Giáo trình PLC cơ bản: Phần 1

Giáo trình : PLC cơ bản

Lời nói đầu
PLC : Programmable Logic Control.
Là thiết bị Logic lập trình được, cho phép thực hiện các phép toán logic
thông qua ngôn ngữ lập trình. Thành phần cơ bản của các PLC S7 200 là khối vi
xử lý trung tâm, khối VXL này điều khiển các ứng dụng thông qua các modul (
modul có sẵn và các module mở rộng).
Chính những đặc điểm này cộng với khả năng làm việc trong môi trường
công nghiệp và tính tin cậy cao nên ngày nay PLC được ứng dụng rất nhiều trong
hầu hết các ngành công nghiệp: Điều khiển nhiệt độ lò nung, điều khiển băng
tải, các trạm trộn, thang máy..
Do tính ứng dụng cao của PLC nên ngày nay tất cả các ngành tự động hoá
nói riêng và ngành điện - điện tử nói chung trong tất các các trường đều đưa PLC
vào trong chương trình đào tạo của mình nhằm giúp cho sinh viên có thêm có
hội tiếp cận với công nghệ mới, đồng thời tăng khả năng làm việc của sinh viên.
Nội dụng chính của tài liệu bao gồm 6 chương:
Chương 1: Đại cương về điều khiển lập trình
Chương 2: Các phép toán nhị phân của PLC
Chương 3: Các phép toán số của PLC
Chương 4: Xử lý tín hiệu Analog
Chương 5: PLC của các hãng khác
Chương 6: Lắp đặt mô hình điều khiển bằng PLC
Biên soạn

Khoa Điện - Điện tử

1

Trường Cao đẳng nghề Nam Định

Giáo trình : PLC cơ bản
Chương 1: Đại cương về điều khiển lập trình
Bài 1.1: Tổng quát về điều khiển lập trình

I. Điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình
Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC: Programmable Logic Control) là
loại thiết b cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua
một ngôn ngữ lập trình.
Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho nó các thao tác
máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có khả năng thay thế hoàn
toàn cho các phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle (loại thiết bị phức
tạp và cồng kềnh)
PLC có khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập
trình, trên các lệnh logic cơ bản: khả năng định thời, đếm, giải quyết các vấn đề
toán học và công nghệ, khả năng tạo lập, gởi đi, tiếp nhận những tín hiệu nhằm
mục đích kiểm soát sự kích hoạt hoặc đình chỉ những chức năng của máy hoặc
một dây chuyền công nghệ.

Hỡnh 1.1 Hỡnh daùng thửùc teỏ PLC

Như vậy những đặc điểm làm cho PLC có tính năng ưu việt và thích hợp
trong môi trường công nghiệp:
Khả năng kháng nhiễu rất tốt.
Cấu trúc dạng module rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo
nâng cấp...
Có những modul chuyên dụng để thực hiện những chức năng đặc biệt hay
những modul truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc mạng
Internet...
Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để

xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động .
Yêu cầu của người lập trình không cần giỏi về kiến thức điện tử mà chỉ
Khoa Điện - Điện tử

2

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Gi¸o tr×nh : PLC c¬ b¶n
cÇn n¾m v÷ng c«ng nghƯ s¶n xt vµ biÕt chän thiÕt bÞ thÝch hỵp lµ cã thĨ lËp
tr×nh ®­ỵc.
• Thc vµo hƯ s¶n xt linh ho¹t do tÝnh thay ®ỉi ®­ỵc ch­¬ng tr×nh hc
thay ®ỉi trùc tiÕp c¸c th«ng sè mµ kh«ng cÇn thay ®ỉi l¹i c¸ch nèi d©y.

Hình 1.2. Kết nối cơ bản cho PLC

Nh­ vËy, víi ch­¬ng tr×nh ®iỊu
khiĨn cđa PLC, PLC trë thµnh bé
®iỊu khiĨn sè nhá gän, dƠ thay ®ỉi
tht to¸n vµ ®Ỉc biƯt dƠ trao ®ỉi
th«ng tin víi m«i tr­êng xung quanh
(víi c¸c PL kh¸c hc víi m¸y tÝnh).
Toµn bé ch­¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn
®­ỵc l­u nhí trong bé nhí PLC d­íi
d¹ng c¸c khèi ch­¬ng tr×nh (khèi
OB, FC hc FB) vµ thùc hiƯn lỈp
Hình 1.3. Hệ thống điều khiển PLC
theo chu kú cđa vßng qt.
§Ĩ cã thĨ thùc hiƯn ®­ỵc mét ch­¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn, tÊt nhiªn PLC ph¶i

cã tÝnh n¨ng nh­ mét m¸y tÝnh, nghÜa lµ ph¶i cã mét bé vi xư lý (CPU), mét hƯ
®iỊu hµnh, bé nhí ®Ĩ l­u ch­¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn, d÷ liƯu vµ c¸c cỉng vµo/ra ®Ĩ
giao tiÕp víi ®èi t­ỵng ®iỊu khiĨn vµ trao ®ỉi th«ng tin víi m«i tr­êng xung
quanh. Bªn c¹nh ®ã, nh»m phơc vơ bµi to¸n ®iỊu khiĨn sè, PLC cßn cÇn ph¶i cã
Khoa §iƯn - §iƯn tư

3

Tr­êng Cao ®¼ng nghỊ Nam §Þnh


Giáo trình : PLC cơ bản
thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ định thời
(Timer) . ,. và những khối hàm chuyên dụng.

