bai tieu luan ve PLC

ĐẶT VẤN ĐỀ
1.Câu hỏi chung: Tại sao lại cần đến PLC? Sử dụng PLC có ưu nhược
điểm gì? PLC có vai trò như thế nào trong tự động hoá?
* Các định nghĩa về PLC :
- PLC là chữ viết tắt của chữ tiếng Anh Programmable Logic Controller dịch
sang tiếng Việt có nghĩa là Bộ Điều khiển Logic Lập trình được.
- PLC là thiết bị điều khiển Có cấu trúc máy tính bao gồm bộ sử lý trung tâm
CPU, Bộ nhớ ROM, Bộ nhớ RAM, dùng để nhớ chương trình ứng dụng, và các
cổng Vào/ Ra - INPUT/ OUTPUT

Lịch sử ra đời và phát triển của PLC
Ngày nay tự động hóa ngày càng đóng vai trò quan trọng đời sống và công nghiệp.
Tự động hóa đã phát triển vượt bậc nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự
động. tiến bộ của ngành điện – điện tử, Công nghệ thông tin…
Chính vì vậy mà nhiều hệ thống điều khiển tự động ra đời. Nhưng phát triển mạnh
và có khả năng ứng dụng rộng rãi là Bộ điều khiển lập trình PLC.
Bộ điều khiển lập trình đầu tiên được những kỹ sư Công ty General Motor cho ra
đời năm 1968.
Với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng các yêu cầu điều khiển:
- Dễ lập trình và thay đổi chương trình.
- Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa.
- Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất.


PLC đầu tiên ra đời 1968 tại Hoa kỳ
Tuy nhiên hệ thống còn khá đơn giản và gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành.
Vì vậy các nhà chế tạo từng bước cải tiến hệ thống trở nên đơn giản, dễ vận hành
hơn.
PLC năm 1969
Để đơn giản hóa việc lập trình. Hệ thống điều khiển lập trình cầm tay đầu
tiên được ra đời vào năm 1969. Điều này đã tạo ra sự thuận lợi và phát triển thật sự

cho kỹ thuật lập trình điều khiển.

PLC sản xuất năm 1969
Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản
nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống. Qua quá trình vận hành,
các nhà chế tạo đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống.
2


Đó là tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang.
Sự phát triển của hệ thống phần cứng từ năm 1975 cho đến nay. Hệ
thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng :
- Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển các ngõ
vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông.
- Bộ lưu trữ dữ liệu nhiều hơn.
- Nhiều loại Module chuyên dùng hơn.
PLC từ 1970 cho đến nay.
Trong những năm đầu thập niên 1970, với sự phát triển của công nghệ phần
mềm. Bộ lập trình điều khiển PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản.
Mà còn có thêm các lệnh về định thì, đếm sự kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử
lý dữ liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực.

PLC sản xuất năm 1970

Từ năm 1970 cho đến nay, bộ điều khiển lập trình PLC đã trở thành một
thiết bị không thể thiếu trong công nghiệp tự động.
Các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ thành
một hệ thống chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc độ của hệ
thống được cải thiện, chu kỳ quét nhanh hơn.
Bên cạnh đó, PLC được chế tạo có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại vi nhờ

vậy mà khả năng ứng dụng của PLC được mở rộng hơn.

3


* Cấu trúc chính của một PLC bao gồm
- Khối đầu vào:
+Gồm các nút điều khiển
+ Các công tắc
+ Các công tắc hành trình đặt tại máy
+ Các cảm biến đo lường đặt tại dây truyền sản xuất
- Khối điều khiển gồm các phần tử:
+Các loại rơle
+Các bộ đếm time
+Các bộ đếm
+Các bộ so sánh
+Các bản mạch điện tử
- Khối đầu ra gồm:
+ Các loại động cơ
+ Các loại van
+ Các thiết bị gia nhiệt
+Các thiết bị chỉ thị...
* Đầu vào PLC
- Đầu vào là đầu đưa tín hiệu vào PLC
- Phân loại đầu vào: Đầu vào Logic, Đầu vào Analog
- Số lượng đầu vào phụ thuộc loại PLC
- Đặc điểm đầu vào:
+Đầu vào được đánh số
+ Đầu vào được tín hiệu hóa
+Đầu vào được ghép quang, cách ly vi xử lý trong PLC với thế giới bên

