Điều khiển lập trình 1 bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG
KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

BÀI GIẢNG
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH I
Bậc học: CAO ĐẲNG

GV: Nguyễn Đình Hoàng
Bộ môn: Điện - Điện tử
Khoa: Kỹ thuật Công nghệ

Quảng Ngãi, năm 2015


TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG
KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

BÀI GIẢNG
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH I
Bậc học: CAO ĐẲNG
SỐ TÍN CHỈ: 2 ( 30T)

GV: Nguyễn Đình Hoàng
Bộ môn: Điện - Điện tử
Khoa: Kỹ thuật Công nghệ

Quảng Ngãi, năm 2015


Lời nói đầu
Hiện nay, Việt Nam đang bước vào giai đoạn phát triển công nghiệp hóa – hiện đại

hóa rất mạnh mẽ. Trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là ngành tự động hóa có nhiều bước
phát triển vượt bậc, góp phần thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp hoá nước nhà.
Nhằm đáp ứng cho việc giảng dạy môn Điều khiển lập trình (PLC) bậc Cao Đẳng,
tác giả đã biên soạn bài giảng này nhằm làm tài liệu học tập cho các lớp chuyên ngành
Kỹ thuật Điện- Điện tử tại Đại học Phạm Văn Đồng. Tài liệu này được sử dụng cho
sinh viên các lớp Cao đẳng với thời lượng 30 tiết. Tác giả hy vọng rằng đây sẽ là tài
liệu thiết thực cho các bạn sinh viên.
Trong quá trình biên soạn, chắc chắn tài liệu không tránh khỏi có những sai sót.
Mọi góp ý xin gửi về địa chỉ Nguyễn Đình Hoàng - Khoa Kỹ Thuật Công Nghệ Trường Đai học Phạm Văn Đồng. Xin chân thành cảm ơn.
Tác giả


MỤC LỤC
Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
1.1 Các loại điều khiển trong công nghiệp
1.2 Ưu điểm của PLC .
1.3 Các ứng dụng trong thực tế .
Chương 2: CẤU TRÚC VÀ PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA PLC
2.1 Cấu trúc của một PLC .
2.2 Các khối của PLC .
2.3 Các ngõ vào ra và cách kết nối .
2.4 Xử lý chương trình .
2.5 Các phương pháp lập trình (LAD,STL) .
Chương 3: CÁC PHÉP TOÁN NHỊ PHÂN CỦA PLC
3.1 Các liên kết logic .
3.2 Chức năng nhớ RS .
3.3 Timer .
3.4 Counter .
3.5 Các thí dụ .
Chương 4: CÁC PHÉP TOÁN SỐ CỦA PLC

4.1Chức năng truyền dẫn .
4.2Chức năng so sánh .
4.3Chức năng dịch chuyển .
4.4Chức năng biến đổi .
4.5Chức năng toán học (cộng ,trừ ,nhân ,chia ).
4.6Chức năng số ( trị tuyệt đối , căn , sin , cos) .
4.7Các thí dụ .
Chương 5: XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG
5.1 Tín hiệu analog .
5.2 Biểu diễn giá trị analog .
5.3 Kết nối các cảm biến và tải .
5.4 Đọc và chuẩn hoá giá trị đo .
5.5 Hiển thị giá trị đo .

TRANG

1

3

14

43

64


Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
1.1 Các loại điều khiển trong công nghiệp
Quá trình thực hiện cơ khí hoá - hiện đại hoá các ngành công nghiệp đòi hỏi vấn