Hỡnh 1.4. Heọ thoỏng ủieu khieồn duứng PLC

II. So sánh PLC với các thiết bị điều khiển thông thường khác
1. Hệ thống điều khiển rơ le( truyền thống)
Khi hình thành PLC, đó là sự bắt đầu cuộc cách mạng công nghiệp, đặc biệt
vào những năm 1960 & 1970, những máy móc tự động được điều khiển bằng
những rơ le cơ điện. Những rơ le này được lắp đặt cố định bên trong bảng
điều khiển. Trong một vài trường hợp, bảng điều khiển rộng chiếm không gian.
Mọi kết nối ở ngõ rơ le phải được thực hiện dẫn đến đi dây điện thường
không hoàn hảo, nó phải mất nhiều thời gian vì những rắc rối hệ thống và đây là
vấn đề rất tốn thời gian đối với nhà sử dụng. Hơn nữa, các rờ le bị hạn chế về
tiếp điểm. Nếu khi có yêu cầu hiệu chỉnh hay cải tiến thì máy phải ngừng hoạt
động, không gian lắp đặt bị giới hạn, và nối dây phải được làm để phù hợp những
thay đổi của công nghệ.
Bảng điều khiển chỉ có thể được sử dụng cho những quá trình riêng biệt nào

đó không đòi hỏi thay đổi ngay thành hệ thống mới. Trong quá trình bảo trì, các
Khoa Điện - Điện tử

4

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản
kỹ thuật viên phải được huấn luyện tốt và giỏi trong việc giải quyết những sự cố
của hệ thống điều khiển. Nói tóm lại, bảng điều khiển rờ le cổ điển là rất kém
linh hoạt và không thể thay thế được.
*Nhược điểm của hệ thống 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 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 gốc không còn nguyên vẹn qua thời gian nhiều năm.
2. Hệ thống điều khiển bằng vi sử lý
Là cách dùng hệ thống điều khiển thông qua bộ vi sử lý và viết chương
trình để hướng dẫn bộ vi sử lý đáp ứng với mỗi tín hiệu đầu vào.
Do đó bằng cách thay đổi lệnh thì có thể sử dụng cùng 1 vi sử lý để điều
khiển nhiều tình huống khác nhau
3. Thiết bị điều khiển lập trình
- Được dựa vào bộ vi sử lý và sử dụng bộ nhớ chương trình để lưu các lệnh
và thực hiện các chức năng như phép toán lôgic, định giờ, đếm, thuật toán. . .
- Với sự xuất hiện của bộ điều khiển khả lập trình, những quan điểm và

thiết kế điều khiển tiến bộ to lớn. Có nhiều ích lợi trong việc sử dụng bộ điều
khiển lập trình.
- Cùng với sự phát triển của phần cứng và phần mềm, PLC ngày càng tăng
được các tính năng cũng như lợi ích của nó trong hoạt động công nghiệp.
- Điện năng tiêu thụ giảm đáng kể vì PLC tiêu thụ ít điện năng. Chức năng
tự chẩn đoán của PLC cho phép sửa chữa dễ dàng và nhanh chóng nhờ tính năng
giám sát giữa người và máy (HMI).
- Kích thước của PLC hiện nay được thu nhỏ nhưng bộ nhớ và số lượng I/O
càng nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải
quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ thống. Chỉ cần lắp đặt một
lần (đối với sơ đồ hệ thống, các đường nối dây, các tín hiệu ở ngõ vào/ra . . .), mà
không phải thay đổi kết cấu của hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi
phải thay đổi lắp đặt, đổi thứ tự điều khiển (đối với hệ thống điều khiển Relay),
- Khả năng chuyển đổi hệ điều khiển cao hơn (như giao tiếp giữa các PLC
để truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau),
- Hệ thống được điều khiển linh hoạt hơn. Độ tin cậy cao vì PLC được thiết
Khoa Điện - Điện tử

5

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản
kế đặc biệt để hoạt động trong môi trường công nghiệp. Một PLC có thể được
lắp đặt ở những nơi có độ nhiễu điện cao (Electrical Noise), vùng có từ truờng
mạnh, có các chấn động cơ khí, nhiệt độ và độ ẩm môi trường cao. . . Khả năng
quyền lực mà PLC thực hiện được đó là sự phối hợp giữa các thiết điều khiển,
giám sát và truyền thông tạo ra một mạng sản xuất toàn cầu: giám sát, điều khiển
và thu thập dữ liệu (SCADA).

