Giáo trình PLC cơ bản - Nghề: Điện công nghiệp - CĐ Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa-Vũng Tàu

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BR – VT
TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ

GIÁO TRÌNH
MÔ ĐUN PLC CƠ BẢN
NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG VÀ TRUNG CẤP
Ban hành kèm theo Quyết định số: 427A /QĐ-CĐN… ngày 01.tháng 09.năm 2005 của
Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề tỉnh BR – VT

Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2015

1


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Mục đích của giáo trình là để phục vụ cho đào tạo chuyên ngành Điện công nghiệp của
trƣờng Cao Đẳng Nghề Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Nội dung của giáo trình đã đƣợc xây
dựng trên cơ sở thƣà kế những nội dung bài giảng đang đƣợc giảng dạy ở nhà trƣờng, kết
hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lƣợng đào tạo, phục vụ
cho đội ngũ giáo viên và học sinh – sinh viên trong nhà trƣờng.
Giáo trình đƣợc biên soạn ngắn gọn đề cập những nội dung cơ bản theo tính chất của các
ngành nghề đào tạo mà nhà trƣờng tự điều chỉnh cho thích hợp và không trái với quy định
của chƣơng trình khung đào tạo của Tổng Cục Dạy Nghề đã ban hành.
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng
nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

2

LỜI GIỚI THIỆU
PLC CƠ BẢN là môn học dành cho sinh viên ngành Điện Công Nghiệp. Nội dung
của giáo trình đƣợc xây dựng trên cơ sở kế thừa những tài liệu đang đƣợc giảng dạy
tại trƣờng, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất
lƣợng phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Giáo trình biên soạn ngắn
gọn, cơ bản tùy theo tính chất của ngành nghề đào tạo mà nhà trƣờng đang tự điều
chỉnhcho phù hợp với xu thế mới. Giáo trình gồm 17 bài, với các nội dung chính:
giới thiệu các mạch điện cơ bản, thiết bị điều khiển; trình bày các phƣơng pháp kết
nối điều khiển hệ thống tự động bằng PLC.
Trong quá trình biên soạn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong nhận đƣợc sự
đóng góp ý kiến từ các thầy cô và các bạn học sinh- sinh viên để hoàn thiện cuốn
sách này.
Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày 30 tháng 8 năm 2015
Tham gia biên soạn

Đào Danh Tài

3


MỤC LỤC

Bài 1: Đại cƣơng về điều khiển lập trình. ............................................................ 13
1. Tổng quát về điều khiển lập trình. ....................................................................... 13
1.1. Điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình. ................................................. 13
1.1.1. Điều khiển kết nối cứng. .......................................................................... 13
1.1.2. Điều khiển logic khả lập trình (PLC). ..................................................... 13
1.2. So sánh PLC với các thiết bị điều khiển thông thƣờng khác. ........................ 14
2. Cấu trúc của một PLC: ......................................................................................... 20

3. Thiết bị điều khiển lập trình S7-200: ................................................................... 20
3.1. Cấu trúc phần cứng: ....................................................................................... 20
3.2. Mô tả đèn báo trạng thái trên S7 – 200, CPU 214 (224): .............................. 21
3.3. Cổng truyền thông:......................................................................................... 21
3.4. Công tắc chọn chế độ của PLC: ..................................................................... 22
3.5. Vùng nhớ:....................................................................................................... 23
3.6. Mở rộng ngõ vào/ ra:...................................................................................... 25
4. Xử lý chƣơng trình: .............................................................................................. 26
4.1. Vòng quét chƣơng trình: ................................................................................ 26
4.2. Cấu trúc chƣơng trình S7 – 200: .................................................................... 27
4.3. Phƣơng pháp lập trình: .................................................................................. 28
5. Kết nối PLC với các thiết bị ngoại vi:................................................................. 29
5.1. Cấp nguồn: ..................................................................................................... 29
5.2. Kết nối thiết bị ngoại vi: ................................................................................ 30
5.3. Kết nối CPU đến thiết bị lập trình: ................................................................ 32
6. Kiểm tra việc nối dây bằng phần mềm: ............................................................... 33
4


7. Cài đặt và sữ dụng phần mềm STEP7-Micro/Win 32: ........................................ 33
7.1. Những yêu cầu đối với máy tính PC: ............................................................. 33
7.2. Cài đặt và sữ dụng phần mềm STEP 7 – Micro/Win 32: .............................. 34
Bài 2: Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha quay 1 chiều: ............................. 36
1. Giao diện của MicroWin 4.0: ............................................................................... 36
2. Soạn thảo: ............................................................................................................. 37
2.1. Khởi động chƣơng trình: ................................................................................ 37
2.2. Soạn thảo chƣơng trình: ................................................................................. 37
2.3. Kiểm tra lỗi: ................................................................................................... 38
2.4. Lƣu chƣơng trình: .......................................................................................... 39
2.5. Thiết lập thông số cho hộp thoại Comunications:(truyền thông) .................. 40