đề tự động hoá các dây chuyền sản xuất ngày càng tăng. Tự động hoá công nghiệp
ngày càng đòi hỏi tính chính xác cao nên trong kỹ thuật điều khiển có nhiều thay đổi
về thiết bị cũng như thay đổi về phương pháp điều khiển.
Trong lĩnh vực điều khiển người ta có hai phương pháp điều khiển là: phương
pháp điều khiển nối cứng và phương pháp điều khiển lập trình được.
1.1.1 Phương pháp điều khiển nối cứng
Trong các hệ thống điều khiển nối cứng người ta chia ra làm hai loại: nối cứng
có tiếp điểm và nối cứng không tiếp điểm.
Điều khiển nối cứng có tiếp điểm: là dùng các khí cụ điện như contactor, relay,
kết hợp với các bộ cảm biến, các đèn, các công tắc… các khí cụ này được nối lại với
nhau thành một mạch điện cụ thể để thực hiện một yêu cầu công nghệ nhất định. Ví
dụ như: mạch điều khiển đổi chiều động cơ, mạch khởi động sao – tam giác, mạch
điều khiển nhiều động cơ chạy tuần tự…
Đối với nối cứng không tiếp điểm: là dùng các cổng logic cơ bản, các cổng
logic đa chức năng hay các mạch tuần tự (gọi chung là IC số), kết hợp với các bộ cảm
biến, đèn, công tắc… và chúng cũng được nối lại với nhau theo một sơ đồ logic cụ thể
để thực hiện một yêu cầu công nghệ nhất định. Các mạch điều khiển nối cứng sử dụng
các linh kiện điện tử công suất như SCR, Triac để thay thế các contactor trong mạch
động lực.
Trong hệ thống điều khiển nối cứng, các linh kiện hay khí cụ điện được nối
vĩnh viễn với nhau. Do đó, khi muốn thay đổi lại nhiệm vụ điều khiển thì phải nối lại
toàn bộ mạch điện. Khi đó, với các hệ thống phức tạp thì không hiệu quả và rất tốn
kém.
1.1.2.Phương pháp điều khiển lập trình được
Đối với phương pháp điều khiển lập trình này thì ta có thể sử dụng những phần
mềm khác nhau với sự trợ giúp của máy tính hay các thiết bị có thể lập trình được trực
tiếp trên thiết bị có kết nối thiết bị ngoại vi. Ví dụ như: LOGO!, ZEN, S7-200…
Chương trình điều khiển được ghi trực tiếp vào bộ nhớ của bộ điều khiển hay
một máy tính. Để thay đổi chương trình điều khiển ta chỉ cần thay đổi nội dung bộ
nhớ của bộ điều khiển, phần nối dây bên ngoài không bị ảnh hưởng. Đây là ưu điểm

lớn nhất của bộ điều khiển lập trình được.
1.2 Ưu điểm của 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
1


“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 dể dàng, ngôn ngữ lập trình dể 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.
1.3 Các ứng dụng trong thực tế
Các bộ điều khiển lập trình nhờ có nhiều ưu điểm và các tính năng tích hợp bên
trong nên nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong dân dụng như:
- Điều khiển động cơ.
- Máy công nghệ.
- Hệ thống bơm.
- Hệ thống nhiệt…

2


Chương 2: CẤU TRÚC VÀ PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA PLC
2.1 Cấu trúc của một PLC
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 còn đi kèm thêm môt đơn vị lập trình
bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để
chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung. Nếu đơn vị lập trình là
đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương
trình đã được kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC . Đối
với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc và
kiểm tra chương trình. Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422,
RS458, …

Hình 2.1 Hình dạng bên ngoài của PLC S7-200
2.2 Các khối 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 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

3


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 .
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 1-8 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 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 .
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi 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
4


