luận văn đại học sư phạm Thiết kế mô hình đèn giao thông phục vụ dạy học thao tác lập trình với ZEN của OMRON

Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC
Phần mở đầu
Chương 1
Tổng quan về Zen và ứng dụng
I. Giới thiệu chung về PLC
1. Khái niệm về PLC
2. Lịch sử phát triển của PLC
3. Cấu trúc chung của PLC
4. Nguyên lý hoạt động của PLC
5. Vai trị của PLC trong hệ thống tự động hố
II. Bộ điều khiển logic lập trình đơn giản Zen
1. Ưu điểm của Zen
2. Các loại Zen
3. Đặc tính kỹ thuật của Zen
4. Các vùng nhớ
5. Ngơn ngữ lập trình
6. Nối đầu vào ra cho Zen
III. Một số ứng dụng của Zen
1. Điều khiển cấp nước cho bể chứa
2. Điều khiển máy hàn khí
3. Điều khiển cầu thang cuốn
4. Điều khiển quạt thơng gió cho nhà kính
5. Điều khiển xếp sản phẩm theo lơ
Chương 2
Thiết kế mơ hình đèn giao thơng
I. Bài tốn thiết kế
II. Phõn tích
III. Thiết kế phần mạch điện
1. Mạch điều khiển rơle trung gian
2. Mạch điều khiển hoạt động của đèn

Chương 3
Xõy dựng bài giảng thực hành Zen

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

1

3
5
5
5
5
10
12
12
12
15
17
19
26
28
28
28
30
31
32
34
35
35
36

37
37
37
38


Đồ án tốt nghiệp
I. Cơ sở lý thuyết chung của phương pháp dạy học thực hành
1. Khái niệm về thực hành và dạy học thực hành kỹ thuật
2. Nhiệm vụ của dạy học thực hành
3. Phương pháp dạy học thực hành kỹ thuật
4. Cấu trúc của một bài dạy thực hành kỹ thuật
II. Xõy dựng bài thực hành lập trình điều khiển trên Zen
1. Nội dung các bài thực hành trên Zen
2. Xõy dựng bài thực hành lập trình Zen
Phụ lục

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

2

38
38
38
39
41
43
43
44
58

Đồ án tốt nghiệp
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Tự động hoá gắn với các thiết bị điều khiển logic lập trình (PLC) đã và
đang có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống. Các nhà máy xí
nghiệp cũng đang dần nõng cao tỉ lệ tự động hoá dõy chuyền sản xuất để tăng
tớnh cạnh tranh cho sản phẩm. Khi đó địi hỏi người lao động phải sử dụng
thành thạo các máy móc thiết bị. Chính vì vậy, ở hầu hết các trường kỹ thuật và
trường nghề người học đều được trang bị các kiến thức về PLC.
Tuy nhiên, việc học trong nhà trường cịn nặng tính lý thuyết, ít được thực
hành; cỏc phũng thớ nghiệm/thực hành thì nghèo nàn về các mơ hình thực hành
nên hiệu quả dạy học của các môn học thuộc lĩnh vực này còn rất hạn chế.
Một phương pháp để nâng cao hiệu quả dạy và học của các môn học
thuộc lĩnh vực này là tăng thời lượng thực hành và đầu tư nhiều hơn cho cỏc
phũng thớ nghiệm/thực hành. Trong quá trình học, người học được tiếp cận
ngay với các ứng dụng thực tế thông qua làm việc trờn cỏc mô hình mơ phỏng
có như vậy khi ra trường họ mới có thể đáp ứng ngay u cầu của cơng việc.
Nhưng điều này lại gặp phải một khó khăn, các sản phẩm phục vụ cho phịng thí
nghiệm/thực hành thường phải đặt mua theo bộ với giá thành rất cao nên không
phải phũng thớ nghiệm/thực hành nào cũng được trang bị đầy đủ.
Để nâng cao chất lượng và hiệu quả của môn học mà mình đảm nhiệm,
đồng thời giảm bớt chi phí cho cỏc phũng thớ nghiệm/thực hành, người giáo
viên bộ môn bằng khả năng của mình có thể tự chế tạo các mơ hình đơn giản để
hỗ trợ cho q trình dạy học.
Là một người giáo viên tương lai trong lĩnh vực dạy nghề, cùng với mong
muốn nõng cao hiểu biết của mình về các thiết bị điều khiển logic lập trình được
và ứng dụng chúng vào thực tế em đã chọn đề tài: “Thiết kế mơ hình đèn giao
thơng phục vụ dạy học thao tác lập trình với ZEN của OMRON”.

