Luận văn tốt nghiệp tự động hóa trong công nghiệp và lập trình điều khiển trtên bộ PLC lập trình thang máy

Luận văn tốt nghiệp

Tự động hóa trong công
nghiệp và lập trình điều khiển
trtên bộ PLC_Lập trình thang
máy
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 1
PHẦN I
KHÁI QUÁT VỀ THANG MÁY

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THANG MÁY

1. Lời nói đầu:
Trong những thập niên gần đây ngành xây dựng phát triển rất mạnh đặc biệt là ở
TP Hồ Chí Minh, Hà Nội và các khu trung tâm thành thị khác trong cả nước. Với sự
phát triển mạnh mẽ đó thì không ít các nhà cao tầng đã mọc lên và không thể dùng
đôi bàn chân để leo lên rồi lại xuống hằng ngày trong những tòa nhà đó. Chính vì
vậy thang máy giúp ít rát nhiều cho vấn đề này, vừa tiết kiệm thời gian vừa ít tốn
công sức đồng thời tạo cho chúng ta thấy được vẽ mỹ quan kiến trúc và sự hiện đại
hóa. Thang máy là 1 phương tiện không thể thiếu trong cuộc sống mà sự phát triển
và nhu cầu cuộc sống tiện nghi của con người ngày càng cao. Nên việc tìm hiểu và
phát triển thang máy là 1 vấn đề cần thiết
Thang máy là công cụ dùng để chuyên chở người, hàng hóa từ độ cao này đến
độ cao khác theo chu kỳ. Bên ngoài và bên trong thang đều có nút điều khiển và
hướng dẫn sử dụng.
Thang máy có rất nhiều loại nhưng chủ yếu vẫn là thang máy đứng thường dùng
trong các tòa nhà cao tầng và thang máy cuốn thường dùng trong các siêu thị hay

các trung tâm thường có đông người di chuyển lên xuống thường xuyên. Trong đó
thang máy đứng thừng được sử dụng rộng rải hơn trong các tóa cao ốc, bệnh viện,
nhà hàng, khách sạn Để đáp ứng tiện nghi sử dụng và theo đúng yêu cầu của qui
luật phát triển đất nước thì các tòa nhà cao từ 4 tầng trở lên phải được lấp đặt thang
máy. Thực tế thì hiện nay ở TP Hồ Chí Minh có khoảng hơn 500 thang máy đang
được sử dụng và Hà Nội là khoảng hơn 400.
Hiện nay có rất nhiều Công Ty tham gia vào thị trường thang máy của nước
ta nên việc cạnh tranh diễn ra hết sức gây gắt. Do vậy việc tìm hiểu để phát triền và
đổi mới kiểu dáng cũng như hoạt động của thang máy là việc hết sức cần thiết của
các công ty đó.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 2
Bước thực hiện việc cải tạo nâng cấp một hệ thống máy móc đầu tiên là thay
thế hệ thống điều khiển cũ sử dụng rơle bằng một thiết bị điều khiển có thể lập trình
được là PLC nhằm làm cho mạch điều khiển của hệ thống gọn nhẹ, hoạt động chính
xác đáng tin cậy hơn và quan trọng nhất là dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển
khi có yêu cầu. PLC là một thiết bị điều khiển công nghiệp mới đã và đang được sử
dụng rộng rãi ở Việt Nam.
Vấn đề tự động hóa trong công nghiệp để giảm bớt lao động chân tay và nâng cao năng
suất lao động, là một trong những đề tài được các bạn sinh viên, các thầy cô ở những
trường kỹ thuật quan tâm và nghiên cứu nhiều nhất. Việc khảo sát và sử dụng phần mềm
lập trình cho PLC họ SIMATIC S7.

** Giới hạn đề tài
Do hạn chế về thời gian, tài liệu tham khảo và nhiều điều kiện khách quan
khác nhau, nên đề tài chỉ nghiên cứu những nội dung sau :
- Thiết lập lưu đồ điều khiển.
- Lập trình điều khiển trên bộ PLC của SIMATIC S7-200 CPU 214.
- Xây dựng mô hình điều khiển.
- Kết nối PLC với mô hình.

Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 3
2. CẤU TRÚC CỦA 1 THANG MÁY:


Nguồn
Motor kéo

Nút nhấn gọi thang (bên ngoài)
Cửa thang


Bảng Điều khiển thang (Bên trong)

Đối trọng

Cáp
Thanh ray
Bộ phận lò xo giảm xốc






Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 4
3. Thủ tục thiết kế bộ điều khiển chương trình:

Tìm hiểu các yêu cầu của hệ thống điều khiển
Liệt kê các đầu vào/ra tương ứng với đầu vào/ra của PLC
Dựng một sơ đồ chung của hệ thống điều khiển
Lập trình sơ đồ giải thuật vào PLC
Mô phỏng chương trình và kiểm tra phần mềm
Phiên dịch lưu đồ sang dạng sơ đồ giải thuật

Thay
đổi
chươn
g trình
Chương trình
Nối các thiết bị vào/ra với PLC
Chạy thử chương trình
Lưu chương trình vào EPROM
Sắp xếp có hệ thống chương
Sửa lại phần mềm
Kết thúc
Chương trình
sai
Đúng
Sai
Đúng
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 5
CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG CỦA
THANG MÁY
I. Truyền động kiểu kéo không có hộp số:
1. Mô tả:
Thiết bị nâng chuyển kiểu kéo không có hộp số bao gồm một động cơ DC
tốc độ thấp (từ 50 đến 200 vòng/phút) có bốn đến tám pulley có đường kính khoảng
30 đến 48 inch (khoảng 750 đến 1000 mm). Một cái phanh lò xo cách ly về điện
được bố trí dùng cho pulley.
Động cơ DC có tốc độ thấp, mặc dù có trọng lượng lớn và đắt tiền nhưng cần
thiết để duy trì moment yêu cầu để truyền động trực tiếp cho pulley có bán kính lớn
để đảm bảo tốc độ dừng và tăng tốc độ của thang.
Các pulley càng lớn càng tăng tuổi thọ của dây kéo. Thường người ta chọn

pulley có bán kính gấp 40 lần bán kính dây kéo.
Các máy kiểu kéo không có hộp số tăng tốc cao hơn 800 fpm(4 m/s) hoặc
cao hơn. Thường dùng nguyên tắc quấn dây đôi để tránh trượt dây và giảm tối đa độ
mòn dây. Các dây từ buồng thang được quấn pulley truyền động qua pulley thứ hai
(gọi là pulley thứ cấp) rồi qua pulley truyền động một lần nữa, cuối cùng đến đối
trọng.
Lớp đệm rãnh làm bằng pulyuerthane, lớp này có tác dụng tăng ma sát giữa
rãnh của pulley và dây kéo để kéo dài tuổi thọ của dây. Kỉ thuật này phát triển dựa
theo nguyên tắc quấn dây hai lần có thế bị thay thế bằng việc quấn dây một lần kết
hợp với miếng đệm rãnh.
Dây cáp: thường dùng loại dây cáp 6 x 19 có khả năng chịu lực cao.
Các thiết bị thông thường được liên kết dây theo tỉ lệ 1:1 hoặc 1:2 đối với
buồng thang và đối trọng.
Tỷ lệ 2:1 được lợi gấp đôi về lực, như vậy động cơ chỉ cần cung cấp một lực
bằng nữa lực cần thiết để nâng khối lượng của vật. Tỷ lệ này thường được dùng khi
tải lớn 1600 kg. Tỷ lệ 1:1 sẽ không thiệt hại về quãng đường như vậy tốc độ của
động cơ phải giảm nhỏ, dẫn đến kích thước của động cơ lớn.


Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 6
2. Hoạt động:
Máy phát có thể khởi động khi đầy tải, có khả năng tăng tốc đến tốc độ cực
đại trong khoảng cách chuyển động từ tầng này đến tầng kia. Có khả năng chuyển
động chậm dần đến mức có thể dừng trong khoảng thời gian từ 4,5 đến 5 giây. Yêu
cầu đó đòi hỏi phải thực hiện dưới một điều khiển tải khi nâng cũng như khi hạ. Hệ
thống nâng chuyển phải bố trí sao cho khi tăng tốc hoặc giảm tốc không làm sốc
hành khách trong buồng thang.
II. Truyền động kiểu kéo có hộp số:
1. Mô tả:

Máy của thang nâng kiểu kéo có hộp số sử dụng bộ giảm tốc nối vào động cơ
có tốc độ cao truyền động đến pulley. Kết quả là tốc độ của pulley giảm xuống và
moment tăng cao cần thiết cho sự làm việc của thang máy. Hãm bằng lò xo để dừng
thang và giữ thang ở các tầng.
Thang nâng theo nguyên lý kéo có hộp số thường được dùng trong các thang
máy và thiết bị nâng chuyển có dung lượng từ 15 đến 3000 lp(10 đến 1400 kg) hoặc
lớn hơn với tốc độ từ 25 đến 450 fpm(0.125 đến 2.3 m/s).
Máy kéo có hộp số được truyền động bằng động cơ AC một tốc độ hoặc hai
tốc độ hoặc sử dụng động cơ DC dùng phương pháp điều khiển “Ward – Leonard”
hoặc động cơ AC hay DC điều khiển bằng chỉnh lưu hay mạch điện tử. Động cơ AC
thường dùng cho tốc độ từ 25 đến 150 fpm (0.125 đến 0.75 m/s) và với mạch điện
tử tốc độ có thể lên đến 350 fpm (1.75 m/s).
Đối với động cơ một tốc độ, người ta dừng bằng cách tắt nguồn và hãm
phanh. Động cơ hai tốc độ hoạt động với bộ dây quấn kép. Dây quấn tốc độ nhanh
dùng để vận hành, dây quấn tốc độ chậm dùng để hãm phanh và dừng đúng mức.
2. Phần cơ:
- Đây là bộ phận chính cung cấp lực kéo cho thang máy. Nó bao gồm các bộ phận
sau:
- Motor kéo (thường là động cơ không đồng bộ ba pha).
- Thiết bị biến đổi tốc độ (hộp số máy kéo).
- Bánh kéo (traction sheave) hay pulley quấn cáp.
3. Bộ hãm:
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 7
Người ta thường dùng bộ hãm bằng từ vì chúng giải phóng điện và tạo ra để
ma sát với trục của máy. Do lò xo giữ ngược chiều hãm hình trụ trên trục quay của
máy.
Sự hoạt động của cơ cấu truyền động không bánh răng, chức năng hãm dùng
để duy trì và không làm chạm thang máy. Do đó kích thước của nó được xác định
bằng moment theo điểu kiện cần thiết. Chức năng của nó giống như motor, nhỏ hơn

bộ phận truyền động bằng bánh răng, vì moment giảm ngược với bánh răng. Bộ
phận quay motor AC với vận tốc thấp mà trong đó sự dừng lại là do đế hãm.
Dòng từ hóa có thể sử dụng bất cứ nơi nào có thể được vì chúng có thể điều
khiển nhanh chóng nhưng không có tiếng ồn. Bộ hãm dòng xoay chiều có thể là từ
tính hoặc hoạt động motor và thường cung cấp qua bộ phận giảm chấn để điều
chỉnh hoạt động của chúng.
4. Lực kéo và Công suất:
a. Lực kéo:
Buồng thang được nâng lên hoặc kéo xuống bởi những dây cáp vắt qua ròng
rọc truyền động, lực cần thiết có do ma sát giữa cáp và bề mặt rãnh của ròng rọc bởi
áp lực gây nên do trọng lượng của buồng thang và đối trọng.
Thang máy kéo bằng lực có đặc điểm an toàn khi không có buồng thang hoặc
đối trọng, lực căng trên cáp bị giảm nhẹ và ròng rọc quay mà không di chuyển
thang máy do lực ma sát bị giải phóng.
b. Công suất
Để chọn được công suất truyền động của thang máy cần có các điều kiện
sau:
- Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép
- Trọng tải
- Trọng lượng buồng thang
Công suất tĩnh của động cơ khi không dùng đối trọng được xác định theo
công thức sau:


/]10*)[(
3
 gVGGP
bt
(KW)
G

bt
: khối lượng buồng thang (Kg)
G: khối lượng hàng (kg)
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 8
V: vận tốc nâng (m/s)
g: gia tốc trọng trường (m/s
2
)
:

hiệu suất của cơ cấu nâng (thường chọn 0.5 đến 0.8)
Công suất tĩnh của động cơ lúc nâng tải khi có đối trọng :

3
10]/)[(

 gkVGGGP
dtbt

(KW)
Công suất tĩnh của động cơ lúc hạ tải khi có đối trọng :

3
10]/)[(

 gkVGGGP
dtbt

(KW)

G
dt
: khối lượng của đối trọng (kg)
K: hệ số ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng ( thường chọn k =1,
15:1,3).
Khối lượng đối trọng tính theo công thức:
GGG
btdt


(Kg)
Với

là hệ số cân bằng (chọn 0.3 đến 0.6)
Tuỳ thuộc vào tải trọng mà ta chọn công suất sao cho phù hợp với động cơ
kéo. Nó còn phụ thuộc rất nhiều vào lực kéo đặt len puli quấn dây và cơ cấu truyền
động giữa motor kéo và puli Dựa vào các kết quả công thức trên, ta có thể chọn
công suất và các thành phấn liên quan.
5. Dây Cáp:
Một bộ gồm từ ba đến tám dây cáp bằng thép với đường kính khoảng 0.5 đến
1 inch thường được dùng để nối song song. Đường kính của cáp dùng để xác định
đường kính ròng rọc nhỏ nhất có thể sử dụng. Ròng rọc quá nhỏ sẽ dẫn tới ứng suất
dư trong cáp khi quấn qua ròng rọc, nó là nguyên nhân giảm tuổi thọ của cáp.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 9
Đường kính của ròng rọc thường được chọn lớn hơn 40 lần đường kính của cáp.
Hình 1
Trong hình 1 thang máy này sử dụng hệ thống cáp gồm 5 dây, dùng nối song
song với nhau thông qua hệ thống nối cáp.
6. Buồng thang:

Hình 2 chỉ cho ta thấy các nút chức năng bên trong buồng thang
Buồng thang mang tải gồm:bục thang, khung thang, cửa và tấm chắn xung
quanh thang. Khung thang được gắn dính với dây cáp, thanh ray, bục thang và các
thiết bị an toàn. Thông thường thì các bộ phân điều khiển cửa được gắn kèm theo.

Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 10
CHƯƠNG III: CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI THANG MÁY

I. AN TOÀN:
Đối tượng phục vụ của thang máy (thang máy trở người) là phục vụ trực tiếp
con người. Vì vậy, an toàn là yếu tố quan trọng nhất. Nó phải đảm bảo tính mạng và
sức khỏe của con người.
Đặt vấn đề là an toàn, tức là đưa ra mọi khả năng, mọi tình huống có thể xảy
ra trong khi sử dụng thang máy để tính toán, có biện pháp đề phòng và xử lý thích
hợp, nhanh chóng. Có thể chia thành hai trạng thái hoạt động của thang máy:
- Thang máy hoạt động bình thường.
- Thang máy có sự cố.
1. Thang máy hoạt động bình thường:
Cửa thang máy phải đóng kín khi cabin đang chuyển động chưa dừng hẳn.
Sau khi mở cửa tại tầng có yêu cầu để khách ra vào, cửa cabin chỉ đóng lại nếu chưa
quá tải và không còn khách nào hay hàng hóa nào di chuyển qua cửa cabin. Lực
đóng cửa có giá trị nhỏ để đảm bảo không gây tổn thương cho hành khách hay hư
hỏng cho hàng hóa.
2. Thang máy bị sự cố:
Khi mất điện: Cabin được đưa xuống tầng gần nhất bằng nguồn phụ. Khi
cabin chạy quá hành trình cho phép (Over travel) do bộ điều khiển không bình
thường hoặc vì lý do nào đó, phải có biện pháp xử lý để nó không tiếp tục di chuyển
phá vở kết cấu gây tai nạn.

