Lập trình PLC và ứng dụng PLC điều khiển trạm bơm nước

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
HÀ NỘI ,NGÀY...THÁNG....NĂM 2012

Giáo viên hướng dẫn

1


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
HÀ NỘI, NGÀY ….. THÁNG …NĂM 2012
Giáo viên phản biện

2


LỜI CẢM ƠN
Sau khi học tập và rèn luyện tại khoa Điện trường Đại học Công nghiệp
Hà Nội cùng với sự dậy dỗ và sự hướng dẫn nhiệt tình của quý thầy cô trong nhà
trường và giáo viên hướng dẫn giúp đỡ chúng em đã hoàn thành Đồ án Tốt
nghiệp hệ trung cấp chuyên nghiệp khóa 57
Em xin chân thành cảm ơn đến Qúy thầy cô trong bộ môn Đo lường và
điều khiển cũng như quý thầy cô trong khoa Điện trường Đại học Công nghiệp
Hà Nội là những người đã dìu dắt em cho em những kiến thức quý báu trong
ngành, cùng với những kiến thức quý báu ấy là hành trang cho em bước vào
tương lai,cùng với đó với sự dẫn dắt nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn và
những kiến thức quý báu mà em đã tích cóp được trong nhà trường đã giúp em
hoàn thành đồ án tốt nghiệp như ngày hôm nay.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Hà Văn Phương người
đã giúp đỡ em về mặt tinh thần cũng như kiến thức để em vượt qua những ngày
tháng khó khăn, trong sự tìm tòi và hiểu biết về lĩnh vực mới để cuối cùng em
cũng hoàn thành được đồ án tốt nghiệp như ngày hôm nay một lần nữa em xin
chân thành cảm ơn đến thầy.em chúc thầy luôn khỏe mạnh và có những ngày
tháng công tác như mong đợi
Em cũng xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè và tất cả những người thân

đã tạo điều kiên cho em rất nhiều để em được như ngày hôm nay
Em xin chân thành cảm ơn

3


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hóa đất nước, yêu cầu hiện đại hóa
đất nước ngày càng cao trong đời sống sinh hoạt sản xuất (yêu cầu sản điều
khiển linh hoạt tự động gọn nhẹ) mặt khác nhờ công nghệ thông tin,công nghệ
điện tử đã xuất hiện nhanh chóng một loại thiết bị khả năng lập trình như PLC.
Để thực hiện công nghiệp một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản
phẩm lớn nhanh mà tiện lợi về kinh tế các công ty xí nghiệp sản xuất đã dùng
công nghệ lập trình sử dụng phần mềm PLC dùng cho dây chuyền sản xuất tự
động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao
đáp ứng kịp thời cho đời sông xã hội. Qua đồ án tốt nghiệp chúng em sẽ giới
thiệu về lập trình PLC và ứng dụng của nó trong mô hình , ứng dụng PLC điều
khiển trạm bơm nước . Hiện tại nhu cầu sử dụng nước ngày càng cao cùng với
đó việc xây dựng hệ thống cấp nước đáp ứng nhu cầu của con người góp phần
cho nền công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.
Trên đây là một phần nhỏ về đề tài điều khiển trạm bơm nước trong quá
trình thực hiện đề tài chúng em còn gặp nhiều khó khăn đó là tài liệu tham khảo
cho đè tài này còn rất ít và hạn hẹp nó liên quan,măc dù chúng em rất cố gắng
nhưng khả năng,thơi gian có hạn và kinh nghiệm chưa nhiều nên không tránh
khỏi những sai sót, chúng em rất rất mong sự đóng góp bổ sung của các thầy cô
giáo để cho đề tài này được hoàn thiện hơn em xin chân thành cảm ơn !