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

3


Đồ án tốt nghiệp
2. Mục đớch và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục đớch:
- Nõng cao hiểu biết của mình về các thiết bị điều khiển lập trình được
đặc biệt là Zen của Omron.
- Ứng dụng vào thực tiễn để đáp ứng được các lĩnh vực địi hỏi u cầu tự
động hố trong sản xuất cũng như trong cuộc sống hàng ngày.
Nhiệm vụ:
- Giới thiệu tổng quan về thiết bị điều khiển logic lập trình được.
- Giới thiệu tổng quan về Zen và lập trình với Zen của Omron.
- Thiết kế và chế tạo mơ hình đèn giao thơng .
3. Phạm vi nghiên cứu
Bản đồ án mới chỉ dừng lại ở việc thiết kế chế tạo mơ hình đèn giao thơng
phục vụ cho dạy học thao tác lập trình Zen. Và phương pháp lập trình cho các
khối chức năng cơ bản của Zen như: các đầu vào ra, các loại Timer và Counter.
Ứng dụng điều khiển các bài toán cỡ nhỏ như: hệ thống điều khiển đèn giao
thông, chuông báo, đèn báo…
Chưa áp dụng được với các bài toán điều khiển với số đầu vào ra lớn hay
yêu cầu cầu liên kết mạng truyền thông giữa các Zen.
4. Nội dung
Bản đồ án gồm 3 phần:
Chương 1: Tổng quan về Zen và ứng dụng
Chương 2: Thiết kế mơ hình đèn giao thơng
Chương 3: Xõy dựng bài giảng thực hành Zen

CHƯƠNG 1
SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

4


Đồ án tốt nghiệp

TỔNG QUAN VỀ ZEN VÀ ỨNG DỤNG
OMRON được thành lập tại Nhật bản năm 1933, OMRON

được coi là một trong

những hãng điện tử hàng đầu thế giới về cơng nghệ tự động hố. Các thiết bị tự động của OMRON
có chất lượng cao, được sản xuất với công nghệ mới nhất và rất đa dạng. Một trong những sản

Programmable logic
controller), trong đú có bộ điều khiển logic lập trình đơn giản ZEN.
ZEN được sản xuất từ năm 2001, có nhiều ưu điểm như : đơn giản, gọn
nhẹ, dễ sử dụng… ZEN có thể lập trình được trực tiếp nhờ cỏc phớm bấm trờn
mỏy mà không cần kết nối với máy tính. Tuy nhiên ZEN vẫn được thiết kế để có
thể kết nối với máy tính hay bộ lập trình để có thế sử dụng với các phần mềm
cấp cao hơn. ZEN thường được sử dụng để lập trình cho các bài tốn điều khiển
nhỏ và có đầy đủ tính chất của một thiết bị điều khiển logic lập trình.
phẩm chính của OMRON là các bộ điều khiển logic lập trình (PLC-

I. Giới thiệu chung về PLC
1. Khái niệm về PLC
PLC hay thiết bị điều khiển logic lập trình được là dạng thiết bị điều

khiển đặc biệt sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện
các chức năng như: thực hiện các phép toán logic, lập chuỗi, định giờ, đếm và
các thuật tốn để điều khiển máy và các q trình. PLC được thiết kế có sẵn giao
diện cho các thiết bị vào/ra và có thể lập trình với ngơn ngữ lập trình đơn giản
và dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch, cho phép
các kĩ sư khơng u cầu cao về máy tính và ngơn ngữ máy tính cũng có thể sử
dụng được.
2. Lịch sử phát triển của PLC
Vào khoảng năm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yêu cầu kỹ
thuật đầu tiên cho thiết bị điều khiển logic lập trình. Mục đích đầu tiên là thay
thế cho các tủ điều khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện năng và thường xuyên
phải thay thế các rơ le do hỏng cuộn hút hay góy cỏc thanh lị xo tiếp điểm. Mục
đích thứ hai là tạo ra một thiết bị điều khiển có tính linh hoại trong việc thay đổi
chương trình điều khiển. Các yêu cầu kỹ thuật này chính là cơ sở của các máy
tính cơng 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 logic lập trình, người ta
có thể giảm thời gian dừng trong sản xuất, mở rộng khả năng hoàn thiện hệ
SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

5


Đồ án tốt nghiệp
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 xuất ra các thiết bị điều khiển logic lập
trình cịn 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 cơng của PLC đú chớnh 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 mơi trường cơng 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 ngơn ngữ lập trình đầu tiên của PLC tương tự
như sơ đồ thang trong các hệ thống điều khiển logic, nờn các kỹ sư đã làm quen
với sơ đồ thang dễ dàng thích nghi với việc lập trình mà khơng 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 chớnh vỡ việc học sử dụng các phần mềm máy
tính khơng 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 hồn thiện hơn. Các PLC có trang bị
vi xử lý có khả năng thực hiện các tính tốn 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 chỗ là các thiết bị điều khiển logic, mà nú cũn 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 cơng
nghiệp điện tử. Các PLC có thể điều khiển các thiết bị cách xa hàng vài trăm
một. Cỏc PLC có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và việc điều khiển quá trình sản
xuất trở nên dễ dàng hơn.
Như vậy, thiết bị điều khiển logic lập trình PLC chính là các máy tính
cơng 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 cơng nghiệp.
Chúng được sử dụng trong cơng nghiệp hố chất, cơng nghiệp chế biến dầu,
SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