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 .
 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.
- Cấu trúc phần cứng của PLC S7-200 CPU 214
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của Hãng SIEMENS
(CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu Modul và có các modul mở rộng. Các modul này
được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200
là khối vi xử lý CPU-214.
 CPU-214 bao gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng thêm 7 modul
mở rộng.
 2.048 từ đơn (4 Kbyte) thuộc miền nhớ đọc / ghi non-volatile để lưu
chương trình (vùng nhớ có giao diện với EEPROM).
 2.048 từ đơn (4 Kbyte) thuộc kiểu đọc ghi để lưu dữ liệu, trong đó 512 từ
đầu thuộc miền non-volatile.
 Tổng số ngõ vào / ra cực đại là 64 ngõ vào và 64 ngõ ra.
 128 Timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 4 Timer 1ms, 16
Timer 10ms và 108 Timer 100ms.
 128 bộ đếm chia làm 2 loại: chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi.
 688 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc.
 Các chế độ xử lý ngắt gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc
xuống, ngắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền
xung.
 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2Khz và 7 Khz.
 2 bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM.
 2 bộ điều chỉnh tương tự
 Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ
kể từ khi PLC bị mất nguồn cung cấp.
Các đèn báo trên S7-200 CPU214
 SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng.

5

 RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc
và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy.
 STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ
dừng chương trình và đang thực hiện lại.
Cổng vào ra:
 Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của
cổng Ix.x. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá
trị Logic của công tắc.
 Qx.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của
cổng Qx.x. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic
của cổng.
Chế độ làm việc:
PLC có 3 chế độ làm việc:
 RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình từng bộ nhớ, PLC sẽ
chuyển từ RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương
trình gặp lệnh STOP.
 STOP: Cưởng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang
chế độ STOP.
 TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC
hoặc RUN hoặc STOP.
Cổng truyền thông.
S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục
vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Tốc độ
truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC
theo kiểu tự do là 300 - 38.400 baud.
Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc các loại máy lập trình thuộc họ
PG7xx có thể dùng một cáp nối thẳng MPI. Cáp đó đi kèm với máy lập trình.
Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC / PPI với bộ
chuyển đổi RS232 / RS485.

Hình 2.2. Truyền thông PLC S7-200 với máy tính
6


- Cấu trúc bộ nhớ
Bộ nhớ S7-200 được chia thành 4 vùng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong
một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 có tính năng động cao,
đọc, ghi được trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớ đặc biệt SM (Special memory) chỉ
có thể truy nhập để đọc
 Vùng chương trình
Là nguồn nhờ được sử dụng để lưu giữ các lệnh chương trình. Vùng này thuộc
kiểu non-volatile đọc / ghi được.
 Vùng tham số
Là miền lưu giữ các tham số như: từ khóa, địa chỉ trạm, … cũng giống như vùng
chương trình, thuộc kiểu non-volatile đọc / ghi được.
 Vùng dữ liệu
Là miền nhớ động được sử dụng để cất giữ các dữ liệu của chương trình. Nó có
thể được truy cập theo từng bít, từng byte, từng từ đơn (W-Word) hoặc theo từ kép
(DW_ Double Word), vùng dữ liệu được chia thành những miền nhớ nhỏ với các công
dụng khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng chữ cái đầu theo từ tiếng Anh, đặc trưng
cho công dụng riêng của chúng như sau:
V
: Variable Memory.
I
: Input image register.
` O
: Output image regiter.
M
: Internal Memory bits.

SM : Special Memory bits.
Tất cả các miền này đều có thể truy nhập theo từng bít, từng byte, từng từ (word)
hoặc từ kép (double word).
 Vùng đối tượng
Bao gồm các thanh ghi Timer, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào ra, thanh ghi AC.
Vùng này không thuộc kiểu Non-Volatile nhưng đọc / ghi được .
Mở rộng cổng vào ra:
CPU 214 cho phép mở rộng nhiều nhất 7 Modul. Các modul mở rộng tương tự và
có thể mở rộng cổng vào của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các modul mở
rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một móc xích . Địa chỉ của các vị trí của
các modul được xác định cùng kiểu . Ví dụ như một modul cổng ra không thể gán địa
chỉ của một modul cổng vào, cũng như một modul tương tự không thể có địa chỉ như
một modul số và ngược lại .
Các modul mở rộng số hay tương tự đều chiếm chổ trong bộ đệm, tương tự với số
đầu vào/ra của modul .