2.6. Thiết lập sự kết nối với S7 – 200: .................................................................. 40
2.7. Dowload chƣơng trình: .................................................................................. 40
2.8. Chạy chƣơng trình: ........................................................................................ 41
2.9. Dừng chƣơng trình: ........................................................................................ 41
3. Lập trình mô phỏng trên máy tính: ...................................................................... 42
4. Các Liên Kết Logic .............................................................................................. 44
4.1. Lệnh vào/ ra và các lệnh tiếp điểm đặc biệt:.................................................. 44
4.2. Load (LD): ..................................................................................................... 44
4.3. Load Not (LDN): .......................................................................................... 44
4.4. Ouput (=): ....................................................................................................... 44
4.5. Lệnh tiếp điểm đặc biệt: ................................................................................. 45
4.6. Một số tiếp điểm trong vùng nhớ đặc biệt: .................................................... 46
5. Các lệnh liên kết logic cơ bản: ............................................................................. 46
5.1. Lệnh AND (A): .............................................................................................. 46
5.2. Lệnh OR (O): ................................................................................................ 48
6. Liên kết các cổng logic cơ bản: ............................................................................ 49
6.1. Liên kết AND trƣớc OR:................................................................................ 49
6.2. Liên kết OR trƣớc AND:............................................................................... 50
5


7. Lập trình mạch điện điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha quay 1 chiều: ... 50
7.1. Yêu cầu công nghệ: ........................................................................................ 50
7.2. Nhiệm vụ: ...................................................................................................... 50
7.3. Sơ đồ mạch động lực: .................................................................................... 51
7.4. Lập bảng trạng thái: ....................................................................................... 51
8. Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngọai vi. .................................................... 51
9. Kết nối các thiết bị ngoại vi, down load chƣơng trình, chạy chƣơng trình: ........ 53
9.1. Thiết lập thông số cho hộp thoại Comunications (truyền thông): ................. 53
9.2. Thiết lập sự kết nối với S7 – 200: .................................................................. 53

9.3. Dowload chƣơng trình: .................................................................................. 53
9.4. Chạy chƣơng trình: ........................................................................................ 54
9.5. Dừng chƣơng trình: ........................................................................................ 54
Bài 3: Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha quay 2 chiều: ....................... 63
1. Chức năng của các lệnh SET (S), RESET (R) và lệnh RS: ................................. 57
1.1. Mạch nhớ R-S: ............................................................................................... 57
1.2. Lệnh Set (S): .................................................................................................. 57
1.3. Lệnh ReSet (R): ............................................................................................. 58
2. Lập trình mạch điện điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha quay 2 chiều: ... 59
3. Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngoại vi: .................................................... 61
4. Kết nối PLC với máy tính, nạp chƣơng trình và vận hành thử: ........................... 61
Bài 4: Điều khiển 4 động cơ không đồng bộ 3 pha khởi động tuần tự: .......... 61
1. Chức năng của các lệnh Timers: .......................................................................... 61
2. Lập trình mạch điện điều khiển 4 động cơ không đồng bộ 3 pha khởi động tuần
tự:.............................................................................................................................. 64
3. Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngọai vi: .................................................... 65
4. Kết nối PLC với máy tính, nạp chƣơng trình và vận hành thử: ........................... 65
Bài 5: Điều khiển dây chuyền đóng gói sản phẩm: ............................................. 69
1. Chức năng của lệnh Counter (CTU): ................................................................... 69
1.1. Bộ đếm tiến (CTU): ....................................................................................... 69
6


1.2. Bộ đếm xuống (CTD): ................................................................................... 70
2. Điều khiển dây chuyền đóng gói sản phẩm: ........................................................ 71
3. Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngọai vi: .................................................... 72
4. Kết nối PLC với máy tính, nạp chƣơng trình và vận hành thử: ........................... 70
Bài 6: Điện điều khiển mô hình bãi giữ xe tự động: ........................................... 73
1. Chức năng của lệnh Couters (CTUD): ................................................................. 75
2. Điều khiển mô hình bãi giữ xe tự động: .............................................................. 76

3. Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngọai vi: .................................................... 77
4. Kết nối PLC với máy tính, nạp chƣơng trình và vận hành thử: ........................... 78
Bài 7: Điều khiển mô hình máy trộn hóa chất bằng: ........................................ 79
1. Chức năng của lệnh (JPM) và Call Suroutines: ................................................... 79
2. Lập trình mạch điện điều khiển mô hình máy trộn hóa chất bằng: ..................... 83
3. Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngoại vi: .................................................... 86
4. Kết nối PLC với máy tính, nạp chƣơng trình và vận hành thử: ........................... 86
Bài 8: Điều khiển mô hình dây chuyền phân loại sản phẩm: ............................ 88
1. Chức năng của lệnh Integer Math và Couters: ..................................................... 88
1.1. Chuyển đổi số BCD_I và I_BCD: ................................................................. 88
1.2. Chuyển đổi số nguyên kép DI sang số thực R: .............................................. 89
1.3. Chuyển đổi số nguyên kép DI sang số nguyên I: .......................................... 89
1.4. Chuyển đổi số nguyên I sang số nguyên kép DI: .......................................... 89
1.5. Chuyển đổi Byte sang số nguyên I: ............................................................... 90
1.6. Chuyển đổi số nguyên I sang Byte: ............................................................... 90
2. Lập trình mạch điện điều khiển mô hình dây chuyền đóng gói sản phẩm: ......... 90
3. Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngọai vi: .................................................... 91
4. Kết nối PLC với máy tính, nạp chƣơng trình và vận hành thử: ........................... 92
Bài 9: Điện điều khiển cho mô hình hệ thống đèn giao thông ngã tƣ: ............. 94
1. Chức năng của lệnh Compare: ............................................................................. 94
2. Lập trình mạch điện điều khiển cho mô hình hệ thống đèn giao thông ngã tƣ: . 95
3. Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngọai vi: .................................................... 96
7


4. Kết nối PLC với máy tính, nạp chƣơng trình và vận hành thử: ........................... 97
Bài 10: Điều khiển cho 5 động cơ làm việc luân phiên: ..................................... 94
1. Chức năng của lệnh Move và Shift/Rotate: ....................................................... 100
1.1. Truyền dẫn Byte; Word; Doubleword: ........................................................ 100
1.2. Truyền một vùng nhớ dữ liệu: ..................................................................... 101

1.3. Chức năng dịch chuyển: ............................................................................... 102
1.3.1. Dịch phải Byte SHR_B và Dịch trái Byte SHL_B: ............................... 102
1.3.2. Dịch phải Word SHR_W và Dịch trái Word SHL_W: ....................... 102
1.3.3. Dịch phải Doubleword SHR_DW và Dịch trái SHL_DW: .................. 103
2. Lập trình mạch điện điều khiển cho 5 động cơ làm việc luân phiên: ................ 103
3. Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngoại vi: .................................................. 104
4. Kết nối PLC với máy tính, nạp chƣơng trình và vận hành thử: ......................... 105
Bài 11: Điều khiển cho hệ thống chuông báo giờ cho trƣờng học: ................. 105
1. Chức năng của lệnh Clock: ................................................................................ 107
2. Lập trình mạch điện điều khiển cho hệ thống chuông báo giờ cho trƣờng học: 109
3. Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngọai vi: .................................................. 110
4. Kết nối PLC với máy tính, nạp chƣơng trình và vận hành thử: ......................... 111
Bài 12: Điều khiển mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ: ............................. 111
1. Xử lý tín hiệu Analog: ........................................................................................ 113
1.1. Biểu diễn các giá trị Analog: ....................................................................... 114
1.2. Kết nối ngõ vào-ra Analog:.......................................................................... 115
1.2.1. Phƣơng pháp định tỷ lệ ngõ vào Analog (Input calibration): ................ 115
1.2.2. Để thực hiện việc định tỷ lệ cần theo các bƣớc sau:.............................. 116
1.2.3. Hiệu chỉnh tín hiệu Analog: ................................................................... 117
1.3. Giới thiệu module Analog S7-200: ............................................................. 119
1.3.1. Đọc tín hiệu analog từ Modul EM231: .................................................. 120
1.3.2. Xuất tín hiệu analog qua modul EM232: ............................................... 122
1.3.3. Modul EM235: ....................................................................................... 122
2. Lập trình mạch điện điều khiển mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ: .......... 123
8


3. Kết nối PLC với máy tính, nạp chƣơng trình và vận hành thử: ......................... 123
3.1. Chƣơng trình con: ........................................................................................ 123
3.2. Chƣơng trình chính ...................................................................................... 124

Bài 13: Giới thiệu chung về bộ điều khiển lập trình cỡ nhỏ: ............................. 94
1. Tổng quát:........................................................................................................... 126
2. Các ứng dụng trong công nghiệp và trong dân dụng: ........................................ 127
3. Ƣu điểm và nhƣợc điểm: .................................................................................... 128
4. Bộ điều khiển lập trình loại nhỏ logo! của hãng SIEMENS:............................. 128
4.1. Phân loại và kết cấu phần cứng:................................................................... 128
4.2. Đặc điểm ngõ vào, ngõ ra và kết nối phần cứng theo chủng loại: ............... 136
4.3. Khả năng mở rộng:....................................................................................... 139
5. Bộ lập trình ZEN của hãng OMRON: ............................................................... 142
5.1. Giới thiệu chung: Hình dạng của Zen và module mở rộng: ....................... 142
5.2. Khả năng ứng dụng của Zen: ....................................................................... 142
5.4. Các đặc trƣng chính của Zen: ...................................................................... 147
5.5. Phƣơng pháp lắp đặt: ................................................................................... 147
Bài 14: Điều khiển mô hình 4 băng tải bằng phần mềm LOGO! SOFT và trực
tiếp trên LOGO!: .................................................................................................. 147
1. Chức năng của các lệnh trên phần mềm LOGO! SOFT và trực tiếp trên LOGO!:
................................................................................................................................ 149
1.1. Các đầu nối CO (CONNECTORS): ............................................................ 149
1.2. Các chức năng cơ bản GF ( GENERAL FUNCTIONS): ............................ 150
1.2.1. Hàm AND: ............................................................................................. 150
1.2.2. Hàm OR: ................................................................................................ 150
1.2.3. Hàm NOT: ............................................................................................. 151
1.2.4. Hàm NAND: .......................................................................................... 152
1.2.5. Hàm NOR: ............................................................................................. 153
1.2.6. Hàm EXOR hay XOR: .......................................................................... 153
1.3. Các chức năng đặc biệt SF ( SPECIAL FUNCTIONS): ............................. 154