6

Đồ án tốt nghiệp
công nghiệp thực phẩm, công nghiệp cơ khí, cơng nghiệp xử lý nước thải, cơng
nghiệp dược phẩm, công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, trong cơng
nghiệp khai khống, trong giao thơng vận tải, trong qn sự, trong các hệ thống
đảm bảo an toàn, trong các hệ thống vận chuyển tự động, điều khiển rô bốt, điều
khiển máy cơng cụ CNC v..v. Các PLC có thể được kết 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 đốn sự cố trực tuyến, thay đổi chương
trình điều khiển từ xa. Ngồi ra PLC cịn được dùng trong hệ thống quản lý năng
lượng nhằm giảm giá thành và cải thiện môi trường điều khiển trong các hệ
thống phục vụ sản xuất, trong các dịch vụ và các văn phịng cơng sở.
3. Cấu trúc chung của PLC
Hình 1.1 là sơ đồ cấu trúc chung của PLC

Bus

Khối trung tâm
Module

vào/ra

Nguồn
Bộ xử lí
trung tâm

Cảm
biến

Bộ nhớ

Cơ cấu
tiền tác
động

Hình 1.1 Cấu trúc chung của PLC
3.1 Nguồn
Cung cấp năng lượng cho hệ thống điều khiển. Bộ nguồn trong PLC
thường gồm 2 loại:
Nguồn ni: Có thể là điện áp xoay chiều hoặc một chiều cung cấp năng
lượng cần thiết cho bộ xử lý trung tâm, các mạch điện trong các module vào/ra
và toàn bộ các hoạt động của PLC.

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

7


Đồ án tốt nghiệp
Nguồn pin: Thường là các lọi pin khụ hoỏ học, có thể được sử dụng để
mở rộng thời gian lưu trữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ. Nguồn pin được tự
động chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng của tụ nhớ bị cạn kiệt
và nó thay thế vào vị trí đó để dữ liệu lưu trong bộ nhớ không bị mất đi.
3.2 Bộ xử lý trung tâm CPU
Là bộ não của PLC, điều khiển và xử lý mọi hoạt động bên trong PLC.
CPU thường xuyên đọc chương trình chứa trong bộ nhớ. Theo chỉ dẫn của
chương trình, bộ xử lý kiểm tra các thông tin từ đầu vào (cơ cấu điều khiển, cảm
biến… ). Sau đó ra lệnh cho các cơ cấu tác động thông qua các đầu ra.
3.3 Bus
Bus là tập hợp các mạch nối điện song song (mạch in hoặc cáp nhiều sợi)
dùng để truyền các thông tin bên trong PLC. Thông tin trong PLC được truyền

theo dạng nhị phân, hay nhóm bit, mỗi bit là một trạng thái on/off. Số lượng dây
dẫn tạo thành Bus phụ thuộc vào thông tin cần truyền.
Hệ thống PLC có 4 loại Bus:
- Bus dữ liệu ( Data Bus )
- Bus địa chỉ ( Address Bus )
- Bus điều khiển ( Control Bus )
- Bus hệ thống ( System Bus )
Bộ xử lý trung tâm ( CPU ) sử dụng hệ bus dữ liệu để gửi dữ liệu qua các
bộ phận, bus địa chỉ để gửi địa chỉ các vị trí truy cập dữ liệu được lưu trữ và bus
điều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến các hoạt động nội bộ. Bus hệ thống được
dùng để truyền thông giữa các cổng và thiết bị vào/ra. Các loại bus này có thể là
loại hai chiều (truyền cả hai chiều cùng một lúc) hoặc là loại một chiều (chỉ
truyền theo một hướng) tuỳ theo mục đích sử dụng.
3.4 Bộ nhớ
Bộ nhớ là tập hợp cỏc ụ nhớ dùng để lưu trữ chương trình và dữ liệu. Mỗi
ơ nhớ là một phần tử vật lý có hai trạng thái đóng hoặc mở, gọi là các bit. Cỏc ụ
nhớ được xác định bằng cách đánh địa chỉ.
Để xác định quy mô của bộ nhớ người ta đưa ra khái niệm dung lượng bộ
nhớ. Dung lượng bộ nhớ được tính bằng số từ hay số bit mà bộ nhớ có thể chứa.
Đơn vị dung lượng bộ nhớ thường được tính bằng byte.
Bộ nhớ có thể chia làm các loại sau:
SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

8


Đồ án tốt nghiệp
- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM ( Random Access Memory ): đó là bộ
nhớ cho phép đọc và ghi. Dữ liệu trong RAM dễ dàng sửa được nhưng sẽ bị mất
đi khi PLC mất điện. Để khắc phục nhược điểm này người ta thường dùng pin