ngoài về điện
+Đầu vào được chế tạo chuẩn hóa
4


* Đầu ra PLC
- Là đầu đưa ra tín hiệu PLC
- Phân loại đầu ra:
+Đầu ra ghép rele …
+Đầu ra ghép Transitor …
- Cấu trúc đầu ra:
Đặc điểm của đầu ra:
- Đầu ra được đánh số
- Đầu ra được tín hiệu hóa
- Đầu ra được ghép Rowle hoặc ghép quang có tác dụng cách ly CPU trong
PLC với thế giới bên ngoài về mặt điện.
- Đầu ra được chuẩn hóa tương thích với các thiết bị điều khiển khác
* Các bài toán điều khiển chính dùng PLC
- Điều khiển logic:
+Chức năng điều khiển rele
+ Thời gian, đếm
+ Thay cho các Panel điều khiển và các mạch in
+Điều khiển tự động, bán tự động, bằng tay các máy và các quá trình
- Điều khiển liên tục:
+ Thực hiện các phép toán số học và logic
+ Điều khiển liên tục nhiệt độ áp suất lưu lượng...
+Điều khiển PID, FUZY
+ Điều khiển động cơ chấp hành, động cơ bước
+ Điều khiển biến tần
+ Khối đầu vào thêm các khâu cảm biến tương tự (analog), chiết áp...

+ Khối đầu ra có thêm các thiết biij tương tự như biến tần, động cơ Servo,
động cơ bước...
+ Khối điều khiển thêm các khâu biến đổi A/D, D/A...
- Điều khiển tổng thế:
+ Điều hành quá trình và báo động
+ Ghép nối máy tính
+ Ghép nối mạng tự động hóa
+Điều khiển tổng thể quá trình- nghĩa là điều khiển một quá trình trong mối
liên hệ với các quá trình khác
+ Tín hiệu vào và ra còn có thêm thông tin.
*Ưu nhược điểm của PLC
+ Chuẩn bị vào hoạt động nhanh: Thiết kế kiểu module cho phép thích nghi
nhanh với mọi chức năng điều khiển. Khi đã được lắp ghép thì PLC sẵn sàng làm
việc ngay. Ngoài ra nó còn được sử dụng lại cho các ứng dụng khác dễ dàng.
+ Độ tin cậy cao: Các linh kiện điện tử có tuổi thọ dài hơn các thiết bị cơ-điện.
Độ tin cậy của PLC ngày càng tăng, bảo dưỡng định kỳ thường không cần thiết
còn với mạch rơle công tắc tơ thì việc bảo dưỡng định kỳ là cần thiết.
5


+ Dễ dàng thay đổi chương trình: Những thay đổi chương trình được tiến hành
đơn giản. Để sửa đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc điều khiển đang được sử
dụng, người vận hành chỉ cần nhập tập lệnh khác, gần như không cần mắc nối lại
dây (tuy nhiên, có thể vẫn phải nối lại nếu cần thiết). Nhờ đó hệ thống rất linh hoạt
và hiệu quả.
+ Đánh giá nhu cầu đơn giản: Khi biết các đầu vào và các đầu ra thì có thể
đánh giá được kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ hay độ dài chương trình. Do đó, có thể
dễ dàng và nhanh chóng lựa chọn PLC phù hợp với các yêu cầu công nghệ đặt
ra.
+ Khả năng tái tạo: Nếu dùng nhiều PLC với quy cách kỹ thuật giống nhau thì

