Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ




ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC



Đề tài:
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200
ĐIỀU KHIỂN LOGO QUA MẠNG


Cán bộ hướng dẫn:
ThS. BÙI THÚC MINH
Sinh viên thực hiện:
:
LÝ BÁ TƯỜNG

Khóa 51



Khánh Hòa, 2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ





ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC



Đề tài:
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200
ĐIỀU KHIỂN LOGO QUA MẠNG


Cán bộ hướng dẫn:

ThS. BÙI THÚC MINH
Sinh viên thực hiện:
:
LÝ BÁ TƯỜNG
Khóa 51 (2009 - 2013)


Khánh Hòa, 2013

1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên người nhận xét:
Chức danh: Đơn vị công tác:
Tên đồ án: Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng.
Họ và tên sinh viên: Lý Bá Tường MSSV: 51131915
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử Hệ: Chính quy Khóa: 51
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Chất lượng hình thức





2. Chất lượng nội dung




Khánh Hòa, ngày tháng năm 2013
Người nhận xét
3. Điểm đánh giá:





Điểm kết luận của Hội đồng chấm Đồ án

Điểm số Điểm bằng chữ

Khánh Hòa, ngày tháng 7 năm 2013
Thư ký Hội đồng Chủ tịch hội đồng
(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)
Bằng số Bằng chữ


i

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, tự động hóa trong quá trình sản xuất đóng vai trò
ngày càng quan trọng. Việc tự động hóa đã góp phần tích cực vào nâng cao năng suất
lao động, tăng chất lượng của hàng hóa.
PLC và LOGO là hai trong số các thiết bị tự động và bán tự động. PLC và
LOGO đóng vai trò là trung tâm điều khiển, độ tin cậy cao và khả năng lập trình dễ
dàng, thích ứng với môi trường công nghiệp. Việc liên lạc, truyền thông giữa các thiết
bị điều khiển tự động và bán tự động là hết sức quan trọng. Nó góp phần tăng độ tin
cậy cho hệ thống, mở rộng quy mô điều khiển.
Từ những kiến thức có được trong quá trình học và nghiên cứu, với mong muốn
nghiên cứu ứng dụng sản phẩm công nghệ cao phục vụ cho cuộc sống. Tôi đã thực
hiện đồ án: “Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng”. Với
mục tiêu là nghiên cứu, ứng dụng sản phẩm công nghệ cao S7 - 1200 và LOGO, ứng
dụng PLC S7 -1200 điều khiển LOGO qua mạng.
Qua gần 4 tháng thực hiện đề tài, cùng với sự hướng dẫn tận tình của giảng viên
hướng dẫn, tôi đã hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên với thời gian thực hiện đồ án gấp
rút, kiến thức còn hạn chế nên đồ án còn nhiều thiếu sót vì vậy kính mong quý thầy cô
và các bạn đóng góp ý kiến để tác giả tiếp thu chỉnh sửa để đồ án này hoàn thiện hơn
và được ứng dụng vào thực tế.
Em xin chân thành cảm ơn nhà trường, khoa Điện – Điện Tử đã cho phép cũng
như tạo điều kiện để em thực hiện đề tài này. Chân thành biết ơn các thầy cô giáo

trong và ngoài khoa Điện – Điện Tử đã tận tình dạy dỗ, cung cấp nhiều kiến thức quý
báu trong quá trình học tập tại trường. Xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy
ThS. Bùi Thúc Minh đã hướng dẫn tận tình em thực hiện đề tài này. Cảm ơn gia đình,
bạn bè đã luôn sát cánh và động viên tôi vượt qua khó khăn, thử thách để tôi có được
ngày hôm nay.