- PLC có thể sử dụng cùng 1 thiết bị điều khiển cơ bản cho cả 1 hệ thống
điều khiển. Để sửa đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc đang được sử dụng
người ta chỉ cần nhập 1 tập lệnh khác mà không cần mắc nối lại dây, nhờ đó hệ
thống linh hoạt và hiệu quả.

Khoa Điện - Điện tử

6

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Gi¸o tr×nh : PLC c¬ b¶n
Bµi 1.2: CÊu tróc phÇn cøng cđa PLC

Hình 1.5. Hệ thống cấu trúc phần cứng PLC

1. §¬n vÞ xư lý trung t©m (CPU Central Procesing Unit)
Th­êng trong mçi PLC cã mét ®¬n vÞ xư lý trung t©m, ngoµi ra cßn cã mét
sè lo¹i lín cã tíi hai ®¬n vÞ xư lý trung t©m dïng ®Ĩ thùc hiƯn nh÷ng chøc n¨ng
®iỊu khiĨn phøc t¹p vµ quan träng gäi lµ hot standby hay redundant.
* §¬n vÞ xư lý "mét -bit": ThÝch hỵp cho nh÷ng øng dơng nhá, chØ ®¬n
thn lµ logic ON/OFF, thêi gian xư lý dµi, nh­ng kÕt cÊu ®¬n gi¶n nªn gi¸
thµnh h¹ vÉn ®­ỵc thÞ tr­êng chÊp nhËn.
* §¬n vÞ xư lý "tõ - ng÷":
• Xư lý nhanh c¸c th«ng tin sè, v¨n b¶n, phÐp tÝnh, ®o l­êng, ®¸nh gi¸, kiĨm
tra.
• CÊu tróc phÇn cøng phøc t¹p h¬n nhiỊu.
Khoa §iƯn - §iƯn tư

7

Tr­êng Cao ®¼ng nghỊ Nam §Þnh


Giáo trình : PLC cơ bản
Giá thành cao.
- Nguyên lý hoạt động:
+ Thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình gọi tuần tự (do đã được điều
khiển và kiểm soát bởi bộ đếm chương trình do đơn vị xử lý trung tâm khống
chế).
+ Bộ xử lý liên kết các tín hiệu (dữ liệu) đơn lẻ (theo một quy định nào đó do thuật toán điều khiển) rút ra kết quả là các lệnh cho đầu ra.
+ Sự thao tác tuần tự của chương trình đi qua một chu trình đầy đủ rồi sau
đó lại bắt đầu lại từ đầu thời gian đó gọi là "thời gian quét".
+ Đo thời gian mà bộ xử lý xử lý 1 Kbyte chương trình để làm chỉ tiêu đánh
giá giữa các PLC! Như vậy bộ vi xử lý quyết định khả năng và chức năng của
PLC.
Bộ xử lý một - bit
Xử lý trực tiếp các tín hiệu đầu vào (địa
chỉ đơn).
Cung cấp lệnh nhỏ hơn, thông thường
chỉ là một quyết định có/ không.
Ngôn ngữ đầu vào đơn giản, không cần
kiến thức tính toán
Khả năng hạn chế trong việc xử lý dữ
liệu số (không có chức năng toán học
và logic).
Chương trình thực hiện liên tiếp, không
bị gián đoạn, thời gian của chu trình
tương đối dài.

Chỉ phối được với máy tính đơn giản.

Bộ xử lý từ - ngữ
Các tín hiệu vào/ra chỉ có thể được địa
chỉ hoá thông qua từ ngữ.
Cung cấp tập lệnh lớn hơn, đòi hỏi phải
có những kiến thức về vi tính.
Ngôn ngữ đầu vào phức tạp dùng cho
việc cung cấp lệnh lớn.
Thu thập và xử lý dữ liệu số.

Các quá trình thời gian tới hạn được
địa chỉ hoá qua các lệnh gián đoạn
hoặc chuyển đổi điều khiển khẩn cấp.
Phối ghép với máy tính hoặc hệ thống
các máy tính.
Khả năng xử lý các tín hiệu tương tự Xử lý tín hiệu tương tự ở cả đầu vào
bị hạn chế.
và đầu ra.
2. Bộ nhớ: Bao gồm cả RAM, ROM, EEPROM
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.

Khoa Điện - Điện tử

8

Trường Cao đẳng nghề Nam Định

Giáo trình : PLC cơ bản
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
đầu 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 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, 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 chỗ 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 hoăùc 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 ữ1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ
chế tạo .

- Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ữ 16K, có khả năng chứa từ 2000 16000 dòng lệnh.
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM , EPROM.
3. Khối vào/ra
Hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC: 5VDC, 15VDC (điện áp cho họ
TTL & CMOS). Trong khi đó tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơn.
khoảng 24VDC đến 240VDC hay 110VAC đến 220VAC với dòng lớn.
Khối giao tiếp vào ra có vai trò giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC với
mạch công suất bên ngoài. Thực hiện chuyển mức điện áp tín hiệu và cách ly
bằng mạch cách ly quang (Opto-isolator) trên các khối vào ra. Cho phép tín hiệu

Khoa Điện - Điện tử

9

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản
nhỏ đi qua và ghim các tín hiệu có mức cao xuống mức tín hiệu chuẩn. Tác dụng
chống nhiễu tốt khi chuyển công tắc bảo vệ quá áp từ nguồn cung cấp điện lên
đến điện áp 1500V.
Ngõ vào: nhận trực tiếp tín hiệu từ cảm biến.
Ngõ ra: là các transistor, rơle hay triac vật lý.
4. Thiết bị lập trình
Có 2 loại thiết bị có thể lập trình được đó là
- Các thiết bị chuyên dụng đối với từng nhóm PLC của hãng tương ứng.
- Máy tính có cài đặt phần mềm là công cụ lý tưởng nhất.
5. 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 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 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- 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.
6. Modul quản lý việc phối ghép
Dùng để phối ghép bộ PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị
lập trình, bảng vận hành và mạng truyền thông công nghiệp.
7. Bài tập: Khảo sát phần cứng của PLC

Khoa Điện - Điện tử

10

Trường Cao đẳng nghề Nam Định

Giáo trình : PLC cơ bản
Bài 1.3: Thiết bị điều khiển lập trình S7-200
1. Địa chỉ các đầu vào đầu ra
Số byte

XXX.X
I: Đầu vào (Ngõ vào)

Số bít

Q: Đầu ra ( Ngõ ra)

Địa chỉ đầu vào

Địa chỉ đầu ra

2. Phần chữ chỉ vị trí và kích thước ô nhớ
Để truy cập một bit trong một vùng bộ nhớ, ta phải định rõ địa chỉ, cái mà
bao gồm việc nhận biết vùng bộ nhớ, địa chỉ byte và số bit.
Hình vẽ biểu diễn một ví dụ về việc truy cập một bit (điều này có thể được
gọi là địa chỉ byte.bit). Trong ví dụ này, vùng bộ nhớ và địa chỉ byte (I = đầu

Khoa Điện - Điện tử

11

Trường Cao đẳng nghề Nam Định

Giáo trình : PLC cơ bản
vào, và 3 = byte 3) là tiếp theo bởi một dấu chấm (.) để phân biệt địa chỉ bit
(bit 4).

Truy cập một bit của dữ liệu trong bộ nhớ CPU (Địa chỉ byte.bit)
Ta có thể truy cập trong các vùng bộ nhớ CPU bất kỳ (V, I, Q, M, S, L và
SM) như các byte, từ, từ kép bằng việc sử dụng định dạng địa chỉ byte. Để truy
cập một byte, từ hoặc từ kép của dữ liệu trong bộ nhớ CPU, bạn phải xác định
địa chỉ trong một cách tương tự để xác đinh địa chỉ cho một bit. Vấn đề này bao
gồm một vùng nhân biết, xác định cỡ dữ liệu và địa chỉ byte bắt đầu của giá trị
byte, từ hoặc từ kép, như minh họa trong. Dữ liệu trong các vùng bộ nhớ CPU
khác (như là T, C, HC và các thanh tổng) là được truy cập bởi việc sử dụng một
định dạng địa chỉ bao gồm một vùng nhận biết và một số thiết bị.

Khoa Điện - Điện tử

12

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản

So sánh byte, từ và từ kép truy cập tới địa chỉ tương tự.
3. Phần số chỉ địa chỉ của byte hoặc bít
Bảng minh họa phạm vi của giá trị số nguyên có thể được miêu tả bởi các
cỡ khác nhau của dữ liệu. Các giá trị số thực là được truy cập trong các độ dài từ
kép.
Bảng: Xác định cỡ dữ liệu và các phạm vi số nguyên được kết hợp.
Cỡ dữ liệu

Phạm vi số nguyên không dấu
Cơ số 10
Cơ số 16

B (Byte)
0 đến 255
0 đến FF
Giá trị 8 bit
W (Từ)
0 đến 65 535
0 đến FFFF
Giá trị 16 bit
D (Từ kép- 0
đến 0 đến FFFF FFFF
4,294,967,295
Dword)
Giá trị 32 bit

