Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
1
Mở đầu
1. Đặt vấn đề.
Đất nớc ta đang vào thời kì công nghiệp hoá hiện đại, hoá đất nớc. Đảng và
nhà nớc đã chủ động khuyến khích các doanh nghiệp ứng dụng các thành tựu của
khoa học kỹ thuật vào quá trình sản xuất nhằm đa đất nớc phát triển. Trong đó tự
động hoá đóng một vai trò quan trọng trong nhiệm vụ chung của đất nớc.
Trong nền kinh tế nớc ta sản xuất nông nghiệp chiếm một phần lớn trong
nền kinh tế đất nớc, mà sản phẩm sản xuất ra có sức cạnh tranh thấp. Để nâng cao
chất lợng sản phẩm, tăng sức cạnh tranh và giải quyết sản phẩm đầu ra cho nhân
dân là việc hết sức quan trọng. Với xuất phát điểm có trình độ khoa học kỹ thuật và
nền kinh tế lạc hậu nên việc sản xuất nông nghiệp của nớc ta chủ yếu là sản xuất
thủ công, năng suất không cao, chất lợng sản phẩm không đồng đều, không đáp
ứng đợc với yêu cầu của thực tiễn trong nền kinh tế hiện nay.
Từ những yêu cầu cấp thiết đó việc ứng dụng tự động hoá vào các dây chuyền
sản xuất là một điều tất yếu nhằm giải phóng sức lao động và tăng năng suất, hiệu
quả kinh tế. Tự động hoá sản xuất đã đợc ứng dụng trong rất nhiều ngành công
nghiệp và nông nghiệp. Trong ngành nông nghiệp nớc ta, tự động hoá quá trình
sản xuất đã đợc ứng dụng vào các quá trình sản xuất nh bia, rợu, chè, dứa, nớc
hoa quảđã thu đợc kết quả rất tốt nhằm thúc đẩy nền kinh tế nớc nhà. Đợc sự
quan tâm đầu t của Đảng và Nhà nớc Công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao
đã đa vào ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động , đặc biệt là dây chuyền sản
xuất nớc dứa cô đặc và thu đợc thành tích rất lớn.
Từ việc ứng dụng các dây chuyền sản xuất vào thực tế các công ty cần có
những kỹ s vận hành các dây chuyền sản xuất đó. Để có những con ngời có khả
năng vận hành và làm chủ các dây chuyền sản xuất. Chính vì vậy, việc nghiên cứu
và ứng dụng tự động hoá vào trong các dây chuyền sản xuất đồng thời tạo ra các
chuyên gia về lập trình cũng nh tự động hoá, sẽ góp phần tích cực vào công cuộc
xây dựng đất nớc.

pháp nghiên cứu sau:
- Kế thừa kết quả nghiên cứu đã có của các phần mềm để lập trình.
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
3
- Kế thừa mô hình dây chuyền sản xuất đã có sẵn trong thực tiễn cụ thể là
dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc.
- Sử dụng các cách lập trình khác nhau để tìm ra phơng pháp đơn giản nhất,
hiệu quả nhất.
- Viết chơng trình điều khiển.
-Dụng cụ thiết bị làm đề tài gồm có:
+Máy tính cá nhân PC.
+ Bộ điều khiển S7 200 với khối xử lý CPU224.