Nha trang, tháng 6 năm 2013
Sinh viên
Lý Bá Tường
ii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng
Đồ án tập trung nghiên cứu giới thiệu về sản phẩm PLC S7-1200 và LOGO của
hãng Siemens. PLC và LOGO là 2 sản phẩm có khả năng lập trình đã thay thế hoàn
toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, không những thế mà nó còn có khả năng
thay thế các thiết bị điều khiển tương tự. Các PLC và LOGO được sử dụng rộng rãi
trong công nghiệp.
Phần mềm lập trình cho PLC S7-1200 là TIA V11, TIA V11 hỗ trợ mạnh mẽ
trong việc lập trình cho PLC các dòng S7-300/400/1200 và ET200. Ngoài ra, phần
mềm TIA còn tích hợp thêm lập trình màn hình HMI và tạo giao diện điều khiển từ PC
(PC systems).
Phần mềm lập trình cho LOGO!0BA7 là LOGO!Soft Comfort V7.0, phần mềm
hỗ trợ lập trình trên PC rồi sau đó download xuống thiết bị LOGO thông qua cổng
Ethernet. Ngoài ra, phần mềm còn tích hợp thêm tính năng mô phỏng (Simulation),
giúp lập trình viên dễ dàng hơn trong việc lập trình.
Đồ án còn thể hiện tính ứng dụng điều khiển mạng PLC S7-1200 và LOGO
thông qua mô việc điều khiển mô hình pha trộn và phân loại sơn. Mô hình đã thể hiện
rõ sự truyền thông dữ liệu giữa PLC và LOGO để cùng phối hợp thực hiện một nhiệm
vụ.

iii

MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU i

TÓM TẮT ĐỒ ÁN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x
MỞ ĐẦU 1

1. Giới thiệu chung 1

2. Tính cấp thiết của đề tài 1

3. Nhiệm vụ, phạm vi của đề tài 2

4. Phương pháp nghiên cứu 2
5. Ứng dụng, nhu cầu thực tế của đề tài 2

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ PLC S7-1200 CỦA SIEMENS 3

1.1. Tổng quan về PLC 3

1.1.1. Giới thiệu chung về PLC 3

1.1.2. Cấu trúc – nguyên lý hoạt động của PLC 4

1.1.3. Các hoạt động xử lý bên trong PLC 8

1.1.3.1. Xử lý chương trình 8

1.1.3.2. Xử lý xuất nhập 9

1.2. Tìm hiểu sơ lược về plc s7-1200 của siemens 10
1.2.1. Giới thiệu phần cứng S7-1200 10
1.2.2. Cấu trúc bộ nhớ S7-1200 14
1.3. Cấu trúc chương trình 15
1.3.1. Các khối mã tạo nên cấu trúc chương trình 15
1.3.2. Các kiểu cấu trúc chương trình 16
1.3.3. Các khối OB đặc biệt 17
1.3.4. Các chế độ hoạt động của CPU 18
1.3.5. Bảo vệ bằng mật khẩu cho CPU S7-1200 20
iv

1.3.5.1. Cách thiết lập mật khẩu 20
1.3.5.2. Cách phục hồi mật khẩu bị mất 21
1.4. Tìm hiểu tập lệnh plc s7-1200 của siemens 21
1.4.1. Các lệnh cơ bản 21
1.4.1.1. Bit logic (tập lệnh tiếp điểm) 21
1.4.1.2. Sử dụng bộ Timer 26
1.4.1.3. Sử dụng bộ Counter 27
1.4.2. Các lệnh nâng cao 28
1.4.2.1. So sánh 28

1.4.2.2. Toán học 30
1.4.2.3. Di chuyển MOVE 36
1.4.2.4. Chuyển đổi 37
1.4.2.5. Lệnh điều khiển chương trình 38
1.4.2.6. Toán tử word logic 39
1.4.2.7. Dịch chuyển và xoay vòng 40
CHƯƠNG 2:

GIỚI THIỆU THIẾT BỊ LOGO 42

2.1. Tổng quan về LOGO 42
2.1.1. Giới thiệu chung về LOGO 42
2.1.2. Cách nhận dạng LOGO 43
2.1.3. Các tính năng kỹ thuật của LOGO 43
2.2. Tìm hiểu tập lệnh của LOGO 44
2.2.1. Các lệnh cơ bản 44
2.2.2. Các lệnh nâng cao 45
2.3. Lập trình trực tiếp trên bộ LOGO 47
2.4. Lập trình trên chương trình ứng dụng LOGO! SOFT COMFORT của hãng
Siemens 47

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TIA PORTAL. 48

3.1. Giới thiệu phần mềm TIA PORTAL 48
3.2. Các thao tác cơ bản trên phần mềm 49
3.3. Xây dựng một Project 53
v

3.3.1. Các cách xây dựng một Project 53
3.3.2. Tạo một Project mới 54

3.4. TAG của PLC / TAG LOCAL 56
3.5. Làm việc với một trạm PLC 58
3.5.1. Quy định địa chỉ IP cho module CPU 58
3.5.2. Đổ chương trình xuống CPU 58
3.5.3. Giám sát và thực hiện chương trình 59
3.6. Ngôn ngữ lập trình 60
3.6.1. Ngôn ngữ lập trình LAD 60
3.6.2. Ngôn ngữ lập trình FBD 60
CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU KHIỂN
LOGO QUA MẠNG. 62