9

1.3.1. Hàm On – Delay: ................................................................................... 154
1.3.2. Rơ le xung ( Pulse – Relay): .................................................................. 156
1.4. Lập trình trực tiếp trên LOGO: .................................................................... 157
1.4.1. Các menu chính: .................................................................................... 157
1.4.2. Phƣơng thức chỉnh thông số: ................................................................. 157
1.5. Chỉnh đồng hồ (SET CLOCK): ................................................................... 158
1.5.1. Nếu Logo hiển thị No Program: ............................................................ 158
1.5.2. Nếu Logo đang có chƣơng trình: ........................................................... 158
1.6. Xóa chƣơng trình ( CLEAR PROGRAM ):................................................. 159
1.7. Viết chƣơng trình mới: ................................................................................. 159
1.7.1. Cách gọi các chức năng: ........................................................................ 159
1.7.2. Phƣơng pháp kết nối các khối chức năng: ............................................. 161
1.8. Cho chạy chƣơng trình ( START): .............................................................. 164
1.9. Các nguyên tắc vàng khi làm việc trên LOGO: ........................................... 165
2. Lập trình đƣợc mạch điện điều khiển mô hình 4 băng tải: ................................ 166
2.1. Lập trình bằng phần mêm logo dạng LAD: ................................................. 166
2.2. Lập trình trực tiếp trên Logo: ....................................................................... 166
Bài 15: Điều khiển mô hình hệ thống chiếu sáng đèn đƣờng bằng phần mềm
LOGO! SOFT và trực tiếp trên LOGO!:........................................................... 168
1. Đồng hồ thời gian thực ( Real Time Clock=Time Switch ): ............................. 170
2. Điều khiển mô hình hệ thống chiếu sáng đèn đƣờng: ........................................ 171
Bài 16: Điều khiển mô hình 4 băng tải bằng phần mềm ZEN Soft và trực tiếp
trên ZEN:............................................................................................................... 171
1. Chức năng của các lệnh trên phần mềm ZEN Soft và trực tiếp trên ZEN:...Error!
Bookmark not defined.
2. Lập trình bằng tay trên ZEN: ............................................................................. 175
2.1. Địa chỉ nút nhấn: .......................................................................................... 175
2.2. Cách sử dụng các nút nhấn: ......................................................................... 176
3. Lập trình bằng tay bằng phần mềm ZEN SOFT: ............................................... 176

10


3.1. Cài đặt phần mềm: ....................................................................................... 176
3.2. Cách cài đặt: ................................................................................................. 177
3.3. Cách nhập dữ liệu cho chƣơng trình: ........................................................... 175
4. Lập trình mạch điện điều khiển mô hình 4 băng tải: ......................................... 177
5. Kết nối dây giữa ZEN và các thiết bị ngọai vi: .................................................. 178
6. Kết nối ZEN với máy tính, nạp chƣơng trình và vận hành thử: ........................ 179
Bài 17: Điều khiển cho hệ thống chuông báo giờ học bằng phần mềm ZEN Soft
và trực tiếp trên ZEN: .......................................................................................... 180
1. Chức năng của các lệnh trên phần mềm ZEN Soft và trực tiếp trên ZEN:...Error!
Bookmark not defined.
1.1. Các dạng timer thƣờng (T0 đến T7): ............. Error! Bookmark not defined.
1.2. Weekly timer (ký hiêu @): .......................................................................... 183
2. Lập trình mạch điện điều khiển cho hệ thống chuông báo giờ học: ................. 183
3. Kết nối dây giữa ZEN và các thiết bị ngọai vi: .................................................. 183
4. Kết nối ZEN với máy tính, nạp chƣơng trình và vận hành thử: ........................ 184