Phạm vi số nguyên có dấu
Cơ số 10
Cơ số 16
128 đến 127
32,768
32,767
-

80 đến 7F

đến 8000 đến 7FFF

2,147,483,648 8000 0000

đến
2,147,483,647

đến
7FFF FFFF

4. Cấu trúc bộ nhớ S7-200

a Phân chia bộ nhớ
Bộ nhớ của S7-200 được chia thành 4 vùng có một tụ điện làm nhiệm vụ
duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7200 có tính năng động cao, có thể đọc ghi được trong toàn vùng, ngoại trừ các
bit nhớ đặc biệt SM (Special memory) chỉ có thể truy nhập để đọc. Hình vẽ 6.4
Khoa Điện - Điện tử

13

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản
mô tả bộ nhớ trong và ngoài của PLC, bao gồm:
- Vùng chương trình: miền bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ các lệnh
chương trình.
- Vùng tham số: miền lưu trữ các tham số như từ khóa, địa chỉ trạm,. .
cũng giống như vùng chương trình.

Hình 1.5. Phân chia bộ nhớ của S7-200

- Vùng dữ liệu: được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm
các kết quả các phép tính, bộ đệm truyền thông. . .
- Vùng đối tượng: Timer, counter, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra
tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng.
Vùng nhớ dữ liệu và vùng nhớ đối tượng có ý nghĩa quan trọng trong việc
thực hiện một chương trình.
b. Vùng dữ liệu.
Vùng dữ liệu là một miền nhớ động. Nó có thể được truy cập theo từng bit,
từng byte, từng từ đơn, hoặc theo từng từ kép và được sử dụng làm miền lưu trữ
dữ liệu cho các thuật toán, hàm truyền thông, lập bảng, hàm dịch chuyển, xoay
vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ,. . .
Ghi các dữ liệu kiểu bảng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu này thường chỉ
được sử dụng theo những mục đích nhất định.
Vùng dữ liệu lại được chia thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng
khác nhau.
Chúng được ký hiệu bằng các chữ cái đầu của tên tiếng Anh, đặc trưng cho
công dụng riêng của chúng như sau:
- V: Variable memory
- I: Input image register
- O: Output image register
- M: Internal memory bits
Khoa Điện - Điện tử

14

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản
- SM: Special memory bits

c. Vùng đối tượng.
Vùng đối tượng được sử dụng để lưu trữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình
như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm Counter, bộ định thời Timer.
Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các Timer, Counter, các bộ đếm tốc độ cao, bộ
đệm vào/ra tương tự và các thanh ghi Accumulator(AC).
Kiểu dữ liệu đối tượng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu đối tượng chỉ
được ghi theo mục đích cần sử dụng đối tượng đó.
Bảng đặc điểm và giới hạn vùng nhớ của CPU S7 22x.

5. Bài tập
- Khảo sát các địa chỉ PLC, so sánh gữa các CPU221 và CPU 224
Khoa Điện - Điện tử

15

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản
Bài 1.4: Xử lý chương trình
1. Vòng quét chương trình
- Trong suốt quá trình hoạt động, CPU đọc hoặc quét (scan) dữ liệu hoặc
trạng thái của các thiết bị ngoại vi thông qua đầu vào, sau đó thực hiện các
chương trình trong bộ nhớ như sau:
+ Từ bộ đệm chương trình sẽ nhận lệnh từ bộ nhớ chương trình đưa ra thanh
ghi lệnh để thi hành. Chương trình ở dạng STL (Statement List Dạng lệnh liệt
kê) hay ở dạng LADDER (dạng hình thang) sẽ được dịch ra ngôn ngữ máy cất
trong bộ nhớ chương trình.
+ Sau khi thực hiện xong chương trình,
+ Truyền thông nội bộ và kiểm lỗi

+ CPU sẽ gửi hoặc cập nhật tín hiệu tới các thiết bị, được điều khiển thông
qua môđun xuất.
- Một chu kỳ vòng quét gồm đọc tín hiệu ở đầu vào, thực hiện chương trình,
truyền thông nội bộ, tự kiểm tra lỗi và gởi cập nhật tín hiệu ở đầu ra được gọi là
một chu kỳ quét. Như vậy tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thì lệnh không xử
lý trực tiếp với cổng vào ra mà sẽ xử lý thông qua bộ nhớ đệm. Nếu có sử dụng
chương trình xử lý ngắt hoặc chương trình con tương ứng với từng tín hiệu ngắt
sẽ được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận chương trình.

