Ứng dụng PLC và phần mềm Win cc để giám sát nhiệt độ để giải quyết vấn đề nhiệt độ của lò nhiệt.

Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN

LỜI NÓI ĐẦU
Khái niệm về đo nhiệt độ đã có từ rất lâu, trong tất cả các đại lượng vật lý
thì nhiệt độ được quan tâm đến nhiều nhất. Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng tới
trực tiếp tính chất của vật chất và môi trường sống. Trong công nghiệp sản xuất
và trong lĩnh vực đo lường điều khiển, quá trình đo lường nhiệt độ và xử lý kết
quả đo giữ một vai trò hết sức quan trọng. Đo nhiệt độ trong công nghiệp luôn
gắn liền với quy trình công nghệ sản xuất, việc đo kiểm soát nhiệt độ tốt quyết
định rất nhiều đến chất lượng của sản phẩm trong các ngành công nghiệp như
thực phẩm, luyện kim, xi măng, gốm sứ, công nghiệp chế tạo động cơ…
Tùy theo tính chất, yêu cầu của công nghệ mà đòi hỏi các phương pháp
điều khiển thíc hợp. Tính ổn định và chính xác của nhiệt độ cũng được đòi hỏi ở
đây phải đặt ra các vấn đề cần giải quyết.
Trong khuôn khổ của bài chúng e ứng dụng PLC và phần mềm Win cc để
giám sát nhiệt độ để giải quyết vấn đề nhiệt độ của lò nhiệt.
Mặc dù đã cố gắng nhưng trong quá trình làm bài không tránh khỏi
những sai sót vì vậy nhóm mong rằng sẽ nhận được sự chỉ bảo của thầy để
chúng e hoàn thiện bài tốt hơn. Nhóm 14 chúng e xin chân thành cám ơn .

Hà nội
Ngày….... Tháng…... Năm…….

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 1


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
CHƯƠNG I: TÌM HIỂU VỀ CẢM BIẾN
I. KHÁI NIỆM
Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình vật
lý, hóa học ở môi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu
thập thông tin về trạng thái đó. Thông tin được xử lý để rút ra tham số tính định
lượng của môi trường phục vụ các nhu cầu nghiên cứu khoa học kĩ thuật hay
dân sinh và gọi ngắn gọn là đo đạc, phục cụ trong truyền và xử lý thông tin, hay
trong điều khiển quá trình khác.
Cảm biến thường được đặt trong các vỏ bảo vệ thành đầu thu hay đầu
dò(probe), có thể có kemfcacs mạch hỗ trợ, và nhiều khi trọn bộ đó lại được gọi
luôn là “cảm biến’’. Tuy nhiên trong nhiều văn kiện thì thuật ngữ “cảm biến’’
cũng không dùng cho một số loại chi tiết nhứ cái núm của công tắc bật đèn khi
mở tủ lạnh, dù rằng về mặt hàn lâm núm này làm việc như một cảm biến.
II. PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO
2.1.PHÂN LOẠI.
Có nhiều loại cảm biến khác nhau và có thể chia ra hai nhóm chính:
•

Cảm biến vật lý: sóng điện từ, ánh sáng,tử ngoại, hồng ngoại, tia X, tia
Gamma, nhiệt độ, áo suất, âm thanh, rung động, gia tốc….

•

Cảm biến hóa: Độ ẩm, độ PH, các ion, hợp chất, khói…

Có sự rất đa dạng của các hiện tượng cần cảm biến, cũng như cách chế các cảm
biến, và những cảm biến mới liên tục phát triển. Việc phân loại cảm biến cũng
phức tạp vì khó có thể đưa ra các tiêu chí phân laoij tập hợp đa dạng như vậy
được.