11


MÔ ĐUN PLC CƠ BẢN
Mã mô đun: MĐ 21
VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔ ĐUN:
- Trƣớc khi học mô đun này cần hoàn thành các môn học cơ sở và các mô-đun
chuyên môn, mô đun này nên học cuối cùng trong khóa học.
MỤC TIÊU MÔ ĐUN:
Sau khi hoàn tất mô đun này, học viên có năng lực:
- Trình bày đƣợc cấu trúc bộ điều khiển lập trình PLC và các bộ điều khiển lập

trình cở nhỏ.
- Phân tích đƣợc các ƣu nhƣợc điểm của bộ điều khiển lập trình PLC so với thiết bị
điều khiển có tiếp điểm.
- Phân tích luận lý một số chƣơng trình đơn giản, phát hiện sai lỗi và sửa chữa khắc
phục.
- Thực hiện đƣợc một số bài toán ứng dụng đơn giản trong công nghiệp.
- Kết nối thành thạo phần cứng của PLC và các bộ điều khiển lập trình cở nhỏ với
máy tính và thiết bị ngoại vi.
- Viết chƣơng trình, nạp trình để thực hiện đƣợc một số bài toán ứng dụng đơn giản
trong công nghiệp.
NỘI DUNG MÔ ĐUN:
Tên các bài trong mô đun

TT
1
2

Đại cƣơng về điều khiển lập trình.
Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha quay 1
chiều.

Thời

Hình thức

gian

dạy

5

Lý thuyết

5

Tích hợp

12


3

Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha quay 2

10

Tích hợp

5

Tích hợp

Điều khiển dây chuyền đóng gói sản phẩm.

10

Tích hợp

Kiểm tra bài 1,2,3,4,5

5

Tích hợp

6

Điện điều khiển mô hình bãi giữ xe tự động.

10

Tích hợp

7

Điều khiển mô hình máy trộn hóa chất bằng.

10

Tích hợp

10

Tích hợp

10

Tích hợp

Điều khiển cho 5 động cơ làm việc luân phiên.

10

Tích hợp

Kiểm tra bài 6,7,8,9,10

5

Tích hợp

10

Tích hợp

10

Tích hợp

5

Lý thuyết

10

Tích hợp

4
5

8

9
10

11
12
13

14

chiều.
Điều khiển 4 động cơ không đồng bộ 3 pha khởi
động tuần tự.

Điều khiển mô hình dây chuyền phân loại sản
phẩm.
Điện điều khiển cho mô hình hệ thống đèn giao
thông ngã tƣ.

Điều khiển cho hệ thống chuông báo giờ cho một
trƣờng hoc.
Điều khiển mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ.
Giới thiệu chung về bộ điều khiển lập trình cỡ
nhỏ.
Điều khiển mô hình 4 băng tải bằng phần mềm
LOGO! SOFT và trực tiếp trên LOGO!

13

Điều khiển mô hình
15

hệ thống chiếu sáng đèn

đƣờng bằng phần mềm LOGO! SOFT và trực tiếp

10

Tích hợp

5

Tích hợp

10

Tích hợp

10

Tích hợp

trên LOGO!
Kiểm tra bài 11,12,13,14,15
16

17

Điều khiển mô hình 4 băng tải bằng phần mềm

ZEN Soft và trực tiếp trên ZEN.
Điều khiển cho hệ thống chuông báo giờ học bằng
phần mềm ZEN Soft và trực tiếp trên ZEN.
Tổng

165

14


BÀI 1
ĐẠI CƢƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH.
Giới thiệu:
Bài 1 trình bày khái niệm về điều khiển lập trình, ƣu nhƣợc điểm và các ứng dụng
trong thực tế
Mục tiêu :
- Trình bày đƣợc các ƣu điểm của điều khiển lập trình so với các loại điều khiển
khác và các ứng dụng của chúng trong thực tế.
- Trình bày đƣợc cấu trúc và nhiệm vụ các khối chức năng của PLC.
- Xác định đƣợc cấu trúc bộ nhớ, cách xử lý chƣơng trình và địa chỉ vào ra của
PLC.
- Biết đƣợc cách cài đặt phần mềm lập trình PLC.
Nội dung chính :

1. Tổng quát vềđiều khiển lập trình.
1.1. Điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình.
1.1.1. Điều khiển kết nối cứng.
Điều khiển kết nối cứng là loại điều khiển mà các chức năng của nó đƣợc đặt cố
định(nối dây). Nếu muốn thay đổi chức năng điều đó có nghĩa là thay đổi kết nối
dây. Điều khiển kết nối cứng có thể thực hiện với các tiếp điểm (Relais, khởi động

từ, v.v.) hay điện tử (mạch điện tử).
1.1.2. Điều khiển logic khả lập trình (PLC).
Điều khiển logic khả trình là loại điều khiển mà chức năng của nó đƣợc đặt cố
định thông qua một chƣơng trình còn gọi là bộ nhớ chƣơng trình. Các phần tử nhập
tín hiệu đƣợc nối ở ngõ vào của bộ điều khiển, các phần tử này khởi động các cuộn
dây đặt ở ngõ ra. Quá trình điều khiển ở đây đƣợc thực hiện bằng một chƣơng
trình đã soạn thảo theo mục đích, yêu cầu của việc điều khiển thiết bị. Nếu chức
năng điều khiển cần đƣợc thay đổi, thì chỉ phải thay đổi chƣơng trình bằng thiết bị
15


lập trình cho đối tƣợng điều khiển tƣơng ứng hay cắm một bộ nhớ chƣơng trình đã
lập trình khác vào trong bộ điều khiển.