Cửa cabin và cửa tầng có kết cấu thích hợp, cho phép mở ra trong trường
hợp xảy ra sự cố và thang máy phải đang dừng đúng tầng nào đó. Nếu cabin bị đứt
cáp phải có bộ phận hãm bảo hiểm không cho thang máy rơi tự do. Cabin phải có
cửa thoát hiểm để sử dụng trong trường hợp xấu nhất.
II. ĐỘ TIN CẬY:
Độ tin cậy của thang máy thể hiện ở:
- Tuổi thọ làm việc của các bộ phận cao, ít hư hỏng.
- Xử lý đúng, đáp ứng chính xác các yêu cầu do người sử dụng đưa ra.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 11
- Sự phối hợp họat động của các thiết bị, các thành phần trong thang
máy được điều khiển đồng bộ, thống nhất.
III. ĐỘ CHÍNH XÁC DỪNG TẦNG:
Buồng thang của thang máy phải dừng chính xác so với mặt bằng của tầng
cần dừng sau khi có lệnh dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ xảy ra
các hiện tượng sau:
- Đối với thang máy chở khách: làm cho hành khách ra vào khó khăn, làm
giảm hiệu suất phục vụ của thang.
- Đối với thang máy chở hàng: gây khó khăn trong việc bốc dở hàng, đôi
khi không bốc dở hàng đựơc.
Để khắc phục điều đó, có thể nhất nút bấm để đạt độ chính xác khi dừng,
nhưng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau:
- Hỏng thiết bị điều khiển.
- Gây tổn thất năng lượng.
- Gây hỏng các thiết bị cơ khí.
- Tăng thời gian từ lúc giảm đến lúc dừng.
Để dừng chính xác buồng thang, cần tính đến nửa hiệu số của hai quãng
đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang không tải theo
cùng một hướng di chuyển. Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính các buồng thang
bao gồm: moment của cơ cấu phanh, moment quán tính của buồng thang, tốc độ khi

bắt đầu hãm và một số yếu tố khác.

** Kết luận:
Để thiết kế một hệ thống thang máy, phải giải quyết từng công việc sau:
- Tính toán kết cấu thang máy theo thông số đặt ra với từng trường hợp cụ
thể.
- Tính toán, lắp đặt hệ thống điều khiển.
- Trang bị các bộ phận cần thiết khác.
- Để thực hiện công việc điều khiển, ta cần phân tích các yêu cầu cụ thể
đặt riêng cho bộ phận điều khiển thang máy.

Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 12
PHẦN II
KHÁI QUÁT VỀ PLC TRONG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU BỘ PLC CỦA SIMATIC S7-200
I. Tổng quát về PLC:
1. Giới thiệu PLC:
Tự động ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và công nghiệp.
Ngày nay ngành tự động đã phát triển tới trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý
thuyết điều khiển tự động, của những ngành khác như điện tử, tin học, … Nhiều hệ
thống điều khiển đã ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng phục vụ rộng là
bộ điều khiển PLC. Sở dĩ như thế, do bộ PLC có nhiều ưu điểm nổi bậc so những bộ
điều khiển khác
- Đơn giản, dể dàng thay đổi, lập trình .
- Tin cậy trong môi trường công nghiệp.
- Cạnh tranh được giá thành với các bộ diều khiển khác.
Cuối thập niên 60 xuất hiện khái niệm về PLC và đã được phát triển rất nhanh.
Năm 1974 PLC đã sử dụng nhiều bộ xử lý như : mạch định thời, bộ đếm, dung

