trong một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ với chương
trình điều khiển được chứa trong bộ nhớ của PLC, PLC thường xuyên kiểm tra trạng
thái của hệ thống thông qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị vào để từ đó có thể đưa ra
những tín hiệu điều khiển tương ứng đến các thiết bị ra.
8/130
PLC có thể được sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và được lập đi lập lại
theo chu kỳ, hoặc liên kết với máy tính chủ khác hoặc máy tính chủ thông qua một kiểu
hệ thống mạng truyền thông để thực hiện các quá trình xử lý phức tạp.
Tín hiệu vào
Mức độ thông minh của một hệ thống điều khiển phụ thuộc chủ yếu vào khả năng của
PLC để đọc được các dữ liệu khác nhau từ các cảm biến cũng như bằng các thiết bị nhập
bằng tay.
Tiêu biểu cho các thiết bị nhập bằng tay như: nút ấn, bàn phím và chuyển mạch. Mặt
khác, để đo, kiểm tra chuyển động, áp suất, lưu lượng chất lỏng , PLC phải nhận các
tín hiệu từ các cảm biến. Ví dụ: tiếp điểm hành trình, cảm biến quang điện, tín hiệu đưa

vào PLC có thể là tín hiệu số (digital) hoặc tín hiệu tương tự (analog), các tín hiệu này
được giao tiếp với PLC thông qua các modul nhận tín hiệu vào khác nhau khác nhau DI
(Digital Input) hoặc AI (Analog Input),
Đối tượng điều khiển
Một hệ thống điều khiển sẽ không có ý nghĩa thực tế nếu không giao tiếp được với
thiết bị ngoài, các thiết bị ngoài thông dụng như: môtơ, van, rơle, đèn báo, chuông
điện, cũng giống như thiết bị vào, các thiết bị ngoài được nối đến các cổng ra của
modul ra (output). Các modul ra này có thể là DO (Digital Output) hoặc AO (ra tương
tự).
Nguyên lý làm việc
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình
được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ
đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết
để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều
khiển được giữ trong bộ nhớ.
PLC thực chất chạy bằng mã máy với hệ thống số nhị phân, do đó tốc độ quét vòng
chương trình có thể đạt đến vài phần ngàn giây, các Software dùng để lập trình PLC
tích hợp cả phần biên dịch. Các dòng lệnh khi lập trình chúng ta đưa từ chương trình
vào thì trình biên dịch sẽ chuyển đổi sang mã máy và ghi từng bit “0” hay bit “1” lên
đúng vào vị trí có địa chỉ đã được quy ước trước trong PLC lên PC được thực thi xảy ra
ngược lại và trình biên dịch đã làm xong nhiệm vụ của mình trước khi trả chương trình
lên Monitor
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song
song:
9/130
- Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau.
- Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
- Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng
bộ các hoạt động trong PLC.
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua

Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8
bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả
trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên
Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus. Control Bus sẽ
chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC. Các địa chỉ và
số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế.
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạch đó,
CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ. Xung này quyết định tốc độ
hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về địnhthời, đồng hồ của hệ thống.
* Vòng quét của chương trình:
PLC thực hiện các công việc (bao gồm cả chương trình điều khiển) theo chu trình lặp.
Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (scancycle). Mỗi vòng quét được bắt đàu bằng
việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực
hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên
đến lệnh kết thúc của khối OB1.
Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo
Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn xử lý các yêu cầu truyền
thông (nếu có) và kiểm tra trạng thái của CPU. Mỗi vòng quét có thể mô tả như sau:
10/130
Chú ý: Bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra tương tự nên các lệnh truy
nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ
đệm.
Thời gian cần thiết để cho PLC thực hiện được một vòng quét được gọi là thời gian
vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét
nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được thực
hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳthuộc vào số lệnh trong chương trình
được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thông. Trong vòng quét đó. Như vậy giữa
việc đọc dữ liệu từ đối tượngđể xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển đến đối
tượng có một khoảngthời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời

gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC.
Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao.
Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ khối OB40, OB80,
Chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu
báo ngắt cùng chủng loại. Các khối chương trình này có thể thực hiện tại mọi vòng quét
chứ không phải bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình. Chẳng hạn
một tín hiệu báo ngẵt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội
bộ, PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, để thực hiện ngắt như vậy, thời
gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét.
Do đó để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đối không
nênviết chương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt
trong chương trình điều khiển.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với
cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ nhớ đệm của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền
thông giữa bộ đêm ảo với ngoại vi trong giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý.
Ở một số modul CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công
việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện với cổng vào/ra.
11/130
Ưu nhược điểm của PLC trong công nghiệp
Đặc điểm hệ thống điều khiển dùng Rơle
- Tốn kém rất nhiều dây dẫn .
- Thay thế rất phức tạp.
- Cần công nhân sửa chữa tay nghề cao.
- Công suất tiêu thụ lớn .
- Thời gian sửa chữa lâu.
- Khó cập nhật sơ đồ nên gây khó khăn cho công tác bảo trì cũng như thay
thế.
Tóm lại: Ở những hệ thống relay cũ để điều khiển đóng ngắt một thiết bị sau khi thực thi
tác vụ theo một khoảng thời gian xác định, chúng ta hay dùng các bộ Timer Controller,
khi đếm các sự kiện, sản phẩm,… chúng ta dùng các bộ Counter Controller có thể là

bằng số cơ khí hay hiển thị bằng Led 7 đoạn, LCD… các giá trị cài đặt được thao tác
trên các bộ controller này, nhưng vấn đề sẽ bắt đầu phức tạp dần khi trong hệ thống cần
nhiều bộ timer hay counter riêng lẻ nhưng phải phối hợp có hệ thống trong một tác vụ
liên tục và không có tính lặp lại, lúc này tủ điều khiển của ta bắt đầu quá tải về số lượng
controller, dây nối điều khiển, cable nguồn bắt đầu tăng lên và khi hệ thống cần sự thay
đổi các tham số trong quá trình điều khiển chúng ta sẽ tốn rất nhiều công sức để lần lượt
thiết lập từng bộ Timer hay Counter. Quá phức tạp. Chúng ta chưa tính đến khả năng lão
hoá các thiết bị, tính chính xác sẽ từ từ kém đi theo thời gian, chưa tính đến khả năng hư
hỏng tức thời của số lượng thiết bị này sẽ tiều tốn của chúng ta khá nhiều tiền chi cho
việc chuẩn đoán và thay thế và chúng ta còn chưa tính đến số thời gian vô ích khi ngừng
hệ thống không vận hành sản xuất được, có lẽ các sự kiện nêu trên hoàn toàn đúng với
công thức: “Xác suất của số lần hỏng hóc sẽ tăng tỷ lệ thuận với tổng số các thiết bị có
tham gia trong quá trình điều khiển”.
Đặc điểm hệ thống điều khiển dùng PLC
Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng như các
quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm như sau:
- Giảm 80% số lượng dây nối.
- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp .
12/130
- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa được nhanh chóng và
dễ dàng.
- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình) mà
không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị vào, ra.
- Số lượng rơle và timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển.
- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế.
- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn đến tăng cao tốc
độ sản xuất .
- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện cho vấn đề
bảo trì và sửa chữa hệ thống.
- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.

- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.
- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các Modul
mở rộng.
- Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ.
- Giá cả có thể cạnh tranh được.
Đặc trưng của PLC là khả năng có thể lập trình được, chỉ số IP ở dải quy định cho phép
PLC hoạt động trong môi trường khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi,
độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả năng
nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu vào nhập và đầu ra xuất được
đáp ứng tuỳ nghi trong khả năng trên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta
khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tự động.
Ứng dụng của PLC trong công nghiệp
Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác
nhau trong công nghiệp như:
- Hệ thống nâng vận chuyển.
13/130
- Dây chuyền đóng gói.
- Các robot lắp giáp sản phẩm .
- Điều khiển bơm.
- Dây chuyền xử lý hoá học.
- Công nghệ sản xuất giấy .
- Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh.
- Sản xuất xi măng.
- Công nghệ chế biến thực phẩm.
- Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn.
- Dây chuyền lắp giáp Tivi.
- Điều khiển hệ thống đèn giao thông.
- Quản lý tự động bãi đậu xe.

