BÁO cáo môn học điện tử CÔNG NGHIỆP bộ điều KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

BÁO CÁO MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Khang
Học viên

: Trần Thu Hương

(CA160393)
Lớp

: KTVT2016A

1


Hà Nội, tháng 2/2017
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU
Trước khi trình bày các vấn đề trong bản báo cáo này, em xin chân thành cảm ơn
PGS.TS. Nguyễn Văn Khang đã tận tình hướng dẫn, đã cung cấp các kiến thức, thông tin,
tài liệu hữu ích để em hồn thiện phần báo cáo.
Nền cơng nghiệp thế giới đang trên đà phát triển ngày càng cao, trong đó vấn đề
điều khiển tự động ln là mối quan tâm hàng đầu trong các ứng dụng khoa học sản xuất.
Nó địi hỏi sự chính xác, tính tiêu chuẩn và khả năng xử lý nhanh ở mức hoàn hảo, chỉ
như vậy mới đáp ứng được nhu cầu ngày càng gia tăng của xã hội.
Sự xuất hiện máy tính từ những năm đầu thập kỷ 60 đã mở ra nhiều triển vọng lớn

lao trong các ứng dụng khoa học phục vụ con người, nhưng các nhà sản xuất không
ngừng lại ở đó. Từ các hệ thống máy tính to lớn cồng kềnh và phức tạp, các nhà khoa học
không ngừng cải tiến và hoàn thành cả phần cứng lẫn phần mềm để đáp ứng các yêu cầu
trong công nghiệp với các sản phẩm gọn nhẹ, tiện dụng, độ linh hoạt cao, giá thành rẻ. Từ
đó bộ lập trình PLC được ra đời.
2


Bộ điều khiển logic khả trình PLC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự
động hóa cơng nghiệp. PLC trở thành một thành phần cơ bản để tích hợp hệ thống điều
khiển các dây chuyền sản xuất. PLC được sử dụng không những trong các bộ điều khiển
logic mà cịn trong các bộ điều khiển q trình, tích hợp trong các hệ điều khiển phân tán
(DCS) và các hệ thống giám sát, thu thập dữ liệu (SCADA).
Vai trò to lớn, tính ứng dụng rộng rãi và mềm dẻo của PLC đã nhận được sự quan
tâm sâu sắc của các nhà thiết kế, tích hợp hệ thống, các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật… thuộc
nhiều lĩnh vực khác nhau và được giảng dạy ở các ngành tự động hóa, điều khiển tự
động, điện tử,…trong các trường đại học, cao đẳng cơng nghệ.
Nội dung bài báo cáo sẽ trình bày tóm tắt các kiến thức chung về bộ điều khiển
logic khả trình PLC.
Bài báo cáo chắc chắn khơng tránh khỏi những thiếu sót về nội dung và hình thức.
Em xin cảm ơn và tiếp thu những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn học viên.

TỔNG QUAN VỀ PLC
1. Giới thiệu về PLC
Hình thành từ nhóm các kỹ sư hãng General Motors năm 1968 với ý tưởng ban
đầu là thiết kế một bộ điều khiển thỏa mãn các u cầu sau:
- Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu.
- Dễ dàng sửa chữa thay thế.
- Ổn định trong môi trường công nghiệp.
- Giá cả cạnh tranh.

PLC hay còn được gọi là: thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC:
Programmable Logic Control) ra đời.
PLC là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển số
thơng qua một ngơn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiện thuật tốn đó bằng mạch số.
Vị trí của PLC trong các hệ thống điều khiển:
3


-

Điều khiển trực tiếp các thiết bị trường: động cơ, pittong, van… thông qua các
thiết bị trung gian như rơ le, công tắc tơ…
- Ghép nối giữa các PLC cấp dưới và server, computer, internet…
Chức năng của PLC trong hệ thống điều khiển:
- Điều khiển.
- Giám sát.
- Cảnh báo.
- Thu thập dữ liệu.
2. Ưu điểm của việc sử dụng PLC
- Ưu điểm:
+ Là một bộ điều khiển số nhỏ gọn.
+ Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu Relay.
+ Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, muốn thay đổi phương pháp điều khiển chỉ
cần thay đổi chương trình điều khiển.
+ Nhiều chức năng điều khiển.
+ Dễ bảo trì, bảo dưỡng.
+ Tốc độ xử lý thời gian thực tương đối cao.
+ Công suất tiêu thụ nhỏ.
+ Có khả năng mở rộng số ngõ vào/ra khi mở rộng nhu cầu điều khiển bằng
cách nối thêm các khối vào ra chức năng.

+ Dễ dàng điều khiển và giám sát từ máy tính.

-

Nhược điểm:
+ Giá thành cao.
+ Địi hỏi trình độ của nhà thiết kế.

