Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang
1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PLC
1.1
GIỚI THIỆU VỀ PLC (Programmable Logic Control)

(Bộ điều khiển logic khả
trình)
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 yêu cầu sau:
¾ Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.
¾ Dễ dàng sửa chữa thay thế.
¾ Ổn đònh trong môi trường công nghiệp.
¾ Giá cả cạnh tranh.
Thiết bò điều khiển logic khả trình (PLC: Programmable Logic Control) (hình 1.1)
là loại thiết bò cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một
ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng mạch số.
Hình 1.1
Như vậy, với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển số
nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung
quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu
nhớ trong bộ nhớ PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và thực
hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét.
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang
2
Hình 1.2
Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính

Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang
4
1.2

PHÂN LOẠI
PLC được phân loại theo 2 cách:
¾ Hãng sản xuất: Gồm các nhãn hiệu như Siemen, Omron, Misubishi, Alenbratlay…
¾ Version:
Ví dụ: PLC Siemen có các họ: S7-200, S7-300, S7-400, Logo.
PLC Misubishi có các họ: Fx, Fx
0
, Fx
ON
1.3

CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG
1.3.1

Các bộ điều khiển
Ta có các bộ điều khiển: Vi xử lý, PLC và Máy tính.
1.3.2

Phạm vi ứng dụng
1.3.2.1 Máy tính
• Dùng trong những chương trình phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao.
• Có giao diện thân thiện
• Tốc độ xử lý cao
• Có thể lưu trữ với dung lượng lớn

5
Chính nhờ những ưu thế đó, PLC hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các hệ
thống điều khiển tự động, cho phép nâng cao năng suất sản xuất, chất lượng và sự đồng
nhất sản phẩm, tăng hiệu suất , giảm năng lượng tiêu tốn, tăng mức an toàn, tiện nghi và
thoải mái trong lao động. Đồng thời cho phép nâng cao tính thò trường của sản phẩm.
1.6 GIỚI THIỆU CÁC NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH
Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối
tượng sử dụng khác nhau. PLC S7-300 có 5 ngôn ngữ lặp trình cơ bản. Đó là:
¾ Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic).
Đây là ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch logic.
¾ Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement list).
Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được
ghép gởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất đònh, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều
có cấu trúc chung là “tên lệnh” + “toán hạng”.
¾ Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram).
Đây cũng là ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch
điều khiển số.
¾ Ngôn ngữ GRAPH.
Đây là ngôn ngữ lập trình cấp cao dạng đồ hoạ. Cấu trúc chương trình rõ ràng,
chương trình ngắn gọn. Thích hợp cho người trong ngành cơ khí vốn quen với giản đồ
Grafcet của khí nén.
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang
6
Hình 1.5
¾ Ngôn ngữ High GRAPH.
Hình 1.6
Là dạng ngôn ngữ lập trình phát triển từ ngôn ngữ lập trình GRAPH.
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động

Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang
8
2.3 CÁC MODULE CỦA PLC S7-300, S7-200
2.3.1 S7-300
Hình 2.1
¾ Module CPU
Module CPU là module chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ đònh thì, bộ
đếm, cổng truyền thông (RS 485) … và có thể còn có một vài cổng vào/ra số. Các cổng
vào/ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào/ra onboard như CPU 314IFM.
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Nói chung chúng được
đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU312, module CPU314, module
CPU315….
Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra
onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều
hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ phân biệt với nhau trong tên
gọi bằng cách thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated F
unction Module). Ví dụ module
CPU313IFM, module CPU314IFM…
Ngoài ra, còn có các loại module CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng
truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán như mạng
PROFIBUS (PROcess FIeld BUS). Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là
những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng đã được cài sẵn trong hệ điều hành. Các loại
module CPU này được phân biệt với các loại module CPU khác bằng cách thêm cụm từ
DP (Distributed Port). Ví dụ như module CPU315-2DP.Tham khảo hình dưới:
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang
9