để lưu trữ dữ liệu và chương trình trong RAM.
- ROM ( Read Only Memory ): là loại bộ nhớ chỉ đọc, không thể thay đổi
được dữ liệu trong ROM, ROM do nhà chế tạo chế sẵn chỉ nạp dữ liệu được một
lần.
- PROM ( Programmable Read Only Memory ): là loại bộ nhớ cải tiến từ
ROM, là bộ nhớ trắng được ghi do nhà thiết kế. Tuy nhiên chương trình và dữ
liệu được ghi trong PROM khơng thể xố được.
- EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory ): là bộ nhớ cải
tiến lên từ PROM, nguồn nuôi cho EPROM không cần dùng pin. Nội dung dữ
liệu và chương trình chứa trong EPROM có thể xố được bằng cách chiếu tia
cực tím vào một cửa sổ nhỏ trên EPROM và sau đó ghi dữ liệu mới vào máy
bằng máy nạp.
- EEPROM ( Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ):
là loại kết hợp ưu điểu của cả RAM và EPROM, dữ liệu trong EEPROM có thể
xố và nạp băng tín hiệu điện. Tuy nhiên số lần nạp cũng có giới hạn.
3.5 Module vào/ra
Module vào/ra là phương thức liên lạc vật lý giữa hệ thống với thế giới
bên ngoài. Cho phép thực hiện các kết nối, thông qua các đầu vào/ra đến modul
vào và modul ra. Cũng thơng qua modul vào/ra chương trình được nạp vào bộ
nhớ.
- Module vào: Được nối với các công tắc, nút ấn, các bộ cảm biến… Các
đầu vào được kí hiệu theo thứ tự I1, I2, I3,… Module vào cho phép:
• Chuyển trạng thái của cảm biến có liên quan
• Biến đổi tín hiệu điện thành trạng thái logic 0 hoặc 1
- Module ra: Được nối với các tải ở đầu ra như: Cuộn dây của rơle, công
tắc tơ, đèn tín hiệu, van điện từ… Các đầu ra được kí hiệu theo thứ tự Q 1, Q2, Q3
… Module ra cho phép
• Biến đổi trạng thái logic 0 hoặc 1 thành thành tín hiệu điện.
• Tác động lên cơ cấu tác động: cuộn dây rơ le, công tắc tơ…
4. Nguyên lý hoạt động của PLC

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

9


Đồ án tốt nghiệp



Khi chạy, một chương trình PLC chia làm 3 giai đoạn chính:
Đọc tín hiệu đầu vào: Bộ vi xử lý “chụp lại” trạng thái logic của các đầu
vào rồi truyền hình ảnh nhận được vào bộ nhớ dữ liệu.
Đầu vào 0

Đầu vào 0 mức logic 1
Đầu vào 0 mức logic 1

+ 24 V

Đầu vào 1 mức logic 0
Đầu vào 1

Đầu vào 1 mức logic 0

Đầu vào 2 mức logic 1

24 V

Đầu vào 2

Đầu vào 2 mức logic 1

+ 24 V

Chụp lại
+
Truyền

Đầu vào n mức logic 1

Đầu vào n
+ 24 V

Đầu vào n mức logic 1

Module
vào

Bộ nhớ
dữ liệu

Hình 1.2 Giai đoạn đọc tín hiệu đầu vào


Thực hiện chương trình: Thực hiện các phép tốn logic chứa trong bộ nhớ
chương trình lần lượt từ đầu đến cuối bằng cách sử dụng “hỡnh ảnh” của
trạng thái đầu vào chứa trong bộ nhớ dữ liệu. Kết quả của mỗi phép toán
logic (hình ảnh đầu ra) lại được lưu trong bộ nhớ dữ liệu.

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

10


Đồ án tốt nghiệp
Bộ nhớ chương trình

Đầu vào 0 mức logic 1
Đầu vào 1 mức logic 1
Đầu vào 2 mức logic 0
—
—
—
—
Đầu vào n mức logic 1

Thực hiện
chương trình

Nếu đầu vào 1 là 1 và
nếu đầu vào 2 là 0 thì đặt
đầu ra 5 là 1

Bằng cách
sử dụng hình
ảnh đầu vào

…………………
………………………
…

………………………
……
…
………
…

Đầu ra 0 mức logic 1
Đầu ra 1 mức logic 0
—
—
—
Đầu ra 5 mức logic 1
—
—
—
Đầu vào n mức logic 1

Chương trình

Cập nhật
hình ảnh
đầu ra

………………………
.
………………………
.
………………………
.
………………………

.
………………………
.
………………………
.
………………………
.

Hình 1.3 Giai đoạn thực hiện chương trình


Cập nhật đầu ra: Sao chép lại tồn bộ các trạng thái logic hình ảnh của
đầu ra ( lưu trong bộ nhớ dữ liệu ) ra các modul đầu ra để điều khiển các
thiết bị bên ngoài.
Đầu vào 0 mức logic 1

Đầu ra 0 mức logic 1

Đầu vào 1 mức logic 1

Đầu ra 1 mức logic 0

Đầu vào 2 mức logic 0

Đầu ra 2 mức logic 1

—
—
—
—

—

—
—
—
—
—

Đầu ra 0

Đầu vào n mức logic 1

Sao chép lại

Đầu ra 1
Đầu ra 2

Đầu ra 5

Đầu ra 5 mức logic 1

Đầu ra 0 mức logic 1
Đầu ra 1 mức logic 1

—
—
Đầu ra 5 mức logic 1

—
—

Đầu ra n mức logic 1
Đầu ra n

Đầu ra n mức logic 1

Module ra

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

11

.