chi phí lao động sẽ giảm thấp hơn nhiều so với bộ điều khiển rơle, đó là do giảm
phần lớn lao động lắp ráp.
+ Tiết kiệm không gian: PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với bộ điều khiển
rơle tương đương.
+ Có tính chất nhiều chức năng: PLC có ưu điểm chính là có thể sử dụng cùng
một thiết bị điều khiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển. Người ta thường
dùng PLC cho các quá trình tự động linh hoạt vì dễ dàng thuận tiện trong tính toán,
so sánh các giá trị tương quan, thay đổi chương trình và thay đổi các thông số.
+ Về giá trị kinh tế: Khi xét về giá trị kinh tế của PLC phải đề cập đến số
lượngđầu ra và đầu vào.
+ Giảm đến 80% số lượng dây nối.
+ Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp .
+ Khả năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho việc sửa chữa được nhanh chóng
và dễ dàng.
+ Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình, khi không
có các yêu cầu thay đổi các đầu vào ra thì không cần phải nâng cấp phần cứng.
+ Giảm thiểu số lượng rơle và timer so với hệ điều khiển cổ điển.
+Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng trong chương trình.
+ Thời gian để một chu trình điều khiển hoàn thành chỉ mất vài ms, điều này
làm tăng tốc độ và năng suất PLC .
+ Chương trình điều khiển có thể được in ra giấy chỉ trong thời gian ngắn
giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống.
+Chức năng lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học.
+ Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
+ Dung lượng chương trình lớn để có thể chứa được nhiều chương trình
phức tạp.
6


+ Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.

+ Dễ dàng kết nối được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, kết
nối mạng Internet, các Modul mở rộng.
+ Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ.
+Giá bán cạnh tranh.

Đặc trưng của tất cả các dòng PLC bất kì là khả năng có thể lập trình được,
chỉ số IP ở dải quy định cho phép PLC hoạt động trong môi trường khắc nghiệt
công nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế
và hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay
mở rộng số lượng đầu vào nhập và đầu ra xuất được đáp ứng tuỳ nghi trong khả
năng trên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế
phần điều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tự động.
Một số hạn chế của PLC như sau:
Cần thời gian đào tạo, xây dựng nguồn nhân lực có năng lực điều hành, quản
lý, sử dụng PLC.
Bố trí lại nguồn nhân lực, xây dựng lại hệ thống quản lý, ghi chép…
Ứng dụng vai trò của PLC trong công nghiệp và tự động hóa
Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều
lĩnh vực khác nhau trong tự động hóa công nghiệp như:
– Hệ thống nâng vận chuyển.
– Dây chuyền đóng gói.
– Các robot lắp giáp sản phẩm .
– Điều khiển bơm.
7


– Dây chuyền xử lý hoá học.
– Công nghệ sản xuất giấy .
– Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh.
– Sản xuất xi măng.

– Công nghệ chế biến thực phẩm.
– Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn.
– Dây chuyền lắp giáp Tivi.
– Điều khiển hệ thống đèn giao thông.
– Quản lý tự động bãi đậu xe.
– Hệ thống báo động.
– Dây chuyền may công nghiệp.
– Điều khiển thang máy.
– Dây chuyền sản xuất xe ôtô.
– Sản xuất vi mạch.
– Kiểm tra quá trình sản xuất .

Hiện nay, nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất
nước. Vì vậy, việc tự động hóa sản xuất đóng vai trò rất quan trọng, nó giúp tăng
cao nâng suất, độ chính xác và hiệu quả làm việc. Bên cạnh các máy móc, cơ khí
tự động hóa thì các bộ điều khiển, cáp lập trình PLC cũng là một yếu tố không thể
thiếu.
Khả năng của PLC
PLC là thiết bị điều khiển đa chức năng, được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp để điều khiển hệ thống theo một chương trình dược viết bởi người sử dụng
để vận hành máy móc. Do tính năng có thể hoạt động theo chương trình nên PLC
có thể ứng dụng để điều khiển rất nhiều loại máy móc khác nhau trong công
nghiệp. Ta chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển ban đầu và kết nối thì đã có thể
dùng chính PLC đó để điều khiển thiết bị hoặc máy móc.
Nếu ta muốn thay đổi quy luật hoạt động của thiết bị, máy móc hoặc hệ
thống sản xuất ta chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển trong PLC. PLC có thể
8


điều khiển được các máy móc thiết bị đơn giản: máy bơm, máy khoan, máy cắt,...