7


Sau đây là địa chỉ của một số modul mở rộng trên CPU214

CPU214
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7

I1.0
I1.1
I1.2
I1.3
I1.4
I1.5

Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
Q1.0
Q1.1

Modul 0
4vào/4ra

Modul 1
8 vào

Modul 2
3vào/1ra
Analog

Modu3
8 ra

Modul 4
3vào/1ra

I2.0
I2.1
I2.2
I2.3
Q2.0
Q2.1
Q2.2
Q2.3

I3.0
I3.1
I3.2
I3.3
I3.4
I3.5
I3.6
I3.7

AIW 0
AIW 2
AIW 4

Q3.0
Q3.1
Q3.2
Q3.3

Q3.4
Q3.5
Q3.6
Q3.7

AIW8
AIW12
AQW 4

AQW 0

2.3 Các ngõ vào ra và cách kết nối
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ngõ vào (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 bởi 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 .

8


Hình 2.3 Kết nối vào/ra của PLC S7-200
2.4. Xử lý chương trình
2.4.1 Xử lý chương trình
Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC , các lệnh sẽ được chứa
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 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.

Hình 2.4. Chu kỳ thực thi của PLC

9


2.4.2 Cập nhật liên tục
Điều này 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.
2.4.3 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 nhập phải
được xét đến riêng lẻ nhằm dò tìm các tác động của nó trong chương trình. Do chúng
ta yêu cầu delay 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 s.
2.5 Các phương pháp lập trình (LAD, STL)
S7-200 biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình. Chương
trình bao gồm một dãy các tập lệnh. S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập
trình đầu tiên và kết thúc ở lập trình cuối trong một vòng quét (scan).
Một vòng quét (scan cycle) được bắt đầu bằng một việc đọc trạng thái của đầu
vào, và sau đó thực hiện chương trình. Vòng quét kết thúc bằng việc thay đổi trạng
thái đầu ra. Trước khi bắt đầu một vòng quét tiếp theo S7-200 thực thi các nhiệm vụ
bên trong và nhiệm vụ truyền thông. Chu trình thực hiện chương trình là chu trình lặp.
Cách lập trình cho S7-200 nói riêng và cho các PLC nói chung dựa trên hai
phương pháp cơ bản. Phương pháp hình thang (Ladder, viết tắt là LAD) và phương
pháp liệt kê lệnh (Statement list, viết tắt là STL).
Nếu có một chương trình viết dưới dạng LAD, thiết bị lập trình sẽ tự dộng tạo ra
một chương trình theo dạng STL tương ứng. Ngược lại không phải mọi chương trình
viết dưới dạng STL đều có thể chuyển sang được dạng LAD.
 Phương pháp hình thang (LAD): LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa,
những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của
bảng điều khiển bằng rơ le. Trong chương trình LAD, các phần tử cơ bản
dùng để biểu diễn lệnh logic như sau:
- Tiếp điểm: Là biểu tượng (Symbol) mô tả các tiếp điểm của rơ le
Tiếp điểm thường mở

10


Tiếp điểm thương đóng
-

Cuộn dây (coil): Là biểu tượng   mô tả rơ le được mắc theo chiều
dòng điện cung cấp cho rơ le.
- Hộp (Box): Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có
dòng điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp
là các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán học. Cuộn
dây và các hộp phải mắc đúng chiều dòng điện.
Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường
nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải. Đường nguồn bên trái là dây pha, đường
nguồn bên phải là dây trung hòa và cũng là đường trở về nguồn cung cấp (thường
không được thể hiện khi dùng chương trình tiện dụng STEP7 – MICROWIN). Dòng
điện chạy từ trái qua tiếp điểm đến đóng các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải
nguồn.
 Phương pháp liệt kê lệnh (STL): Là phương pháp thể hiện chương trình dưới
dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chương trình, kể cả những lệnh hình
thức biểu diễn một chức năng của PLC.
 Truy cập bộ nhớ của PLC S7- 200.
Địa chỉ truy nhập được qui ước với công thức:
* Truy nhập theo bit
Tên miền + địa chỉ byte.chỉ số bit.
Ví dụ: V150.4 là địa chỉ bít số 4 của byte 150 thuộc miền V.
* Truy nhập theo byte
Tên miền + B và địa chỉ byte.
Ví dụ: VB150 là địa chỉ byte 150 thuộc miền V.
* Truy nhập theo word

