Giáo trình

Điều khiển tự động

dieukhientudong.net
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 L

đếm (Counter), bộ đònh thì (Timer) … và những khối hàm chuyên dụng.
PROGRAMMABLE
CONTROLLER
Isolation
Barrier
Isolation
Barrier
Central
Processor
program
data
Low Voltage
AC Power
Output
DC Power
or
Communications
Port
Input
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang 3
Hình 1.3
Hệ thống điều khiển sử dụng PLC
Hình 1.4 Hệ thống điều khiển dùng PLC
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động

1.4 CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG PLC
PLC được sử dụng khá rộng rãi trong các ngành: Công nghiệp, Máy nông nghiệp,
Thiết bò y tế, tô (xe hơi, cần cẩu…)…
1.5 CÁC ƯU ĐIỂM KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỚI PLC:
- Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dùng rơ le.
- Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, khi chỉ cần thay đổi chương trình (phần mềm)
điều khiển.
- Chiếm vò trí không gian nhỏ trong hệ thống.
- Nhiều chức năng điều khiển.
- Tốc độ cao.
- Công suất tiêu thụ nhỏ.
- Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt.
- Có khả năng mở rộng số lượng đầu vào/ra khi nối thêm các khối vào/ra chức năng.
- Tạo khả năng mở ra các lónh vực áp dụng mới.
- Giá thành không cao.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang 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).

trung bình
• Có nhiều loại CPU
• Có nhiều Module mở rộng
• Có thể mở rộng đến 32 Module
• Các Bus nối tích hợp phía sau các Module
• Có thể nối mạng Multipoint Interface (MPI), Profibus hoặc Industrial Ethernet
• Thiết bò lập trình trung tâm có thể truy cập đến các Module
• Không hạn chế rãnh
• Cài đặt cấu hình và thông số với công cụ trợ giúp “HW-Config.
2.2.2 S7-200
• Hệ thống điều khiển kiểu Module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi hẹp
• Có nhiều loại CPU
• Có nhiều Module mở rộng
• Có thể mở rộng đến 7 Module
• Bus nối tích hợp trong Module ở mặt sau
• Có thể nối mạng với cổng giao tiếp RS 485 hay Profibus
• Máy tính trung tâm có thể truy cập đến các Module
• Không qui đònh rãnh cắm
• Phần mềm điều khiển riêng
• Tích hợp CPU, I/O nguồn cung cấp vào một Module
• “Micro PLC với nhiều chức năng tích hợp.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
dieukhientudong.net
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

nput): Module mở rộng các cổng vào số với số lượng cổng có
thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module. Gồm 24VDC và 120/230V AC.
• DO (Digital O
utput): Module mở rộng các cổng ra số với số lượng cổng có
thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module. Gồm 24VDC và ngắt điện từ.
• DI/DO (Digital I
nput/Digital Out): Module mở rộng các cổng vào/ra số với
số lượng cổng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tùy theo từng loại module.
• AI (Anolog I
nput): Module mở rộng các cổng vào tương tự. Về bản chất
chúng là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits (AD), tức là mỗi tín hiệu tương tự được
chuyển đổi thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bits. Số các cổng vào tương tự có
thể là 2, 4 hoặc 8 tùy theo loại module. Tín hiệu vào có thể là áp, dòng, điện trở.
• AO (Anolog O
utput): Module mở rộng các cổng ra tương tự. Chúng là
những bộ chuyển đổi số tương tự 12 bits (DA). Số các cổng ra tương tự có thể là 2, 4 hoặc
8 tùy theo loại module. Tín hiệu ra có thể là áp hoặc dòng.
• AI/AO (Analog I
nput/Analog Output): Module mở rộng các cổng vào/ra
tương tự. Số các cổng tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tùy theo từng loại
module.
¾ IM (Interface M
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).
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -

Sáng liên tục Có điện áp 24V Có điện áp 24V
Chớp Mạch ra quá tải:
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang 12
LED “DC 24V TRẠNG THÁI PHẢN ỨNG CỦA NGUỒN
Cao đến 130%
(động)
Cao đến 130%
(tónh)
Bò sụt áp
Điện áp được hồi phục khi không còn quá tải
Cao đến 130% tónh
Điện áp suy giảm, giảm tuổi thọ
Off Ngắn mạch lối ra Mất điện áp, tự động hồi phục khi ngắn mạch
được loại bỏ
Off Quá áp hay thấp áp
phần sơ cấp
Quá áp có thể gây thiệt hại.
Khi bò thấp áp tự động ngắt
Kiểm tra bằng cách nhìn LED ở CPU của S7 – 300
Hình 2.7
• Trạng thái hiển thò LED:
- 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

0.4
0.5
0.5
0.6
0.6
0.7
0.7
1.0
1.0
1.1
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
M
M
L+
L+ DC
SENSOR
SUPPLY
I1.0
TERM
STOP RUN VR1
Q0.0
SF
Q1.0
01
I0.1
I1.1
Q0.1
RUN Q1.1
Cổng truyền thông
I0.2

CPU 215, CPU 216… Hình dáng CPU 214 thông dụng nhất được mô tả trên hình 2.1.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang 14
 Các Module mở rộng (EM) (External Modules):
9 Module ngõ vào Digital: 24V DC, 120/230V AC
9 Module ngõ ra Digital: 24V DC, ngắt điện từ
9 Module ngõ vào Analog: p, dòng, điện trở, cặp nhiệt
9 Module ngõ ra Analog: p, dòng
Hình 2.10 Ráp nối Module mở rộng
 Module liên lạc xử lý (CP) (Communication Processor)
Module CP 242-2 có thể dùng để nối S7-200 làm chủ module giao tiếp AS.Kết quả là, có đến
248 phần tử nhò phân được điều khiển bằng 31 Module giao tiếp AS. Gia tăng đáng kể số ngõ vào và ngõ ra
của S7-200.
 Phụ kiện
Bus nối dữ liệu (Bus connector).
 Các đèn báo trên CPU
Các đèn báo trên mặt PLC cho phép xác đònh trạng thái làm việc hiện hành của PLC:
SF (đèn đỏ) : khi sáng sẽ thông báo hệ thống PLC bò hỏng.
RUN (đèn xanh) : khi sáng sẽ thông báo PLC đang làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào máy.
STOP(đèn vàng) : khi sáng thông báo PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương trình đang thực hiện
lại.
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.

- STOP: Cưỡng bức CPU dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. Ở chế độ
STOP, PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp chương trình mới.
- TERM : Cho phép máy lập trình tự quyết đònh chế độ làm việc của CPU hoặc ở chế độ RUN hoặc
STOP.
2.4 GIỚI THIỆU CẤU TẠO PHẦN CỨNG CÁC KIT THÍ NGHIỆM S7-300, S7-200
2.4.1 S7-300
Bộ điều khiển PLC S7–300 Station 1200 bao gồm các module sau:
2.4.1.1 Khối CPU-312 :
CPU-312 IMF sử dụng cho hệ thống thiù nghiệm với thế nuôi 24VDC, có bổ sung 10
lối vào số /24VDC, và 6 lối ra /24VDC.
2.4.1.2 Digital Input Module (DI) SM 321 DI 16 x DC24V (hình 2.11)
- 16 lối vào số (digital) độc lập và cách ly, điện thế cho lối vào 24V/10mA, chỉ thò
LED trạng thái vào
- Điện thế nuôi cho khối (qua chân L+ & M): 24V.
- Chức năng mở rộng lối vào điều khiển cho CPU S7-300.
Hình 2.11: Sơ đồ khối SM 321 DI 16 x DC 24V / 321 – 1BH02-0AA0
2.4.1.3 Digital Output Module (DO) SM 322 (hình 2.12)
- 8 lối ra relay độc lập, dòng giới hạn ở tiếp điểm relay: 2A. Chỉ thò LED trạng thái
ra.
- Điện thế nuôi cho khối (qua chân L+ & M): 24V.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang 16
L+
M
AC230V
AC230V
AC230V

2 ANALOG INPUTS-12BIT
A - 8O/250/500/1000mV/Pt100
B - 2.5/5/1 5/10V
C - 4WIRE CURRENT
D - 2WIRE CURRENT
L+
M
POWER IN
24VDC
AC
B
D
Hình 2.12 Sơ đồ khối SM 322 DO 8 x RELAY AC 230V / 322-1HF01-0AA0
- Chức năng mở rộng lối ra điều khiển cho CPU S7-300.
2.4.1.3 Analog Input Module SM 331(hình 2.13)
- 2 lối vào analog độc lập, phân giải 12 bit,
- Điện thế nuôi cho khối (qua chân L+ & M): 24V.
- Chức năng mở rộng lối vào điều khiển cho CPU S7-300.
Hình 2.13 Sơ đồ khối SM 331 AI 2 x 12 bit / 331-7KB02-0AB0
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang 17
4
8
12
16
3
7

¾ Khối AM-1 Simulator
Chứa 3 biến trở 10kΩ, điện thế cấp 24V, cho phép tạo các điện thế DC cho thí
nghiệm.
¾ Khối DCV-804 Meter
Chứa ADC với hiển thò 4
1/2
digits, cho phép đo điện thế DC tạo ra từ hệ PLC.
¾ Khối nguồn 24V / 5A
Cung cấp nguồn nuôi cho các modules.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang 18
2
4
8
12
16
4
3
7
11
15
6
10
14
18
3
5