đên những hệ thống phức tạp như: hệ thống chuyển mạch tự động, dây chuyển sản
xuất, băng tải, thang máy,... Tùy vào đối tượng mà ta có thể viết chương trình để
điều khiển nó theo đúng mục đích sử dụng.
Câu 2. Lập trình PLC ứng dụng cho trường hợp sau bằng các ngôn ngữ
S7 - 300 của Siemens: Đề 6 Xác định hàm lô gic, lập trình điều khiển bằng
LAD
Ứng dụng: Trong công nghiệp ta cần điều khiển xe cấp phôi điều khiển tự động
AGV (Automated Guided Vehicle) trong các phân xưởng. Đơn giản là ta cần điều
khiển Xe C giữa hai điểm A và B. Các điểm này được chỉ thị bới các các công tắc
mini M1 và M2. Xe được điều khiển bằng hai nút ấn P1 và P2. Ban đầu xe dừng
tại điểm A, công tắc mini M1 được bật và xe sẽ đứng yên cho tới khi nào nút P1
được ấn. Khi đó đầu ra Z1 được kích hoạt và động cơ của xe được bật lên, xe bắt
đầu chuyển động hướng đến điểm B. Chuyển động này sẽ tiếp tục ngay cả khi P1
hay P2 được ấn. Khi xe đạt đến điểm B, nó làm bật công tắc mini M2. Công tắc
M2 bật làm cho đầu ra Z2 được kích hoạt và ngắt đầu ra Z1. Xe bắt đầu chuyển
động theo chiều ngược lại từ B đến A. Trong quá trình chuyển động nếu ta ấn nút
P2, xe sẽ đảo chiều chuyển động và lại chuyển động theo hướng đến B. Như vậy là
đầu ra Z2 được ngắt và đầu ra Z1 được kích hoạt. Nếu P2 không được bấm, xe tiếp
tục đi vế đến điểm A và sẽ dừng khi công tắc mini M1 được bật.

Với tín hiệu vào:

Tên
Nút bấm P1
Nút bấm P2
Công tắc M1
Công tắc M2

Kiểu dữ liệu
Bool

Bool
Bool
Bool

Địa chỉ
I1.1
I1.2
I0.1
I0.2
9


Với tín hiệu ra:

Tên
Đầu ra Z1
Đầu ra Z2

Kiểu dữ liệu
Bool
Bool

Địa chỉ
Q0.1
Q0.2

Xây dựng chương trình LAD trên S7-300

10

KẾT LUẬN
Ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất là điều rất quan trọng để quyết
định đến hiệu quả và đánh giá nền sản xuất của một nhà máy, công ty.
Để phát triển ngành cơ khí với tính chất đột phát, nhằm thỏa mãn những yêu
cầu ngày càng cao của công nghiệp hóa, hiện đại hóa, bên cạnh việc thay đổi cơ
cấu tổ chức quản lý nhằm tạo ra sự liên kết hợp lý và hiệu quả, đầu tư theo chiều
sâu, tạo khả năng chuyên môn hóa cao… yếu tố con người công nghiệp với trình
độ tư duy sâu sắc, nhạy bén và một tác phong công nghiệp, kỷ luật công nghiệp
cao đóng một vai trò quyết định.
Việc nghiên cứu thiết kế các hệ thống điều khiển PLC trong công nghiệp trở
thành vấn đề cấp bách hiện nay. Khẳng định vai trò quan trọng của công nghệ tự
động trong chiến lược công nghiệp hóa – hiện đại hóa nên kinh tế đất nước là một
việc hết sức có ý nghĩa, tạo khả năng phát triển kinh tế tốc độ cao. Trong nội dung
của tiểu luận này chỉ đề cập đến một phần nhỏ về điều khiển PLC, để tự thiết kế và
làm chủ được thiết kế các hệ thống điều khiển PLC đòi hỏi phải có quá trình tích
lũy kinh nghiệm lâu dài.
Xin chân thành cảm ơn Thầy TS. Nguyễn Trọng Doanh đã tạo điều kiện để
cá nhân em được nghiên cứu và hoàn thiện tiểu luận này.
Hà Nội, ngày 08 tháng 10 năm 2018
Học viên

11