Tên miền + W và địa chỉ byte cao của từ.
 Giới thiệu phần mềm STEP7-MICROWIN 4.0

11


-

Giao diện của STEP7-MICROWIN.

Cây lệnh chương
trình

Thanh công cụ

Vùng soạn
chương trình

thảo

Danh sách chức
năng

- Giao diện truyền thông với máy tính

Để thiết lập giao tiếp giữa PLC và PC ta chọn biểu tượng Communications
(double click). Trong mục Communications ta có thể chọn thiết lập giao tiếp PG/PC
Interface bằng cách chọn (double click) PC/PPI cable(PPI). Chọn Properties trong
phần Set PG/PC Interface để thiết lập các thông số kết nối (ví dụ: tốc độbaud, cổng
giao tiếp, địa chỉ, ...). Sau khi hoàn tất việc thiết lập double click vào mục DoubleClick to Refresh để kết nối với PLC.

12


Câu hỏi ôn tập chương 2
1. Ngõ vào của PLC có thể đóng điện cho cuộn dây rơ le để điều khiển
một động cơ được không? Các khối vào và khối ra đóng vai trò gì trong
việc giao tiếp giữa PLC và thiết bị ngọai vi?
2. Các khối mở rộng ngõ vào/ra có lợi ích gì?
3. Cấu trúc bộ nhớ của PLC S7-200 gồm các vùng nào?

13


Chương 3: CÁC PHÉP TOÁN NHỊ PHÂN CỦA PLC
3.1 Các liên kết logic
3.1.1 Lệnh vào ra và các lệnh tiếp điểm đặc biệt
 Load (LD): Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bít đầu tiên
của ngăn xếp ( hình 3.1), các giá trị cũ còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống
một bít.
 Load Not (LDN): Lệnh LDN nạp giá trị logic nghịch đảo của một tiếp điểm
vào trong bít đầu tiên của ngăn xếp ( hình 3.2), các giá trị còn lại trong ngằn xếp
bị đẩy lùi xuống một bít.
Trước

LD

Sau

c0

m

c1

c0

c2

c1

c3

c2

c4

c3

c5

c4

c6

c5

c7

c6

c8

c7

Bị đẩy ra khỏi ngăn xếp

Hình 3.1. Trạng thái của ngăn xếp trước và sau khi thực hiện lệnh LD

Trước

LDN

Sau

c0

m

c1

c0

c2

c1

c3

c2

c4

c3

c5

c4

c6

c5

c7

c6

c8

c7
Bị đẩy ra khỏi ngăn xếp

.

Hình 3.2. Trạng thái của ngăn xếp trước và sau khi thực hiện lệnh LDN
14


Các dạng khác nhau của lệnh LD, LDN cho LAD như sau:
LAD
LD

Mô tả
n

LDN

LDI

Tiếp điểm thường mở sẽ n: I, Q, M, SM, T, C, V
được đóng nếu n = 1.
(bit)

n

n

LDNI

Toán hạng

Tiếp điểm thường đóng sẽ
mở khi n = 1.

Tiếp điểm thường mở sẽ n: I, Q, M, SM, T, C. V
đóng tức thời khi n = 1
n

Tiếp điểm thường đóng sẽ
mở tức thời khi n = 1

Các dạng khác nhau của lệnh LD, LDN cho STL như sau:
Lệnh

Mô tả

Toán hạng

LD n

Lệnh nạp giá trị logic của n (bít): I, Q, M, SM, T,
điểm n vào bít đầu tiên C, V
trong ngăn xếp.

