BÀI GIẢNG KỸ THUẬT LẬP TRÌNH PLC

Điều khiển lập trình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

GV: BÙI THÚC MINH
ĐT: 0989 712 961
Email:

Nha Trang 2013

Yêu cầu – mục đích
• Yêu cầu:
– Sinh viên phải hiểu về các mạch điều khiển có tiếp
điểm, thiết kế mạch bằng cổng logic,…
– Trình độ cơ bản về máy tính.

• Mục đích: sau khi học xong môn học này sinh
viên:
– Hiểu biết các kiến thức cơ bản về điều khiển lập
trình, cấu tạo phần cứng, phần mềm của hệ điều
khiển lập trình.
– Phân tích, thiết kế, viết chương trình sử dụng PLC.

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

1


Điều khiển lập trình

Tài liệu tham khảo
[1] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước – Tự động hóa với
SIMATIC S7-200 – NXB Nông nghiệp 1997
[2] BM Điện Công nghiệp, Bài giảng “Điều khiển lập trình”
[3] Sổ tay hướng dẫn sử dụng FX-TRN-BEG-E – Khoa Điện
Trường ĐH Công nghiệp Tp.HCM, Công ty TNHH Sa Giang
[4] Trần Thế San, Nguyễn Ngọc Phương – PLC Lập trình ứng
dụng trong công nghiệp - NXB KHKT - 2008
[5] W. Bolton - Programmable Logic Controllers
[6] Hugh Jack - Automating Manufacturing Systems with PLCs
[7] SIEMENS - S7-200 Programmable Controller System Manual Edition 04/2002
[8] Visual Guide to Programming OMRON PLCs

NỘI DUNG
Chương 1 Đại cương về điều khiển lập trình
Chương 2 Cấu trúc và phương pháp hoạt
động của PLC
Chương 3 Các phép toán nhị phân của PLC
Chương 4 Các phép toán số của PLC
Chương 5 Các họ PLC khác

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

2


Điều khiển lập trình

Ôn tập kiến thức về điều khiển

• Vẽ sơ đồ điều khiển, động lực một số
mạch yêu cầu điều khiển động cơ KĐB ba
pha rô to lồng sóc sau:
– Khởi động trực tiếp.
– Khởi động gián tiếp: sao-tam giác, cuộn
kháng,…
– Đảo chiều quay động cơ: trực tiếp, gián tiếp
– Khởi động sao/tam giác thuận/nghịch
– Mạch tuần tự: mở máy M1->M2->M3; dừng
ngược lại

PLC
(Programmable Logic Control)

PLC là thiết bị điều khiển Logic khả trình
cho phép thực hiện linh hoạt các thuật
toán điều khiển Logic thông qua 1 ngôn
ngữ lập trình
 Bản chất PLC là gì?
 Có bao nhiêu loại PLC?
 Nên sử dụng loại nào?
 Chọn ngôn ngữ lập trình nào?

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

3


Điều khiển lập trình

Một số loại PLC
• SIEMENS (ĐỨC)
• ABB (PHẦN LAN)
• OMRON (NHẬT)
• DELTA (ĐÀI LOAN)
• PANASONIC (NHẬT)
• MITSUBISHI (NHẬT),…

Caùc loaïi PLC S7 cuûa Siemens

S7-200

S7-300
S7-400

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

4


Điều khiển lập trình

Vai trò của PLC
• Trong một hệ thống tự động, nói chung PLC
được ví như là “con tim” của hệ thống điều
khiển.
• Với chương trình ứng dụng điều khiển (được
lưu trữ trong bộ nhớ PLC) trong việc thực thi,
PLC thường xuyên giám sát tình trạng hệ thống
qua tính hiệu phản hồi của thiết bị đầu vào. Sau

đó sẽ dựa vào sự hợp lý của chương trình để
xác định tiến trình hoạt động được thực hiện ở
những thiết bị xuất cần thiết.

• PLC có thể được sử dụng điều khiển:
– Những nhiệm vụ đơn giản có tính lặp đi lặp lại
– Nhiệm vụ có thể được liên kết cùng nhau với
thiết bị điều khiển chủ hoặc máy tính chủ
khác qua một loại mạng giao tiếp để tích hợp
điều khiển của một quá trình phức tạp.

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

5


Điều khiển lập trình

Ưu điểm của PLC
Những bất lợi của bảng điều khiển cổ điển
• - Có quá nhiều dây trong bảng điều khiển
• - Sự thay đổi hoàn toàn khó khăn
• - Việc sửa chữa vô cùng phiền phức vì bạn phải cần đến nhà
kỹ thuật giỏi
• - Tiêu thụ điện năng lớn khi cuộn dây của rờ – le tiêu thụ
điện
• - Thời gian dừng máy là quá dài khi sự cố xảy ra, vì phải mất
một thời gian dài để sửa chữa bảng điều khiển
• - Nó gây ra thời gian dừng máy lâu hơn khi bảo trì và điều
chỉnh khi các bản vẽ không còn nguyên vẹn qua thời gian

nhiều năm.