lượng nhớ đến 12KB và có 1024 điểm nhập xuất. Năm 1976 đã giới thiệu hệ thống
đưa tín hiệu vào ra từ xa. Năm 1977 PLC đã dùng đến vi xử lý. Năm1980 phát triển
các khối nhập xuất thông minh nâng cao điều khiển thuận lợi qua viễn thông, nâng
cao việc phát triển phần mềm, dùng máy tính cá nhân lập trình. Đến năm 1985 đã
thành lập mạng PLC.
Là một kỹ sư điện công nghiệp, công việc sẽ gắn liền với điều khiển, vận hành
hệ thống sản xuất. Như vậy, những hiểu biết về PLC sẽ tạo nhiều thuận lợi để làm
việc tốt hơn. Khi đang còn ngồi trên ghế nhà trường, việc tìm hiểu, nghiên cứu để
nắm vững phương pháp lập trình trên bộ PLC rất có ý nghĩa và là điều kiện tốt nhất
học hỏi, tích lũy kinh nghiệm.

Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 13
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller , là thiết bị điều khiển lập
trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic
thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một
loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích
(ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì
hay các sự kiện được đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay
OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập
trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở
ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điều
khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau :
- Lập trình dể dàng, ngôn ngữ lập trình dể học .
- Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa.
- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp .
- Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp .
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính , nối mạng , các
môi Modul mở rộng.

- Giá cả cá thể cạnh tranh được.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các
Logic thời gian .Tuy nhiên ,bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ
và tính dể dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả … Chính
điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp .
Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm , định
thời , thanh ghi dịch … sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sự
phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn , số lượng I / O
nhiều hơn.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình
điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được
xác định bởi một chương trình . Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 14
PLC, PLC sẽ thực hiện viêc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu
muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ , ta chỉ cần thay đổi
chương trình bên trong bộ nhớ của PLC . Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ
được thực hiện một cách dể dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với
các bộ dây nối hay Relay .
2. Cấu trúc , nguyên lý hoạt động của PLC:
a. Cấu trúc
Tất cả các PLC đều có thành phần chính là :
Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong ( có thể mở rộng thêm một số bộ
nhớ ngoài EPROM ).
Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC .
Các Modul vào /ra.
Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm môt đơn vị lập trình
bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM
để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung . Nếu đơn vị lập trình
là đơn vị xách tay , RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào

chương trình đã được kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ
PLC . Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc
viết, đọc và kiểm tra chương trình . Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng
RS232, RS422, RS458, …
b. Nguyên lý hoạt động của PLC
 Đơn vị xử lý trung tâm
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.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 15
 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 môt 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.

Hê 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.
 Bộ nhớ
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.
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 .
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 16
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 đấu ra,
quá trình này được gọi là quá trình đọc .
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi 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 CMOSRAM 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 chổ 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 hoăc 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 ÷1000 dòng lệnh
- Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ 2000
÷16000 dòng lệnh.
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM.

+ Các ngỏ vào ra I / O
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 17
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ( các đầu vào của
PLC ) , các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra ( các đầu ra của PLC ) .
Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiêu xử lý là
12/24VDC hoặc 100/240VAC.
Mỗi đơn vị I / O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh
I / O được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC , điều này làm cho việc kiểm tra
hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản .
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc
đóng hay ngắt mạch ở đầu ra .
3. Các hoạt động xử lý bên trong PLC
Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC , các lệnh sẽ được
trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ .
PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong
bộ nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho
đến cuối chương trình . Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là
một chu kỳ thực hiện. Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý

của PLC và độ lớn của chương trình. Một chu lỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn nối
tiếp nhau :
 Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào. Phần chương trình
phục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành .
 Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong chương trình.
Trong ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào,
thực hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của
các đầu ra.
 Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại các
modul đầu ra.



Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 18
II. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 VỚI CPU 224:






Modul
CPU
Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của các loại CPU này nhận biết được nhờ số
đầu vào/ra (I/O) và nguồn cung cấp:.
 CPU224 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng mở rộng thêm
7 modul mở rộ
S7-200 có nhiều loại modul mở rộng (Expansion Modules) khác nhau:
A.Một số thông tin về CPU 224:

- 4096 từ đơn thuộc vùng nhớ chương trình (vùng nhớ có giao diện với
EEPROM) và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EEOROM, 2560 từ
đơn thuộc vùng nhớ dữ liệu (vùng nhớ có giao diện với EEPROM)
- 14 cổng vào (I0.0 đến I0.7 và I1.0 đến I1.5) và 10 cổng ra (Q0.0 đến Q0.7 và
Q1.0 đến Q1.1) số
- 32 cổng vào và 32 cổng ra tương tự
- Cho phép mở rộng 7 modul
- 6 bộ đếm tốc độ cao: 6 đối với 30kHZ, 4 đối với 20kHZ
- Ngõ ra xung : 2 tại 20kHZ (chi ngõ ra một chiều)
- 256 bộ timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: T0 đến 255, trong
đó có: 2 timer có độ phân giải 1mms, 8 timers có độ phân giải 10mms ,
53 timer có độ phân giải 100 mms loại TONR. 2 timer có độ phân giải
1mms, 8 timer có độ phân giải 10mms, 180 timer có độ phân giải 100mms
loại TON/OFF
- 256 bộ counter




Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 19
- Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng 190 giờ khi PLC bị
mất nguồn nuôi
- Cổng truyền thông nối tiếp RS-485

B. Mô tả các đèn báo trên S7-200, CPU224:
-I/O LED: đèn ở cổng vào/ra chỉ trạng thái tức thời của cổng I/O
(Input/Output). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng
-Đèn RUN: đèn RUN sáng chỉ định rằng PLC đang ở chế độ làm việc và
thực hiện chương trình được nạp vào trong máy.
-Đèn STOP: đèn STOP sáng chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. Dừng
chương trình đang thực hiện lại.
Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC:
-RUN cho phép PLC thực hiện chương 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
chương trình có 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.
-TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong chế độ làm việc
cho PLC hoặc ở RUN hoặc ở STOP.
 STEP 7 – Micro/Win cho phép ta thay đổi nóng chế độ hoạt động của S7-
200. Thay đổi bằng phần mềm cũng có thể thay đổi chế độ hoạt động của S7-
200, ta phải điều chỉnh bằng tay công tắc trên S7-200 hoặc ở chế độ TERM
hoặc RUN. Vào menu PLC > STOP hoặc PLC > RUN hoặc kết hợp những
nút trên thanh công cụ để thay đổi chế độ hoạt động

Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 20
C. Pin và nguồn nuôi:
Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình hoặc nạp một chương trình mới.
Nguồn pin có thể đuợc sử dụng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu
có trong bộ nhớ. Nguồn pin được tự động chuyển sang trạng thái tích cực nếu như
dung lượng tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ

nhớ không bị mất đi.
D. Cổng truyền thông:
S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS-485 với phích nối 9 chân để
phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc các trạm PLC khác. Tốc độ
truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC
theo kiểu tự do là từ 300 đến 38400
Bảng 7-1: Tốc độ baud của S7-200








Ghép nối S7-200 với máy PC qua cổng RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ
chuyển đổi RS-232/RS-485.
Chân Giải thích
1 Đất
2 24VDC
3 Truyền và nhận dữ liệu
4 Không sử dụng
5 Đất
6 5VDC (điện trở trong 100
Ohm)


Hình: kết nối giữa
PC với S7-200 bằng
cáp PC/PPI

Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 21






Hình 1-2: Sơ đồ chân của cổng truyền thông

E. Cấu trúc bộ nhớ :
Bộ nhớ của S7-200 được chia thành 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ duy trì
dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 có tính
năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ các phần bit nhớ đặc biệt
được ký hiệu bởi SM (special memory) chỉ có thể truy nhập để đọc.