LDN n

Lệnh nạp giá trị logic
nghịch đảo của điểm n
vào bít đầu tiên trong
ngăn xếp.

LDI n

Lệnh nạp tức thời giá trị n: I, Q, M, SM, T, C, V
logic của điểm n vào bít
đầu tiên trong ngăn xếp.

LDNI n

Lệnh nạp tức thời giá trị
logic nghịch đảo của điểm

n vào bít đầu tiên trong
ngăn xếp.

 OUTPUT (=)
Lệnh sao chép nội dung của bít đầu tiên trong ngăn xếp vào bít được chỉ định trong
lệnh. Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi.
Mô tả lệnh bằng LAD như sau:
15


LAD

Mô tả
n
( )
n
( I)

Toán hạng

Cuộn dây đầu ra ở trạng n: I, Q, M, SM, T, C, V
thái kích thích khi có dòng (bít)
điều khiển đi qua.
Cuộn dây đầu ra được kích n: Q
thích tức thời khi có dòng (bít)
điều khiển đi qua.

Mô tả bằng lệnh STL như sau:

-

STL

Mô tả

Toán hạng

= n

Lệnh = sao chép giá trị của n: I, Q, M, SM, T, C,
đỉnh ngăn xếp tới tiếp điểm n V
được chỉ dẫn trong lệnh.
(bít)

= In

Lệnh = I (immediate) sao n: Q
chép tức thời giá trị của đỉnh (bít)
stack tới tiếp điểm n được chỉ
dẫn trong lệnh.

Một số tiếp điểm trong vùng nhớ đặc biệt SM.

SM0. 0: Luôn có giá trị logic bằng 1
SM0.1 : Có giá trị logic bằng 1 trong vòng quét đầu tiên
SM0.2: Bít báo dữ liệu thất lạc ( 0- dữ liệu còn đủ; 1- dữ liệu thất lạc)
SM0.3: Bít báo PLC được đóng nguồn (1- ở vòng quét đầu tiên; 0- vòng quét tiếp
theo)
SM0.4 : Phát nhịp 60 s ( 0- cho 30s đầu; 1- cho 30s sau )
SM0.5 : Phát nhịp 1 s ( 0- cho 0.5s đầu; 1- cho 0.5s sau )

SM0.6 : Nhịp vòng quét( 1- cho vòng quét luân phiên )
SM0.7: Bít chọn chế độ cho PLC ( 0- TERM; 1- RUN )
3.1.2 Các lệnh logic đại số (BOOLEAN)
Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập được các mạch logic (không
có nhớ). Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúc mạch, mắc nối
tiếp hay song song các tiếp điểm thường đóng và các tiếp điểm thường mở. STL có thể
sử dụng các lệnh A (And) và O (Or) cho các hàm hở hoặc các lệnh AN (And Not), ON
(Or Not) cho các hàm kín.
Giá trị của ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh.

16


Lệnh
O n
A n

AN n
ON n

AI n
OI n

ANI n
ONI n

Mô tả

Toán hạng

Lệnh thực hiện toán tử and (A) và or n: I, Q, M, SM, T, C, V
(O) giữa giá trị logic của tiếp điểm n (bit)
và giá trị bít đầu tiên trong ngằn xếp.
Kết quả được ghi lại bít đầu trong
ngăn xếp.
Lệnh thực hiện toán tử and (A) và or
(O) giữa giá trị logic nghịch đảo của
tiếp điểm n và giá trị bít đầu tiên
trong ngằn xếp. Kết quả được ghi lại
bít đầu trong ngăn xếp.
Lệnh thực hiện tức thời toán tử and n: I, Q, M, SM, T, C, V
(A) và or (O) giữa giá trị logic của (bit)
tiếp điểm n và giá trị bít đầu tiên
trong ngằn xếp. Kết quả được ghi lại
bít đầu trong ngăn xếp.
Lệnh thực hiện tức thời toán tử and
(A) và or (O) giữa giá trị logic
nghịch đảo của tiếp điểm n và giá trị
bít đầu tiên trong ngằn xếp. Kết quả
được ghi lại bít đầu trong ngăn xếp.