- Hệ thống báo động.
- Dây chuyền may công nghiệp.
- Điều khiển thang máy.
- Dây chuyền sản xuất xe ôtô.
- Sản xuất vi mạch.
- Kiểm tra quá trình sản xuất .
14/130
Phân loại
Về hình dạng
Có hai kiểu cơ cấu thông dụng với các hệ thống PLC là kiểu hộp đơn và kiểu modul nối
ghép. Kiểu hộp đơn thường được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình cỡ nhỏ và
được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh.
Kiểu modul ghép nối: gồm nhiều modul riêng cho bộ nguồn, CPU, cổng vào/ra được
lắp trên thanh ray. Kiểu này có thể sử dụng cho các thiết bị lập trình ở mọi kích cỡ.
Về số lượng các đầu vào/ra
Căn cứ vào số lượng các đầu vào/ ra, ta có thể phân PLC thành bốn loại sau:
- Micro PLC là loại có dưới 32 kênh vào/ ra
- PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ ra
- PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ ra
- PLC cỡ lớn có trên 1024 kênh vào/ra.
Các micro – PLC thường có ít hơn 32 đầu vào/ra. Trên hình 1.2 là ví dụ về micro PLC
họ T100MD-1616 do hãng Triangle Research International sản xuất. Cấu tạo tương đối
đơn giản và toàn bộ các bộ phận được tích hợp trên một bảng mạch có kích thước nhỏ
gọn. Micro – PLC có cấu tạo gồm tất cả các bộ phận như bộ xử lý tín hiệu, bộ nguồn,
các kênh vào/ra trong một khối. Các Micro – PLC có ưu điểm hơn các PLC nhỏ là giá
thành rẻ, dễ lắp đặt.
Một loại micro PLC khác là DL05 của hãng Koyo, loại này có 30 kênh vào/ ra
15/130
Một loại micro-PLC khác là loại xê ri 90 của Fanuc. Loại này có 8 kênh vào và 8 kênh
ra.

PLC loại nhỏ có thể có đến 256 đầu vào/ra. Trên hình 1.5 là PLC của hãng OMRON
loại ZEN – 10C. Loại PLC này có 34 kênh vào/ ra gồm: 6 kênh vào và 4 kênh ra trên
mô đun CPU, còn lại 3 mô đun vào/ ra, với 4 kênh vào và 4 kênh ra cho mỗi mô đun.
16/130
Hãng Siemens có các PLC loại nhỏ như S5-90U, S5-95U, S5-100U (hình 1.6), S7 – 200
là các loại PLC loại nhỏ, có số lượng kênh vào/ ra nhỏ hơn 256. Cấu tạo của các PLC
loại nhỏ cũng tương tự như cấu tạo của các PLC loại trung bình, vì đều là dạng mô đun.
Điểm khác biệt là dung lượng bộ nhớ, số lượng kênh vào/ ra của các mô đun khác nhau
về độlớn và tốc độ xử lý thông tin cũng khác nhau. PLC của Siemens được dùng rộng
rãi ở trong hầu hết các nước có nền công nghiệp phát triển.
Các PLC trung bình có thể có dến 1024 đầu vào/ra. Loại CJ1M của Omron trên hình 1.8
có 320 kênh vào/ ra.
Loại PLC CQM1 hay CQMIH của Omron trên hình có 512 kênh vào ra
17/130
Hãng Siemens có một số xê ri S7-200 là cácloại PLC hạng trung bình. Số lượng kênh
vào/ra của S-300 có thể trong khoảng từ 256 đến 1024.
Các PLC loại lớn có nhiều hơn 1024 đầu vào/ra. Loại này có tốc độ xử lý rất cao, dung
lượng bộ nhớ lớn và thường được dùng trong điều khiển các hệ thống thiết bị công nghệ
phức tạp. Hãng Omron có PLC loai CJ1 trên hình 1.10, là loại có tới 1280 kênh vào/ ra
và loại CJ1H có tới 2560 kênh vào/ra.
Hãng Omron còn có loai CS1 trên hình, là loại PLC cỡ lớn với 5120 kênh vào/ ra
18/130
Các PLC loại lớn của Siemens là các loại xê ri S7-300, S7-400. Các loại này có số lượng
kênh vào/ ra rất lớn. Các kênh này không thể đấu trực tiếp lên PLC mà phải thông qua
các bộ dồn kênh và tách kênh ( demultiplexeur và multiplexeur). Trên hình 1.12 là PLC
S7ư400 của Siemens. Đây là loại PLC mạnh nhất của Siemens hiện nay. Cấu hình của
PLC này được biểu diễn bằng hình. Các PLC trung bình và lớn có các mô đun vào/ra có
thể lắp ráp với nhau trên cùng một giá đỡ tiêu chuẩn, cho phép lắp thêm hoặc tháo bớt ra
mà không cần tắt nguồn. Các PLC được kết nối với nhau thông qua mạng ETHERNET
công nghiệp