1.1.1. Vai trò của bộ điều khiển PLC.
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
5
Trong một hệ thống điều khiển tự động,PLC có vai trò rất quan trọng là nơi
giữ các thuật toán điều khiển nơi thu nhận các tín hiệu từ các cảm biến và đa ra tín
hiệu điều khiển. Cũng nh rất nhiều thiết bị điều khiển khác nhau, nh các Rơ le
đơn giản đế các thiết bị điều khiển phúc tạp thì PLC đợc sử dụng rộng rãi và có vai
trò nh sau:
- PLC đợc xem nh trái tim trong một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ
với chơng trình điều khiển đợc chứa trong bộ nhớ của PLC, PLC sẽ xác định
trạng thái của hệ thống qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập. Sau đó da trên
chơng trình logic để xác định tiến trình hoạt động, đồng thời đa ra những tín hiệu
điều khiển tơng ứng đế các thiết bị xuất.
- Trong hệ thống điều khiển tự động,bộ điều khiển PLC đợc coi nh bộ não
có khả năng điều hành toàn bộ hệ thống điều khiển với chơng trình nạp vào trong
PLC.
- PLC có thể đợc sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và đợc
lập đi lập lại theo chu kỳ, hoặc liên kết với máy tính chủ khác hoặc máy tính chủ
thông qua hệ thống mạng truyền thông, để thực hiện các quá trình xử lý phức tạp.
- Mức độ thông minh của một hệ thống điều khiển phụ thuộc chủ yếu vào
khả năng của PLC để đọc đợc các dữ liệu khác nhau từ các cảm biến cũng nh các
thiết bị nhập bằng tay.
- Liên kết, ghép nối và đóng mở mạch phù hợp với chơng trình.
- Phân phát các lệnh điều khiển đó đến địa chỉ thích hợp.
- Một hệ thống điều khiển sẽ không có ý nghĩa thực tế nếu không giao tiếp
đợc với các thiết bị xuất, thiết bị chấp hành.
Nh vạy, PLC có vai trò quan trọng rất lớn trong ngành điều khiển tự động
ngày nay đợc ứng dụng rộng rãi và ngày càng phát triển hoàn thiện hơn.

ổn định mà càn có thể đáp ứng nhu cầu của các thiết bị mẫu đầu tiên mà ngời ta
có thể thay đổi cải tiến trong quá trình vận hành.
- Sự cải biến thuận tiện. Những dây truyền điều khiển nếu chỉ muốn cải biến
một bộ phận nhỏ trong chức năng điều khiển, có thể đợc cải tạo một cách đơn giản
băng cách sao chép,cải biến hoặc thêm vào những phần mới so với kỹ thuật điều
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
7
khiển bằng Rơle ở dây có thể giảm thời gian lắp ráp, do có thể lập trình các chức
năng điều khiển trớc hoặc trong khi lắp ráp bảng điều khiển.
- Hệ thống điều khiển sử dụng PLC lắp đặt đơn giản hơn hệ dùng Rơle và
giảm:
+ 80% số lợng dây nối
+ Công suất tiêu thụ điện năng của PLC là rất thấp có chức năng chuẩn đoán
do đó giúp cho công tác sửa chữa đợc nhanh chóng và dễ dàng.
+ Số lợng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển, số lợng
tiếp điểm trong chơng trình sử dụng không hạn chế.
+ Thời gian hoàn thành một chơng trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn
đến nâng cao năng suất sản xuất.
+ Có thể làm việc trong nhiều môi trờng khác nhau.
+ Có thể tính toán giá trị kinh tế của hệ thống điều khiển tự động trớc khi
lắp đặt.
+ Đợc ứng đụng điều khiển trong phạm vi rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.

1.1.3 Giá trị kinh tế của PLC.
Ngày nay trong thời đại kinh tế việc đầu t một dây truyền sản xuất ngoài
yếu tố kỹ thuật chúng ta cũng phải xét đến kinh tế ( chi phí đầu t ) của phơng án.
Sự ra đời của PLC có một giá trị kinh tế to lớn và đó là u điểm rõ rệt so với điều
khiển bằng Rơle, thực tế việc sử dụng hệ PLC thấp hơn nhiều so với hệ điều khiển
băng Rơle.

nghề cao.
Ưu điểm:
- Độ tin cậy cao nhờ sử dụng
các phần tử tiếp xúc.
- Thay đổi dễ dàng qua công
nghệ phích cắm.
- Kích thớc nhỏ, lắp đặt đơn
giản.
- Thay đổi nhanh quy trình
điều khiển mà không cần thay đổi
phần cứng.
- Có thể nối mạng với máy tính
Nhợc điểm:
-Giá thành tạo dựng cao bộ
thiết bị lập trình thờng giá đắt

Những u điểm trên của bộ điều khiển bằng PLC giúp nó đứng vững và
ngày càng phát triển trong các ngành sản xuất. Đặc biệt nó đợc ứng dụng trong
nhiều ngành sản xuất và đã thay thế toàn bộ hệ điều khiển băng Rơle trong các đây
truyền sản xuất hiện đại.
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
9
1.1.4 Cơ sở và khả năng phát triển của PLC