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 2


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN

2.2. CẢM BIẾN CHỦ ĐỘNG VÀ BỊ ĐỘNG
Cảm biến chủ động và cảm biến bị động phân biệt ở nguồn năng lượng
dùng cho phép biến đổi lấy từ đâu.
•

Cảm biến chủ động : Không sử dụng điện năng bổ sung để chuyển
sang tín hiệu điện. Điển hình là cảm biến áp điện làm bằng vật liệu

•

Cảm biến bị động: có sử dụng điện năng bổ sung để chuển sang tín
hiệu điện. Điển hình là các photodiot khi có ánh sáng chiếu vào thì
có thay đổi của điện trở tiếp giáp bán dẫn P-N được phân cực
ngược. Các cảm biến bằng biến trở cũng thuộc kiểu này.

2.3 PHƯƠNG PHÁP ĐO.
Ngày nay trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ dựa trên
nhiều nguyên lý đo khác nhau, tìm được một loại cảm biến phù hợp với điều
kiện và yêu cầu là điều không dễ dàng. Trong khuôn khổ đồ án chúng e sẽ giới
thiệu sơ lược về một số loại cảm biến đo nhiệt độ và loại cảm biến dùng trong
đồ án.

2.3.1. ĐO TRỰC TIẾP
a. Cặp nhiệt điện.
Cặp nhiệt điện được chế tạo dựa trên hiệu ứng nhiệt điện. Hiệu ứng nhiệt
điện, hay hiệu ứng Pelitier- Seebeck,là sự chuyển nhiệt năng trưc tiếp thành
điện năng và ngược lại, trên một số kết nối giữa hai vật dẫn điện khác nhau. Kết
nối này thường gọi là nhiệt điện. Cụ thể, chếnh lệch nhiệt độ giữa hai bên kết
nối sinh ra một hiệu điện thế giữa hai bên kết nối và ngược lại. Bằng cách đo và
tính toán hiệu điện thế này người ta sẽ tính ra được nhiệt độ của vật cần đo
GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 3


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN

b.Nhiệt điện trở kim loại.
Điện trở vật dẫn thay đổi theo nhiệt độ:
Với l : chiều dài dây dẫn [m]
A : tiết diện dây dẫn [m2]
Ρ : điện trở suất [Ωm]
Như vậy điện trở của một dây dẫn kim loại sẽ thay đổi khi nhiệt độ của
nó thay đổi, sự thay đổi này gần như là tuyến tính, người ta sẽ dung mạch
điện để đo được sự thay đổi về điện trở này, từ đó tính được sự thay đổi
tương ứng về nhiệt độ vật cần đo.
2.3.2. ĐO GIÁN TIẾP
a.

Nhiệt kế hồng ngoại.

Nhiệt kế hồng ngọai (IRT) cơ bản gồm có 4 thành phần:
-

Ống dẫn sóng (waveguide) để thu gom năng lượng phát ra từ bia

(target)
Cảm biến có tác dụng chuyển đổi năng lượng sang tín hiệu điện
Bộ điều chỉnh độ nhạy để phối hợp phép đo của thiết bị hồng
ngọai với chỉ số bức xạ của vật thể được đo.
Một mạch cảm biến bù nhiệt để đảm bảo sự thay đổi nhiệt độ phía
bên trong thiết bị không bị truyền đến ngõ ra.
Bộ phận chính của nhiệt kế hồng ngoại là bộ cảm biến nhiệt điện. Với
bộ cảm biến này năng lượng của bức xạ hồng ngoại sẽ được hấp thụ và
GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 4


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
chuyển thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện này sẽ hiển thị trên màn hình tinh
thể lỏng theo một tỉ lệ đã được qui đổi hoặc được đổi ra tính hiệu Analog để
truyền về thiết bị điều khiển (PLC, vi điều khiển…)
Trong đề tài này chúng em chọn nghiên cứu cặp nhiệt điện để đo trực
tiếp nhiệt độ trong lò sấy.

CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐO LƯỜNG TRÊN S7-300

I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC.
1.1 Mở đầu.
Sự phát triển kĩ thuật điều khiển tự động hiện đại và công nghệ điều
khiển logic khả trình dựa trên cơ sở phát triển của tin học mà cu thể là sự phát
triển của kĩ thuật máy tính.
Kĩ thuật điều khiển logic khả trình PLC (programmabble Logic Control)
được phát triển từ những năm 1968-1970. Trong giai đoạn đầu các thiết bị khả
trình yêu cầu người sử dụng phải có kĩ thuật điện tử , phải có trình độ cao. Ngày
nay các thiết bị PLC đã phát triển mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao.
PLC: thiết bị điều khiển khả trình là loại thiết bị cho phép điều khiển linh
hoạt các thuật toán điều khiển số thong o qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho
việc phải thể hiện mạch toán đó trên mạch số. như vậy với chương trình điều
khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn. Dễ thay đổỉ thuật toán
và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với plc khác hay
với máy tính).
GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 5


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
Để có thể thực hiện một chương trình điều khiển, PLC phải có tính năng
như một mấy tính. Nghĩa là có một bộ vi xử lý trung tâm (CPU), một hệ điều
hành, một bộ nhớ chương trình để lưu chương trình cũng như dữ liệu và tất
nhiên phải có các cổng vào ra để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài. Bên cạnh
đó, nhằm phục vụ các bài toán điều khiển số, PLC phải có các khối hàm chức
năng như Timer, Counter, vầ các hàm chức năng đặc biệt khác.
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 , các bộ
điêu khiển logic có khả nẳng 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 Cổng vào ra
Onboard Quản lý ghép nối Bus của PLC - Bộ nhớ vào ra.

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 6


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN

Hình 2.1: Sơ đồ khối của một PLC
Các PLC tương tự như máy tính, nhưng máy tính được tối ưu hóa cho các
nhiệm vụ tính toán và hiển thị còn PLC được chuyên biệt cho các nhiệm vụ điều
khiển và môi trường công nghiệp. Vì vậy các PLc được thiết kế:
 Để chịu được các rung động, nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn và tiếng ồn.
 Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra.
 Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, chủ yếu giải
quyết các phép toán Logic và chuyển mạch.
Về cơ bản chức năng của bộ điều khiển Logic PLc cũng giống như chức
năng của bọ điều khiển thiết kế trên cơ sở công tắc tơ hay trên cơ sở các khối
điện tử đó là :
 Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến.
 Liên kết, ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực hiện
đóng mở các mạch phù hợp với công nghệ.
 Tính toán soạn thảo các lệnh điều khiển các địa chỉ thích hợp.

1.2.CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN.
GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 7


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
Hệ thống PLc thông dụng có năm bộ phận cơ bản gồm: Bộ xử ký, Bộ
nhớ, bọ nguồn, giao diện vào ra và thiết bị lập trình. Sơ đồ khối hệ thống như
sau:

Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống của PLC
a. Bộ xử lý:
Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU) là linh kiện chứa bộ vi xử
lý. Bộ xử lý nhận các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển thoe
chương trình được lưu trọng bộ nhớ các thiết bị đầu ra.
Nguyên lý làm việc của bộ xử lý tiến hành theo từng bước tuần tự. Đầu
tiên các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và
được kiểm soát bởi bộ đếm chương trình. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu và đưa
kết quả ra đầu ra. Chu kỳ thời gian này gọi là thời gianvòng quét (scan). Thời
gian vòng quét phụ thuộc vào tầm vóc bộ nhớ, tốc độ CPU. Chu kỳ một vòng
quét có hình như sau:

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 8


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN

Hình 2.3: Chu kỳ một vòng quét
Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn đến một thời gian trễ trong khi
bộ đếm của chương trình đi qua một chu trình đầy đủ, sau đó lại bắt đầu lại từ
đầu.
Để đánh giá thời gian trễ người ta đo thời gian quét của một chương trình
dài 1 kbyte và coi đó là chỉ tiêu để so sánh các PLC.
b. Bộ modul nguồn :
Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và oonr định điện áp cho
PLC hoạt động. Trong công nghiệp người ta thường dùng điện áp 24v DC. Tuy

nhiên cũng có bộ PLC sử dụng điện ấp 220 AC.
c. Bộ modul CPU( centrol rocessor Unit modul):
Bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ . Là nơi lưu trữ chương trình sử dụng cho
các hoạt động điều khiển. Các dạng bộ nhớ có thể là RAM, ROM, EPROM.
Người ta luôn chế tạo nguồn dự phòng cho RAM để duy trì chương trình trường
hợp mất điện nguồn, thời gian duy trì tùy thuộc vào từng PLC cu thể. Bộ nhớ
cũng có thể được chế tạo thành module cho phép dễ dàng thích nghi với các
chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau, khi cần mở rộng có thể cắm thêm.