odule): Module ghép nối. Đây là loại module chuyên dụng có
nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý
chung bởi một module CPU. Thông thường các module mở rộng được gá liền với nhau
trên một thanh đỡ gọi là rack (hình 2.3). Trên mỗi thanh rack chỉ có thể gá tối đa 8
module mở rộng (không kể module CPU, nguồn nuôi). Một module CPU S7-300 có thể
làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks và các racks này phải được nối với nhau bằng
module IM (xem hình 2.4).
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang
10
Hình 2.3 Thanh rack
Hình 2.4 Sơ đồ phân bố các racks
¾ FM (Function M
odule): Module có chức năng điều khiển riêng, ví dụ như
module điều khiển động cơ servo, module điều khiển động cơ bước, module PID, module
điều khiển vòng kín, Module đếm, đònh vò, điều khiển hồi tiếp …
¾ CP (Communication M
odule): Module phục vụ truyền thông trong mạng
(MPI, PROFIBUS, Industrial Ethernet) giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy
tính.
Hình sau là cấu hình đầy đủ của một thanh Rack và sơ đồ kết nối nhiều Rack:

Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang
11
Hình2.5 Cấu hình một thanh rack của PLC S7-300
Hình 2.6 Cấu hình tổng quát của một PLC S7-300 với 4 thanh rack nối với nhau nhờ module
IM và cáp nối 368

-
SF
=
Lỗi nhóm, chương trình sai hay lỗi từ khối chuẩn đoán
- BATF = Lỗi Pin, Pin hết hay không có pin
- DC5V = Báo có 5 VDC
- FRCE = Sáng lên khi biến cưỡng bức tác động
- RUN = Nhấp nháy khi CPU khởi động, ổn đònh ở chế độ RUN
- STOP = Ổn đònh ở chế độ STOP
Chớp chậm khi có yêu cầu RESET bộ nhớ
Chớp nhanh khi đang RESET bộ nhớ
• Chìa khóa công tắc: Để đặt bằng tay các trạng thái hoạt động của CPU
- MRES = Reset bộ nhớ (Reset khối)
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang
13
I0.0
1L+1M
1M
DC24V OUTPUTS
DC
24V
DC
24V
INPUTS
0.0
0.0
0.1
0.1

01
I0.1
I1.1
Q0.1
RUN Q1.1
Cổng truyền thông
I0.2
I1.2
Q0.2STOP
I0.3
I1.3
Q0.3
I0.4
I1.4
Q0.4
I0.5
I1.5
Q0.5
I0.6 Q0.6
I0.7 Q0.7
CPU-214
6ES7 214-1AC00
SIEMENS
SIMATIC
S7-200
- STOP = Trạng thái dừng STOP, chương trình không thực hiện
- RUN-P = Trạng thái chạy RUN, CPU thực hiện chương trình
- RUN = Chương trình được thực hiện, hoặc có thể, tuy nhiên, chỉ đọc
thôi không sửa được chương trình.
Kiểm tra bằng cách nhìn LED ở khối Digital

Ix.x (đèn xanh) : Thông báo trạng thái tức thời của cổng vào PLC: Ix.x (x.x =0.0 ÷1.5). Đèn này báo
hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trò logic của cổng.
Qy.y (đèn xanh) : Thông báo trạng thái tức thời của cổng ra PLC: Qy.y (y.y =0.0 ÷1.1). Đèn này báo
hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trò logic của cổng.
 Công tắc chọn chế độ làm việc của CPU:
Công tắc này có 3 vò trí : RUN – TERM - STOP, cho phép xác lập chế độ làm việc của PLC.
-RUN : Cho phép PLC vận hành theo chương trình trong bộ nhớ. Khi trong PLC đang ở RUN, nếu
có sự cố hoặc gặp lệnh STOP, PLC sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP.
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang
15
SM-321
16 DIGITAL INPUTS
DC 24V
L+
M
POWER IN
24VDC
I.2
I.3
I.4
I.5
I.6
I.7
I.8
I.9
I.12
I.13
I.14

M
AC230V
AC230V
AC230V
AC230V
MAX
MAX
MAX
MAX
3
7
12
16
4
8
13
17
5
9
14
18
SM-322
DIGITAL 0UTPUTS
8 RELAYS
POWER IN
24VDC
2
4
3
5