OV


Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.4 Giai đoạn cập nhật đầu ra
Như vậy ta có thể khái qt một chu trình làm việc của PLC như sau:
Thu thập dữ liệu đầu
vào
Chạy chương trình
Cập nhật đầu ra

Hình 1.5 Một chu trình mà PLC thực hiện
5. Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hoá
Tất cả mọi hoạt động của hệ thống từ đơn giản đến phức tạp đều được
PLC điều khiển vì vậy PLC đóng vai trị rất quan trọng trong một hệ thống điều
khiển, PLC có thể 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. Thơng qua

các tín hiệu đầu vào (các tín hiệu ở dạng logic ON/OFF) mà PLC sẽ cho các tín
hiệu đầu ra để điều khiển hoạt động các thiết bị của hệ thống.
PLC có thể được sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và được
lập đi lập lại theo chu kỳ. Đối với các hệ thống mà trong đó có rất nhiều các
thiết bị mà sự hoạt động của các thiết bị đó độc lập với nhau và có độ phức tạp
khác nhau, muốn điều khiển hệ thống một các linh hoạt thì cần phải liên kết các
PLC lại hoặc liên kết PLC với máy tính chủ thơng qua một kiểu hệ thống mạng
truyền thơng để thực hiện các quá trình xử lý phức tạp.
II. Bộ điều khiển logic lập trình đơn giản Zen
1. Ưu điểm của ZEN
• Tiết kiệm khi điều khiển tự động hoá cỡ nhỏ.
Một bộ xử lý trung tâm cung cấp 12 đầu vào và 8 đầu ra (đối với khối CPU
20 cổng vào ra). Thích hợp sử dụng cho các điều khiển cỡ nhỏ như hệ thống
cung cấp nước cho nhà cao tầng hay điều khiển ánh sáng cho các văn phịng
cơng sở…

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

12


Đồ án tốt nghiệp

• Lập trình dễ dàng
Lập trình ladder trực tiếp từ 8 phím bấm trờn mỏy.

• Bảng điều khiển nhỏ hơn.
Zen có kích thước rất nhỏ 90x70x56mm rất thuận lợi cho việc lắp đặt.

• Dễ dàng trong việc lắp ráp và nối dây.

Việc gá đặt dễ dàng với một rãnh nhỏ phía mặt sau. Sẵn có các Timer và
Counter vì vậy chỉ cần nối dây cho nguồn cấp và các cổng vào ra. Thao tác kết
nối đơn giản chỉ cần dùng một tuốc nơ vít.

• Có thể kết hợp với các module mở rộng tăng số lượng các đầu vào ra.
Số lượng đầu vào ra của Zen có thể lên tới 24 đầu vào và 20 đầu ra nhờ
kết hợp thêm 3 module mở rộng.

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

13


Đồ án tốt nghiệp

• Biện pháp khắc phục khi mất điện.
EEPROM vẫn lưu trữ chương trình và dữ liệu cài đặt hệ thống khi không
cấp điện tới ZEN. Các dữ liệu về thời gian, counter, holding timer và các bit làm
việc vẫn được lưu nhờ sử dụng một nguồn ni.

•

Dễ dàng lưu trữ và copy chương trình.
Sử dụng một băng từ nhớ có thể dễ dàng lưu trữ và copy chương trình

•

Có thể lập trình và kiểm tra hoạt động từ một máy vi tính.

Phầm mềm Zen Support cung cấp một cách hồn chỉnh cho q trình mơ

phỏng trên máy vi tính.

•

Dung lượng đóng cắt lớn hơn.

Cơng tắc đầu ra có thể chịu dịng 8A (250VAC). Các cơng tắc đều độc lập
với nhau.

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

14


Đồ án tốt nghiệp

•

Đầu vào xoay chiều.

Đối với CPU có nguồn cấp đầu vào xoay chiều, có thể kết nối trực tiếp
với điện áp từ 100V đến 240V

•

Các Timer phong phú.

Mỗi Timer đều hỗ trợ 5 kiểu hoạt động và 3 kiểu thang chia thời gian.
Cùng với 8 holding Timers có thể giữ trạng thái Timer khi nguồn cấp bị ngắt.

•

Counter có thể đếm tăng và đếm giảm.

Có sẵn 16 Counter có thể điều khiển đếm tăng hoặc đếm giảm. Sử dụng
bộ so sánh có thể lập trình cho nhiều đầu ra từ 1 Counter.
•

Hỗ trợ Timer hoạt động theo ngày hoặc theo mùa.

Khối CPU với sẵn có chức năng đồng hồ và lịch hỗ trợ 16 Weekly Timer
và Calendar Timer. Calendar Timer hỗ trợ điều khiển theo mùa, còn Weekly
Timer hỗ trợ điều khiển theo ngày giờ.
• Đèn màn hình sỏng lõu hơn trong điều kiện làm việc tối.
Có thể đặt cho đèn màn hình tắt sau 2, 10 hay 30 phút, cũng có thể đặt chế
độ đốn luụn sỏng. Với chức năng hiển thị, đèn màn hình cũng có thể bật sáng
khi một tin nhắn hiển thị.
• Lọc nhiễu đầu vào. Mạch lọc nhiễu đầu vào ngăn chặn nhiễu đầu vào.
• Bảo mật chương trình. Chương trình có thể được bảo vệ nhờ cài đặt
password.