Hình 1. 1: Sơ đồ tổng quát bộ điều khiển lập trình
1.2. So sánh PLC với các thiết bị điều khiển thông thƣờng khác.
Trong công nghiệp, yêu cầu tự động hóa ngày càng tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều
khiển phải đáp ứng đƣợc các yêu cầu đó. Trong những năm gần đây, bên cạnh việc
điều khiển bằng relay và khởi động từ thì việc điều khiển có thể lập trình đƣợc càng
phát triển với hệ thống đóng mạch điện tử và thực hiện lập trình bằng máy tính.
Trong nhiều lĩnh vực, các loại điều khiển cũ đã đƣợc thay đổi bởi điều khiển
có thể lập trình đƣợc, có thể gọi là điều khiển logic khả trình. Viết tắt trong tiếng
Anh là PLC (Programmable Logic Controler), tiếng Đức là SPS (Speicher
programmierbare Steuerung). Sự khác biệt cơ bản giữa điều khiển logic lập trình (
thay đổi đƣợc qui trình hoạt động) và điều khiển theo kết nối cứng (không thay đổi
đƣợc qui trình hoạt động) là: Sự kết nối dây không còn nữa, thay vào đó là chƣơng
trình.
Có thể lập trình cho PLC nhờ vào các ngôn ngữ lập trình đơn giản. Đặc biệt đối với
ngƣời sử dụng không cần nhờ vào các ngôn ngữ lập trình khó khăn, cũng có thể lập
trình PLC đƣợc nhờ vào các liên kết logic cơ bản. Nhƣ vậy thiết bị PLC làm nhiệm

vụ thay thế phần mạch điện điều khiển trong khâu xử lý số liệu. Nhiệm vụ của sơ
16


đồ mạch điều khiển sẽ đƣợc xác định bởi một số hữu hạn các bƣớc thực hiện xác
định gọi là chƣơng trình. Chƣơng trình này mô tả các bƣớc thực hiện gọi là tiến
trình điều khiển, tiến trình này đƣợc lƣu vào bộ nhớ nên đƣợc gọi là điều khiển
theo lập trình nhớ hay điều khiển khả trình.Trên cơ sở khác nhau ở khâu xử lý số
liệu có thể biểu diễn hai hệ điều khiển nhƣ sau:
Các bƣớc thiết lập điều
khiển

Các bƣớc thiết lập điều
khiển

bằng rơle điện
Xác định nhiệm vụ điều
khiển

Theo lập trình có nhớ
Xác định (PLC)
nhiệm vụ điều
khiển

Sơ đồ mạch điện

Thiết lập giải thuật điều
khiển

Chọn phần tử mạch điện

Soạn thảo chƣơng trình

Dây nối liên kết các phần tử

Kiểm tra chức năng

Kiểm tra chức năng
Hinh 1. 2: Điều khiển bằng rơle

Hinh 1. 2: Điều khiển bằng PLC

Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển thì ngƣời ta thay đổi mạch điều khiển: Lắp lại
mạch, thay đổi các phần tử mới ở hệ điều khiển bằng relay điện. Trong khi đó khi
thay đổi nhiệm vụ điều khiển ở hệ điều khiển logic khả trình (PLC) thì ngƣời ta chỉ
thay đổi chƣơng trình soạn thảo.
* Sự khác nhau giữa hệ điều khiển bằng rơ le điện và hệ điều khiển logic khả trình
có thể minh hoạ 1 cách cụ thể nhƣ sau:
Điều khiển hệ thống của 3 máy bơm qua 3 khởi động từ K1, K2, K3. Trình tự
điều khiểnnhƣ sau: Các khởi động từ chỉ đƣợc phép thực hiện tuần tự, nghĩa là K1
đóng trƣớc, tiếptheo K2 đóng và cuối cùng K3 mới đóng.
Để thực hiện nhiệm vụ theo yêu cầu trên mạch điều khiển đƣợc thiết kế nhƣ sau:
17


Hình 1.4: Mạch điều khiển tuần tự 3 máy bơm
Khởi động từ K2 sẽ đóng khi công tắc S3 đóng với điều kiện là khởi động từ K1
đã đóng trƣớc đó. Phƣơng thức điều khiển nhƣ vậy đƣợc gọi là điều khiển tuần tự.
Tiến trình điều khiển này đƣợc thực hiện một cách cƣỡng bức. Bốn nút nhấn S1,
S2, S3, S4: Các phần tử nhập tín hiệu.