Nút ấn.
Công tắc
Công tắc hành
trình cảm biến
quang điện

Nút ấn.
Công tắc
Công tắc hành
trình cảm biến
quang điện
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
10
- Hệ thống vận chuyển.
- Dây truyền đóng gói.
- Điều khiển bơm.
- Công nghệ sản xuất giấy.
- Dây truyền sản xuất thuỷ tinh.
- Công nghệ chế biến thực phẩm.
- Các dây truyền lắp ráp.
- Kiểm tra quá trình sản xuất.
Ngoài những ứng dụng trên PLC còn dợc ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh
vực khác nhau, đặc biệt trong ngành nông nghiệp thì " Công ty thực phẩm xuất
khẩu Đồng Giao" Sử dụng PLC điều khiển các dây truyền sản xuất, điển hình là dây
truyền sản xuất nớc dứa cô đặc. Do điều kiện có hạn lên không thể nêu hết các ứng
dụng của PLC đợc và ngày nay nó đợc ứng dụng rất nhiều tạo điều kiện tăng
năng suất, giải phóng sức lao động cho công nhân và nâng cao chất lợng sản
phẩm.

Word (16 bit) 0 ữ65535 0 ữ FFFF -32768
ữ32767
8000 ữ7FFF
Double word 0
ữ4294961295
0ữFFFFFFFF -2147483648
ữ2147483647
80000000
ữ7FFFFFFF

Kiểu số thực:
PLC sử dụng 32 bit để mã hoá các số thực, do đó ta có các giá trị:
+ 1175495E- 38 ữ + 3402823E + 38(Dơng)
- 1175495E- 38 ữ - 3402823E + 38(Âm)
1.2.3. Đại số Boole
1. Định nghĩa:
Ta biết biên Boole là loại hàm số mà miền giá trị của nó chỉ có 2 phần tử và
phần tử của chúng là 0 và 1.
Xét 1 tập hợp (B) với tất cả các biến Boole với 3 phép tính And(^), Or(
V
),
Not(
_
). Thì biến Boole trong tập hợp đó luôn có giá trị là 1 sẽ là phần tử đơn vị đối
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
12
với phép tính And, tơng ứng biến luôn có giá trị 0 là phần tử đơn vị của phép tính
Or. Nên ta có:
x^1 = 1^x = x. Với mọi x thuộc B.


.
Tính chất 2: X = X.X = X^X.
B
X


.
Tính chất 3:
X
.X = 0.
B
X


.
Tính chất 4:1
V
X = 1.
B
X

.
Tính chất 5: 0
V
X = X.
Tính chất 6:
X
V
X = 1.

0V
Bảng chân lý
Hình 1.1: Mạch điện lôgic and
Vậy Nếu cả hai khoá S
1
và S
2
đều đóng mạch thì đèn mới sáng. Vậy sơ đồ
điện trên thể hiện quan hệ lôgic AND.
H
1
= S
1

S
2

H
1
= S
1
.S
2
Phần tử OR: Là phần tử có nhiều đầu vào và một đầu ra. Có giá trị bằng 1 khi
ít nhất một trong các đầu vào bằng 1.
24V
S1 S2 H1

H
1

0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
S
1
S
2
H1
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
14
H
1
=S
1
+ S
2

Phần tử NOT: Là phần tử có 1 đầu vào và một đầu ra, tín hiệu ra là phủ định
tín hiệu vào.

24V

H
1
=
2.1 SS
.
NOR
24V
S1 S2 K1
S
1
H
1

0 1
0 1
1 0
1 0
S
1
S
2
H
1
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
15