3. Các thành phần và hoạt động của PLC

4


Sơ đồ khối cơ bản của PLC
Các thành phần của PLC: Vì là bộ điều khiển nên PLC cũng có tính năng như
một máy tính với:
- Bộ Vi xử lý (CPU: Central Processing Unit).
- Một hệ điều hành để quản lý và thực hiện chương trình.
- Bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển và dữ liệu vào ra.
- Các ngõ vào ra để nhập dữ liệu từ cảm biến và xuất dữ liệu ra cơ cấu chấp
hành.
• Khối nguồn: là thành phần cấp nguồn điện điều khiển cho CPU và tất cả
các module chức năng, ngồi ra nó cũng cung cấp các nguồn cho thiết bị
ngoại vi, chủ yếu là loại nguồn 24V. Khối nguồn có nhiều loại phân biệt
nhau bởi công suất, điện áp vào và điện áp ra. Khi lựa chọn khối nguồn,
điều quan trọng nhất là tính và chọn cơng suất để có thể cấp đủ cho toàn
bộ hệ thống và các ngoại vi mà vẫn đảm bảo hệ số dự phòng cần thiết.
Điện áp đầu ra của khối nguồn có nhiều loại tương ứng với các CPU và

-

các module nên cần tính cơng suất cho từng loại điện áp ra.
• Khối xử lý trung tâm: Bao gồm: bộ vi xử lí, bộ nhớ (MEMORY), BUS …
Bộ vi xử lí:
+ Quyết định tốc độ xử lí, khả năng quản lí vào/ra.
+ Thường là VXL 8bit, 16bit hoặc 32bit.
Bộ nhớ:
+ Lưu trữ thơng tin: chương trình, dữ liệu, tham số cấu hình hệ thống.
+ Chia thành 2 loại: duy trì và khơng duy trì.
+ Các loại chip nhớ được sử dụng: ROM, EEPROM, RAM, SRAM, DRAM,
FLASH …
+ Việc đọc ghi bộ nhớ được thực hiện theo bit, byte (8bit), word (16bit), double

-

-

word (32bit).
BUS:
+ Bao gồm: BUS địa chỉ (Address BUS), BUS điều khiển (Control BUS), BUS dữ
liệu (Data BUS).
• Khối vào ra:
Trao đổi thơng tin với bên ngoài.
Phân loại: vào/ra rời rạc; vào/ra tương tự; vào/ra đặc biệt …
Các địa chỉ phụ thuộc vào vị trí lắp Module mở rộng.
* Nguyên lý hoạt động:
5


CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra

chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương
trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên
kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều
khiển được giữ trong bộ nhớ.
Hệ thống Bus 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.
4. Nguyên tắc hoạt động cơ bản của PLC
- PLC hoạt động theo nguyên tắc quét vòng.
- Hoạt động của PLC có tính chất tuần tự.
- Gồm 3 giai đoạn chính: đọc tín hiệu vào; thực hiện chương trình; gửi tín hiệu ra.
- Có thể bao gồm các chương trình con.
Start

Start

Tín hiệu ra

a. Vịng qt cơ bản

b. Vịng quét với các vòng quét phụ

5. Phân loại PLC
- Theo dung lượng bộ nhớ, khả năng quản lý vào/ra:
6


-

+ Loại nhỏ: dung lượng bộ nhớ ≤ 2KB, quản lý số điểm vào/ra ≤128.
+ Loại vừa: dung lượng bộ nhớ ≤32KB.
+ Loại lớn: dung lượng bộ nhớ cỡ MB, quản lý tới hàng nghìn điểm vào/ra.
Theo hình dạng PLC:
+ Dạng khối cố định (Compact, Fixed): khối Main có đầy đủ nguồn, CPU, input,
output. Các khối mở rộng kết nối với Main qua cáp hoặc zắc kết nối.
+ Dạng khối chức năng riêng biệt (Modullar): Các khối được chế tạo riêng, được

cắm lên các bảng mạch BUS và cấu hình được lựa chọn cho từng hệ thống cụ thể.

6. Một số ví dụ về PLC
- PLC Omron:
+ CP1:

+ CS series:

+ CJ1:

-

PLC
+ LOGO

-

Siemens:
+ S7- 200

+ S7-1200

+ S7- 300

PLC MITSUBISHI:

+ MELSEC-Q Series

+ MELSEC-L Series

7


+ MELSEC-F Series

7. Một số ứng dụng của PLC
- Ứng dụng dùng trong điều khiển thang máy.

- Tủ điện.

8. Ngôn ngữ lập trình cho PLC
PLC thơng thường sử dụng 5 ngôn ngữ chuẩn IEC 61131-3:
-

LAD
FDB
IL
ST
SFC
8


KẾT LUẬN
Thông qua bài báo cáo, ta thấy PLC – bộ điều khiển với rất nhiều ưu điểm nên
được ứng dụng rất rộng rãi và đa dạng trong rất nhiều lĩnh vự sản xuất.
Sau khi hoàn thành bài báo cáo, em cũng đã tìm hiểu và nắm vững hơn kiến thức
cơ bản về PLC.
Trong nội dung bản báo cáo không tránh khỏi những thiếu sót mong nhận được sự
góp ý của thầy.
Cuối cùng, một lần nữa, em trân trọng cảm ơn sự quan tâm, định hướng, và hỗ trợ

của PGS.TS. Nguyễn Văn Khang!

9