4.1. Tổng quan về mô hình 62
4.2. Các thiết bị trong mô hình 68
4.2.1. CPU 1214C AC/DC/RC của PLC Seimens S7-1200 68
4.2.2. Thiết bị LOGO! 12/24 RCE 68
4.2.3. Module CSM 1277 SIMATIC NET 69
4.2.4. Cầu dao điện 69
4.2.5. Relay trung gian 70
4.2.6. Van điện từ 71
4.2.7. Cảm biến áp suất (Pressure Transmitter) 71
4.2.8. Bơm nhiên liệu 71
4.2.9. Động cơ 72
4.3. Yêu cầu công nghệ 73
4.4. Sơ đồ mạch động lực và sơ đồ kết nối CPU 73
4.4.1. Sơ đồ mạch động lực 73
4.4.2. Sơ đồ kết nối CPU 75
4.4.2.1. Sơ đồ kết nối CPU PLC S7-1200 75
4.4.2.2. Sơ đồ kết nối CPU LOGO!0BA7 75
4.5. Phân địa chỉ vào ra 75
vi

4.5.1. Phân địa chỉ vào ra đối với CPU PLC 76
4.5.2. Phân địa chỉ vào ra đối với CPU LOGO! 77
4.6. Phương pháp pha chế các màu sơn 78
4.7. Mô hình hệ thống pha màu tự động ứng dụng mạng điều khiển PLC S7-1200 và
LOGO!0BA7 79

4.7.1. Các bồn chứa các màu cơ bản 80
4.7.2. Các van xả của các màu thành phần 80
4.7.3. Bồn định lượng 80
4.7.4. Cảm biến áp suất và van xả bồn định lượng 80
4.7.5. Bồn trộn 81
4.7.6. Tủ điều khiển của hệ thống 81
4.8. Lưu đồ thuật toán 82
4.8.1. Khởi động hệ thống trộn sơn 82
4.8.2. Thực hiện chương trình 83
4.9. Chương trình điều khiển 87
4.9.1. Chương trình điều khiển CPU PLC 1214C 87
4.9.2. Chương trình điều khiển CPU LOGO!0BA7 95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96

Kết luận 96
Kiến nghị 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

vii

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản của PLC 5
Hình 1.2. Chu kỳ quét của PLC 6
Hình 1.3. Hình ảnh PLC S7-1200 11
Hình 1.4. Các module mở rộng. 12
Hình 1.5. Sign board 13
Hình 1.6. Module mở rộng 13
Hình 1.7. Các kiểu cấu trúc chương trình 17
Hình 1.8. Chế độ hoạt động của CPU 19
Hình 1.9. Các chế độ thiết lập mật khẩu 20
Hình 3.1. Cửa sổ portal view 50
Hình 3.2. Cửa sổ overview 50
Hình 3.3. Cửa sổ devices & network 51
Hình 3.4. Cửa sổ online & diagnostics 52
Hình 3.5. Cửa sổ main OB1 53
Hình 3.6. Sơ đồ xây dựng project 54
Hình 3.7. Ví dụ lập trình LAD cơ bản 60
Hình 3.8. Ví dụ về lập trình FBD 61
Hình 4.1. Hình ảnh PLC S7-1200. 68
Hình 4.2. Hình ảnh LOGO! 0BA7 69
Hình 4.3. Module CSM 1277 SIMATIC NET 69
Hình 4.4. Hình ảnh CB. 70
Hình 4.5. Relay trung gian và đế cắm. 70
Hình 4.6. Hình ảnh van điện từ. 71
Hình 4.7. Cảm biến áp suất. 71
Hình 4.8. Bơm nhiên liệu. 72
Hình 4.9. Động cơ trộn và động cơ cần gạc. 72
Hình 4.10. Động cơ giảm tốc. 1
Hình 4.11. Sơ đồ mạch động lực (đối với các thiết bị dùng nguồn 220V AC) 74
viii

Hình 4.12. Sơ đồ mạch động lực (đối với các thiết bị dùng nguồn DC) 74
Hình 4.13. Sơ đồ kết nối CPU PLC S7-1200. 75
Hình 4.14. Sơ đồ kết nối CPU LOGO!0BA7 75
Hình 4.15. Hình ảnh mô hình trộn sơn 79
Hình 4.16. Bồn chứa sơn nhiêu liệu. 80
Hình 4.17. Van xả của bơm 80
Hình 4.18. Bồn định lượng 80
Hình 4.19. Cảm biến áp suất và van xả. 80
Hình 4.20. Bồn trộn sơn. 81
Hình 4.21. Tủ điện hệ thống 81
Hình 4.22. Lưu đồ thuật toán 82
Hình 4.23. Lưu đồ thực hiện chương trình 83
Hình 4.24. Lưu đồ thực hiện chương trình (tiếp theo). 84
Hình 4.25. Lưu đồ thực hiện chương trình (tiếp theo). 85
Hình 4.26. Lưu đồ thực hiện chương trình (tiếp theo). 86
Hình 4.27. Chương trình LOGO 95


ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1. Các cấp độ bảo mật 21
Bảng 3.1. So sánh ngôn ngữ lập trình LAD và FBD 61
Bảng 4.1. Phân địa chỉ vào ra đối với CPU PLC 76
Bảng 4.2. Phân địa chỉ vào ra đối với CPU LOGO 77
Bảng 4.3. Một số thành phần các màu cơ bản: 78

x

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CPU Center processing unit
PLC Programmable Logic Controller
CB Circuit Breaker
CMS Content Management System

I/O Input/Output
DI/DO Digital input/Digital output
AI/AO Analog Input/Analog Output
AC Alternating current

DC Drect Current
RLY Relay
HMI Human machine interface




1
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
MỞ ĐẦU
1. GIỚI THIỆU CHUNG
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 và thiết bị. Các
hệ thống máy móc và thiết bị sản xuất thường rất phức tạp, có rất nhiều đại lượng vật
lý cần 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 cùng một lúc ta không thể dùng các mạch điều khiển
tương tự hay gián đoạn mà phải dùng hệ thống điều khiển logic. Trước đây, các hệ
thống điều khiển logic được sử dụng là hệ thống logic các rơ le. Nhờ sự phát triển
nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic khả trình PLC
(Programmable Logic Controller), LOGO đã xuất hiện thay thế các hệ thống điều
khiển rơ le. Càng ngày PLC và LOGO đã trở nên hoàn thiện và đa năng hơn. Các
PLC và LOGO ngày nay không những có khả năng thay thế hoàn toàn các thiết bị
điều khiển logic cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tương
tự. Các PLC và LOGO được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, tự động hóa trong quá trình sản xuất đóng vai trò
ngày càng quan trọng. Việc tự động hóa đã góp phần tích cực vào nâng cao năng suất
lao động, tăng chất lượng của hàng hóa.
PLC và LOGO là hai trong số các thiết bị tự động và bán tự động. PLC và
LOGO đóng vai trò là trung tâm điều khiển, độ tin cậy cao và khả năng lập trình dễ
dàng, thích ứng với môi trường công nghiệp.
Việc liên lạc, truyền thông giữa các thiết bị điều khiển tự động và bán tự động
là hết sức quan trọng. Nó góp phần nâng cao độ tin cậy cho hệ thống, mở rộng quy mô
điều khiển.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như mong muốn được làm quen và tìm hiểu
việc điều khiển hệ thống dùng PLC để điều khiển LOGO nên em chọn đề tài: Nghiên
cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng.
2
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
3. NHIỆM VỤ, PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI
Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu về thiết bị PLC S7-1200 và LOGO của

Siemens. Nghiên cứu phần mềm lập trình TIA PORTAL và ứng dụng điều khiển mạng
PLC S7-1200 và LOGO.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tìm hiểu về thiết bị S7-1200 và LOGO của Siemens, phần mềm lập trình TIA
PORTAL. Tổng hợp các kiến thức để ứng dụng thiết kế mạng điều khiển PLC S7-
1200 và LOGO.
5. ỨNG DỤNG, NHU CẦU THỰC TẾ CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài này mang tính chất nghiên cứu và ứng dụng, khi đề tài được hoàn thành,
nó có thể trở thành tài liệu để tham khảo. Ứng dụng của đề tài có thể áp dụng vào các
hệ thống điều khiển logic dùng cả PLC S7-1200 và LOGO để giám sát và điều khiển
hệ thống, nó cũng có thể làm mô hình học tập cho các sinh viên.
3
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU THIẾT BỊ PLC S7-1200 CỦA SIEMENS
1.1. TỔNG QUAN VỀ PLC
1.1.1. Giới thiệu chung về PLC
PLC viết tắt của 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
thông qua một ngôn ngữ lập trình. 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. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị
điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục
“lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín
hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều

khiển bằng relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:
- 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
module mở rộng.
- Giá cả có thể cạnh tranh được.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng relay dây nối và các
logic thời gian. Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và
tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả… Chính điều này
đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp. Các tập lệnh
nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi
dịch… Sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn… Sự phát triển các máy
tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều hơn.
4
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình
điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được
xác định bởi một chương trình. Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC,
PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay
đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình
bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện
một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào đối với các bộ dây nối hay
relay.
Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho phép chế tạo
các hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điều khiển logic có khả

năng lập trình được (PLC) đã ra đời, cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm
của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây, việc dùng PLC đã trở nên rất phổ biến
trong công nghiệp tự động hoá. Có thể liệt kê các ưu điểm chính của việc sử dụng PLC
gồm:
- Giảm bớt việc đấu nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ
điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nối dây.
- Tính mềm dẻo cao trong hệ thống.
- Bộ nhớ, cổng ngắt và đếm tốc độ cao khối vi xử lý trung tâm.
- Hệ điều hành, bộ đếm vào – ra, bộ định thời, bộ đếm bit cơ bản, cổng vào ra
Onboard, quản lý ghép nối Bus của PLC
- Bộ nhớ vào/ra.
1.1.2. Cấu trúc – nguyên lý hoạt động của PLC
Một PLC bao gồm 6 thành phần cơ bản như sau:

 Module xử lý tín hiệu
 Module vào
 Module ra
 Module nhớ
 Module nguồn
 Thiết bị lập trình
5
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
Sơ đồ của một bộ PLC cơ bản được biểu diễn như trên hình 1.1. Ngoài các
module chính này, các PLC còn có các module phụ trợ như module kết nối mạng, các
module đặc biệt để xử lý tín hiệu như module kết nối với các can nhiệt, module điều
khiển động cơ bước, module kết nối với encoder, module đếm xung vào…

Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản của PLC
 Module nguồn
Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và ổn định điện áp cho PLC hoạt
động. Trong công nghiệp người ta thường dùng điện áp 24V một chiều. Tuy nhiên
cũng có bộ PLC sử dụng điện áp 220V xoay chiều.
 Module CPU (Centrol rocessor Unit module):
Bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ
 Module nhập (Input Module)
Tín hiệu vào: các tín hiệu đầu vào nhận các thông tin điều khiển bên ngoài dạng
tín hiệu logic hoặc tín hiệu tương tự. Các tín hiệu logic có thể từ các nút nhấn điều
khiển, các công tắc hành trình, tín hiệu báo động, các tín hiệu của các quy trình công
nghệ,… Các tín hiệu tương tự đưa vào của PLC có thể là tín hiệu điện áp từ các can
nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ cho một lò nào đó hoặc tín hiệu từ máy phát tốc, cảm
biến…
 Module xuất (Output Module)
Trong PLC thì module xuất cũng hết sức quan trọng không kém module nhập.
Nó có thể có 8 hoặc 16 ngõ ra mà trên một module xuất, do vậy người sử dụng có thể
kết nối nhiều module lại với nhau để được số ngõ ra phù hợp. Đối với những ứng dụng
nhỏ thì cần 16 ngõ ra. Những ứng dụng lớn hơn có thể dùng tới 26 hoặc 256 ngõ ra.
Cũng giống như module nhập thì các ngõ ra của module xuất là các tiếp điểm của rơle,
Thiết bị
lập trình
Module
nhớ

CPU
Module
nguồn
Module
vào/ra
Đầu vào
Đầu ra
6
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
khả năng chịu tải lớn 220V/1A. Nếu muốn khống chế phụ tải công suất lớn thì thông
qua các thiết bị trung gian như: CTT, Contactor, Triac…
- Bộ xử lý trung tâm (CPU):
Đây là bộ phận xử lý tín hiệu trung tâm hay CPU của PLC. Bộ xử lý tín hiệu có
thể bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý tiêu chuẩn hoặc các bộ vi xử lý hỗ trợ cùng với
các mạch tích hợp khác để thực hiện các phép tính logic, điều khiển và ghi nhớ các
chức năng của PLC. Bộ xử lý thu thập các tín hiệu vào, thực hiện các phép tính logic
theo chương trình, các phép tính đại số và điều khiển các đầu ra số hay tương tự. Phần
lớn các PLC sử dụng các mạch logic chuyên dụng trên cơ sở bộ vi xử lý và các mạch
tích hợp tạo nên đơn vị xử lý trung tâm CPU.
Bộ vi xử lý sẽ lần lượt quét trạng thái của các đầu vào và các thiết bị phụ trợ,
thực hiện logic điều khiển được đặt ra bởi chương trình ứng dụng, thực hiện các tính
toán và điều khiển các đầu ra tương ứng của PLC. Bộ vi xử lý nâng cao khả năng logic
và khả năng điều khiển của PLC. Các PLC thế hệ cuối cho phép thực hiện các phép
tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý cao hơn và có trang bị
giao diện với máy tính, với mạng nội bộ v.v…
Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc của chương trình. Chu kỳ này được gọi là
chu kỳ quét của PLC, tức là khoảng thời gian thực hiện xong một vòng các lệnh của

chương trình điều khiển. Chu kỳ quét được minh họa trên hình 1.2.











Hình 1.2. Chu kỳ quét của PLC

Quét chương trình
Bắt đầu chu kỳ
Quét đầu ra
Chu kỳ quét
Quét đầu vào
7
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
Khi thực hiện quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào như
các công tắc, cảm biến… Trạng thái của các tín hiệu vào được lưu tạm thời vào bảng
ảnh đầu vào hoặc vào một mảng nhớ. Trong thời gian quét chương trình, bộ xử lý quét
lần lượt các lệnh của chương trình điều khiển, sử dụng các trạng thái của tín hiệu vào
trong mảng nhớ để xác định các đầu ra sẽ được nạp năng lượng hay không. Kết quả là
các trạng thái của đầu ra được ghi vào mảng nhớ. Từ dữ liệu của mảng nhớ tín hiệu ra,

PLC sẽ cấp hoặc ngắt điện năng cho các mạch ra để điều khiển các thiết bị ngoại vi.
Chu kỳ quét của PLC có thể kéo dài từ 1 đến 25 ms. Thời gian quét đầu vào và đầu ra
thường rất ngắn so với chu kỳ quét của PLC.
 Module nhớ
Bộ nhớ của PLC có vai trò rất quan trọng, bởi vì nó được sử dụng để chứa toàn
bộ chương trình điều khiển, các trạng thái của các thiết bị phụ trợ. Thông thường các
bộ nhớ được bố trí trong cùng một khối với CPU. Thông tin chứa trong bộ nhớ sẽ xác
định việc các đầu vào, đầu ra được xử lý như thế nào. Bộ nhớ bao gồm các tế bào nhớ
được gọi là bit, mỗi bit có hai trạng thái 0 hoặc 1. Đơn vị thông dụng của bộ nhớ là K,
1K = 1024 từ (word), 1 từ (word) có thể là 8 bit. Các PLC thường có bộ nhớ từ 1K đến
64K, phụ thuộc vào mức độ phức tạp của chương trình điều khiển. Trong các PLC
hiện đại có sử dụng một số kiểu bộ nhớ khác nhau. Các kiểu bộ nhớ này có thể xếp
vào hai nhóm: bộ nhớ có thể thay đổi và bộ nhớ cố định. Bộ nhớ thay đổi là các bộ nhớ
có thể mất các thông tin ghi trên đó khi mất điện. Nếu chương trình điều khiển chứa
trong bộ nhớ có thể thay đổi mà bị mất điện đột xuất do tuột dây, mất điện nguồn thì
chương trình phải được nạp lại và lưu vào bộ nhớ. Bộ nhớ cố định ngược lại với bộ
nhớ thay đổi là có khả năng lưu giữ thông tin ngay cả khi mất điện. Các loại bộ nhớ
hay sử dụng trong PLC gồm:
+ ROM (Read Only Memory)
+ RAM (Random Access Memory)
+ PROM (Programable Read Only Memory)
+ EPROM (Erasable Programable Read Only Memory)
+ EAPROM (Electronically Alterable Programable Read Only Memory)
+ Bộ nhớ flash
8
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
Bộ nhớ ROM dùng để nhớ các lệnh điều khiển cơ bản của PLC, không thay đổi