(I)
(V)

(IV)

(II)

(III)

Hình 1.6. Vòng quét chương trình PLC

Chương trình ngắt chỉ thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu ngắt
và có thể xảy ra ở bất kì điểm nào trong vòng quét. Chu kỳ quét một vòng của
PLC được mô tả như hình vẽ. Thực tế khi PLC thực hiện chương trình (Program
Execution), PLC khi cập nhật tín hệ ngõ vào (ON/OFF), các tín hiệu này không
được truy xuất tức thời để đưa ra (Update) ở đầu ra mà quá trình cập nhật tín
hiệu ở đầu ra (ON/OFF) phải theo hai bước: khi xử lý thực hiện chương trình, vi
Khoa Điện - Điện tử

16

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản
xử lý sẽ chuyển đổi các mức logic tương ứng ở đầu ra trong chương trình nội
(đã được lập trình), các mức logic này sẽ chuyển đổi ON/OFF.Tuy nhiên lúc này
các tín hiệu ở đầu ra thật (tức tín hiệu được đưa ra tại Module out) vẫn chưa
được đưa ra. Khi xử lý kết thúc chương trình xử lý, việc chuyển đổi các mức
logic (của các tiếp điểm) đã hoàn thành thì việc cập nhật các tín hiệu ở đầu ra
mới thực sự tác động lên ngõ ra để điều khiển các thiết bị ở đầu ra.
Thường việc thực thi một vòng quét xảy ra với thời gian rất ngắn, một vòng
quét đơn (single scan) có thời gian thực hiện một vòng quét từ 1ms tới 100ms.
Việc thực hiện một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào tốc độ xử lý
lệnh, độ dài của chương trình và cả mức độ giao tiếp giữa PLC với các thiết bị
ngoại vi (màn hình hiển thị. . .).
- Vi xử lý chỉ có đọc được tín hiệu ở đầu vào chỉ khi nào tín hiệu này tác
động với khoảng thời gian lớn hơn một chu kỳ quét. Nếu thời gian tác động ở
đầu vào nhỏ hơn một chu kỳ quét thì vi xử lý xem như không có tín hiệu này.
Tuy nhiên trong thực tế sản xuất, thường các hệ thống chấp hành là các hệ thống
cơ khí nên tốc độ quét như trên có thể đáp ứng được các chức năng của dây
chuyền sản xuất. Để khắc phục khoảng thời gian quét dài, ảnh hưởng đến chu
trình sản xuất, các nhà thiết kế còn thiết kế hệ thống PLC cập nhật tức thời,dùng
bộ đếm tốc độ cao (High Speed Counter) các hệ thống này thường được áp dụng
cho các PLC lớn có số lượng I/O nhiều, truy cập và xử lý lượng thông tin lớn.
2. Cấu trúc chương trình S7-200
Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính
(Main program) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý
ngắt.
Chương
trình chính được

kết thúc bằng
lệnh kết thúc
chương
trình
(MEND).
Chương
trình con là một
bộ phận của
chương
trình,
các chương trình
phải được viết
sau lệnh kết thúc
Khoa Điện - Điện tử

17

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản
chương trình đó là lệnh MEND.
Các chương trình xử lý ngắt cũng là một bộ phận của chương trình. Nếu cần
sử dụng phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính (MEND).
Các chương trình được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình
chính, sau đó đến các chương trình xử lý ngắt. Cũng có thể do trộn lẫn các
chương trình con và chương trình xử lý ngắt ở sau chương trình chính
3. Phương pháp lập trình
Lập trình cho S7 - 200 và các PLC khác của hãng Siemens dựa trên 3
phương pháp cơ bản:

Phương pháp hình thang (Ladder logic _ LAD).
Phương pháp khối hàm (Function Block Diagram _ FBD).
Phương pháp liệt kê câu lệnh (Statement List _ STL).
Chương này sẽ giới thiệu các thành phần cơ bản của ba phương pháp và
cách sử dụng chúng trong lập trình.
Nếu chương trình được viết theo ngôn ngữ LAD (hoặc FBD) thì có thể
chưyển sang ngôn ngữ STL hay FBD (hoặc LAD) tương ứng. Nhưng không phải
bất cứ chương trình viết theo STL nào cũng chuyển sang ngôn ngữ LAD hay
FBD được. Bộ tập lênh STL được trình bày trong tài liệu này đều có một chức
năng như các tiếp điểm, cuộn dây, các hộp (trong LAD) hay IC số trong FBD.
Những lệnh này phải phối hợp được trạng thái các tiếp điểm để quyết định
về giá trị trạng thái đầu ra hoặc giá trị logic cho phép hoặc không cho phép thực
chức năng của một (hay nhiều) cuộn dây hoặc hộp. Trong lập trình lôgic thường
hay sử dụng hai ngôn ngữ LAD và STL vì nó gần gũi hơn đối với chuyên ngành
điện. Sau đây là những định nghĩa cần phải nắm khi bắt tay vào thiết kế một
chương trình:
a. Định nghĩa về LAD: LAD là ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa.
Nhữnh thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với những thành
phần cơ bản dùng trong bảng mạch rơle.
+ Tiếp điểm có hai loại: Thường đóng
Thường hở
+ Cuộn dây (coil):
+ Hộp (box): Mô tả các
hàm khác nhau, nó làm việc khi
có tín hiệu đưa đến hộp. Có các
nhóm hộp sau: hộp các bộ định
thời, hộp các bộ đếm, hộp di
Khoa Điện - Điện tử

