Đồ án tốt nghiệp

Tìm hiểu cấu tạo và chức năng của bộ
điều khiển PLC
trong việc phát triển ồ ạt kỹ thuật máy tính và các ứng dụng của nó như PLC, CNC
… .
Trong quá trình phát triển của khoa học kỹ thuật trước đây ngay vào khoảng
thời gian những năm cách đây không phải là xa xôi lắm, người ta mới chỉ phân biệt
hai phạm trù kỹ thu
ật điều khiển bằng cơ khí và điều khiển bằng điện tử.
Nhưng từ cuối thập kỷ 20 người ta đã phải dùng nhiều chỉ tiêu chi tiết để phân
biệt các loại kỹ thuật điều khiển, bởi vì trong thực tế sản xuất cần đòi hỏi điều
khiển tổng thể những hệ thống máy chứ không ch
ỉ điều khiển từng máy đơn lẻ.
Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy
trở lên nhanh nhạy dễ dàng và tin cậy hơn.
Kỹ thuật điều khiển lôgic khả lập trình phát triển dựa trên cơ sở công nghệ máy
tính và đã từng bước phát triển tiếp cận theo các nhu cầu của công nghiệp. Quy
trình lập trình lúc ban đầu được chuẩn bị để s
ử dụng trong các xí nghiệp công
nghiệp điện tử, ở đó trang bị kỹ thuật và tay nghề thành thạo đã được kết hợp với
Nút ấn
CT giới hạn
CT mức
CT
Đèn

Heater
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

2
nhau. Đến nay, các thiết bị và kỹ thuật PLC đã phát triển tới mức những người sử
dụng nó không cần giỏi những kiến thức về điện tử mà chỉ cần nắm vững công
nghệ sản xuất để chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình được.
Trình độ của khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng hay khó khăn, cũng là
một ch
ỉ tiêu quan trọng để xếp hạng hệ thống điều khiển. ở đây có sự phân biệt
giữa những bộ điều khiển mà người dùng có thể thay đổi được quy trình hoạt động
so với các bộ điều khiển không thay đổi được quy trình hoạt động có nghĩa là điều
khiển theo quy trình cứng. Tuỳ theo kết cấu của hệ thống và cấu tạo của m
ỗi thành
phần mà mỗi phạm trù điều khiển trên đây lại chia ra làm nhiều loại điều khiển
khác nhau. Những đặc trưng lập trình của các loại điều khiển được trình bày trên sơ
đồ hình 1.1.b:

Bộ nhớ thay
đổi đư
ợ
c
Liên
k
ết cứn
g

Lên kết
p
hích cắ
m
Ram
eeprom
Rom
eprom

Rơle, linh kiện điện tử,
m
ạ
ch đi
ệ
n tử
,
c
ơ
thu
ỷ
khí

Mỗi mơđun đó được lắp thành những
đơn vị riêng, có phích cắm nhiều chân để
cắm vào rút ra dễ dàng trên một panen cơ khí có dạng bảng hoặc hộp. Trên panen
có nắp:
+ Đường ray nguồn để đưa nguồn điện một chiều (thường là 24v) từ đầu ra của
mơđun nguồn lấy từ mơđun nguồn, đưa đi cung cấp cho tất cả các mơđun khác.
+ Luồng liên lạc để trao đổi thơng tin giữa các mơđun và với bên ngồi.

Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

4
Mở rộng được

Đơn vị xử lý Bộ nhớ Đ ầu vào Đầu ra Mạch phối Chức năng
trung tâm CPU chương trình có lọc khuyếch đại ghép phụ

24v


Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

5
nhiên bộ xử lý từ ngữ có cấu trúc phức tạp hơn nhiều và do đó giá đắt hơn, cho nên
nó khơng thể loại bộ xử lý đơn bít ra khỏi thị trường tin học. Cả hai loại vẫn song
song tồn tại và mỗi laọi được lựa chọn tuỳ theo nhu cầu ứng dụng.
Bộ điều khiển lơgic khả lập trình với đơn vị xử lý trung tâm bằng từ ngữ đượ
c
dùng khi đòi hỏi xử lý văn bản và các thơng tin số, các phép tính, đo lường đánh
giá, điều khiển, kiểm tra,ghi nhớ cũng như xử lý các tín hiệuđơn trong mã nhị
ngun.
. Như vậy rõ ràng là chính bộ xử lý quyết định khả năng và chức năng của PLC.
Dưới đây là bảng so sánh các đặc trưng của đơn vị xử lý trung tâm (CPU) loại 1 bít
và loại từ ngữ:

Bộ xử lý 1 bít B
ộ xử lý từ ngữ
Xử lý trực tiếp các tín hiệu đầu vào
và đầu ra (địa chỉ đơn)
Các tín hiệu đầu vào và đầu ra chỉ có
thể được địa chỉ hố thơng qua từ ngữ
Cung cấp những lệnh nhỏ hơn, thơng
thường chỉ là một quyết định có/
khơng
Việc cung cấp những lệnh lớn hơn
đòi hỏi những tri thức về máy tính
Ngơn ngữ đầu vào đơn giản, khơng
cần kiến thức tính tốn
Ngơn ngữ đầu vào phức tạp dùng cho
việc cung cấp lệnh lớn

B nhớ goăm có lối sau :
+ B nhớ chư đóc (ROM: Read Only Memory): ROM khođng phại là
mt b nhớ khạ biên, nó có theơ lp trình chư mt laăn. Do đó khođng
thích hợp cho vic đieău khieơn “meăm” cụa PLC. ROM ít phoơ biên so với
các lối b nhớ khác.
+ B nhớ ghi đóc (RAM: Random Access Memory): RAM là mt b
nhớ thường được dùng đeơ lưu trữ dữ liu và chương trình cụa người sử
dúng. Dữ liu trong RAM sẽ bò mât đi nêu nguoăn đin bò mât. Tuy
nhieđn vân đeă này được giại quyêt baỉng cách gaĩn theđm vào RAM mt
nguoăn đin dự phòng. Ngày nay, trong kỹ thut phát trieơn PLC , người
ta dùng CMOSRAM nhờ sự tieđu tôn nng lượng khá thâp cụa nó và
cung câp pin dự phòng cho các RAM này khi mât nguoăn. Pin dự phòng
có tuoơi thó ít nhât mt nm trước khi caă
n thay thê, hoaịc ta chón pin sác
gaĩn với h thông , pin sẽ được sác khi câp nguoăn cho PLC.
+ B nhớ chư đóc chương trình xóa được (EPROM: Erasable Programmable
Read Only Memory): EPROM lưu trữ dữ liu giông như ROM, tuy nhieđn
ni dung cụa nó có theơ bò xoá đi nêu ta phóng tia tử ngối vào, người
viêt phại viêt lái chương trình trong b nhớ.
+ B nhớ chư đóc chương trình xoá được baỉng đin (EEPROM: Electric
Erasable Programmable Read Only Memory): EPROM kêt hợp khạ nng truy
linh đng cụa RAM và tính khạ biên cụa EPROM, ni dung tređn EEPROM
có theơ bò xoá và lp trình baỉng đin, tuy nhieđn chư giới hán trong mt
sô laăn nhât đònh.

1.3.3 Các thiêt bò nhp.
Sự thođng minh cụa mt h thông tự đng hóa phú thuc vào khạ
nng đóc các tín hiu từ các cạm biên tự đng cụa PLC.
Hình thức giao din cơ bạn giữa PLC và các thiêt bò nhp là: Nút ân,
caău dao, phím,…. Ngoài ra, PLC còn nhn được tín hiu từ các thiêt bò


+ Bộ nhớ duy trì có cùng chức năng như rơle duy trì, nghĩa là bảo tồn tín hiệu
trong q trình mất điện. Khi nguồn điện trở lại thì bộ chuyển đổi của bộ nhớ nằm
ở tư thế như trước lúc mất đ
iện.
+ bộ thời gian của PLC có chức năng tương tụ như các rơle thời gian. Việc đặt
thời gian được lập trình hoặc điều chỉnh từ bên ngồi.
+ Được lập trình bằng các lệnh lơgic cơ bản hoặc thơng qua các thẻ điện tử phụ.
Việc đặt bộ đếm được thực hiện bằng lập trình hoặc bằng nút bấm.
+ Bộ ghi tương ứ
ng với cơ cấu nút bấm – bước. Bước tiếp theo được thả ra bửi bộ
phát thời gian hoặc bằng xung của mạch chuyển đổi.
+ Chức năng số học được thực hiện để thực hiện bốn chức năng số học cơ bản:
cộng, trừ , nhân và chia, và các chức năng so sánh: lớn hơn, nhỏ hơn, bằng và
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

8
khơng bằng. Sự có mặt của chức năng số học giúp mở rộng đáng kể cơ hội ứng
dụng cho PLC .
+ Chức năng điềi khiển số (NC) – làm cho PLC có thể được ứng dụng để điều
khiển các q trình cơng nghệ trên máy cơng cụ hoặc trên các tay máy của người
máy cơng nghiệp.
Bộ PLC với các chức năng phụ đặc biệt chỉ thích hợp nếu có chủ đị
nh thực hiện
các chức năng khác ngồi sự thay thế việc điều khiển rơle đơn giản. nếu các chức
năng đó khơng được sử dụng một cách đầy đủ thì tốt nhất là sử dụng nhữ bộ PLC
khơng có các chức năng đó.
1.4 So sánh PLC với các thiết bị điều khiển thơng thường khác
.
Hin nay, các h thông đieău khieơn baỉng PLC đang daăn daăn thay thê

thiêt bò đieău khieơn thođng thường khác. PLC còn có khạ nng theđm vào
hay thay đoơi các lnh tuỳ theo yeđu càu cụa cođng ngh. Khi đó ta chư
caăn thay đoơi chương trình cụa nó, đieău này nói leđn tính nng đieău khieơn
khá linh đng cụa PLC.
1.5 Các bước thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC.
Đeơ thiêt kê 1 chng trình đieău khie
ơn cho mt hốt đng bao goăm
những bước sau:

1.5.1 Xác đònh qui trình cođng ngh.
Trước tieđn , ta phại xác đònh thiêt bò hay h thông nào muôn đieău
khieơn. Múc đích cuôi cùng cụa b đieău khieơn là đieău khieơn mt h
thông hốt đng
Sự vn hành cụa h thông được kieơm tra bởi các thiêt bò đaău vào.
Nó nhn tín hiu và gởi tín hiu đên CPU , CPU xử lý tín hiu và gởi
nó đên thiêt bò xuât đeơ đieău khieơn sự hốt đng cụa h thông như lp
trình sẵn trong chương trình
1.5.2 Xác đònh ngõ vào, ngõ ra.
Tât cạ các thiêt bò xuât , nhp beđn ngoài đeău được kêt nôi với b
đieău khieơn lp trình. Thiêt bò nhp là những contact, cạm biên Thiêt
bò xuât là những cun dađy , valve đin từ , motor, b hieơn thò.
Sau khi xác đònh tât cạ các thiêt bò xuât nhp caăn thiêt, ta đònh vò
các thiêt bò vào ra tương ứng cho từng ngõ vào, ra tređn PLC trước khi
viêt chương trình.
1.5.3 Viêt chương trình.
Khi viêt chương trình theo sơ đoă hình bc thang (ladder ) phại theo sự hốt
đng tuaăn tự từng bước cụa h thông
Sử dụng các khối chứ
c năng, đó là những hàm logic và những hàm đặc biệt để
lập trình. Có thể lập trình trực tiếp trên PLC nhờ các phím chức năng. Hoặc có thể

tương đôi
â
ù
/O
C
Chuyeơn lưu đoă sang
sơ đoă hình thang
Náp lp trình sơ đoă hình thang
thiêt kê cho PLC
phaăn Mođ phỏng chương
trình và sửa li meăm
Hiu chưnh chương trình
cho phù hợp
Ke
â
tno
â
i toàn bo
ơ
thie
â
tbò
Chương trình
OK

Khoa in ỏn tt nghip

11
han mem
Nỏp chửụng trỡnh vaứo
EPROM
Laụp ho sụ heụ thoõng cho taõt
c
END
Chửụng trỡnh
O
K

Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

12
Modul logic vạn năng với tên gọi là LOGO! Của tập đoàn SIEMENS AG tự
động hoá (AUT) tại Nuernberg, thuộc cộng hoà Liên bang Đức . Phục vụ các
nhiệm vụ điều khiển cỡ nhỏ trong các lĩnh vực lắp đặt điện dân dụng và lắp ráp tủ
đóng cắt điện hạ thế, cũng như trong nghành chế tạo máy và các ứng dụng thực tế
khác. Nó thay thế các công nghệ thông dụ
ng mà hiện tại vẫn còn đang được sử
dụng rộng rãi. LOGO! Chứa đựng tất cả các chức năng như rơle tiếp điểm, rơle trễ,
rơle nhớ, rơle xung, bộ phát xung đồng hồ, bộ đếm và đồng hồ định thời gian.
LOGO! Giúp tiết kiệm nguyên vật liệu, không gian, thời gian và góp phần lớn vào
hướng giảm giá thành trong nghành kỹ nghệ điện.
Tậ
p đoàn SIEMENS AG là nhà cung cấp tiên phong, đứng hàng đầu thế giới về
các modul logic và đặt tên cho chúng là LOGO! Như một họ thiết bị mới trong
nghành kỹ nghệ điện. Với phạm vi tính năng thấp hơn các bộ điều khiển khả trình
Micro. LOGO! Ra đời với mục tiêu thực hiện các ứng dụng nơi mà các giải pháp
thông thường với các bộ điều khiển khá trình cỡ nhỏ hoặc tích hợp từ các phânf t
ử

- Hệ thống cảnh báo và chuông báo động
- Thang máy, máy nâng
- Hệ thống cửa nhà, gara ôtô
- Hệ thống quản lý năng lượng
Và rất nhiều những ứng dụng khác nữa.
Một ưu điểm nổi bật nữa là LOGO! thoả mãn những yêu cầu cao như: độ chống
va đập, độ tương thích điện từ và làm việc đượ
c ở những nơi có khí hậu khắc nhiệt.
Điều đó làm cho LOGO! trở lên lý tưởng cho những ứng dụng công nghiệp. Thậm
trí cả trên những vùng biển.
Trong cam kết của mình những kỹ sư của tập đoàn SIEMENS AG đã nói:
“Ước mơ và những câu chuyện khoa học viễn tưởng về những hoạt động
được lập trình thông minh đã thành hiện thực vào ngày Robốt ra đời. Con người
bắ
t đầu nghĩ tới tương lai của mình khi mọi thao tác đơn giản chỉ là nhấn nút
điều khiển tự động. Mục đích của SIEMENS khi tới đất nước xinh đẹp này là
đem theo những thiết bị tin cậy với độ chính xác cao, bền vững và các giả pháp
kỹ thuật đồng bộ, thích ứng với bất kỳ nhu cầu nào trong hệ thống vận hành sản
xuất công nghiệp hay dịch vụ k
ỹ thuật”.
SIEMENS AG - Nuremberg - Germany 2.1 Các tính năng kỹ thuật của LOGO! .
Hiện nay Siemens đã cho ra đời nhiều mẫu LOGO! với đặc tính kỹ thuật khác
nhau như các loại mà đầu ra là transistor, rơle; loại chứa đồng hồ thời gian thực; có
hoặc không có màn hình; loại 12 đầu vào 8 đầu ra, 8 vào 4 ra
Nhìn chung các loại LOGO! đều có thể lập trình trực tiếp hoặc dễ dàng hơn
bằng các phần mềm chuyên dụng như LOGO!Soft; LOGO!Soft Comfort thông
qua cáp n

Vì vậy, khi lập trình cho LOGO! chúng ta cần quan tâm đến các thông số trên
để đảm bảo chương trình có thể chạy tốt trên loại LOGO! mà chúng ta đang có.
Các thông số kỹ thuật của LOGO!

+ Kích thước 72 x 90 x55 mm
+ 19 chức năng tích hợp bên trong
+ 8 đầu vào và 4 đầu ra
+ Có đồng hồ bên trong có thể
lưu nguồn trên 80 giờ trên LOGO! 12RC/ 24RC/
230RC
+ Tối đa 56 hàm
+ Có khả năng tích hợp
+ Có 3 bộ đếm thời gian
+ 2 đầu vào 1kHz trên mỗi LOGO! 12RC/24
+ 4 bộ chốt trạng thái

2.2
Lắp ráp và nối dây cho LOGO! .

Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

15
2.2.1 Lắp ráp.

LOGO! được lắp trong hộp nối dây hoặc tủ điện, phải đảm bảo được các đầu
nối được bọc cách điện nếu không chúng sẽ gây nguy hiểm.
LOGO! được gá trên một thânh chuẩn DIN với chiều rộng 35 mm.
Sử dụng một tuốc nơ vít có đầu rộng 3 mm để nối dây cho LOGO! .
Kích thước dây: 1x2,5 mm
2


2.2.3 Nối các đầu vào của LOGO!

Nối các bộ cảm biến tới đầu vào. Các đầu vào có thể là các công tắc, cảm biến
quang điện hoặc công tắc điều khiển bằng ánh sáng
Đặc tính của bộ cảm biến cho LOGO! 230R và LOGO! 230RC
+ LOGO! nhận biết trạng thái 0 (khoá mở) tại áp < 40v AC. Dòng vào lớn nhất
là 0,24 mA
SIEMENS
LOGO! 24/24R
SIEMENS
LOGO! 230R/230RC
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

16
+ LOGO! nhận biết trạng thái 1 tại áp >79v AC. không thể nối hai dây của công
tắc hành trình trực tiếp với LOGO! bởi vì dòng đóng mạch của nó lớn.
+ Khi trạng thái khoá thay đổi từ 0 đến 1 trạng thái 1 phải được duy trì ít nhất 50
ms để LOGO! nhận biết nó. Cũng như vậy khi chuyển về trạng thái 0.
Đặc tính của bộ cảm biến cho LOGO! 24 và 24R
+ LOGO! nhận biết trạng thái 0 (khoá mở) tại áp < 5v DC. dòng vào lớn nhất là 0
3 mA
+ LOGO! nhận biết tr
ạng thái 1 tại áp >15v DC.
2.2.4 Nối đầu ra của LOGO! .