16
3
7
11
15
6
10
14
18
5
9
13
17
SM-332
2 ANALOG OUTPUTS-12BIT
L+
M
POWER IN
24VDC
2.4.1.4 Analog Ouput Module SM 332 (Hình 2.14)
- 2 lối ra analog độc lập, phân giải 12 bit,
- Điện thế nuôi cho khối (qua chân L+ & M): 24V.
- Chức năng mở rộng lối ra điều khiển cho CPU S7-300.
Hình 2.14 Sơ đồ khối SM 332 AO 4 x 12 bit / 332-5HD01-0AB0
2.4.1.5 Các khối phụ trợ cho thí nghiệm
Các khối phụ trợ cho thí nghiệm gồm các module chứa công tắc, relay, đèn báo,
có cấu trúc như trên hình 1.9.
¾
Khối Contact LSW-16
Chứa 16 công tắc đơn, phục vụ cho việc tạo các trạng thái lối vào cho PLC.

6
10
14
18
3
5
9
13
17
5
10
COMP
11
COMM
SM-331 SM-332
2 A NA LOG IN PUTS-1 2BIT 2 A NA LOG OUTPU TS-12BIT
A - 8O/250/500/1000mV/Pt100
B - 2 .5/ 5/1 5/1 0V
C - 4WIRE CURRENT
D - 2WI RE CURRENT
SM-321
16 DIGITAL INPUTS
DC 24V
10 DIGITAL IN PUTS
6 DIGITAL OUTPUTS
L+ L+ L+ L+
L+
M MM M
M
AC230V

I.2
I.3
I.4
I.5
I.6
I.7
I.8
I.9
I.12
I.13
I.14
I.15
I.16
I.17
I.18
I.19
I.3
AM-1
SIMULATOR
MIN
MIN
MIN
MAX
MAX
MAX
POTENTIOMET 1
POTENTIOMET 2
POTENTIOMET 3
DCV-804
METER

CL OSE
CL OSE
CL OSE
CL OSE
CL OSE
SW1
SW2
SW3
SW4
SW5
SW6
SW7
SW8
SW9
SW10
SW11
SW12
SW13
SW14
SW15
SW16
LSW-16
SWITC HES
LL-16
INDICATORS
LAMP1
LAM P 2 4V
LAMP2
LAMP3
LAMP4

24VDC
24VDC
24VDC
24VDC
24VDC
24VDC
24VDC
24VDC
24V DC
24V DC
24V DC
24V DC
24V DC
24V DC
24VDC
24VDC
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

3
3
3
3
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5

2. Khối Contact LSW-16
3. Khối Relay RL-16
4. Khối Đèn LL-16
5. Khối AM-1 Simulator
6. Khối DCV-804 Meter
7. Khối nguồn 24V PS-800
8. Máy tính.
9. Các dây nối với chốt cắm 2 đầu
Mô tả hoạt động của hệ thống
1. Các lối vào và lối ra CPU cũng như của các khối Analog và Digital được nối ra các chốt cắm.
2. Các khối PLC STATION – 1200, DVD – 804 và PS – 800 sử dụng nguồn 220VAC
3. Khối RELAY – 16 dùng các RELAY 24VDC
4. Khối dèn LL – 16 dùng các đèn 24V
5. Khối AM – 1 dùng các biến trở 10KΩ
Dùng các dây nối có chốt cắm 2 đầu và tùy từng bài toán cụ thể để đấu nối các lối vào / ra của CPU
214, khối Analog EM235, khối Digital EM222 cùng với các đèn, contact, Relay, biến trở, và khối chỉ thò
DCV ta có thể bố trí rất nhiều bài thực tập để làm quen với cách hoạt động của một hệ thống PLC, cũng như
cách lập trình cho một hệ PLC.
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang
20
Chương 3: KIẾN THỨC CƠ SỞ
3.1 KỸ THUẬT SỐ VÀ LOGIC SỐ CƠ BẢN
3.1.1 Biến và hàm số hai giá trò
Biến hai trò, hay còn gọi biến Boole là loại hàm số mà miền giá trò của nó chỉ có
hai phần tử. Ta sẽ ký hiệu chúng bằng những chữ nhỏ in nghiêng như x, y, u, v,… và phần
tử của chúng là 0 và 1. Ví dụ
¾ Công tắt là một biến Boole với 2 giá trò: đóng (ký hiệu là 1) và mở (ký hiệu là
0).