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

15


Đồ án tốt nghiệp
2. Các loại Zen
Nói chung Zen được phân biệt dựa vào các yếu tố sau:
- Sử dụng nguồn nuôi AC hay DC:

+ Zen xoay chiều ( nếu dùng nguồn AC )
+ Zen một chiều ( nếu dùng nguồn DC )
- Có màn hình tinh thể lỏng LCD (đi kèm phím ấn) hay khơng có.
- Có đồng hồ thời gian theo tuần và năm hay khơng.
- Có đầu vào Analog hay không.
Dưới đây là bảng các loại Zen phiên bản V2
2.1 Bộ xử lý trung tâm với 10 cổng vào/ra

Hình dạng

Có màn Kiểu LCD
hình hiển chuẩn
thị và nút
điều
khiển

Nguồn cấp/điện
áp đầu vào

100 đến 240 VAC

Số
đầu
vào
6

Số đầu ra

Kiểu
truyền

thơng

Mã Zen

Khơng

ZEN-10C1AR-A-V2

Có

ZEN-10C1DR-D-V2

Có

ZEN-10C1DT-D-V2

Khơng

ZEN-10C3AR-A-V2

Có

ZEN-10C3DR-D-V2

Khơng

ZEN-10C4AR-A-V2

Có

ZEN-10C4DR-D-V2

4

Khơng

ZEN-10C2AR-A-V2

4

Rơle

Có

ZEN-10C2DR-D-V2

4

50/60Hz
12 đến 24 VDC
12 đến 24 VDC

Kiểu kinh
tế (không
thể kết nối
với module
mở rộng )

Đầu
vào

tương
tự

Transistors

100 đến 240VAC

Rơle

50/60Hz
12 đến 24 VDC

100 đến 240VAC

3

50,60Hz

12 đến 24 VDC
Kiểu LED khơng có 100 đến 240VAC,
màn hình hiển thị
50/60Hz
12 đến 24 VDC

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

16


Đồ án tốt nghiệp

12 đến 24 VDC

Transistors

Có

ZEN-10C2DT-D-V2

2.2 Bộ xử lý trung tâm với 20 cổng vào/ra

Hình dạng

Có màn hình Kiểu
hiển thị và LCD
các nút điều chuẩn
khiển

Nguồn cấp

100 đến 240VAC
50/60 Hz

Số
đầu
vào

Số đầu ra

Mã Zen

Khơng ZEN-20C1AR-A-V2
12

Rơle

Transistors

100 đến 240VAC
50/60Hz

Rơle

12 đến 24 VDC

Có

ZEN-20C1DT-D-V2

Khơng ZEN-20C3AR-A-V2

ZEN-20C3DR-D-V2

Khơng ZEN-20C2AR-A-V2
Có

2 đến 24 VDC

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

ZEN-20C1DR-D-V2

Có

Kiểu LED khơng có 100 đến 240VAC
màn hình hiển thị
50/60Hz

12 đến 24 VDC

8
Có

12 đến 24 VDC
12 đến 24 VDC

Kiểu
kinh tế
(Khơng
thể kết

Đầu
vào
tương
tự

Transistors

17

ZEN-20C2DR-D-V2

Có

ZEN-20C2DT-D-V2


Đồ án tốt nghiệp
3. Đặc tính kỹ thuật của Zen
3.1 Đặc tính đầu vào cho loại dùng nguồn AC
- Điện thế đầu vào: 100V đến 200V ( +10% / -15% ), 50/60Hz
- Tổng trở đầu vào: 680kΩ
- Dòng điện đầu vào: 0,15mA ở 100VAC và 0,35mA ở 240 VAC
- Điện thế đóng ( mức 1 ): 80 VAC min
- Điện thế ngắt ( mức 0 ): 25VAC max
- Thời gian đáp ứng cần thiết cho trạng thái đóng hay ngắt:
• Ở 100 VAC là 50ms hay 70ms ( dùng chức năng lọc nhiễu ngõ vào )
• Ở 240 VAC là 100ms hay 120ms ( dùng chức năng lọc nhiễu ngõ
vào )
3.2 Đặc tính đầu vào cho loại dùng nguồn DC
- Điện thế đầu vào: 25VDC ( +10% / -15% )
- Tổng trở đầu vào: 4,8kΩ
- Dòng điện đầu vào: 5mA
- Điện thế đóng ( mức 1 ): 16VDC min
- Điện thế ngắt ( mức 0 ): 5VDC max
- Thời gian đáp ứng cần thiết cho trạng thái đóng hay ngắt là 15ms hay 50ms
( dùng chức năng lọc nhiễu đầu vào )
3.3 Đặc tính đầu vào Analog
- Khoảng điện thế đầu vào: 0V đến 10V
- Tổng trở đầu vào: 150kΩ

- Độ phân giải: 0,1V
3.4 Đặc tính đầu ra
- Dịng điện cực đại của tiếp điểm 8A ở 250VAC, 5A ở 24 VDC
- Tuổi thọ của Rơle:
• Về điện: 50.000 lần vận hành
• Về cơ: 10 triệu lần vận hành
- Thời gian đáp ứng cần thiết khi đóng: 15ms
- Thời gian đáp ứng cần thiết khi ngắt: 5ms
3.5 Đặc tính kĩ thuật chung
- Nguồn cung cấp:
• Loại AC: 100 ữ 250 VAC ( cho phép 85 ữ 246 VAC )
SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