Các tiếp điểm K1, K2, K3 và các mối nối liên kết là các phần tử xử lý.Các khởi
động từ K1, K2, K3 là kết quả xử lý.
Nếu thay đổi mạch điện điều khiển ở phần xử lý bằng hệ PLC ta có thể biểu diễn
hệ thống nhƣ sau:
-Phần tử vào: Các nút nhấn S1, S2, S3, S4 vẫn giữ nguyên.
-Phần tử ra: Ba khởi động từ K1, K2, K3, để đóng và mở ba máy bơm vẫn giữ
nguyên.
-Phần tử xử lý: đƣợc thay thế bằng PLC.
Sơ đồ kết nối với PLC đƣợc cho nhƣ ở hình 1.2. Tuần tự đóng mở theo yêu cầu đề
ra sẽ đƣợc lập trình, chƣơng trình sẽ đƣợc nạp vào bộ nhớ.

18


S1
Nhập số
liệu

S2

S4

S3

24V

Xử lý
N
Kết quả
K1

Hình 1.5: Lƣu đồ xử
bằng PLC

K2

K3

Hình 1.6: Sơ đồ kết nối cứng
PLC

Bây giờ giả thiết rằng nhiệm vụ điều khiển sẽ thay đổi. Hệ thống ba máy bơm
vẫn giữ nguyên, nhƣng trình tự đƣợc thực hiện nhƣ sau: chỉ đóng đƣợc hai trong ba
máy bơm hoặc mỗi máy bơm có thể hoạt động một cách độc lập. Nhƣ vậy theo yêu
cầu mới đốivới hệ thống điều khiển bằng rơ le điện phải thiết kế lại mạch điều
khiển, sơ đồ lắp ráp phải thực hiện lại hoàn toàn mới. Sơ đồ mạch điều khiển biểu
diễn nhƣ hình 1.4.

Nhập số liệu
Xử lý
Kết quả

Hình 1.7: Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống máy bơm hoạt động độc lập
19


Nhƣ vậy mạch điều khiển sẽ thay đổi rất nhiều nhƣng phần tử đƣa tín hiệu vào và
ravẫn giữ nguyên, chi phí cho nhiệm vụ mới sẽ cao hơn.
Nếu ta thay đổi hệ điều khiển trên bằng hệ điều khiển có nhớ PLC, khi nhiệm vụ
điều khiển thay đổi thì thực hiện sẽ nhanh hơn và đơn giản hơn bằng cách thay đổi
lại chƣơng trình

Hệ điều khiển lập trình có nhớ (PLC) có những ƣu điểm sau:
- Thích ứng với những nhiệm vụ điều khiển khác nhau.
- Khả năng thay đổi đơn giản trong quá trình đƣa thiết bị vào sử dụng.
- Nhu cầu mặt bằng ít.
- Tiết kiệm thời gian trong quá trình mở rộng và phát triển nhiệm vụ điều khiển
bằngcách copy các chƣơng trình.
- Các thiết bị điều khiển chuẩn.
- Không cần các tiếp điểm.
Hệ thống điều khiển theo lập trình có nhớ đƣợc sử rộng rất rộng rãi trong các ngành
khác nhau:
- Điều khiển thang máy.
- Điều khiển các quá trình sản xuất khác nhau: sản suất bia, sản xuất xi măng v.v
- Hệ thống rửa ô tô tự động.
- Thiết bị khai thác .
- Thiết bị đóng gói bao bì, tự động mạ và tráng kẽm v.v ...
- Thiết bị sấy.

20


2. Cấu trúc của một PLC:

Hình 1.8: Cấu trúc của một PLC
Khối nguồn nuôi: nguồn trong các PLC thƣờng là 24VDC.
Module CPU: ( cũng có bộ PLC sử dụng nguồn 220VAC. Những PLC không có
module nguồn thì đƣợc cấp nguồn bên ngoàiCPU: central processing unit: đơn vị
xử lý trung tâm ) bao gồm: bộ vi xử lý và bộ nhớ.
Module xuất nhập (I/O module).
+ Module nhập (input module ) đƣợc nối với các công tắc, nút ấn, các bộ
sensor … để điều khiển từ chƣơng trình bên ngoài.

+ Module xuất (output module) đƣợc nối với các tải ở ngõ ra nhƣ cuộn dây
của relay, contactor, đèn tín hiệu, các bộ ghép quang …
Hệ thống bus truyền tín hiệu: hệ thống bus truyền tín hiệu gồm nhiều đƣờng tín
hiệu song song:
- Tuyến địa chỉ (address bus): chọn địa chỉ trên các khối khác nhau.
- Tuyến dữ liệu (data bus): mang dữ liệu từ khối này đến khối khác.