19/130
Hình 1.13a.Cấu trúc của S7-400
Hình 1.14. Sơ đồ kết nối mạng của S7-400 trong công nghiệp
20/130
Các PLC loại lớn thường dùng để điều khiển ở mức cao. ở mức thấp thường là các thiết
bị điều khiển tương tự, hay thiết bị điều khiển số với các PLC loại nhỏ, hay loại trung
bình. ở mức thấp, chủ yếu là các thiết bị điều khiển trực tiếp các thiết bị công nghệ, các
cơ cấu chấp hành, các động cơ, bơm, van, cuộn hút, đèn hiệu vv. Điều khiển ở mức cao
bao gồm các điều khiển liên quan đến phần quản lý hệ thống và quản lý dữ liệu của hệ
thống điều khiển. ở mức này, các dữ liệu có thể được thu thập từ các các thiết bị điều
khiển mức thấp hoặc từ bên ngoài hệ thống thông qua mạng nội bộ và mạng Internet.
Các dữ liệu từ các PLC được truyền về các máy tính trung tâm để lưu trữ và xử lý.
Trường hợp các hệ thống sản xuất tự động có điều khiển bằng thống kê, đây chính là
điều khiển ở mức cao, tương ứng với cấu trúc quản lý của hệ thống. Hoạt động của hệ
thống điều khiển được điều chỉnh dựa theo kết quả phân tích, đánh giá từ các dữ liệu
thống kê, như vậy giúp cho việc sản xuất luôn ở dạng tối ưu nhất và hiệu quả nhất. PLC
S7-400 của Siemens là một trong những loại PLC lớn và rất mạnh trong các hệ thống
điều khiển sản xuất qui mô như các nhà máy công nghiệp. Loại PLC này có thể kết nối
trực tiếp qua mạng Ethernet công nghiệp với các thiết bị điều khiển mức cao hơn để trao
đổi dữ liệu hoặc thông các các các kênh giao diện khác như MPI , PROFIBUS, EIB hay
giao diện AS để thu thập dữ liệu và điều khiển như hình 1.14.
Về hãng sản xuất và sản phẩm
Có nhiều hãng sản xuất PLC. Chúng ta chọn 4 hãng tiêu biểu gồm: Mitsubishi, Omron,
Siemens, Telemecanique.
CP1L - Thế hệ Micro PLC mới cho tương lai
Tối đa 160 I/O, RS-232 / 485 / 422
- Kết nối với môđun mở rộng CPM1
- Bộ nhớ 5/10Kstep, có memory unit ngoài
- Lập trình cổng USB bằng CX-P V7.1
- Chạy mô phỏng bằng CX-Simulator

CPM1A, CPM2A - Loại Micro PLC thông dụng
21/130
CP1H - Loại Compact PLC cao cấp (All-In-One)
PLC cỡ vừa – CJ1M
22/130
Cách thể hiện các dòng lệnh và nguyên tắc gọi và thực thi chương trình cũng như các
công cụ dùng để gỡ rối khi thảo chương rất giống nhau ở cú pháp và cách thể hiện.
Trên nền tảng phù hợp các ứng dụng, tính kinh tế, tính cạnh tranh, các nhà sản xuất PLC
đã giới thiệu khá nhiều dòng sản phẩm phù hợp trong dãy sản phẩm của mình, các sản
phẩm có ứng dụng đơn giản như (Logo-Siemens, Alpha-Mitsubishi, Zen-Omron, Smart-
Telemecanique).
Chúng ta sẽ quan tâm tới các họ PLC có điạ chỉ vào/ra trên dưới 512 I/O (512 input/
output) bộ nhớ chương trình tăng đến 32KB hoặc 64KB Step và các thành phần ngoại vi
kết nối thêm có thể điều khiển trong các hệ thống tự động vừa và nhỏ, đơn lẻ, gần như
đáp ứng hầu hết các yêu cầu điều khiển theo ý đồ của các nhà thiết kế.
Mitsubishi: (Software mô tả GX-Developer V8.0Up) họ Fx-xx của hãng tuân thủ quy
ước gán địa chỉ mang tính kế thừa và phát triển trong tương lai (chỉ nói về các địa chỉ
cho các cổng vào/ra, và các ngõ vào và ra này sẽ được nối trực tiếp với các thiết bị ra
lệnh và chấp hành bên ngoài).
Ví dụ: Ở dòng Fx-xx có địa chỉ ngõ vào InputDigital được gán theo nhóm từng byte, bắt
đầu là byte 0 tương ứng chúng ta có các địa chỉ: X000 đến X007 (8 bit = 1 byte) hay còn
gọi là hệ cơ số 8.
Như vậy, ở nhóm byte thứ 2 tiếp theo quy ước gán địa chỉ sẽ bắt đầu bằng X010 đến
X017 địa chỉ ngõ ra được gán ký hiệu Y và bắt đầu từ Y000 đến Y007 tuân thủ tương tự
như cách gán ngõ vào X
Các địa chỉ được gán theo quy ước trên chỉ bao gồm trong dòng sản phẩm PLC có seri
FX, các dòng sau từ seri A, Q-A đã được nâng cấp lên nhóm 2 byte như vậy địa chỉ
23/130