18


Đồ án tốt nghiệp
• Loại DC: 24 VDC ( cho phép 20,4 VDC ữ 26,4 VDC
- Cơng suất tiêu thụ:
• Loại AC: 30VA max
• Loại DC: 6,5W max
- Điện trở cách nhiệt giữa nguồn AC cung cấp và đầu nối đầu vào, đầu nối
đầu ra 20MΩ min ở 500VDC
- Nhiệt độ môi trường cho phép: 0oC đến 55oC
- Độ ẩm môi trường cho phép: 10% đến 90%

4. Các vùng nhớ
4.1 Các bit vào ra, các bit làm việc và các bit có lưu
Tên

Kiểu

Địa chỉ bit

Số
bít

Bit đầu vào
bộ xử lý
trung tâm

I

0 đến 5

6

CPU có 10
cổng vào/ra

0 đến b

12

CPU có 20
cổng vào/ra

Bit đầu vào
khối
module mở

rộng
Bit đầu vào
nút ấn

X

0 đến b

12

Phản ánh trạng thái đóng/mở của thiết
bị đầu vào nối tới đầu vào của khối
module mở rộng

B

0 đến 7

8

Bật ON khi các nút hoạt động được ấn
trong chê độ RUN

Bit so sánh
tương tự

A

0 đến 3

4

Đầu ra là kết quả so sánh của đầu vào
tương tự. Có thể chỉ được sử dụng cho
kiểu có điện áp nguồn cấp 24VDC

Bit so sánh

P

0 đến f

16

So sánh giá trị hiện tại của các timer,
holding timer và counter. Đầu ra là kết
quả so sánh

Bit so sánh
8 số

G

0 đến 3

4

So sánh kết quả hiện tại của bộ đếm 8
số ( F ) với 1 hằng số. Đầu ra là kết quả
so sánh

Bit đầu ra
bộ xử lý
trung tâm

Q

0 đến 3

4

CPU có 10
cổng vào/ra

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

Chức năng

19

Phản ánh trạng thái
đóng/mở của thiết bị
đầu vào nối tới đầu
vào của Zen.

Đưa ra trạng thái
đóng/mở cho thiết bị
đẩu ra nối tới đầu ra

Đồ án tốt nghiệp
0 đến 7

8

CPU có 20
cổng vào/ra

Bit đầu ra
khối
module mở
rộng

Y

0 đến b

12

Đưa ra trạng thái đóng/mở cho thiết bị
đầu ra nối tới đầu ra của khối module
mở rộng

Các bit làm
việc

M

0 đến f

16

Chỉ được sử dụng bên trong chương
trình. Khơng thể đưa ra đến thiết bị bên
ngồi

Bit có lưu

H

0 đến f

16

Làm việc giống như các bit làm việc tuy
nhiên bit này lưu được trạng thái
đóng/mở khi mất điện

• Các bit đầu vào có 2 trạng thái: Thường mở và thường đóng
• Các bit đầu ra có 4 trạng thái:
- ‘[‘ Đẩu ra hoạt động bình thường: Đầu ra hồn tồn phụ thuộc
đặc tính của đầu vào. Khi được nối điện thì đầu ra có điện, khi mất
nối điện thì đầu ra mất điện.
- ‘S’ Thiết lập bit đầu ra: Khi được nối điện thì trạng thái của đầu
ra được thiết lập lên 1 mà không phụ thuộc vào việc cịn nối điện
cho đầu ra nữa hay khơng.
- ‘R’ xóa bit đầu ra: Khi được nối điện thì trạng thái của đầu ra
được xóa về 0 mà khơng phụ thuộc vào việc cịn nối điện cho đẩu
ra nữa hay khơng.
- ‘A’ Thay đổi trạng thái đầu ra theo sườn lên của xung kích đầu

vào: Mỗi khi được nối điện trạng thái của đầu ra sẽ chuyển sang
trạng thái ngược lại với trạng thái đang có.
4.2 Timer
4.2.1 Timer thường
Timer thường (T): Từ T0 đến Tf. Gồm 5 loại:
- ON-delay Timer: Ký hiệu X
- OFF-delay Timer: Ký hiệu
- ONE-Shot Timer: Ký hiệu O
SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

20


Đồ án tốt nghiệp
- Flashing - pulse Timer: Ký hiệu F
- Twin timer : Ký hiệu W
• ON delay timer ( X ) : Bật sau một khoảng thời gian đặt trước sau khi đầu
vào trigger lên ON

• OFF delay timer ( ) : Vẫn ở ON trong khi đầu vào trigger ON và tắt sau
một khoảng thời gian đặt trước sau khi đầu vào trigger về OFF

• One-shot pulse timer (O): Vẫn ON ở trong một khoảng thời gian đặt trước
khi đầu vào trigger bật lên ON

• Flashing pulse timer (F): Bật và tắt lặp đi lặp lại trong khoảng chu kì đặt
trước trong khi đầu vào trigger ở trạng thái ON
SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

21

Đồ án tốt nghiệp

• Twin timer ( W ): Bật tắt lặp đi lặp lại khi đầu vào trigger ở trạng thái ON.
Thời gian ON và thời gian OFF có thể tách riêng.

TT0
RT0
On time
Off time
0
T0

4.2.2 Timer có lưu (Holding Timer (#)) : Từ #0 đến #7
Bật sau một khoảng thời gian đặt trước khi đầu vào trigger lên ON. Giá trị
hiện hành vẫn được lưu khi timer chuyển từ RUN sang STOP hoặc khi bị ngắt
điện. Timer lại tiếp tục khi đầu vào kớch lờn ON. Bít đầu ra của Timer cũng
được giữ nguyên trạng thái khi Timer đếm xong.