MAX
3
7
12
16
4
8
13
17
5
9
14
18
SM-322
DIGITAL 0UTPUTS
8 RELAYS
POWER IN POWER IN POWER IN PO WER I N
POWER IN
24VD C 24VD C
24VDC 24VDC
24VDC
AC
B
D
I.2
I.3
I.4
I.5
I.6
I.7

OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
CL OSE
CL OSE
CL OSE
CL OSE
CL OSE
CL OSE
CL OSE
CL OSE
CL OSE
CL OSE
CL OSE
CL OSE
CL OSE
CL OSE
CL OSE
CL OSE
SW1

LAMP11
LAMP12
LAMP13
LAMP14
LAMP15
LAMP16
RL-16
RELAYS
ROL E 1
ROL E 9
ROLE 2
ROLE 10
ROL E 3
ROLE 11
ROLE 6
ROLE 14
ROLE 4
ROLE 12
ROLE 7
RO LE 15
ROLE 5
ROL E 13
ROL E 8
ROLE 16
24VDC
24VDC
24VDC
24VDC
24VDC
24VDC

2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
4
4

POWER ON
L+
M
24VDC
OUTPUT
FUS EFUSE
24VDC/5A220VA C/0.5A
PS-1200
MAIN. POWER
220VAC/10A.50Hz
PS-1200
AUX. POWER
220VAC/10A.50Hz
Hình 2.15
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang 19
2.4.2 S7-200
Hệ thống bao gồm các thiết bò :
1. Bộ điều khiển PLC-Station 1200 chứa :
- CPU-214 : AC Power Supply, 24VDC Input, 24VDC Output
- Digital Input / Output EM 223 : 4x DC 24V Input, 4x Relay Output
- Analog Input / Output EM 235 : 3 Analog Input, 1 Analog Output 12bit
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

Boole độc lập với nhau.
Hình 3.1
Ngược lại, nếu giá trò của một biến số y phụ thuộc vào giá trò của biến số x thì
biến y được gọi là biến phụ thuộc của biến x . Ví dụ trong hình 3.1 thì đèn là 2 biến phụ
thuộc vào biến công tắc. Đèn sẽ sáng nếu cả 2 biến công tắc có giá trò 1 và sẽ tắt nếu một
trong hai biến có giá trò 0.
Hàm hai trò là mô hình toán học mô tả sự phụ thuộc của một biến Boole vào các
biến Boole khác. Chẳng hạn như để biểu diễn sự phụ thuộc của đèn, ký hiệu là z, vào 2
biến công tắc, ký hiệu là x và y, ta viết
z = f(x,y)
Công tắc 1
x
Công tắc 2
y
Đèn
z
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang 21
Một cách tổng quát hàm hai trò mô tả sự phụ thuộc của biến số y vào n biến x
1
, x
2
,
…, x
n
có dạng
y = f(x

0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
Ví dụ, hàm f(x,y) biểu diễn biến đèn z phụ thuộc vào hai biến công tắc x, y sẽ là:
z = f(x,y) = x^y = x.y
3.1.2 Tính chất
x^1 = 1^x = x, với x thuộc B Ỉ 1 là phần tử đơn vò của phép toán ^.
xv0 = 0vx = x, với x thuộc B Ỉ 0 là phần tử đơn vò của phép toán v.
xvy = yvx (Tính giao hoán)
xv(y^z) = (xvy)^z (Tính kết hợp)
(x^y)v(xv y ) = x

,
.,
.0,
11,
0,
1,
.,,
., ,
().(.)(.),,,

Trước hết hãy làm quen với hai khái niệm mới là biểu thức nguyên tố tổng
và biểu thức nguyên tố tích nếu trong T(x):
¾ Có mặt tất cả các biến số x
k
, k=1, 2,…, n và mỗi biến chỉ xuất hiện một
lần,
¾ Chỉ cấu thành bởi hai phép tính ^,
hoặc v, .
Ví dụ:
T
1
(x
1
, x
2
, x
3
) =
123
xxx
(tạo bởi 2 phép toán ^, ),
T
2
(x
1
, x
2
, x
3
) =

n
có dạng
12
12
1
()
nk
n
qq
qq
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

phải có giá trò 0 và ngược lại nếu q
k
=1 thì
x
k
phải có giá trò 1.

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
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang 23

∨∨∨
0100 0

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

∨
(
13
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

1234
xxxx∨∨∨
)
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
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn S7200-S7300
KS. Lê Ngọc Bích Trang 24
U
k

i
có được do hệ cơ số biểu diễn u
k
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

thì miền giá trò của u
k
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