18

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản
chuyển dữ liệu, hộp các hàm toán học, hộp trong truyền thông mạng...
+ Mạng LAD: Là mạch nối các phần tử thành một mạng hoàn thiện, các
phần tử như cuộn dây hoặc các hộp phải được mắc đúng chiều. Nguồn điện có
hai đường chính, một đường bên trái thể hiện dây nóng, một đường bên phải là
dây trung tính (neutral) nhưng không được thể hiện trên giao diện lập trình. Một
mạch làm việc được khi các phần tử được mắc đúng chiều và kín mạch.
b. Định nghĩa về STL:
Là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh. Để
tạo ra một chương trình bằng STL, người lập trình cần phải hiểu rõ phương thức
sử dụng 9 bit trong ngăn xếp (stack) logic của S7 200.
Ngăn xếp là một khối 9 bit chồng lên nhau từ S0 - S8, nhưng tất cả các thuật
toán liên quan đến ngăn xếp đều làm việc với bit đầu tiên và bit thứ hai (S0 và
S1) của ngăn xếp. giá trị logic mới có thể được gởi hoặc nối thêm vào ngăn xếp.
Hai bit S0 và S1 phối hợp với nhau thì ngăn xếp được kéo lên một bit.
Ngăn xếp của S7 200 (logic stack):

c. Function Data Block (FDB): lp trình da trên các khi logic c bn
AND, OR

4. Bài tập: Khảo sát các phương pháp lập trình

Khoa Điện - Điện tử

19

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản
Bài 1.5: Kết nối dây giữa PLC và thiết bị ngoại vi
1. Giới thiệu CPU 222
a. Các đèn trạng thái:

Hình 1.7. S7-200 CPU 222

Đèn RUN-màu xanh: Chỉ định PLC ở chế độ làm việc và thực hiện
chương trình đã được nạp vào bộ nhớ chương trình.
Đèn STOP-màu vàng: Chỉ định PLC ở chế độ STOP, dừng chương trình
đang thực hiện lại (các đầu ra đều ở chế độ off).
Đèn SF-màu đỏ, đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng có nghĩa là lỗi phần cứng
hoặc hệ điều hành. ở đây cần phân biệt rõ lỗi hệ thống với lỗi chương trình người
dùng, khi lỗi chương trình người dùng thì CPU không thể nhận biết được vì trước
khi download xuống CPU, phần mềm lập trình đã làm nhiệm vụ kiểm tra trước
khi dịch sang mã máy.
Đèn Ix.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu vào số.
Khoa Điện - Điện tử

20

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản
Đèn Qx.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu ra số.

b. Port truyền thông
S7-200 sử dụng Port truyền thông nối tiếp: RS 485 protocol, 9 chân sử
dụng cho việc phối ghép với PC, PG, TD200, TD200C, OP, mạng biến tần, mạng
công nghiệp.
Tốc độ truyền - nhận dữ liệu theo kiểu PPI ở tốc độ chuẩn là 9600 baud.
Tốc độ truyền - nhận dữ liệu theo kiểu Freeport là 300 - 38400 baud.
c. Công tắc chọn chế độ:
Công tắc chọn chế độ RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi
chương trình gặp lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC sẽ tự động chuyển sang chế
độ STOP mặc dù công tắc vẫn ở chế độ RUN (nên quan sát đèn trạng thái).
Công tắc chọn chế độ STOP: Khi chuyển sang chế độ STOP, dừng cưỡng
bức chương trình đang chạy, các tín hiệu ra lúc này đều về off.
Công tắc chọn chế độ TERM: cho phép người vận hành chọn một trong
hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài ra ở chế độ này được dùng để download
chương trình người dùng.
d. Vít chỉnh định tương tự:
Mỗi CPU có từ 1 đến 2 vít chỉnh định tương tự, có thể xoay được một góc
0
270 , dùng để thay đổi giá trị của biến sử dụng trong chương trình.
e. Pin và nguồn nuôi bộ nhớ:
Sử dụng tụ vạn năng và pin. Khi năng lượng của tụ bị cạn kiệt PLC sẽ tự
động chuyển sang sử dụng năng lượng từ pin.
f. Giao tiếp với thiết bị ngoại vi:
- Thiết bị lập trình loại PGxx (bàn lập trình cầm tay) được trang bị sẵn phần
mềm lập trình, chỉ lập trình được với ngôn ngữ STL.
- Máy tính PC: Hệ điều hành Win 98/2000/NT4.x/XP/. . . Trên đó có cài
đặt phần mềm Step7 Micro/Win 32 hoặc Step7 Micro/Dos. Hiện nay hầu hết sử
dụng Step7 Mcro/Win 32 version 3.0, 3.2, 4.0, 5.0.. . cho phép người lập trình
Khoa Điện - Điện tử