21


- Tuyến điều khiển (control bus): chuyển, truyền các tín hiệu định thì và điều khiển
để đồng bộ các hoạt động trong PLC .
Chƣơng trình điều khiển đƣợc nạp vào bộ nhớ nhờ bộ lập trình cầm tay
(programming console) hay bằng một máy tính. Hiện nay đã có một số loại PLC
đƣợc thiết kế có các phím bấm để có thể lập trình trực tiếp mà không cần bộ lập
trình cầm tay hay máy vi tính.
3. Thiết bị điều khiển lập trình S7-200:
3.1. Cấu trúc phần cứng:
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của Hãng SIEMENS
(CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu Modul và các modul mở rộng. Các modul này
đƣợc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7200 là khối vi xử lý CPU 212, CPU 214, CPU 215, CPU 216, CPU 221,CPU 222,
CPU 224, CPU 224XP, … Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của các loại CPU
này nhận biết nhờ số đầu vào/ra và nguồn cung cấp.
Ví dụ:
_ CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra và có khả năng đƣợc mở rộng thêm bằng
2 modul mở rộng.
_ CPU-214(224) bao gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng thêm 7 modul
mở rộng.
+ 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.
+ 86 byte nhớ đặc biệt (SM) dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc.
+ 4696 byte nhớ đa dụng(V).
+ Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ
khi PLC bị mất nguồn cung cấp.

22


3.2. Mô tả đèn báo trạng thái trên S7 – 200, CPU 214 (224):
- SF (Đèn đỏ): Đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng. Đèn SF sáng lên khi PLC bị hỏng
hóc.
- RUN(Đèn xanh): Đèn chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện
chƣơng trình đƣợc nạp trong máy.
- STOP(Đèn vàng): Đèn chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chƣơng trình
đang thực hiện lại.
- Ix.x(Đèn xanh): đèn ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng Ix.x(x.x =
0.0 †1.5). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị của cổng ngõ vào.
- Qy.y(Đèn xanh): đèn ở cổng ra chỉ định trạng thái tức thời của cổng Qy.y(y.y =
0.0 †1.1). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị của cổng ngõ ra.
Đèn báo
trạng
thái

Cổng
truyền
thông

Ngõ

ra

Ngõ
vào

Cổng kết nối modul mở
rộng và công tắc chọn
chế độ làm việc

Các
modul
mở rộng

Hình 1.9: Các cổng vào ra của PLC S7-200
3.3. 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 các thiết bị lập trình hoạc với các trạm PLC khác.
Để ghép S7 – 200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với
bộ chuyển đổi từ RS232 sang RS485. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI

23


là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp cho của PLC theo kiểu tự do là từ 300 đến
38400.

Chân

Giải thích

1

Đất

2

24 VDC

3

Truyền và nhận dữ liệu

4

Không sử dụng

5

Đất

6

5 VDC (điện trở trong
100)

7

24 VDC (120mA tối đa)

8

Truyền và nhận dữ liệu

9

Không sử dụng.

54321



9876

Hình 1.10: Sơ đồ chân của cổng truyền thông

Để ghép nối S7 – 200 với máy lập trình PG702 hoặc với các loại máy lập
trình thuộc họ PG7xx có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPI. Cáp đó đi kèm
theo máy lập trình.
3.4. Công tắc chọn chế độ của PLC:
Công tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên, bên cạnh cổng kết nối modull mở
rộng, có ba vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC.
RUN: cho phép PLC thực hiện chƣơng trình trong bộ nhớ. PLC S7 – 200 sẽ rời
khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong
chƣơng trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ RUN. Nên
quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo.

24


STOP: Cƣởng bức PLC dừng thực hiện chƣơng trình đang chạy và chuyển sang

chế độ STOP. Ơ chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chƣơng trình hoạc nạp
một chƣơng trình mới.
TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định một trong các chế độ làm việc cho
PLC ( hoặc ở chế độ RUN hoặc ở chế độ STOP)

3.5. Vùng nhớ:
Bộ nhớ của S7 – 200 đƣợc chia thành các vùng nhớ nhƣ hình vẽ:
EEPROM

Tụ

Chương trình

Tham số

Chương trình

Tham số

Miền nhớ ngoài

Chương trình

Tham số

Dữ liệu
Dữ liệu
Vùng đối tượng

Dữ liệu

Hình 1.11: Bộ nhớ trong vùng của S7-200
Trong PLC có một tụ điện có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong khoảng thời gian nhất
định khi bị mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 có tính năng động cao, đọc và ghi trong toàn
vùng, trừ các bit nhớ đặc biệt SM( special memory) chỉ có thể truy cập để đọc.
Vùng chƣơng trình: vùng nhớ này sữ dụng để lƣu các lệnh của chƣơng trình, nó
thuộc kiểu đọc/ghi(non/volatile)
Vùng tham số: là vùng nhớ để lƣu trữ các tham số nhƣ: từ khoá, địa chỉ trạm, vùng
tham số này cũng thuộc kiểu đọc/ghi.
Vùng dữ liệu: đƣợc sữ dụng để cất giữ các dữ liệu của chƣơng trình bao gồm các
kết quả của các phép tính, hằng số đƣợc dịnh nghĩa trong chƣơng trình, bộ đếm
truyền thông… vùng nhớ này có một phần thuộc kiểu đọc/ghi đƣợc.
25