Thuận lợi của điều khiển lập trình
• - Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dùng
rơ le.
• - Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, khi chỉ cần thay đổi chương
trình (phần mềm) điều khiển.
• - Chiếm vò trí không gian nhỏ trong hệ thống.
• - Nhiều chức năng điều khiển.
• - Tốc độ cao.
• - Công suất tiêu thụ nhỏ.
• - Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt.
• - Có khả năng mở rộng số lượng đầu vào/ra khi nối thêm các
khối vào/ra chức năng.
• - Tạo khả năng mở ra các lónh vực áp dụng mới.

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

6


Điều khiển lập trình

Nhược điểm của PLC
+ Giá thành cao (phần cứng + phần mềm)
+ Đòi hỏi người sử dụng phải có chuyên môn

13/09/13 9:54 PM

13

Về giá trị kinh tế
Khi xét về giá trị kinh tế của PLC ta phải đề cập
đến số lượng đầu ra và đầu vào.
Quan hệ về giá thành với số lượng đầu vào/ra có
dạng như hình bên

14
13/09/13 9:54 PM

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

7


Điều khiển lập trình

• Khi tính đến giá cả của PLC thì phải kể đến các
bộ phân phụ như thiết bị lập trình, máy in, băng
ghi...cả việc đào tạo nhân viên kỹ thuật. Nói
chung những phần mềm để thiết kế lập trình cho
các mục đích đặc biệt là khá đắt.
• Ngày nay nhiều hãng chế tạo PLC đã cung cấp
trọn bộ đóng gói phần mềm đã được thử nghiệm,
nhưng việc thay thế, sửa đổi các phần mềm là
nhu cầu không thể tránh khỏi. Do đó, vẫn cần
thiết phải có kỹ năng phần mềm.

13/09/13 9:54 PM

15

Phân bố giá cả cho việc lắp đặt một PLC thường
như sau:
+ 50% cho phần cứng của PLC
+ 10% cho thiết kế khuân khổ chương trình
+ 20% cho soạn thảo và lập trình
+ 15% cho chạy thử nghiệm
+ 5% cho tài liệu.
Việc lắp đặt một PLC tiếp theo chỉ bằng khoảng
1/2 giá thành của bộ đầu tiên, nghĩa là hầu như
chỉ còn chi phí phần cứng.
13/09/13 9:54 PM

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

16

8


Điều khiển lập trình

Ứng dụng của PLC
• PLC được sử dụng khá rộng rãi trong các
ngành: Công nghiệp, Máy nông nghiệp,
Thiết bò y tế, tô (xe hơi, cần cẩu)…

Sử dụng bộ điều khiển PLC
Thay đổi hệ thống

nhanh chóng và dễ dàng

Kích thước nhỏ gọn

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

9


Điều khiển lập trình

Phân loại phương pháp điều khiển
• Trong lónh vực điều khiển
– Phương pháp điều khiển nối cứng.
– Phương pháp điều khiển lập trình được.

• Trong các hệ thống điều khiển nối cứng:
– Nối cứng có tiếp điểm
– Nối cứng không tiếp điểm

Nối cứng có tiếp điểm
•
Dùng các khí cụ điện như rơle, công tắc tơ
kết hợp với các bộ cảm biến, các nút nhấn, công
tắc. Các khí cụ điện này được nối lại với nhau
theo một mạch điện cụ thể để thực hiện một
yêu cầu công nghệ nhất đònh.
Thí dụ: Mạch điều khiển đảo chiều quay, mạch
khởi động giới hạn dòng hay mạch điều khiển
động cơ chạy tuần tự và dừng tuần tự

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

10


Điều khiển lập trình

Điều khiển nối cứng không tiếp điểm
• - Dùng các cổng logic cơ bản, các cổng logic đa
năng hay các mạch tuần tự (gọi chung là IC số), kết
hợp với các bộ cảm biến, các nút nhấn, công tắc.
• - Các IC số này cũng được nối lại với nhau theo một
sơ đồ logic cụ thể để thực hiện một yêu cầu công
nghệ nhất đònh.
• - Các mạch điều khiển nối cứng sử dụng các linh
kiện điện tử công suất như SCR, Triac để thay thế
công tắc tơ trong các mạch đông lực

• - Trong hệ thống điều khiển nối cứng, các
linh kiện hay khí cụ điện được nối vónh viễn
với nhau.
• - Do đó, khi muốn thay đổi lại nhiệm vụ điều
khiển thì phải nối dây lại toàn bộ mạch điện.
Với các hệ thống phức tạp thì không hiệu quả
và rất tốn kém

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

11

Điều khiển lập trình

Phương pháp điều khiển nối cứng được
thực hiện theo các bước sau:

Phương pháp điều khiển lập trình được
• - Trong các hệ thống điều khiển lập trình được, cấu
trúc của bộ điều khiển và cách nối dây độc lập với
chương trình.
• - Chương trình đònh nghóa hoạt động điều khiển
được ghi trực tiếp vào bộ nhớ của bộ điều khiển nhờ
sự trợ giúp của bộ lập trình (PG) hay máy vi tính
(PC)
• - Để thay đổi chương trình điều khiển, chỉ cần thay
đổi nội dung bộ nhớ của bộ điều khiển, phần nối dây
bên ngoài không bò ảnh hưởng. Đây là ưu điểm lớn
nhất của phương pháp lập trình điều khiển được.