4

MỤC LỤC
lời mở đầu
CHƯƠNG 1. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài
1.1 .Mục đích của của đề tài
1.2 .Nhiệm vụ của đề tài
CHƯƠNG 2. Tìm hiểu các ứng dụng cơ bản của PLC S7 200
CHƯƠNG 3.Tìm hiểu về một số trang thiết bị trong mô hình
3.1 . Cảm biến thanh đo mực nước
3.2 . Rơ le trung gian
3.3 .Aptomat
3.4 nút nhấn....
CHƯƠNG 4 . Thực hiện mô hình
4.1 . Mô tả hoạt động của mô hình
4.2. Sơ đồ mạch điện
4.3. Mô hình hoàn thiện
4.4. Lập trình cho mô hình
CHƯƠNG 5. Kết luận
5.1.Kết quả đã làm được
5.2.Những việc đã làm được
5.3.Định hướng trong tương lai

5


CHƯƠNG 1 : MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài : ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHO TRẠM CẤP NƯỚC
1.1. Mục đích của đề tài
Hệ thống mô hình trạm bơm là các công trình thủy công và các thiết bị
điện, tự động hóa.... nhằm đảm bảo lấy nước từ nguồn nước, vận chuyển và bơm
nước đến nơi sử dụng hoặc cần tiêu nước thừa đến nơi khác hoàn toàn tự động.

Thiết kế hệ thống bơm nhằm tiết kiệm chi phí điện năng vận hành giá
thành rẻ và lắp đặt dễ dàng và đặc biệt là sau khi đưa vào sử dụng hệ thống
không phải lo lắng về vấn đề sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị, hoàn toàn làm chủ
được công nghệ chế tạo. Sau khi lắp đặt và hiệu chỉnh, hệ thống đó vận hành ổn
định và đảm bảo cung cấp nước cho toàn bộ nhà máy và các công trình phụ trợ.
1.2. Nhiệm vụ của đề tài
Nhằm xây dựng được một hệ thống cấp nước hoàn toàn mới và hoàn toàn
tự động hóa tiết kiệm được sức người đồng thời với đó tiết kiệm được chi phí,
nhân công....vv và phải đảm bảo cấp nước liên tục ít xảy ra sự cố đảm bảo an
toàn và tin cậy .

6


CHƯƠNG 2 : TÌM HIỂU VỀ PLC VÀ CÁC ỨNG DỤNG
CƠ BẢN

HÌNH ẢNH CỦA PLC S7 200 CPU 224
2.1. Giới thiệu về phần cứng bộ điều khiển khả trình 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 thời 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 đó chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu
sau :
7


• Lập trình dể dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học .
• Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản, sửa chữa.
• Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức
tạp.
• Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp .
• Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính, nối
mạng, các Modul mở rộng.
• Giá cả cá 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 đó gõyra sự quan tõm sõu 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. 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 qui 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 dể dàng mà không
cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay
2.2. Cấu trúc , nguyên lý hoạt động của PLC .
Cấu trúc

Tất cả các PLC đều có thành phần chính là : Một bộ nhớ chương trình
RAM bên trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM). Một bộ vi
xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC. Các Modul vào ra. Bên
cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh cần đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay
hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để
chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung. Nếu đơn vị lập trình
là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào
chương trình đó được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nú mới truyền sang bộ
nhớ PLC. Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho
8


việc viết, đọc và kiểm tra chương trình. Các đơn vị lập trình nối với PLC qua
cổng RS232, RS422, RS458, …
Nguyên lý hoạt động của PLC
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 ngắtcác đầu ra. Các trạng thái ngõ
ra ấy được phát tới các thiết bị liênkết 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
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 cácModul khác
nhau.
Data Bus : Bus dùng để truyền dữ liệu.
Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệuđịnh thỡ và điểu
khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC .Trong PLC các số liệu được trao đổi
giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua Data Bus. Address Bus và Data
Bus gồm 8đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách

đồng thời hay song song. Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên
Address Bus , nó sẽ chuyển tất cả 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. Hệ thống Bus sẽ làm
nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạch đó, CPU được
cung cấp một xung Clock có tần số từ 1 đến 8 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 đếm 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 đầu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc. Bộ nhớ
9