-Vùng chương trình: là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu giữ các lệnh
chương trình. Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được
-Vùng tham số: là miền lưu giữ các tham số như: từ khoá, địa chỉ trạm
cũng giống như vùng chương trình, vùng tham số thuộc kiểu non volatile đọc/ghi
được.
-Vùng dữ liệu: được sử dụng để cất giữ các dữ liệu của chương trình bao
gồm các kết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm

truyền thông Một phần của vùng nhớ này (200 byte đầu tiên đối vời CPU212, 1K
byte đầu tiên đối với CPU214) thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được.
7 24VDC (120 mmA max)
8 Truyền và nhận dữ liệu
9 Không sử dụng
5 4 3 2 1

9 8 7 6


Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 22
-Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra
tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng. Vùng này không thuộc kiểu non-
volatile nhưng đọc/ghi được.
 Hai vùng nhớ cuối cùng có ý nghĩa quan trong trong việc thực hiện một
chương trình
 Vùng dữ liệu là một miền nhớ động. Nó có thể truy nhập theo từng
bit, từng byte, từng từ đơn (word) hoặc theo từng từ kép và được sử
dụng làm miền lưu trữ dư liệu cho các thuật toán, các hàm truyền
thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ
địa chỉ… Ghi các dữ liệu kiểu bảng bị hạn chế rất nhiều vì dữ liệu
kiểu bảng thường chỉ được sử dụng theo những mục đích nhất định.
Vùng dữ liệu lại được chia ra thành những miền nhớ nhỏ với các công
dụng khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng các chưa cái đầu tiên 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

 SM: Specical memory bits
Tất cả miền này đều có thể truy nhập được theo từmg bit, từng byte, từng từ đơn
(word – 2byte) hoặc từ kép (2 word)
CPU224 bit
Timer (đọc/ghi)




Bộ đếm (đọc/ghi)



T0 (word)
…
…
T63
T0
…
…
T63

C0 (word)
…
…
C255
C0
…
…
C63

Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 23
Bộ đệm cổng vào tương tự
(chỉ đọc)


Bộ đệm cổng ra tương tự
(chỉ ghi)



Thanh ghi Accumulator



G. Mở rộng cổng vào ra:
CPU212 cho phép mở rộng nhiều nhất 2 modul và CPU 224 nhiều nhất 7
modul. Các modul mở rộng tương tự và số đều có trong S7-200
Có thể mở rộng cổng vào/ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các
modul mở rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một mốc xích. Địa chỉ của các
vị trí của modul được xác định bằng kiểu vào/ra và vị trí của modul trong móc xích,
bao gồm các modul có cùng kiểu. Ví dụ như một modul cổng ra không thể gán địa
chỉ của một modul cổng vào, cũng như một modul tương tự không thể có địa chỉ
như một modul số và ngược lại.
Các modul mở rộng số hay rời rạc đều chiếm chỗ trong bộ đệm, tương ứng
với số đầu vào/ra của modul.
Sau đây là ví dụ về cách đặt địa chỉ cho các modul mở rộng trên CPU 214:
CPU224 modul 0
(4 vào/4 ra)

modul 1
(8 vào)

modul 2
3 vào analog/
1 ra analog
modul 3
8 ra
modul 4
3 vào analog/
1 ra analog
I0.0 Q0.0
I0.1 Q0.1
I2.0
I2.1
I3.0
I3.1
AIW0
AIW2
Q3.0
Q3.1
AIW8
AIW10
AI0 (word)
…
…
AIW62
AQ0 (word)
…
…

AQW62
AC0

AC1

AC2

AC3
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 24

F. Thực hiện chương trình :
PLC thực hiện chương trình theochu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét
(scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào
vùng bộ đệm ảo, ti61p theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng
quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc
(MEND). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và
kiểm lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm
ảo tới các cổng ra.


1.Nhập dữ liệu từ ngoại vi
vào bộ đệm ảo






I0.2 Q0.2

I0.3 Q0.3
I0.4 Q0.4
I0.5 Q0.5
I0.6 Q0.6
I0.7 Q0.7
I1.0 Q1.0
I1.1 Q1.1
I1.2
I1.3
I1.4
I1.5
I2.2
I2.3
Q2.0
Q2.1
Q2.2
Q2.3

I3.2
I3.3
I3.4
I3.5
I3.6
I3.7
AIW4
AQW0

Q3.2
Q3.3
Q3.4

Q3.5
Q3.6
Q3.7
AIW12
AQW4
4. Chuyển dữ liệu từ bộ
đệm ảo ra ngoại vi
3.Truyền thông
và tự kiểm tra lỗi
2.Thực hiện chương trình