1.3.3.Nạp chơng trình vào bộ nhớ.
Cấp nguồn cho PLC, cài đặt cấu hình khối giao tiếp vào ra nếu cần. Sau đó
nạp chơng trình soạn thảo từ các thiết bị lập trình vào bộ nhớ của PLC. Sau khi
hoàn tất nên kiểm tra lỗi bằng chức năng tự chuẩn đoán và nếu có thể thì chạy
chơng trình mô phỏng hoạt động hệ thống.
S
1
S
2
H
1
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
16
1.3.4.Chạy chơng trình .
Trớc khi khởi động hệ thống cần phải chắc chắn dây nối từ PLC đến các
thiết bi ngoại vi là đúng, trong quá trình chạy kiểm tra có thể cần thiết phải thực
hiện các bớc tinh chỉnh hệ thống nhằm đảm bảo an toàn khi đa vào hoạt động
thực tế.
Từ các bớc thiết kế hệ thống trên để đơn giản và dễ hiểu, quy trình điều
khiển có thể mô tả theo lu đồ .
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
17Chơng trình
đúng
Sửa chữa
chơng trình
Kết nối các thiết bị I/O
vào PLC
Kiểm tra tất cả
các dây nối
Chạy thử chơng trình
Kiểm tra
Nạp chơng trình
vào EPROM
Tạo tài liệu chơng
trình
Kết thúc
Xác định yêu cầu của hệ
thống.

Vẽ lu đồ điều khiển
Liên kết các đầu vào / ra
tơng ứng với các đầu
I/O của PLC
Soạn thảo chơng trình.
Nạp chơng trình vào
PLC
Chạy mô phỏng và tìm
lỗi
Chạy tốt

năng logic.
PL
C
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
19
Ra đời năm 1968 với 20 đầu nhận tín hiệu vào ra số ngày nay PLC đã đợc chế tạo
theo module để có thể mở rộng theo yêu cầu và có thể làm việc với một số lợng
lớn các đầu vào và thực hiện đợc nhiều chức năng điều khiển.
1.4.2. Cấu trúc phần cứng PLC.
Vì cấu trúc của bộ điều khiển khả lập trình đợc dựa trên cùng một nguyên lý
với kiến trúc máy tính. Cho nên PLC có năm thành phàn cơ bản: Đơn vị xử lý trung
tâm, bộ nhớ, bộ nguồn nuôi, khối vào ra tín hiệu và thiết bị lập trình. Sơ đồ khối cơ
bản nh hình sau: Hình1.7: Hệ thống PLC
- Bộ xử lý trung tâm bao gồm bộ vi xử lý,có nhiệm vụ phân tích các tín hiệu
vào và thực hiện công việc điều khiển, tuỳ theo chơng trình điều khiển lu trữ,
trong bộ nhớ có thể truyền thông cũng nh gửi tín hiệu đến đầu ra tơng ứng.
- Bộ nhớ là nơi lu trữ chơng trình điều khiển bằng các bộ phận lu giữ điện

khiển có số tín hiệu đầu vào/ra cũng nh chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà
các bộ điều khiển PLC đợc thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng thờng
chia nhỏ thành các module. Kiểu module này tối thiểu bao giờ cũng phải có các
module chính đó là module CPU các module còn lại là những module nhận truyền
tín hiệu với đối tợng điều khiển và các module chức năng chuyên dụng. Tất cả các
module đợc gá trên những thanh ray (Rack). Việc sử dụng các module tuỳ thuộc
vào từng bài toán kiểu module này rất linh hoạt không hạn chế về bộ nhớ và số
lợng đầu vào/ra. Với hai loại PLC là kiểu module và kiểu hộp đơn thì các chơng
trình ứng dụng trong sản xuất đợc nạp vào bộ nhớ của PLC nhờ các thiết bị lập
trình. Nh vậy việc sử dụng hai loại PLC trên đợc áp dụng vào các bài toán điều
khiển khác nhau nhng các chơng trình chỉ đợc nạp vào bộ nhớ của PLC khi đã
hoàn chỉnh trên thiết bị lập trình.
1.4.4. Cấu trúc bên trong của PLC.

Một PLC điển hình có cấu tạo nh hình vẽ:
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
21

Hình 1.8: Cấu trúc bên trong của PLC
Ta thấy cấu trúc cơ bản của một PLC bao gồm một bộ vi xử lý trung tâm
CPU(Central Processing Unit), bộ nhớ (RAM, ROM), khối vào ra, khối phát xung
nhịp (Clock), pin và các hệ thống Bus.
cpu thực hiện trao đổi, xử lý các tín hiệu vào ra, theo chơng trình đã đợc
soạn thảo để điều khiển dây chuyền sản xuất. Toàn bộ hoạt động của PLC đợc
điều khiển bởi CPU, nó đợc cung cấp bởi một khối xung nhịp, do đó tốc độ của
CPU sẽ phụ thuộc vào tốc độ của khối phát xung nhịp và thờng khối phát xung
nhịp có tần số vào khoảng từ 1 đến 8 mhz, xung nhịp này sẽ cung cấp cho tất cả
các khối trong PLC để đồng bộ hoá quá trình hoạt động của các khối này với CPU.
Các tín hiệu trong PLC đợc truyền thông qua các đờng dẫn các đờng dẫn này