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 CMOS RAM 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, đó được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều
hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng 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 hoặc đĩa mềm códung 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 dũng lệnh tùy vào công
nghệ chế tạo.
• Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năngchứa từ 2000
÷ 16000 dòng lệnh. Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như
RAM, EPROM.
Các ngõ 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 hiệu xử lý là 12/24
VDC hoặc 100/240 VAC. 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 dễ 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.
Các hoạt động xử lý bên trong PLC

10


Xử lý chương trình : Khi một chương trình được nạp vào bộ nhớ của PLC,
các lệnh sẽ được cất 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 lỳ thực hiện baogồm 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 gắn các trạng thái mới cho các đầu ra tại các
modul đầu ra.
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 đũi 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 đượcđọc vào trong bộ nhớ vi xử lý. Các
lệnh ngõ ra được nối 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.
Quá trình xuất nhập : Hầu hết các PLC loại lơn có thể có vài trăm I/O, vì
thế CPUchỉ có thể xử lý một lệnh ở một thời điểm. Trong suốt quá trình thực thi,
trạng thái 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, cỏc 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

11


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
2.3. Vai trò và ứng dụng cơ bản của PLC
Như đã biết, nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện
đại hóa. Vì thế, tự động hóa sản xuất đóng vai trò quan trọng, tự động hóa giúp
tăng năng suất, tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả quá trình sản xuất. Để
có thể thực hiện tự động hóa sản xuất, bên cạnh các máy móc cơ khí hay điện,
các dây chuyền sản xuất…v.v, cũng cần thiết phải có các bộ điều khiển để điều
khiển chúng. PLC là một trong các bộ điều khiển đáp ứng được yêu cầu đó.
2.4. Khả năng của PLC
chức năng chính của PLC là để điều khiển Logic, điều khiển tuần tự, liên
động. Trong bộ lệnh của S7-200 có đầy đủ các lệnh bit Logic, so sánh, bộ đếm,
dịch/quay các thanh ghi, timer cho phép lập trình cho các ứng dụng điều khiển
Logic một cách dễ dàng. Đặc biệt nó có các lệnh phát hiện ra các sườn xung cho
phép ta xử lý thời điểm chuyển trạng thái của tín hiệu. Nếu cần xử lý các thời
điểm chuyển trạng thái nhanh hơn ta có thể sử dụng ngắt.
Bên cạnh đó PLC (Program Logical Controller) (hay bộ điều khiển Logic
có thể lập trình được), là một thiết bị điều khiển đa năng được dùng rộng rãi
trong công nghiệp để điều khiển hệ thống theo một chương trình được viết bởi
người sử dụng. Nhờ họat động theo chương trình nên PLC có thể được ứng dụng
để điều khiển nhiều thiết bị máy móc khác nhau. Chỉ cần thay đổi chương trình
điều khiển và cách kết nối thì ta đó cú thể dựng chính PLC đó để điều khiển
thiết bị, hay máy móc khác. Cũng như vậy, nếu muốn tay đổi quy luật hoạt động
của máy móc, thiết bị hay hệ thống sản xuất tự động, rất đơn giản, chỉ cần thay

đổi chương trình điều khiển. Các đối tượng mà PLCcó thể điều khiển được rất
đa dạng, từ máy bơm, máy cắt, máy khoan, lò nhiệt…đến các hệ thống phức tạp
như : băng tải, hệ thống chuyển mạch tự động (ATS), thang máy, dây chuyền
sản xuất…v.vPLC có thể điều khiển theo các quy luật khác nhau đối với các đối
tượng của nó.
2.5. Cấu tạo chung của PLC
• Thiết bị điều khiển lôgic khả trình (Program mable Logic Control) viết
tắt là PLC. Là loại thiết bị cho phép thực thiện linh hoạt các thuật toán điều
khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình thay cho việc phải thể hiện thuật toán
đó bằng mạch số.
12


• Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển PLC phải có tính
năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều
hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển dữ liệu và các cổng vào /ra để giao
tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung
quanh. Bên cạnh đó nhằm phục vụ bài toán điều khiển số PLC cũng phải có
thêm các khối chức năng đặc biệt như bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Time) .
và những khối hàm chuyên dụng
• Bộ xử lý trung tâm CPU
Bộ xử lý trung tâm là hạt nhân của plc, nó thực hiện các phép tính logic, số
học và điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống
Bộ xử lý gọi các lệnh từ bộ nhớ để thực hiện một cách tuần tự. Theo
chương trình nó xử lý các thụng tin đầu vào và chuyển kết quả xử lý đến đầu ra.
Trên thực tế mọi PLC thế hệ mới đều dựa trên kĩ thuật vi xử lý chuyên dụng để
điều khiển các chức năng phức tạp như các phép tính học toán hay bộ điều chỉnh
PI.

Sơ đồ chân PLC S7-200 CPU224

2.6. Việc lập trình cho PLC
Có thể lập trình cho PLC một cách khá dễ dàng dựa trên một tập lệnh mà
nhà sản xuất cung cấp. Tập lệnh bao gồm nhiều lệnh, có thể cho phép người sử
dụng kết hợp các lệnh này một cách logic để tạo nhiều chương trình điều khiển
13


đa dạng, phức tạp. Ngoài các lệnh thông thường, nhà sản xuất cũncung cấp thêm
cỏc lệnh mở rộng (Expansion Instruction) làm phong phú thêm khả năng điều
khiển PLC. Cùng với tập lệnh còn có nhiều cách lập trình cho PLC
Lập trình bằng giản đồ LAD (Ladder Diagram) : Các lệnh được liên kết
với nhau một cách logic, chương trình cú dạng thang. Đặc biệt, đối với cách lập
trình này, chương trình này trông giống như sơ đồ đấu nối một mạch điện nên
rất dễ kiểm soát, dễ hiểu. Do đó cách lập trình này được ứng dụng khá phổ biến.
Thích hợp để lập các chương trình dài, phức tạp. Để lập trình theo cách này cần
một máy tính cá nhân kèm theo một trong các phần mềm hổ trợ : SSS (Sysmax
Support Softwave), CLSS (Controler Link Support Softwave), SYS Win hay
SYS MAC – CPT.
Lập trình dạng sơ đồ khối CSF (Control System Flowchare) : Các lệnh
được hiển thị như các khối chức năng, tùy từng ứng dụng mà ta liên kết các khối
chức năng thích hợp để tạo nên chương trình.

CHƯƠNG 3 : GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ TRANG THIẾT
BỊ TRONG MÔ HÌNH
14


3.1. Role trung gian

Hình role trung gian

Sơ đồ chân role trung gian
Rơle trung gian được dùng trong rất nhiều trong các sơ đồ mạch bảo vệ hệ
thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động. do có số tiếp điểm lớn từ 4 đến 6
tiếp điểm vừa thường đóng vừa thường mở nên rơle trung gian dùng để truyền
tín hiệu khi khả năng đóng, ngắt và số lượng tiếp điểm của rơ le chính không đủ
để chia tín hiệu từ role vào thiết bị khác của sơ đồ mạch điều khiển. trong các
bảng mach điều khiển thường dùng các linh kiện điện từ role trung gian thường
được dùng để chuyền tín hiệu cho các bảng mạch phía sau. đồng thời với đó

15


cách ly điện áp khác nhau giữa phần điều khiển (thường là điện áp một chiều 9v
12v 24v.....) với phần chấp hành với phần xoay chiều điện áp lớn 220v,380v
Rơ le trung gian là một khí cụ điện dùng để khuếch đại gián tiếp các tín
hiệu tác động trong các mạch điều khiển hay bảo vệ...
Trong mạch điện, rơ le trung gian thường nằm giữa hai rơ le khác nhau
(vì điều này nên có tên là trung gian).
Nguyên lý hoạt động của rơ le trung gian là nguyên lý điện từ.
Bộ tiếp xúc (hệ thống tiếp điểm) của các rơ le trung gian thường có số
luợng tương đối lớn, thường lớn hơn rất nhiều so với các rơ le dùng điện, rơ le
điện áp cũng như các loại rơ le khác
3.2. Aptomat

hình ảnh: aptomat
3.2.1. Công dụng
16

• Áp tô mát là loại khí cụ điện dùng để đóng cắt có tải, điện áp đến 600V
dũng điện đến 1000A.
• Áp tô mát sẽ tự động cắt mạch khi mạch bị sự cố ngắn mạch, quỏ tải.
kộm ỏp.
3.2.2. Phân loại Áp tô mát
 Shunt/Voltage tripAptomat còn có tên gọi khác là CB (Circuit Breakerthiết bị đóng cắt dòng điện) - công dụng để...đóng cắt điện.
 CB gồm nhiều loại theo định mức sau:
• MCB: Miniature CB - VN gọi là CB tép (6~63A)
• MCCB: Molded Case CB - CB khối (10~1600A)
• ACB: Air CB - CB đóng cắt dập hồ quang điện bằng khí (800~6300A)
• VCB: Vacumm CB: CB đóng cắt dập hồ quang điện bằng chân không
(Dùng trong hệ thống điện cao áp).
• RCCB, ELCB: residual cut CB, Earth leaking CB (CB cắt rò rỉ điện
30~300mA)
Ngoài ra còn có một số sự kết hợp:
RCD = RCCB+MCB hoặc RCD=RCCB+MCCB
Cơ cấu bên trong của CB không có vi mạch, gồm lõi sắt từ và cuộn dây
chỉ dựa theo nguyên tắc cảm ứng điện từ mà hoạt động, phần tự động chỉ để cắt
thiết bị ra khỏi nguồn điện khi có sự cố thô.
Một số nguồn quá lớn không thể thao tác bằng tay -> Muốn đóng CB tự
động thì sẽ có một số thiết bị sau được tích hợp thêm vào CB:
• Charging coil (MCCB)
• Motorise (MCCB, ACB,VCB,...)
Muốn cắt CB trong trường hợp cưỡng bức người ta dùng thêm một số
thiết bị tích hợp sau đây:
• Opening/Closing relay
• Shunt/Voltage tri
3.3. Cảm biến thanh đo mực nước

17

3.3.1. Ứng dụng:
• Đối với bể cao: Tự động bơm nước khi bể cạn, tự động ngừng bơm khi
bể đầy --> Tránh việc bể bị cạn nước và bể tràn nước.
• Đối với bể thấp, bể ngầm: Chỉ cho phép bơm khi bể có nước, không cho
phép bơm khi bể cạn --> Tránh việc bơm hoạt động khi không có nước sẽ cháy
máy bơm.

18


3.3.2. Tính năng, tác dụng
• Đầu ra là tiếp điểm role công suất lớn (10A) có thể sử dụng để điều
khiển trực tiếp các thiết bị điện như Motor, máy bơm nước….
• Thanh cảm biến có độ nhạy cao, bền bỉ với thời gian. Với 3 đầu đo cảm
biến mực nước, sản phẩm có thể sử dụng cho bể cao, bể ngầm hoặc kết hợp
đồng thời 2 bể
• Thường được ứng dụng cho việc bơm nước tự động( Thay thế cho phao
có độ bền thấp). Làm cảm biến đo mực hóa chất cho các bồn chứa công nghiệp.
và các ứng dụng đo mực chất lỏng khác.
3.3.3. Ưu điểm và nhược điểm
 Ưu điểm:
• Sử dụng dây điện để kết nối chân cảm biến với bộ điều khiển
• Không cần dây to, chỉ cần dây nhỏ --> tiết kiệm chi phí đi dây
• Có khả năng kết nối với plc và mội số thiết bị khác

19

• Tận dụng được đôi dây sẵn có của phao cơ nếu đó lắp phao cơ, không
cần đi thêm dây lên bể cao.
• Độ dài dây không hạn chế -->không phụ thuộc vào khoảng cách giữa bể
cao và bể thấp.
• Độ cao chân cảm biến không hạn chế, có thể tựy biến theo nhu cầu sử
dụng
• Đầu cảm biến chỉ là thanh kim loại có vỏ bọc nên người sử dụng có thể
tự thay thế khi cần thiết
 Nhược điểm:
• Xảy ra hiện tượng đóng ngắt liên tục khi lưu lượng nước chảy vào bể
thap nhỏ, không đủ để bơm hoạt động

20


CHƯƠNG 4 : THỰC HIỆN MÔ HÌNH
4.1. Mô tả hoạt động của mô hình
Khi cấp nguồn cho aptomat dòng điện xoay chiều 220VAC chạy qua
aptomat vào bộ biến đổi nguồn AC-DC tạo ra điện áp 24VDC cấp cho PLC.
Đồng thời điện 220VAC cũng cấp cho 2 cảm biến mức nước FS-3. Khi ta cho
mô hình hoạt động ta nhấn ON dòng điện 24VDC chạy qua nút nhấn đi vào chân
I0.0 của PLC. Chương trình trong PLC bắt đầu hoạt động và kiểm tra các chân
đầu vào I0.2, I0.3 nhận tín hiệu báo mức từ cảm biến đưa về.
Chương trình trong PLC hoạt động như sau:
Nếu mức nước dưới thanh cảm biến thứ 3 thì cả 2 động cơ bơm nước đều
hoạt động đưa nước vào bình chứa, đồng thời 2 đèn sáng và còi báo kêu
Nếu mức nước qua thanh cảm biến số 2 thì động cơ số 2 dừng hoạt động,
đồng thời đèn báo động cơ 2 tắt và còi dừng kêu. Lúc này chỉ còn 1 vòi bơm của
động cơ 1 cấp nước cho bình chứa và đèn 1 sáng báo trạng thái động cơ 1
Nếu mức nước qua thanh cảm biến số 1 thì động cơ 1 tắt không bơm nước

nữa và đèn 1 báo động cơ 1 cũng tắt
Không ấn STOP thì mô hình hoạt động liên tục mực nước xuống dưới
thanh cảm biến 3 lại cấp đầy lên trên thanh cảm biến 1
Khi ấn STOP chương trình dừng hoạt động và không bơm nước nữa.
4.2. Sơ đồ mạch điện
• Các biến đầu vào :
START : I0.0
STOP : I0.1
Cảm biến mức thấp : I0.2
Cảm biến mức cao : I0.3
• Các biến đầu ra :
Điều khiển đèn 1 và bơm nước 1 : Q0.0
Điều khiển đèn 2, còi báo và bơm nước 2 : Q0.1

21


AC

AC

AC

AC

GND

AC1

AC

AC2

AC
COM
COM

24VDC
24VDC

Mạch nguồn
24VDC

2

C

AC

NO

6
7

8

1

I0.3

E0
E1
E2
E3
E4

I0.2

5

NC

7

4

E3

3

E1

6

E2

AC

NO

8

1
E2

2

E3

3

5

NC

4

AC2

C

AC

AC

AC1

E1

24VDC

Mạch cảm biến mức nước
22


2

PLC S7-200

Mạch điều khiển và PLC

10

DK2
L+

STOP

6
1
5
L+
M

Đèn 1 và động cơ 1

M

I0.3

GND
I0.2

AC1

DK1

AC2
9
GND 24VDC
24VDC

14

I0.2

GND

I0.1

23

13
ROLE 24VDC

Q0.1

I0.0

I0.3

Q0.0

AC

AC

2

DK1

1L+

1M

AC
AC

10
6
1
5

ROLE 24VDC

14

1M

START

24VDC

AC2
9

13
GND

24VDC

GND

GND
GND


AC

DK2

AC

AC

AC

AC

AC

Đèn 2, còi và động cơ 2
4.3. Mô hình hoàn thiện

24

AC1


Mô hình hoàn thiện
4.4. Lập trình cho PLC
Chương trình cho PLC gửi kèm phụ lục nằm cuối báo cáo

25