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

22


Đồ án tốt nghiệp

4.2.3 Weekly Timer ( Mạch định thời theo tuần)
Trong Zen có 16 mạch định thời theo tuần dùng để điều khiển ON/ OFF
theo giờ trong ngày và theo ngày trong năm, kí hiệu từ @ 0 ÷ @f và được gọi là

Weekly timer.
Weekly timer sẽ bật lên ON giữa các thời gian bật và tắt (start/ stop time)
định trước trong những ngày xác định
Khi sử dụng weekly timer màn hình cài đặt thơng số cho phép cài đặt
ngày giờ hoạt động, ngày giờ tắt của Zen.
Trong màn hình cài đặt thơng số cho phép cài đặt ngày/giờ (bắt đầu, kết
thúc).
Ngày bắt đầu
Ngày kết thúc
Địa chỉ
mạch định
thời

@0 MO ON
OFF

Cho phép hiển thị thông số

A
00:02
00:10

Giờ bắt đầu
Giờ kết thúc

Màn hình cài đặt thơng số

Chọn ngày:
- Chỉ chọn một ngày ( chọn ngày bắt đầu và không chọn ngày kết thúc )
Zen sẽ chỉ hoạt động trong ngày ta đã chọn.

- Chọn nhiều ngày ( MO - SA ) Zen sẽ hoạt động trong các ngày từ thứ
hai cho đến thứ bảy.
- Chọn tất cả các ngày ( FR - FR ) Zen sẽ hoạt động tất cả các ngày trong
tháng đó.
Chọn giờ:

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

23


Đồ án tốt nghiệp
- Chọn nhiều giờ : ( ON : 07:00, OFF : 23:00 ) Zen sẽ hoạt động từ 7h
sáng cho đến 11h đêm.
- Chọn tất cả các giờ : ( ON: 07:00, OFF: 07:00 ) Zen sẽ hoạt động bất
chấp thời gian.
4.2.4 Calender timer ( Mạch định thời theo năm)
Trong Zen cũng có 16 mạch định thì theo năm dùng để cài đặt thời gian
theo năm điều khiển ON/ OFF, được kí hiệu từ *0 ÷*f và được gọi là Calender
timer. Calender timer quy định cho Zen hoạt động trong bao nhiêu ngày trong
một năm bằng cách quy định ngày bắt đầu và ngày kết thúc:
Địa chỉ
mạch định
thời

A

*0
ON

14/5

OFF

26/7

Cho phép hiển thị thông số
Ngày bắt đầu
Ngày kết thúc

Màn hình cài đặt thơng số
Chọn ngày: Chia làm hai cách chọn ngày tuỳ theo điều kiện cơng việc
Ví dụ: Chọn ngày vận hành từ ngày tháng này đến ngày tháng khác
ON: 24/5
OFF: 24/8 => Zen vận hành từ ngày 24 tháng 5 đến ngày 24 tháng 8 thì
dừng làm việc.
ON: 7/7
OFF: 7/7

=> Zen sẽ làm việc liên tục

Dưới đây là bảng tổng quát về các Timer của Zen

SV Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

24


Loại timer
Hoạt động

ký hiệu
On
Bật sau
Đồ án tốt nghiệp một khoảng TT0
delay
thời gian đặt trước
RT0
X Timer

Loại ứng
dụng chính
Trễ thời gian

0
T0

OFF
delay
Timer

One
O shot
pulse
Timer

F

W

Flashing

pulse
Timer

Twin
Timer

Vẫn ở trạng thái
ON trong khi đầu
vào trigger ON và
tắt sau một khoảng
thời gian đặt trước
sau khi đầu vào về
OFF
Vẫn ON trong một
khoảng thời gian
đặt trước khi đầu
vào trigger lên ON

Bật và tắt lặp đi lặp
lại trong khoảng
chu kỳ đặt trước
trong khi đầu vào
trigger ở trạng thái
ON
Bật tắt lặp đi lặp lại
khi đầu vào trigger
ở trạng thái ON.
Thời gian ON và
thời gian OFF có
thể tách rời

Đặt thời gian
cho đèn
chiếu sáng
và quạt
thơng gió

TT0
RT0
0
T0

Ứng dụng
khi cần hoạt
động theo
lượng ổn
định.
Mạch báo
động cho cịi
hay đèn nhấp
nháy

Sử dụng
nhiều trong
các hoạt
động có gián
đoạn như
quạt thơng
gió

TT0
RT0
On time
Off time
0
T0

#

Holding
Timer

Bật lên sau một
khoảng thời gian
đặt trước khi đầu
vào trigger lên 1

Trễ thời gian
có yêu cầu
trở lại sau
khi mất điện
Start

Stop

Week
Bật lên ON trong @0
timer
timer
@ Phạm Tuấn Thanh – SPKT Điện K49

các ngày vào những
SV -ly
25
Timer giờ nhất định đã cài *0
Start
Stop day
Start day
Stop day
day
đặt

Hoạt động
tuần hoàn
trong các
khoảng thời