LOGO! 230R/230RC và LOGO! 24R
Đầu ra của LOGO! 230RC/230R và LOGO! 24R là các Rơle. Công tắc của Rơle
được cách ly với nguồn cung cấp và đầu vào.

Yêu cầu đối với Rơle đầu ra

SIEMENS
LOGO! 24/24R
SIEMENS
LOGO! 230R/230RC
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

17
Bạn có thể nối các tải với nhau ở đầu ra, ví dụ như đèn, đèn huỳnh quang, môtơ,
contactor, Các tải nối với LOGO! 24R phải có đặc tính như sau:
+ Dòng chuyển mạch lớn nhất phụ thuộc vào tải và số làn tcá động

+ Khi công tắc đóng (Q=1), dòng điện cực đại là 8A cho tải thuần trở và 2A cho tải
có tính cảm kháng.


LOGO! 24 cung cấp điện áp cho tải.
Các yêu cầu đối với transistor đầu ra
Tải nối với LOGO! 24 phải có đặc tính sau:
+ Dòng đóng mạch lớn nhất là 0,3 A
+ Khi đóng mạch ( Q=1), dongd điện cực đại là 0,3 A
Kết nối LOGO! 230RC Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

18


LOGO! không chứa chương trình và
không có card nhớ hoặc có thì bộ nhớ
rỗng và:
+ LOGO! đã chạy hoặc ở trong chế độ
đặt thông số trước khi cắt nguồn.
+ LOGO! đang chạy chế độ lập trình
hoặc đóng No Program hiển thị trước
khi tắt nguồn
LOGO! sử dụng chương thình lưu trữ
và:
+ Chạy tiếp
+ Chạy tới menu chính trong chế độ lập
trình
LOGO! có card nhớ chứa chương trình
và:
+ LOGO! đã chạy hoặc ở trong chế độ
LOGO! tự động chép chương trình từ
card nhớ và:
+ Chạy tiếp
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

19
đặt thông số trước khi cắt nguồn.
+ + LOGO! đang chạy chế độ lập trình
hoặc dongd No Program hiển thị trước
khi tắt nguồn
+ Chạy tới menu chính trong chế độ lập
trình

L1 N I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8

SIEMENS esc
OK
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

20 Outputs


Khi bạn nhập vào một mạch, bạn tìm khối của hàm cơ bản trong danh sách GF.

Có những chứ
c năng cơ bản sau đây:

Biểu diễn bằng biếu đồ
mạch
Biểu diễn LOGO! Chức năng cơ bản Công tắc thường mở nối
tiếp
AND
> 1
&
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

21

Công tắc thường mở nối
song song
OR
Bộ đảo
NOT
I1
I2 Q
X Bảng Logic cho AND Bảng này áp dụng cho AND với x=1( có nghĩa là cổng vào
>1
1
=1
&
> 1
&
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

22
không sử dụng phải ở trạng thái 1) I1 I2 I3 Q
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
>1
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

23
1 1 1 1 + NOT

Một bộ đảo được biểu diễn như Trong LOGO! bộ đảo được gọi là
NOT:
hình vẽ sau: Biểu tượng cho nó như sau:
Khối NOT có đầu ra ở trạng thái 1 khi đầu vào ở trạng thái 0 và ngược lại. Nói
cách khác NOT đảo trạng thái ở đầu vào. Sự tiện lợi của NOT là không cần có công tắc thường đóng của LOGO! . Có thể
sử dụng công tắc th
ường mở và đảo chúng thành công tắc thường đóng bằng khối
NOT.

Bảng logic cho NAND
Bảng sau áp dụng cho NAND x = 1 (x là cổng vào không được sử dụng)

I1 I2 I3 Q
0 0 0 1
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 0
+ NOR

Việc nối liên tiếp các công tắc loại thường Trong LOGO! đây là khối NOR
đóng được trình bày ở sơ đồ mạch sau: Biểu tượng của nó như sau: I1

I2 Q

I3