21

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản
có thể xem được giá trị, trạng thái cũng như đồ thị của các biến. Nhưng chỉ sử
dụng được trên máy tính có cài đặt hệ điều hành Window 2000/ WinNT và PLC
loại version mới nhất hiện nay. Sau đây là cách cài đặt và giao tiếp giữa PC-PLC:

2. Kết nối thiết bị ngoại vi
a. 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
- Cấu trúc đầu vào số như hình vẽ :
Tranzitor quang
R1
CT

R2

Mạch
vi xử
lý

D

24V

Diot phát
quang
Hình1.8. Kiểu đầu vào một chiều

Khoa Điện - Điện tử

22

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản
- Đặc điểm đầu vào :
+ Đầu vào được đánh số
+ Đầu vào được tín hiệu hoá
+ Đầu vào được ghép quang, Cách ly vi sử lý trong PLC với thế giới bên
ngoài về điện
+ Đầu vào được chế tạo chuẩn hoá (Dòng đầu vào 5mA - Logic).
b. Đầu ra PLC
Là đầu đưa tín hiệu ra của PLC.
- Đầu ra được đánh số
- Đầu ra được tín hiệu hoá
- Đầu ra được ghép Rơle hoặc ghép quang có tác dụng cách ly CPU trong
PLC với thế giới bên ngoài về điện.
- Đầu ra được chuẩn hoá tương thích với các thiết bị điều khiển khác
- Phân loại đầu ra:
+ Đầu ra ghép Rơle,
+ Đầu ra ghép Transitor có Colector hở
+ Đầu ra ghép Triac

* Loại ngõ ra dùng zơle
Đèn

LED
Q0.0
Mạch vi

24V

xử lý

Cuộn hút

COM

Hình 1.9. Kiểu đầu ra dùng rơle

- Đặc điểm:
+ Đóng cắt cho cả nguồn một chiều và nguồn xoay chiều.
+ Chịu được tần số đóng cắt thấp.

Khoa Điện - Điện tử

23

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản
+ Tuổi thọ thấp, phụ thuộc vào dòng tải đi qua zơle và tần số đóng tiếp

điểm.
+ Imax= 2A.
* Loại ngõ ra dùng Transistor
Đèn

Bộ thu phát quang
(opto coupler)
Q0.0

+
Mạch vi
xử lý

24V

COM

Hình 1.10 Kiểu đầu ra dùng Tranzitor.

- Đặc điểm:
+ Đóng cắt cho nguồn một chiều
+ Chịu được tần số đóng cắt cao
+ Tuổi thọ cao.
+ Imax= 50 mA
* Loại ngõ ra dùng Triac:
Bộ thu phát quang
(opto coupler)
Q0.0

+

Mạch vi
xử lý

24V

COM
Hình 1.11 Kiểu đầu ra dùng Triac

- Đặc điểm:
+ Đóng cắt cho nguồn một chiều và xoay chiều
+ Chịu được tần số đóng cắt cao
Khoa Điện - Điện tử

24

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình : PLC cơ bản
+ Tuổi thọ cao.
+ Imax= 50 - 100 mA
* Bảo vệ đầu ra:
- Bảo vệ bằng Diode khi tải dầu ra là cuộn dây dùng nguồn một chiều

1000
Trong PLC

+

-

COM

- Bảo vệ đầu ra bằng mạch R C khi cuộn dây tải dùng nguồn 1 chiều :
R= Vdc/ IL
( R tối thiểu bằng 10 Om)
C = IL x K
( Với K = 0.5 đến 1uF / A)

Il
Trong PLC

+

R

C

dc
-

- Bảo vệ bằng mạch RC khi đầu ra dùng với nguồn xoay chiều :
Giá trị điện trở R và tụ C được tính theo công thức :
R> 0.5 x Vrmc ( tối thiểu = 10 khi đầu ra dùng nguồn xoay chiều. Và
.
Vrmc là điện áp xoay chiều. )
C = 0.002 đến 0.005uF cho mỗi 10VA của tải cuộn cảm.
Tác dụng của mạch RC dùng để khép mạch dòng điện khi mở tiếp điểm.
Dòng (khép mạch) = 2 x 3.14 x f x C x V~ phải nằm trong giới hạn cho

phép. Bạn cũng có thể sử dụng áp biến trở MOV - Metal Oxide Varistor dùng để
hạn chế xung điện áp. Phải chon loại MOV có điện áp làm việc lớn hơn 20%
điên áp nguồn VAC~
Ví dụ : Cuộn cảm đầu ra sử dụng là 17VA, điện áp là 115VAC,

Dòng cho phép chạy qua tiếp điểm và cuộn cảm là I = 183VA/115V
= 1.59A chon dòng tính toán Itt = 2A.
Khoa Điện - Điện tử

25

Trường Cao đẳng nghề Nam Định