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 9


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
d. Giao diện nhập /xuất:
Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và
truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu vào có thể từ các công tắc,
các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào quang điện… Tín hiệu ra có thể cung cấp
cho các cuộn dây công tắc tơ, các rowle, các van điện tử, các động cơ nhỏ…Tín
hiệu vào/ra có thể là các tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic.. Các tín
hiệu vảo/ra có thể thể hiện như sau :

Hình 2.4: Giao diện nhập/xuất của PLC
Các kênh nhập/xuất đã có chức năng cách ly và điều hòa tín hiệu sao cho
các bộ cảm biến và các bộn tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà không
cần thêm mạch điện khác.
Tín hiệu nhập thường được ghép cách điện (cách ly) nhờ linh kiện quang

như hình 2.5. Dải tín hiệu nhận vào cho các PLC cỡ lớn có thể là 5V,
24V,110V,220V. Các PLC cỡ nhỏ chỉ nhập tín hiệu 24V.

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 10


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN

Hình 2.5: mạch tín hiệu vào.
Tín hiệu xuất cũng được ghép cách ly, tín hiệu xuất cũng được cách ly
kiểu rowle như hình 2.6 hay cách ly kiểu quang như hình 2.7. Tín hiệu xuất có
thể là tín hiệu chuyển mạch 24V, 100mA, 110V,1A... một chiều , thậm chí
240V,1A xoay chiều tùy loại PLC. Tuy nhiên với PLC cỡ lớn dải tín hiệu ra có
thể thay đổi bằng cách lựa chọn các module ra thíc hợp.

Hình 2.6: Mạch cách ly tín hiệu kiểu

Hình 2.7: Mạch cách ly tín hiệu kiểu

rơle

quang

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 11


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
Module xuất cúng hết sức quan trọng không kém modle nhập. Nó có thể
có 8 hoạc 16 ngõ ra mà trên một module xuất, do vậy người ta sử dụng có thể
kết nối nhiều module lại với nhau để được số ngõ ra phù hợp. Đối với những
ứng dụng nhở thì cần 16 ngõ ra. Những ứng dụng lớn hơn có thể dùng tới 26>
256 ngõ ra. Cũng giống như module nhập thì các ngõ ra của module xuất là các
tiếp điểm của rowle, 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, aptomat,
Traic…
1.2. CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG
-

Đơn vị xử lý trung tâm

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.
Hệ thống Bus : là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín
hiệu song song :
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 điểu khiển
đồng bộ các hoạt động trong PLC .

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 12


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
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 môt modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus , nó
sẽ chuyển tất cả trạnh 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. Hê 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 118 MHZ. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC
và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống.
Bộ nhớ :
-

PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp :

-

Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O.

-

Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm,
ghi các Relay.

Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí
trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ .
Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên
trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý
lệnh tiếp theo . Với một địa chỉ mới , nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện
ở đấu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc .

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 13


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch
này có khả năng chứa 2000 ÷ 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch. Trong
PLC các bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng .
RAM (Random Access Memory ) có thể nạp chương trình, thay đổi hay
xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện
nuôi bị mất . Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có
khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm.
Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh

hướng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn .
EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà
người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được .
Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn , nó được gắn sẵn trong
máy , đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng
không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC .
Trên PG (Programer) có sẵn chổ ghi và xóa EPROM.
Môi trường ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoạc đĩa mềm, được sử dụng
trong máy lập trình. Đĩa cứng hoăc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường
được dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài .

-

Kích thước bộ nhớ :

Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 ÷1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ
chế tạo .
GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 14


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ 2000
÷16000 dòng lệnh.
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM.
-

Các ngỏ vào ra I / O

Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul (các đầu vào
của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra (các đầu ra của
PLC).

Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiêu xử lý

là 12/24VDC hoặc 100/240VAC.
Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các
kênh I/O được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm
tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản.
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện
việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra.
1.3. CÁC HOẠT ĐỘNG BÊN TRONG PLC
a. Xử lý chương trình.
Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC , các lệnh sẽ
được 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

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 15


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
thuộc vào tốc độ xử lý của PLC và độ lớn của chương trình. Một chu lỳ 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 lệnh một trong chương

trình. Trong ghi 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 modul đầu ra.
b.

Xử lý 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 ngỏ 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 ngỏ ra được lấy trực tiếp tới các thiết bị. Theo hoạt động logic của

chương trình , khi lệnh OUT được thực hiện thì các ngỏ 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 lơn 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
GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 16


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
mỗi ngõ nhập 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.
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 µs.
II. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300
2.1. Giới thiệu chung.
BỘ điều khiển PLC S7_300: Là dòng sản phẩm cao cấp ,được dùng cho
những ứng dụng lớn với những yêu cầu I/O nhiều và thời gian đáp ứng
nhanh,yêu cầu kết nối mạng,và có khả năng mở rộng cho sau này. Ngôn ngữ lập

trình đa dạng cho phép người sử dụng có quyền chọn lựa.Đặc điểm nổi bật của
S7_300 đó là ngôn ngữ lập trình cung cấp những hàm toán đa dạng cho những
yêu cầu chuyên biệt như : Hàm SCALE….. Hoặc ta có thể sử dụng ngôn ngữ
chuyên biệt để xây dựng hàm riêng cho ứng dụng mà ta cần. Ngoài ra S7-300
còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc Modul,nghĩa là đối với S7-300 sẽ có
những Modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt như Modul PID,Modul
Đọc xung tốc độ cao….

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 17


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
Thiết bị điều khiển Logic khả trình PLC Là loại thiết bị cho phép thực
hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua mộtngôn ngữ lập
trình ,thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số .Như vậy với
chương trình điều khiển trong mình ,PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn ,dễ
thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh
( với các PLC khác hoặc với máy tính).Toàn bộ chương trình được lưu trong bộ
nhớ.dưới dạng các khối chương trình (OB,FC,FB..) và được thực hiện với
chu kì quét.
Để có thể thực hiện một chương trình điều khiển.Tất nhiên PLC phải có
tính năng như một máy tính .Nghĩa là phải có một bộ vi xử lí trung tâm
( CPU),một hệ điều hành,một bộ nhớ chương trình để lưu chương trình cũng
như dữ liệu và tất nhiên phải có
các cổng vào rađể giao tiếp
với các thiết bị bên ngoài..Bên

cạnh đó ,nhằm phục vụ bài toán
điều khiển số ,PLC phải có
các khối hàm chức năng như
Timer,Counter,và các hàm chức
năng đặc biệt khác
Hình 2.8: Nguyên lý chung về cấu trúc
PLC

2.2.CÁC MODULE CỦA S7-300
Trong quá trình các ứng dụng thực tế thì mỗi bài toán điều khiển đặt ra là
hoàn toàn khác nhau bởi vậy việc lựa chọn chủng loại các thiết bị phần cứng
cũng là hoàn toàn khác nhau bởi vậy việc lựa chọn củng lọa các thiết bị ohaanf
cứng cũng khác nhau, sao cho phù hợp với yêu cầu mà không gây lãng phí tiền
của.
GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 18