nội dung nhớ ngay cả khi mất điện.
Trong số này chỉ có bộ nhớ RAM là bộ nhớ thay đổi, các bộ nhớ khác lưu thông
tin trong bộ nhớ khi mất điện. Bộ nhớ RAM thường hoạt động nhanh và dễ dàng nạp
chương trình điều khiển ứng dụng cũng như các dữ liệu. Một số bộ nhớ RAM sử dụng
pin để lưu nội dung nhớ khi mất điện. Bộ nhớ RAM được sản xuất từ công nghệ
CMOS nên tiêu thụ rất ít năng lượng. Các PLC có thể được mở rộng thêm nên bộ nhớ
cũng phải tăng thêm. Chương trình điều khiển đơn giản chỉ cần dung lượng bộ nhớ bé,
ngược lại các chương trình phức tạp cần bộ nhớ dung lượng lớn.
Bộ nhớ động được sử dụng rộng rãi đó là bộ nhớ RAM (Random Acces
Memory). Bộ nhớ RAM hoạt động nhanh, tạo ra và lưu các chương trình ứng dụng. Để
chống lại khả năng mất dữ liệu khi mất điện, các PLC thường sử dụng pin.
Bộ nhớ tĩnh ROM (Read Only Memory) là bộ nhớ không bị thay đổi dữ liệu
nhớ khi tắt nguồn hoặc mất điện. Bộ nhớ ROM dùng để nhớ các lệnh cơ bản và các
hàm toán học của PLC. EEPROM (Ellectrically Erasable Programable Read Only
Memory) là bộ nhớ tĩnh có khả năng xoá bằng lập trình lại. EEPROM dùng để ghi
chương trình ứng dụng.
Người sử dụng có thể truy cập vào hai vùng nhớ của PLC là vùng nhớ chương
trình và vùng nhớ dữ liệu. Vùng nhớ chương trình là nơi chứa chương trình điều khiển
ứng dụng, các chương trình con và các lỗi của chương trình. Vùng nhớ dữ liệu lưu trữ
các dữ liệu liên quan đến chương trình điều khiển như dữ liệu vào/ra; giá trị đầu, giá trị
tức thời và giá trị cuối của bộ đếm lệnh hay bộ đếm thời gian; các hằng số và các biến
của chương trình điều khiển. Hai vùng nhớ này được gọi là bộ nhớ dành cho người sử
dụng. Bộ xử lý tín hiệu còn có bộ nhớ hệ thống dùng để ghi các dữ liệu trung gian
trong quá trình thực hiện các phép tính, các lệnh của chương trình và phối hợp giữa
chúng; quét các dữ liệu vào và gửi các dữ liệu ra mới đến module ra. Bộ nhớ hệ thống
do nhà sản xuất lập trình từ khi xuất xưởng nên không thể thay đổi được và người sử
dụng cũng không thể truy cập được.
1.1.3. Các hoạt động xử lý bên trong PLC
1.1.3.1. Xử lý chương trình
9

Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC, các lệnh sẽ được lưu
trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ.
PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong bộ
nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho đến cuối
chương trình. Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là một chu kỳ
thực hiện. Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý của PLC và độ
lớn của chương trình. Một chu kỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn nối tiếp nhau:
 Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào. Phần chương trình phục vụ
công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành.
 Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự từng lệnh một trong chương trình.
Trong khi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào, thực
hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của các đầu
ra.
 Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại các module
đầu ra.
1.1.3.2. Xử lý xuất nhập
Gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I/O trong PLC:
 Cập nhật liên tục
Điều nay đòi hỏi CPU quét các lệnh ngõ vào (mà chúng xuất hiện trong
chương trình), khoảng thời gian delay được xây dựng bên trong để chắc chắn
rằng chỉ có những tín hiệu hợp lý mới được đọc vào trong bộ nhớ vi xử lý. Các
lệnh ngõ ra được lấy trực tiếp tới các thiết bị. Theo hoạt động logic của chương
trình, khi lệnh OUT được thực hiện thì các ngõ ra cài lại vào đơn vị I/O, vì thế
nên chúng vẫn giữ được trạng thái cho tới khi lần cập nhật kế tiếp.
 Chụp ảnh quá trình xuất nhập
Hầu hết các PLC loại lớn có thể có vài trăm I/O, vì thế CPU chỉ có thể