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

12


Điều khiển lập trình

• Qui trình thiết kế điều khiển dùng PLC:
1. Xác định được qui trình điều khiển
2. Xác định tín hiệu vào ra

Xác định u cầu cơng nghệ

3. Soạn thảo chương trình

Phân địa chỉ vào/ra

4. Kết nối thiết bị
5. Nạp chương trình cho PLC
6. Chạy chương trình

Soạn thảo chương trình

Kết nối thiết bị

Nạp chương trình vào thiết bị

Chạy thử, kiểm tra

Cấu trúc của PLC
Ngõ vào

CPU

Ngõ ra

PLC

Bộ lập trình

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

Module mở rộng

13


Điều khiển lập trình

Cấu trúc phần cứng của PLC

• Bộ xử lý trung tâm (Central Processing
Unit): là một vi xử lý định hướng hoạt
động của PLC. Nó thực hiện các lệnh
trong chương trình, xử lý tín hiệu xuất
nhập và liên lạc với các thiết bị ngoại vi.

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

14


Điều khiển lập trình

• Bộ nhớ: có nhiều loại bộ nhớ. Đó là vùng chứa hệ điều
hành và vùng bộ nhớ của người sử dụng:
– ROM (Read Only Memory)
– RAM (Random Access Memory)
– EPROM (Erasable Programable Read Only Memory)
– EEPROM

Memory)

(Electrically

Erasable

Programable

Read

Only

Cấu trúc chung hệ thống điều khiển dùng PLC
Các thiết bị tạo ra tín
hiệu điều khiển, thường
là nút nhấn, cảm biến…

- Ngõ vào dạng số
- Ngõ vào tương tự
- Ngõ ra dạng số
- Ngõ ra tương tự

Thiết bị biến đổi tín hiệu
điện từ PLC thành một
tác động vật lý

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

một chương trình bao gồm
một hay nhiều lệnh nhằm thực

hiện một nhiệm vụ cụ thể

15


Điều khiển lập trình

• Mạch đầu vào (Input Unit) là các mạch điện tử
làm nhiệm vụ phối ghép chuyển đổi giữa tín hiệu
đầu vào và tín hiệu sử dụng trong PLC. Kết quả
của việc xử lý sẽ được lưu ở vùng nhớ Input.
– Mạch đầu vào được cách ly về điện với các mạch
trong PLC nhờ các diod quang.

• Mạch đầu ra (Output Unit) mạch điện tử đầu ra
sẽ biến đổi các lệnh mức logic bên trong PLC
(vùng nhớ Output) thành tín hiệu điều khiển như
đóng mở rơle…

Thiết bị lập trình

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

16


Điều khiển lập trình

Nút nhấn thường mở

Nút nhấn thường đóng
Công tắc thường mở

Công tắc thường đóng

Tiếp điểm thường mở
Tiếp điểm thường đóng

Các dạng tín hiệu ngõ vào của PLC

Các thiết bị vào thường gặp

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

17


Điều khiển lập trình

Các thiết bị ra thường gặp

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

18


Điều khiển lập trình

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

19


Điều khiển lập trình

PLC S7-200 điều khiển thiết bò
Bóng
đèn

Công tắc

Điều khiển dùng PLC

Cơ cấu chấp hành

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

Điều khiển

20


Điều khiển lập trình

Điều khiển qua contactor

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

21

iu khin lp trỡnh

Theõm module mụỷ roọng
Caựp noỏi

CPU

Module mụỷ roọng

Biờn son: Bựi Thỳc Minh

22


Điều khiển lập trình

Gắn PLC lên Rail
Giá đỡ

CPU

Module mở rộng

Số module mở rộng tối đa

Chiều mở rộng

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

23


Điều khiển lập trình

Đèn báo hiệu
Đèn hiệu ngõ ra

Đèn hiệu RUN/STOP

Đèn hiệu ngõ vào

Đặt tên cho các ngõ vào ra

8 bit = 1 byte

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

24


Điều khiển lập trình

Kết nối tín hiệu ngõ vào cho PLC

Ngõ vào PLC

Nguồn 24Vdc ra từ PLC
COM ngõ vào

Nút nhấn

Công tắc

Kết nối tín hiệu ngõ ra của PLC
Bóng đèn

Relay

Ngõ ra của PLC

COM ngõ ra
Cấp nguồn AC
cho PLC

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

25