n
có dạng
y = f(x
1
, x
2
, …, x
n
).
Việc mô tả sự phụ thuộc của một biến Boole này vào các biến Boole khác thành
hàm hai trò dựa vào ba phép tính cơ bản. Đó là phép tính và (ký hiệu là ^), hoặc (ký hiệu
là v), phủ đònh (ký hiệu là ) được đònh nghóa như sau:
Bảng 3.1
Phép tính và Phép tính hoặc Phép phủ đònh
xy x^y xy
xvy x
x
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
0

0,
1,
.,,
., ,
().(.)(.),,,
(.) ( ).( ), , ,
xxxB
xxxxvxxB
xx x B
vx x B
vx x x B
xvx x B
xy xvy x y B
xvy x y x y B
xvy z x z v y z x y z B
x y vz xvz yvz x y z B
=∀∈
== ∀∈
=∀∈
=∀∈
=∀∈
=∀∈
=∀∈
=∀∈
=∀∈
=∀∈
3.1.3 Xác đònh công thức hàm hai trò từ bảng chân lý
Ta sẽ xét bài toán ngược là tìm công thức biểu diễn hàm f(
x
) từ bảng giá trò

T
2
(
x
1
, x
2
, x
3
) =
3
12
xxx∨∨
(tạo bởi 2 phép toán), )
Là các biểu thức nguyên tố.
Biểu thức nguyên tố với 2 phép tính ^,
được gọi là biểu thức nguyên tố
tích

còn biểu thức nguyên tố với 2 phép tính v,
gọi là

biểu thức nguyên tố tổng
.
Trong ví dụ trên T
1
là biểu thức nguyên tố tích còn T
2
gọi là


Nnk
k
Tx xx x x
=
==∏
và một biểu thức nguyên tố tổng T
C
(x) với n biến 2 trò x
1
, x
2
,…,x
n
có dạng
12
12
1
()
nk
n
qq
qq
Cnk
k
Tx x x x x
=
=∨∨∨=∑
Trong đó
q
k


Biểu thức nguyên tố tổng T
C
(x) có giá trò 0 khi và chỉ khi tất cả các
thương số cùng có giá trò 0. Như vậy nếu
x
k

xuất hiện trong biểu thức
dạng phủ đònh (q
k
=0) thì x
k
phải có giá trò 1 và ngược lại nếu q
k
=1 thì
x
k
phải có giá trò 0.
Bây giờ ta xác đònh biểu thức hàm hai trò từ bảng chân lý của nó.
Xác đònh nhờ biểu thức nguyên tố tích
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang
23
Biểu thức hàm hai trò f(x) sẽ tương đương với kết quả phép HOẶC của tất
cả các biểu thức nguyên tố tích của các hàng có giá trò 1 trong bảng chân lý. Ta sẽ
minh hoạ nguyên tắt bằng một ví dụ.
Bảng 3.2
x

2
134
xx xx∨∨∨
0101 1
13
24
xx xx
0110 0

23
14
xx x x∨∨∨
0111 0

234
1
xx x x∨∨∨
1
000 0

1
234
xxxx∨∨∨
1001 1
23
14
xx xx
1011 0

134

24
xx xx
)
∨
(
23
14
xx xx
)
∨
(
3
12 4
xx x x
)
Xác đònh nhờ biểu thức nguyên tố tổng
Biểu thức hàm hai trò f(x) sẽ tương đương với kết quả phép AND của tất
cả các biểu thức nguyên tố tổng của các hàng có giá trò 0 trong bảng chân lý. Ta sẽ
minh hoạ nguyên tắt bằng ví du trênï.
Suy ra: f(x) =(
1234
xxxx∨∨∨
)(
1234
xxxx∨∨∨
)(
34
12
xx x x
∨∨∨