- Bus vào/ra đợc dùng để truyền thông giữa các cổng vào/ra và thiết bị vào/ra.
3. bộ nhớ
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
23
Còn gọi là các thanh nghi, bên trong bộ vi xử lý, đợc sử dụng để lu giữ thông
tin, lu giữ chơng trình cho các hoạt động điều khiển. Trong PLC có hai loại bộ
nhớ.
- Bộ nhớ ROM là vùng nhớ vĩnh cửu để chứa các thông tin hệ thống, bộ nhớ
ROM chỉ đọc, cung cấp dung lợng dữ liệu cho hệ điều hành và dữ liệu cố định
đợc CPU sử dụng.
- Bộ nhớ RAM để chứa chơng trình lập trình và là vùng nhớ đệm. Chứa các
thông tin từ các thiết bị vào ra của hệ thống. Chơng trình lập trình chứa trong
RAM có thể thay đổi đợc bởi ngời lập trình, tuy nhiên để ngăn chặn việc mất
thông tin khi mất điện nguồn, một pin đợc sử dụng làm nguồn nuôi cho vùng nhớ
này (thông thờng pin này sẽ duy trì đợc hoạt động của RAM khoảng từ 1 đến 2
năm khi mất điện nguồn chơng trình có thể lập trình bởi các thiết bị lập trình và từ
đó đợc nạp vào RAM khi PLC thực hiện chơng trình, CPU sẽ không lấy thông tin
vào ra trực tiếp từ các đầu vào/ra mà lấy từ vùng nhớ đệm, thông tin của các đầu
vào/ra trong vùng nhớ đệm sẽ đợc cập nhật sau mỗi chu trình quét nhờ khối vào/ra.

4. Thiết bị vào ra
Để bảo vệ PLC tất cả các đầu vào/ra trong PLC đều ghép cách ly, các đầu vào
thờng ghép cách ly bằng Octocoupler, tín hiệu vào có thể là 5V, 24V và do đó có
thể đa trực tiếp từ các phần tử đầu vào.
Đầu ra thờng sử dụng rơle có mức điện áp 24V hoặc 220V thông thờng các
rơle này chịu đợc dòng điện khoảng 2A do đó nếu dùng PLC để điều khiển những
thiết bị có dòng điện lớn hơn cần sử dụng các rơle trung gian hoặc côngtắctơ.
Thiết bị vào ra cung cấp giao diện giữa hệ thống và thế giới bên ngoài, cho phép
thực hiện kết nối thông qua các kênh vào/ra, thiết bị vào và thiết bị ra.

+ Ngôn ngữ lập trình SCL(Structured Control Language) kiểu viết chơng trình này
sử dụng ngôn ngữ Pascal rất phù hợp với những ngời đã viết các chơng trình bằng
ngôn ngữ máy tính.
+ Ngôn ngữ lập trình S7 - Graph.
Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng
Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN
25
+ Ngôn ngữ lập trình S7 - HiGraph. Đây là loại ngôn ngữ viết chơng trình rất phù
hợp cho các bài toán làm việc có tính tuần tự. Tại mỗi thời điểm chỉ có một bớc
đợc thực hiện với kiểu lập trình này ngời lập trình phải sử dụng phơng pháp lập
trình có cấu trúc.
Chơng 2: Nghiên cứu điều khiển và lập trình bằng PLC
S7 200
2.1. Khái niệm chung về Simatic S7 200
2.1.1. Giới thiệu chung.
PLC , viết tắt của Programmable Logic Control là thiết bị điều khiển logic
lập trình đợc, hay khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều
khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình.
S7 200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng
siemens(CHLB Đức), có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rộng.
Các module này đợc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành