ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN

thành được đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn !
SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN
Chương 1. KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BỊ LẬP TRÌNH
1.1. Tổng quan về điều khiển:
Trong ứng dụng các công nghệ khoa học vào sản xuất công nghiệp, mục
tiêu tăng năng suất lào động được giải quyết bằng cón đường tăng mức độ tự
động hoá các quá trình và thiết bị sản xuất nhằm mục đích tăng sản lượng, cải
thiện chất lượng và độ chính xác của sản phẩm.
Tự động hoá trong sản xuất nhằm thay thế một phần hoặc toàn bộ các thao
tác vật lý của công nhân vận hành máy thông qua hệ thống điều khiển. Những
hệ thống điều khiển này có thể điều khiển quá trình sản xuất với độ tin cậy
cao, ổn định mà không cần sự tác động nhiều của người vận hành. Điều này
đòi hỏi hệ thống điều khiển phải có khả năng khởi động, kiểm soát, xử lý và
dừng một quá trình theo yêu cầu hoặc đo đếm các giá trị đã được xác định
nhằm đạt được kết quả mong muốn ở sản phẩm đầu ra của máy hay thiết bị.
Một hệ thống như vậy được gọi là hệ thống điều khiển.
Trong kỹ thuật tự động điều khiển, các bộ điều khiển chia làm 2 loại:
- Điều khiển nối cứng
- Điều khiển Logic khả trình (tiêng Anh) (PLC)
Một hệ thống điều khiển bất kỳ được tạo thành từ các thành phần:
- Khối vào
- Khối xử lý – điều khiển
- Khối ra
SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN+Khối vào:

Kết quả xử
Hình 1.1 : Các thành phần trong hệ thống điều khiển
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN
(Strain gage)

+Khối xử lý:
Khối này thay thế người vận hành thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình
hoạt động. Từ thông tin tín hiệu khối vào hệ thống điều khiển phải tạo ra được
những tín hiệu ra cần thiết để đáp ứng yêu cầu điều khiển đã xác định trong
phần xử lý. Tín hiệu điều khiển được thực hiện theo 2 cách:
- Dùng mạch điện nối kết cứng
- Dùng chương trình điều khiển
+Khối ra:
Tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển. Các tín
hiệu này được sử dụng để tạo ra những hoạt động đáp ứng cho các thiết bị ở
ngõ ra.
Thiết bị ở ngõ
ra
Đại lượng ra Đại lượng tác động
Động cơ điện Chuyển động quay Điện
Xy-lanh – Piston Chuyển động thẳng/áp lực Dầu ép/khí ép
Solenoid Chuyển động thẳng/áp lực Điện
Lò sấy/ lò cấp nhiệt Nhiệt Điện
Van Tiết diện cưả van thay đổi Điện/dầu ép/khí ép
Rơle Tiếp điểm điện/chuyển động
vật lý có giới hạn
Điện

1.1. 1 Điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình:
SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 6

Các chương trình điều khiển được định nghĩa là tuần tự trong đó các tiếp
điểm, cảm biến được sử dụng để từ đó kết hợp với các hàm Logic, các thuật
toán và các giá trị xuất của nó để điều khiển tác động hoặc không tác động
đến các cuộn dây điều hành. Trong quá trình hoạt động, toàn bộ chương trình
được lưu vào trong bộ nhớ và tiến hành truy xuất trong quá trình làm việc.
1.2 Tổng quan về PLC
1.2.1 Mở đầu
Trong các hệ thống sản xuất, trong các thiết bị tự động và bán tự động, hệ
thống điều khiển đóng vài trò điều phối toàn bộ các hoạt động của máy móc
thiết bị. Các hệ thống máy móc và thiết bị sản xuất thường rất phức tạp, có rất
nhiều đại lượng vật lý phải điều khiển để có thể hoạt động đồng bộ hoặc theo
một trình tự công nghệ nhất định nhằm tạo ra một sản phẩm mong muốn.
Từng đại lượng vật lý đơn lẻ có thể được điều khiển bằng một mạch điều
khiển cơ sở dạng tương tự hay gián đoạn. Điều khiển nhiều đại lượng vật lý
đồng thời chúng ta không thể dùng các mạch điều khiển tương tự mà phải sử
dụng hệ thống điều khiển Lôgic. Trước đây các hệ thống điều khiển Lôgic
SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 8
Boä
Nhôù
Bộ nhớ
Chương trình
Ngõ vào
(Input)
Ngõ ra
(Output)
Hình 1.3 Bộ điều khiển Logic khả trình
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN
được sự dụng là hệ thống Lôgic Rơle. Nhờ sự phát tríển nhanh chóng của kỹ
thuật điện tử, các thiết bị điều khiển Lôgic khả lập trình PLC (Programmable
Logic Controller) đã xuất hiện vào năm 1969 thay thế các hệ thống điều khiển

Các tín hiệu tín hiệu ra là các tín hiệu truyền điện năng đến cho các cơ cấu
chấp hành như cuộn hút, đèn hiệu, động cơ vv.
Điện áp trên đầu vào của PLC là điện áp công suất thấp, tương ứng với
mức từ 0V đến 5V một chiều. Khi ta nối các đầu vào có mức điện áp cao hơn
5V, thường phải dùng các kênh có các mạch chuyển đổi để biến điện áp vào
thành điện áp tương đương với mức +/- 5VDC. Điện áp trên đầu ra của PLC
có thể có nhiều mức điện áp khác nhau, nhưng đều có mức năng lượng thấp.
Nếu cần phải điều khiển cơ cấu chấp hành có mức năng lượng cao hơn, ta
phải sử dụng các thiết bị khuyếch đại công suất.
1.2.2 khái niệm về PLC
PLC (Programable Logic Cóntroler) là một thiết bị điều khiển sử dụng
một bộ nhớ có thể lập trình,bộ nhớ này sẽ lưu giữ các cấu trúc lệnh(Logic,thời
gian,bộ đếm các hàm toán học….)để thực hiện chức năng điều khiển.
SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 10
Hình 1.4 sơ đồ khối của một PLC đơn giản
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN
Tín hiệu đưa vào PLC đực lấy từ các thiết bị như các cảm
biến(sensor),công tắc…tín hiệu đầu ra PLC có thể được sử dụng để điều
khiển một đối tượng(một động cơ,vàn…)hoặc có thể là một quá trình(process)
Ban đầu PLC chỉ đơn thuần được thiết kế để thay thế cho các thiết bị điều
khiển dùng Rơle,công tắc tơ đơn thuần, tuy nhiên trong quá trình phát tríển
với một ưu điểm lớn là có thể chỉnh sửa lại chương trình điều khiển tùy ý mà
không mất nhiều công cũng như các chi phí, bởi vậy có thể điều khiển các hệ
điều khiển rất phức tạp, có thể cói PLC như một máy tính có đặc điểm như
sau :
- Được thiết kế với cấu trúc đơn giản,có thể làm việc trong
môi trường công nghiệp (chịu được rung,tiếng ồn,nhiệt độ,độ ẩm
cao)
- Các tín hiệu ra vào được cách li về điện cới bộ điều khiển
- Lập trình đơn giản, chỉ thuần túy thực hiện các chức năng

như sơ đồ thang trong các hệ thống điều khiển Lôgic, nên các kỹ sư đã làm
quen với sơ đồ thang, dễ dàng thích nghi với việc lập trình mà không cần phải
qua một quá trình đào tạo nào. Một số các ứng dụng của máy tính trong sản
xuất trong thời gian đầu bị thất bại, cũng chính vì việc học sử dụng các phần
mềm máy tính không dễ dàng ngay cả với các kỹ sư. Khi các vi xử lý được
đưa vào sử dụng trong những năm 1974 – 1975, các khả năng cơ bản của PLC
được mở rộng và hoàn thiện hơn. Các PLC có trang bị vi xử lý có khả năng
thực hiện các tính toán và xử lý số liệu phức tạp, điều này làm tăng khả năng
ứng dụng của PLC cho các hệ thống điều khiển phức tạp. Vào cuối những
năm bảy mươi việc truyền dữ liệu đã trở nên dễ dàng nhờ sự phát tríển nhảy
vọt của công nghiệp điện tử.
SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN
Các PLC có thể điều khiển các thiết bị cách xa hàng vài trăm mét. Các
PLC có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và việc điều khiển qua trình sản xuất trở
nên dễ dàng hơn.
Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC chính là các máy tính công nghiệp
dùng cho mục đích điều khiển máy, điều khiển các ứng dụng công nghiệp
thay thế cho các thiết bị “cứng” như các rơle, cuộn hút và các tiếp điểm.
Ngày nay chúng ta có thể thấy PLC trong hàng nghìn ứng dụng công
nghiệp. Chúng được sử dụng trong công nghiệp hoá chất, công nghiệp chế
biến dầu, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp cơ khí, công nghiệp xử lý
nước và chất thải, công nghiệp dược phẩm, công nghiệp dệt may, nhà máy
điện hạt nhân, trong công nghiệp khai khoáng, trong giao thông vận tải, trong
quân sự, trong các hệ thống đảm bảo an toàn, trong các hệ thống vận chuyển
tự động, điều khiển rô bốt, điều khiển máy công cụ CNC vv…. Các PLC có
thể được kêt nối với các máy tính để truyền, thu thập và lưu trữ số liệu bao
gồm cả quá trình điều khiển bằng thống kê, quá trình đảm bảo chất lượng,
chẩn đoán sự cố trực tuyến, thay đổi chương trình điều khiển từ xa. Ngoài ra
PLC còn được dùng trong hệ thống quản lý năng lượng nhằm giảm giá thành

Công tắc hành trình
Cảm biến quang điên
Rơle
Công tắc tơ
Rơle thời gian
Bộ đếm
Động cơ
Công tăc tơ
Van thủy lực,
khí nén
Bộ hiển thị
Nút ấn
Công tắc tơ
Công tắc hành
trình
Cảm biến quang
nhiệt
PLC
Động cơ
Công tắc tơ
Van thủy lực
khí nén
Bộ hiển thị
Bảng 1.3 Cơ sở phát tríển của PLC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN
Trong quá trình phát tríển PLC đã bộc lộ rất nhiều ưu điểm so với những hệ điều khiển
Rơle,công tắc tơ.
Bảng điều khiển
Rơle, công tắc tơ
PLC

như gửi tín hiệu đến đầu ra thích ứng.
2. Nguồn nuôi là đơn vị dùng để chuyển đổi nguồn AC thành nguồn DC
(5V ,24V) để cung cấp cho CPU và các khói vào ra.
3. Thiết bị lập trình dùng để viết chương trình điều khiển và chuyển
xuống PLC.
4. Bộ nhớ là nơi lưu giữ chương trình điều khiển, chương trình điều khiển
này sẽ thực hện bởi CPU.
5. Khối ra/vào tín hiệu làm nhiệm vụ truyền nhận thông tin từ CPU với
các thiết bị bên ngoài. Các tín hiệu vào ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín
hiệu xố, tín hiệu Analog.
2.1.2 Cấu trúc của PLC
Cấu trúc cơ bản bên trong của PLC bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU)
chứa bộ vi xử lý hệ thống, bộ nhớ, và mạch nhập/ xuất. CPU điều khiển và xử
SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 16
Hình 1.5 cấu trúc PLC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN
lý mọi hoạt động bên trong của PLC. Bộ xử lý trung tâm được trang bị đồng
hồ có tần số trong khoảng từ 1 đến 8 MHz. Tần số này quyết định tốc độ vận
hành của PLC, cung cấp chuẩn thời gian và đồng bộ hóa tất cả các thành phần
của hệ thống. Thông tin trong PLC được truyền dưới dạng các tín hiệu digital.
Các đường dẫn bên trong truyền các tín hiệu digital được gọi là Bus. Về vật lý
bus là bộ dây dẫn truyền các tín hiệu điện. Bus có thể là các vệt dây dẫn trên
bản mạch in hoặc các dây điện trong cable . CPU sử dụng bus dữ liệu để gửi
dữ liệu giữa các bộ phận, bus địa chỉ để gửi địa chỉ tới các vị trí truy cập dữ
liệu được lưu trữ và bus điều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến các hoạt động
điều khiển nội bộ. Bus hệ thống được sử dụng để truyền thông giữa các cổng
và thiết bị nhập /xuất.
Cấu trúc của PLC được minh hoạ như sơ đồ sau.
SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 17
Hình 1.6 cấu trúc PLC