Ngoài những lệnh làm việc trực tiếp với tiếp điểm, S7-200 còn có 5 lệnh đặc biệt
biểu diễn các phép tính của đại số Boolean cho các bit trong ngăn xếp, được gọi là các
lệnh stack logic. Đó là các lệnh ALD (And load), OLD (Or load), LPS (Logic push),
LRD (Logic read) và LPP (Logic pop). Lệnh stack logic được dùng để tổ hợp, sao
chụp hoặc xóa các mệnh đề logic. LAD không có bộ đếm dành cho lệnh stack logic.
STL sử dụng các lệnh stack logic để thực hiện phương trình tổng thể có nhiều biểu
thức con.
Bảng tóm tắt cú pháp gọi các lệnh stack logic trong STL.
Lệnh

Mô tả

Toán hạng

ALD

Lệnh tổ hợp giá trị của bít đầu tiên và thứ hai của Không có
ngăn xếp bằng phép tính logic. Kết quả ghi lại
vào bít đầu tiên. Giá trị còn lại của ngăn xếp
được kéo lên một bít.

OLD

Lệnh tổ hợp giá trị của bít đầu tiên và thứ hai của Không có
ngăn xếp bằng phép tính logic V. Kết quả ghi lại
vào bít đầu . Giá trị còn lại của ngăn xếp được
kéo lên một bít.

LPS

Lệnh logic Push (LPS) sao chụp giá trị của bít Không có
đầu tiên vào bít thứ hai trong ngăn xếp. Giá trị
17


còn lại bị đẩy xuống một bít. Bít cuối cùng bị đẩy
ra khỏi ngăn xếp.
LRD

Lệnh sao chép giá trị của bít thứ hai vào bít đầu Không có
tiên trong ngăn xếp. Các giá trị còn lại của ngăn
xếp giữ nguyên vị trí.

LPP

Lệnh kéo ngăn xếp lên một bít. Giá trị của bít sau Không có
được chuyển cho bít trước.

 AND (A)
 OR (O)
Lệnh A và O phối hợp giá trị logic của một tiếp điểm n với giá trị bít đầu tiên của
ngăn xếp. Kết quả phép tính được đặt lại vào bít đầu tiên trong ngăn xếp. Giá trị của
các bít còn lại trong ngăn xếp không bị thay đổi.
Luật tính toán của các phép tính logic And và Or như sau:
x

y

x ^ y x v y
(And) (Or)

0

0

0

0

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

Tác động của lệnh AND và OR vào ngăn xếp như sau
Trước

A

Sau

c0

m

c1

c1

c2

c2

c3

c3

c4

c4

c5

c5

c6

c6

c7

c7

c8

c8

m= c0 ^ c1

Hình 3.3. Trạng thái của ngăn xếp trước và sau khi thực hiện lệnh AND

18


O

Trước

Sau

c0

m

c1

c1

c2

c2

c3

c3

c4

c4

c5

c5

c6

c6

c7

c7

c8

c8

m= c0 v c1

Hình 3.4. Trạng thái của ngăn xếp trước và sau khi thực hiện lệnh OR

 AND LOAD (ALD)
 OR LOAD (OLD)
Lệnh ALD và lệnh OLD thực hiện phép tính logic And và Or giữa hai bít đầu tiên
của ngăn xếp. Kết quả của phép logic này sẽ được ghi lại vào bít đầu trong ngăn xếp.
Nội dung còn lại của ngăn xếp được kéo lên một bít.
Tác động của lệnh ALD và OLD vào ngăn xếp như sau:
Trước