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
Vì vậy việc chọn lựa các CPU và các thiết bị nhập/ xuất là không giống
nhau. Bởi vậy PLC đã được chia nhỏ ra thành các module riêng lẻ để cho PLC
không bị cứng hóa về cấu hình.Số các module được sử dụng nhiều hay ít là tùy
thuộc từng yêu cầu của bài toán đặt ra nhưng tối thiểu phải có các module
nguồn nuôi, CPU, còn các module còn lại là các module truyền nhận tín hiệu
với môi trường bên ngoài, ngoài ra còn có các module có chức năng chuyên
dạng như PID, điều khiển mờ, điều khiển động cơ bước, các module phục vụ
cho các chức năng truyền thông.. tất cả các module trên được gắn trên một

thanh RACK.
a. MODULE CPU.
Module CPU là loại module chứa vi xử lý, hệ điều hành , bộ nhớ, các bộ
thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (R485).. Và có thể còn có một vài cổng
vào,ra số. Các cổng vào ra số trên CPU được gọi là cổng vào ra Onboard.
Trong họ PLC S7_300 có nhiều loại CPU khác nhau : CPU 312,CPU 314
,CPU 315….
Những Modul cùng sử dụng một loại bộ vi xử lí ,nhưng khác nhau về
cổng vào ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệttích hợp sẵn trong thư
viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào ra onboard này sẽ
được phân biệt với nhau tong tên gọi bằng tên cụm chữ cái IFM( viết tắt của
Intergrated Function Module ).Ví dụ Module CPU 312IFM,Modul314 IFM….
Ngoìa ra còn có các loại module hai cổng truyền thông,trong đó cổng
truyền thông thứ 2 có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán
.Các loại module CPU được phân biệt với những loại CPU khác bằng thêm
cụm từ DP ( Distrubited port)trong tên gọi. Ví dụ module CPU 315-DP..

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 19


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
b. CÁC MODULE MỞ RỘNG
Các Modul mở rộng được chia thành 5 loại chính:
-

PS(Power Supply): Modul nguồn nuôi

-

SM (Signal Module): Modul tín hiệu vào ra bao gồm:

DI (Digital Input) DO (Digital Output) DI/DO ( Digital In/Output) AI
(Analog Input)AO ( Analog Output)AI/AO ( Analog In/Output)
-

IM ( Interface Module) : Modul ghép nối. Đây là loại Modul

chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các Modul mở rộng lại với nhau thành
từng một khối và được quản lí chung bởi một module CPU. Thông thường
các Modul mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là Rack.
Trên mỗi một Rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 module mở rộng
( không kể module CPU,module nguồn nuôi). Một module CPU có thể làm
việc trực tiếp với nhiều nhất 4 Rack,và các Rack này phải được nối với nhau
bằng Module IMIM360 :truyền
-

IM361:nhận.

FM ( Function Module): Các Modul điều khiển riêng,như điều

khiển Servo,điều khiển PID……
-

CP( Communication Module):Module truyền thông

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên

Nhóm Sv: 14

Page 20


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN

Hình 2.9: Miêu tả về cấu hình PLC s7-300

Trong đó :
1. Là nguồn nuôi cho PLC
2. Là Pin lưu trữ (cho CPU 313 trở lên)
3. Đầu nối 24V VDC
4. Công tắc chọn chế độ làm việc
5. Đèn LED báo trạng thái và báo lỗi
6. Card nhớ (CPU 313 trở lên)
7. Cổng truyền thông(RS 485) kết nối với thiết bị lập trình
8. Vị trí đấu với các thiết bị ngoài
9. Lắp đậy bảo vệ trong khi làm việc

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 21


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN

2.3.KIỂU DỮ LIỆU VÀ PHÂN CHIA BỘ NHỚ.
2.3.1. Kiểu dữ liệu.
Trong một chương trình có thể có các kiểu dữ liệu sau:
• Bool : Với dung lượng 1 bit và có giá trị là 0 hay 1. Đây là kiểu dữ
liệu có biến 2 giá trị.
• BYTE: Gồm 8 bit có giá trị nguyên dương từ 0> 255. Hoặc mã
ASCII của một ký tự
• INT: Có dung lượng 2 byte dùng để biểu diễn số nguyên từ
-32768> 32768.
• WORD: Gồm 2 byte, dùng biểu diễn số nguyên dương từ 0> 65535
• DINT: Gồm 4 byte, biểu diễn số nguyên từ
-2147463846>2147463846
• REAL: Gồm 4 byte, biểu diễn só thực phẩy động.
• S5T: Khoảng thời gian. Được tính theo giờ/phút/giây/miligiay.
• TOD: Biểu diễn giá trị thời gian tính thoe giờ/phút/giây.
• DATE: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo ngày/tháng/năm.
• CHAR:Biểu diễn một hoạc nhiều kí tự( nhiều nhất 4 kí tự).
2.3.2. Phân chia bộ nhớ.
Bộ nhớ trong s7-300 có 3 vùng nhớ cơ bản sau:
GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 22


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
*Vùng chứa chương trình ứng dụng
OB(organisation): miền chứa chương trình tổ chức.
FC(function): miện chứa chương trình con được tổ chức thành hàm

có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó
FB( function block) : miền chứa chương trình con được tổ chức
thành hàm có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào
khác, các dữ liệu này được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (DB- data
block)
*Vùng chứa tham số của hệ điều hành và các chương trình ứng dụng.
Được chia làm 7 miền khác nhau bao gồm:
I (Process Input Image): Miền bộ đệm dữ liệu cổng vào số.
Trước khi bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các
cổng đầu vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ 1.Thông thường chưng trình ứng
dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của
cổng vào từ bộ đệm I.
Q (Process Output Image) :Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số.
Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình, PLC chuyển giá trị logic của bộ đệm
Q tới các cổng ra số. Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới
tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q.
M : Miền chứa các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng
nhớ này để lưu trữ các tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bít (M),
biyte (MB), từ (MW), từ kép (MD).

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 23


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN
T(Timer) : Miền nhớ phục vụ bộ định thời gian bao gồm việc lưu
trữ các giá trị thời gian đặt trước (PV-Preset Value), giá trị đếm thời gian tức

thời (CV-Current Value) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian.
C(counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu trữ giá trị
đặt trước (PV-Presset value) , giá trị đếm tức thời (CV-Current Value) và giá trị
logic của bộ đếm.
PI (I/O External Output): Miền địa chỉ cổng ra của các module
tương tự. Các giá trị tương tự tại cổng ra của module tương tự sẽ được module
đọc và chuyển tự động the những địa chỉ.
*Vùng chưa các khối dữ liệu được chia làm 2 loại:
DB(Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối.
Kích thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với
ừng bài toán điều khiển. Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit
(DBX), byte(DBB), từ(DBW), hay từ kép (DBD).
L( Local Data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối
chương trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biện pháp tức thời và trao
đổi dữ liệu của các biến hình thức với những khối chương tình đã gọi nó. Nội
dung của một số dữ liệu trong miền này sẽ bị xóa khi kết thúc chương trình
tương ứng trong OB, FC, FB. Miền này có thể truy nhập từ chương trình theo
bit(L) ,byte(LB), từ (LW), từ kép(LD).
2.4 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH.
PLC S7-300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản :
• STL (Staterment List)
• FBD (Function Block Diagram)
GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 24


Khoa Điện- Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Môn học: SCADA, DCS và mạng truyền thông CN

• LAD (Ladder Diagram)
Ngôn ngữ lập trình STL là ngôn ngữ “liệt kê lệnh’’, dạng ngôn ngữ lập
trình thông thường của máy tính, một chương trình được ghép bởi nhiều câu
lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và có cấu trúc
chung “ tên lệnh+ toán hạng’’.
Ngôn ngữ FBD : Là ngôn ngữ “hình khối’’ là ngôn ngữ đồ họa cho
những người quen thiết kế mạch điều khiển số.
Ngôn ngữ LAD: Đây là ngôn ngữ lập trình “hình thang’’, dạng ngộn ngữ
cho những người quen thiết kế mạch điều khiển logic.
Có một điểm chú ý là một chương trình viết trên STL thì có thể chuyển
về ngôn ngữ LAD , FBD nhưng ngược lại thì chưa chắc vì trong tập lệnh STL
trong 2 ngôn ngữ trên chưa hẳn đã có. STL có tính đa dạng nhất.
2.5.MODULE ANALOG SM334

Hình 2.10.Sơ đồ đấu dây sm334

GVHD: Thầy Hoàng Quốc Xuyên
Nhóm Sv: 14

Page 25