xử lý một lệnh ở một thời điểm. Trong suốt quá trình thực thi, trạng thái mỗi
ngõ vào phải được xét đến riêng lẻ nhằm dò tìm các tác động của nó trong
chương trình. Do chúng ta yêu cầu relay 3ms cho mỗi ngõ vào, nên tổng thời
gian cho hệ thống lấy mẫu liên tục trở nên rất dài và tăng theo số ngõ vào.
10
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các ngõ I/O được cập nhật tới một
vùng đặc biệt trong chương trình. Ở đây, vùng RAM đặc biệt này được dùng như một
bộ đệm lưu trạng thái các logic điều khiển và các đơn vị I/O. Mỗi ngõ vào ra đều có
một địa chỉ I/O RAM này. Suốt quá trình copy tất cả các trạng thái vào trong I/O
RAM. Quá trình này xảy ra ở một chu kỳ chương trình (từ Start đến End).
Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào/ra phụ thuộc vào tổng số I/O được copy
tiêu biểu là vài ms. Thời gian thực thi chương trình phụ thuộc vào chiều dài chương
trình điều khiển tương ứng mỗi lệnh mất khoảng từ 110 s.
1.2. TÌM HIỂU SƠ LƯỢC VỀ PLC S7-1200 CỦA SIEMENS
1.2.1. Giới thiệu phần cứng S7-1200
Sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200. So với S7-200 thì S7-
1200 có những tính năng nổi trội:
S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát
nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm
cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200.
S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn,
các đầu vào/ra (DI/DO).
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương
trình điều khiển:
- Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC.
- Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình.

S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.
Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485
hoặc RS232.
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba
ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA
Portal 11 của Siemens.



11
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường








Hình 1.3. Hình ảnh PLC S7-1200
Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ
chương trình khác nhau…
PLC S7-1200 có các loại sau:
SIMATIC S7-1200 Mô tả sản phẩm
1211 CPU
AC/DC/Rly

1211 CPU
DC/DC/DC

CPU 1211C
1211 CPU
DC/DC/Rly

Kích thước: 90 x 100 x 75 (mm)
CPU 1211C nhỏ gọn, bộ nhớ chương
trình/bộ nhớ dữ liệu lên đến 25Kb, bộ nhớ tải
1Mb.
Thời gian đáp ứng các phép toán logic là
0,1µs.
Có 6 đầu vào số và 2 đầu vào tương tự, 4 ngõ
ra số.
Có thể mở rộng lên đến 3 module giao tiếp
và 1 board tín hiệu
Tín hiệu ngõ vào số là HCS với tần số
100kHz và tín hiệu số 24V DC ngõ ra có thể
được dùng như là PTO hoặc PWM với tần số
100kHz
1212 CPU
AC/DC/Rly

1212 CPU
DC/DC/DC

CPU
CPU 1212C
1211 CPU

DC/DC/Rly

Kích thước: 90 x 100 x 75 (mm)
CPU 1212C nhỏ gọn, bộ nhớ chương
trình/bộ nhớ dữ liệu lên đến 25Kb, bộ nhớ tải
1Mb.
Thời gian đáp ứng các phép toán logic là
0,1µs.
Có 8 đầu vào số và 2 đầu vào tương tự, 6
Đèn LED cho biết trạng thái
on -board I / O
Kết nối nguồn điện
Hệ thống kết nối dây (phía sau nắp
PLC)
Kết nối PROFINET

12
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
ngõ ra số.
Có thể mở rộng lên đến 3 module giao tiếp,
2 module tín hiệu và 1 board tín hiệu
Tín hiệu ngõ vào số là HCS với tần số
100kHz và tín hiệu số 24V DC ngõ ra có thể
được dùng như là PTO hoặc PWM với tần số
100kHz
1214 CPU
AC/DC/Rly

1214 CPU
DC/DC/DC

CPU 1214C
1211 CPU
DC/DC/Rly

Kích thước: 110 x 100 x 75 (mm)
CPU 1214C nhỏ gọn, bộ nhớ chương
trình/bộ nhớ dữ liệu lên đến 50Kb, bộ nhớ tải
2Mb.
Thời gian đáp ứng các phép toán logic là
0,1µs.
Có 14 đầu vào số và 2 đầu vào tương tự, 10
ngõ ra số.
Có thể mở rộng lên đến 3 module giao tiếp,
8 module tín hiệu và 1 board tín hiệu
Tín hiệu ngõ vào số là HCS với tần số
100kHz và tín hiệu số 24V DC ngõ ra có thể
được dùng như là PTO hoặc PWM với tần số
100kHz

Khả năng mở rộng của CPU

1. Module truyền thông (CM) 2. CPU
3. Board tín hiệu (SB) 4. Module tín hiệu (SM)
Hình 1.4. Các module mở rộng