ALD

Sau

c0

m

c1

c2

c2

c3

c3

c4

c4

c5

c5

c6

c6

c7

c7

c8

m= c0^ c1

c8
Hình 3.5. Trạng thái của ngăn xếp trước và sau khi thực hiện lệnh ALD

19


Trước

OLD

Sau

c0

m

c1

c2

c2

c3

c3

c4

c4

c5

c5

c6

c6

c7

c7

c8

m= c0 v c1

c8
Hình 3.6. Trạng thái của ngăn xếp trước và sau khi thực hiện lệnh OLD

 LOGIC PUSH (LPS)
 LOGIC READ (LRD)
 LOGIC POP (LPP)
Lệnh LPS, LRD và LPP là những lệnh thay đổi nội dung bít đầu tiên của ngăn xếp.
Lệnh LPS sao chép nội dung của bít đầu tiên và bít thứ hai trong ngăn xếp, nội dung
ngăn xếp sau đó bị đẩy xuống một bít. Lệnh LRD lấy giá trị của bít thứ hai ghi vào bít
đầu tiên của ngăn xếp, nội dung ngăn xếp đó được kéo lên một bít. Lệnh LPP kéo ngăn
xếp lên một bít.
Sơ đồ minh họa thay đổi ngăn xếp của các lệnh LPS, LRD và LPP
Trước

LPS Sau

Trước LRD

Sau

Trước LPP Sau

C0

c0

c0

c1

c0

c1

c1

c0

c1

c1

c1

c2

c2

c1

c2

c2

c2

c3

c3

c2

c3

c3

c3

c4

c4

c3

c4

c4

c4

c5

c5

c4

c5

c5

c5

c6

c6

c5

c6

c6

c6

c7

c7

c6

c7

c7

c7

c8

c8

c7

c8

c8

c8

Hình 3.7. Trạng thái của ngăn xếp trước và sau khi thực hiện lệnh LPS, LRD, LPP

20


 ORW, ORD
 ANDW, ANDD
 XORW, XORD
Lệnh thực hiện các thuật toán logic And, Or và Exclusive Or của đại số Boolean
trên 2 bite hoặc 4 byte (mảng nhiều bít).
Ngoài các lệnh logic làm với tiếp điểm, S7-200 cung cấp thêm những lệnh logic có
khả năng thực hiện các thuật toán logic trên một mảng nhiều tiếp điểm (hay nhiều bít)
như trên 2 byte hoặc 4 byte. Luật tính toán của chúng như sau:
x

y

x ^ y (And)

x v y (Or)

x XOR y

0

0

0

0

0

0

1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

0

Cách biểu diễn các lệnh logic này trong LAD và STL được tóm tắt trong bảng sau.
Chúng sử dụng bít nhớ đặc biệt SM 1.0 để thông báo về trạng thái kết quả phép tính
được thực hiện (kết quả bằng 0).
Biểu diễn trong STL
STL

Mô tả

Toán hạng

ANDW IN1

Lệnh thực hiện phép logic AND
giữa các bít tương ứng của hai từ
IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại
vào IN2

IN1: VW, T, C,
IW, QW.

ORW

IN1

IN2

IN2

XORW IN1 IN2

ANDD IN1

IN2

(word) SMW, AC,
AIW, *VD

*AC, Hằng số.
Lệnh thực hiện phép logic OR
giữa các bít tương ứng của hai từ
IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại IN2: VW, T, C,
vào IN2
IW, QW
Lệnh thực hiện phép logic XOR (word) W, CA,
giữa các bít tương ứng của hai từ AIW, *VD, *AC
IN1 và IN2 . Kết quả được ghi
lại vào IN2

Lệnh thực hiện phép logic AND IN1: VD, ID, QD,
giữa các bít tương ứng của hai từ MD, SMQ.
kép IN1 và IN2. Kết quả được (Dword) AC, HC,
ghi lại vào IN2

21