1.1.4 Biểu diễn số nguyên dương

Biểu diễn trong hệ cơ số 10
Một số nguyên dương u
k
bất kỳ, trong hệ cơ số 10 bao giờ cũng được biểu
diễn đầy đủ bằng dãy các con số nguyên từ 0 đến 9. Ví dụ u
k
= 259 được biểu diễn
bằng 3 con số: 2, 5 và 9 và cách biểu diễn đó được hiểu là
U
k
= 2.10
2
+ 5.10
1
+ 9.10
0
Một cách tổng quát khi biểu diễn trong hệ cơ số 10 u
k
có dạng
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang
24
U
k
= a
n
.10

quyết đònh. Trong
trường hợp này u
k
được biểu diễn trong hệ cơ số 10 nên a
i
có 10 giá trò.

Biểu diễn trong hệ cơ số 2
Cách biểu diễn u
k
trong hệ cơ số 10 chưa phù hợp với nguyên tắc mạch điện
của bộ điều khiển số vì u
k
có các phần tử đa trò 0<=a
i
<=9. Ta biến đổi biểu thức
(3.1) về dạng sau
U
k
= x
n
.2
n
+ x
n-1
.2
n-1
+…+ x
1
.2

sẽ là tập các số nguyên dương trong khỏang 0<=u
k
<=2
n+1
-1
Một dãy 8 bit được gọi là 1 byte. Hai byte gọi là 1 từ (word) và 2 từ gọi là từ
kép (double word). Trong kỹ thuật PLC nói riêng và điều khiển số nói chung người
ta thường biểu diễn u
k
bằng một byte, 1 từ hoặc 1 từ kép.
Biểu diễn u
k
=205 thành một byte:
1 1001101
Một từ:
0000000011001101
Cách biểu diễn trong hệ cơ số 2 như vậy không ảnh hưởng tới thói quen
tính toán của ta trong hệ thập phân như cộng trư. Tuy nhiên vẫn phải để ý rằng do
x
i
chỉ bằng 0 hoặc 1 nên khi cộng có tổng lớn hơn 1 ta phải viết x
i
= 0 và nhớ 1
sang hàng sau. Ví dụ khi cộng 53 và 27 trong hệ cơ số 2 sẽ có
53= 0 0 1 1 0 1 0 1
27= 0 0 0 1 1 0 1 0
nhớ 1 1 1 1 1
tổng 0 1 0 1 0 0 0 0
Mã hexadecimal của số nguyên dương
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động

và tham số h
i
là những biến 16 trò. Các số của h
i
ký hiệu là
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F
trong đó các ký tự khi chuyển sang hệ thập phân sẽ tương đương với
A=10, B=11, C=12, D=13, E=14, F=15
Để bộ điều khiển số hiểu được dạng biểu diễn của u
k
, người ta đã chuyển
các tham số h
i
sang hệ cơ số 2. Do mỗi tham số có 16 giá trò nên người ta cũng chỉ
cần 4 bit là đủ để biểu diễn chúng.
Một mảng 4 bit có tên gọi là một
Nipple
Ví dụ, số nguyên dương u
k
= 7723 trong hệ cơ số 10, khi chuyển sang cơ
số 16 sẽ là 1E2B vì
7723 = 1.16
3
+14.16
2
+2.16+11
1 E 2 B
và do đó dạng Hexadecimal của nó sẽ là
0001111000101011
1 E 2 B

0
với a
i
thuộc {0,9}(3.3)
Ví dụ. Uk = 259 được biểu diễn nhờ 3 con số 2, 5 và 9 và do đó mã BCD của nó có
dạng
001001011001
2 5 9
Chuyển đổi số:
¾
Thập phân
R
Nhò phân
VD: Chuyển số nhò phân 11011001 thành số thập phân
U
k
= 1.2
7
+ 1.2
6
+ 0.2
5
+ 1.2
4
+ 1.2
3
+ 0.2
2
+ 0.2
1