lưu trữ thông tin liên quan đến sự thực thi của chương trình.
SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN
3. Bộ điều khiển được sử dụng để điều khiển chuẩn thời gian của các phép
toán.
BUS
Bus là các đường dẫn dùng để truyền thông bên trong PLC. Thông tin
được truyền theo dạng nhị phân, theo nhóm bit, mỗi bit là một số nhị
phân 1 hoặc 0, tương tự các trạng thái on/off của tín hiệu nào đó. Thuật
ngữ từ được sử dụng cho nhóm bit tạo thành thông tin nào đó. Vì vậy
một từ 8 - bit có thể là số nhị phân 00100110. Cả 8- bit này được truyền
thông đồng thời theo dây song song của chúng. Hệ thống PLC có 4 loại
bus.
1. Bus dữ liệu: tải dữ liệu được sử dụng trong quá trình xử lý của CPU.
Bộ xử lý 8- bit có 1 bus dữ liệu nội có thể thao tác các số 8- bit, có thể thực
hiện các phép toán giữa các số 8-bit và phân phối các kết quả theo giá trị 8-
bit.
2. Bus địa chỉ: được sử dụng để tải các địa chỉ và các vị trí trong bộ nhớ.
Như vậy mỗi từ có thể được định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí nhớ được gán
một địa chỉ duy nhất. Mỗi vị trí từ được gán một địa chỉ sao cho dữ liệu được
lưu trữ ở vị trí nhất định. để CPU có thể đọc hoặc ghi ở đó bus địa chỉ mang
thông tin cho biết địa chỉ sẽ được truy cập. Nếu bus địa chỉ gồm 8 đường, số
lượng từ 8-bit, hoặc số lượng địa chỉ phân biệt là 28 = 256. Với bus địa chỉ 16
đường số lượng địa chỉ khả dụng là 65536.
3. Bus điều khiển: bus điều khiển mang các tín hiệu được CPU sử dụng để
điều khiển. Ví dụ để thông báo cho các thiết bị nhớ nhận dữ liệu từ thiết bị
nhập hoặc xuất dữ liệu và tải các tín hiệu chuẩn thời gian được dùng để đồng
bộ hoá các hoạt động.
4. Bus hệ thống: được dùng để truyền thông giữa các cổng nhập/xuất và
các thiết bị nhập/xuất.

được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực
thi đó đếu phụ thuộc vào chương trình điều khiển đượcgiữ trong bộ nhớ.
b. hệ thống bus
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tin hiệu, hệ thống gồm nhiều đường
tin 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 tin hiệu định thì và điều
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 phep 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. Cóntrol Bus sẽ chuyển các tin 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
118 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.
c. Bộ nhớ
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp :
Làm bộ định thời cho các kênh trạng thai I/O.
Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm.
SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN
Mỗi lệnh của chương trính có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN
Các đường tin hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ( các đầu vào
của PLC ) , các cơ cấu chấp hanh 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 hiệu xử lý
là 12/24 VDC 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 bởi 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 .
2.1.4 Các hoạt động xử lý bên trong PLC
A. Xử lý chương trình
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, vi 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 tuy 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 tin 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.
B. Xử lý xuất nhập
Gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I / O trong PLC :

- PLC cỡ lớn có trên 1024 kênh vào/ra.
a. PLC loại rất nhỏ (micro PLC )
SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  KHOA ĐIỆN
Micro PLC thường có ít hơn 32 đầu vào ra và thường sử dụng trong các
ứng dụng nhỏ như chiếu sáng, mở cửa, trong một máy phát điện tự động
nhưng tuy là nhỏ nhưng Micro PLC được ứng dụng dất nhiều và đa dạng.
Trên hình 1.2 là ví dụ về micro PLC họ T100MD-1616 do hãng Triangle
Research International sản xuất. Cấu tạo tương đối đơn giản và toàn bộ các bộ
phận được tích hợp trên một bảng mạch có kích thước nhỏ gọn. Micro – PLC
có cấu tạo gồm tất cả các bộ phận như bộ xử lý tín hiệu, bộ nguồn, các kênh
vào/ra trong một khối. Các micro PLC có ưu điểm hơn các PLC nhỏ là giá
thành rẻ, dễ lắp đặt.
Một loại micro PLC khác là DL05 của hãng Koyo, loại này có 30 kênh
vào/ ra
SVTH:NGUYỄN VĂN HẢI Page 25
Hình 1.7 Micro PLC họ
T100MD-1616
Hình 1.8. Micro PLC họ DL05 của hãng Koyo