Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Thị Bích Ngọc
PHẦN 1: DẪN NHẬP
1. Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây kỹ thuật lạnh đã có những bước phát triển đáng kể,
và thâm nhập vào nhiều ngành nghề khác nhau, đã hỗ trợ cho các ngành nghề đó
phát triển. Đặc biệt là ngành công nghiệp thực phẩm, chế biến thịt cá, rau quả,
rượu bia, nước giải khác, đánh bắt và xuất khẩu thuỷ hải sản, sinh học, hoá chất,
hoá lỏng tách khí, sợi dệt may mặc, thuốc lá, chè, in ấn, điện tư, thông tin, y tế,
văn hoá…
Trước sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, kéo theo sự phát triển
của tất cả các ngành, nghề và đòi hỏi tất cả các ngành các lĩnh vực phải hỗ trợ lẫn
nhau cùng phát triển. Các ngành tự động hóa, kỹ thuật điện tử, công nghệ thông
tin cũng có những bước phát triển nhảy vọt theo, các ứng dụng của các ngành này
vào các ngành khác ngày càng nhiều, trong đó có ngành kỹ thuật lạnh. Nó đã góp
phần tích cực vào nâng cao năng suất lao động cho con người, tăng chất lượng của
hàng hoá đặt biệt là trong lĩnh vực xuất khẩu, đáp ứng được các tiêu chuẩn về chất
lượng và an toàn thực phẩm của quốc tế.
Trong các hệ thống sản xuất, trong các thiết bị tự động và bán tự động, hệ
thống điều khiển đóng vai 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 lô gíc.
Trước đây các hệ thống điều khiển lô gíc được sự dụng là hệ thống lô gíc rơ le.
Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển lô gíc
khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuất hiện vào năm 1969 đã
dần thay thế các hệ thống điều khiển rơ le. Càng ngày PLC càng trở nên hoàn
thiện và đa năng. Các PLC ngày nay không những có khả năng thay thể hoàn toàn

Ứng dụng PLC Siemens điều khiển hệ thống lạnh Trang 13
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Thị Bích Ngọc
o Tiết kiệm năng lượng: PLC tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp, ít hơn cả
các máy tính thông thường.
o Giá thành thấp : Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơ le, nhưng nó có
khả năng thay thế hàng trăm rơ le.
o Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được
làm từ các vật liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm,
rung động và nhiễu. Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này.
o Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ đồ
thang, tương tự như sơ đồ đấu của các hệ thống điều khiển rơ le thông thường.
o Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi
nhanh chóng và dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào PLC
bằng bộ lập trình, bằng thẻ nhớ, bằng truyền tải qua mạng.
Trong kỹ thuật điều khiển theo phương pháp cũ, để thực hiện một dây chuyền
sản xuất, một hệ thống hay một thiết bị hoạt động theo yêu cầu người ta thực hiện
chúng bằng cách kết nối các thiết bị rời lại với nhau như relay, contactor, timer…
theo yêu cầu để tạo thành một hệ thống điều khiển. Để thực hiện được điều đó
phải có kiến thức nhất định và tốn nhiều thời gian, công sức để thiết kế, đồng thời
việc bảo trì,lắp đặt, sửa chữa gặp nhiều khó khăn và giá thành cho một hệ thống
khá cao. Khi muốn thay đổi sự hoạt động của hệ thống, đôi khi phải thay thế và
thiết kế lại toàn bộ hệ thống, công việc này rất tốn kém. Vì vậy ngày nay hầu hết
các nhà máy xí nghiệp thay thế các hệ thống điều khiển nối cứng bằng điều khiển
lập trình được.
Với chính sách mở cửa, tự do cạnh tranh lành mạnh nhằm hòa nhập nền kinh
tế quốc gia với kinh tế các nước trên thế giới, tấc cả các ngành nghề phải đủ mạnh
để cùng hợp tác và cạnh tranh với các đối tác trong và ngoài nước. Hưởng ứng lời
kêu gọi của Đảng và Chính phủ: nâng cao trình độ tư duy và tay nghề, cống hiến
một phần nhỏ bé vào sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước.
Ứng dụng PLC Siemens điều khiển hệ thống lạnh Trang 14

), áp suất thấp (P
o
), áp suất cao (P
k
) và độ bám tuyết của
dàn lạnh khi kho hoạt động ở nhiệt độ âm dựa vào độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ
vào dàn lạnh và nhiệt độ ra khỏi dàn lạnh.
Ứng dụng PLC Siemens điều khiển hệ thống lạnh Trang 15
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Thị Bích Ngọc
3. Mục tiêu nghiên cứu
Điều khiển lập trình PLC mang tính mềm dẻo và linh hoạt, điều khiển dựa vào
chương trình và thực hiện lệnh logic. Nhóm thực hiện đề tài hy vọng sau khi
nghiên cứu đề tài này sẽ lĩnh hội nhiều hơn về các vấn đề liên quan đến PLC như:
cấu hình phần cứng, tập lệnh của PLC, xây dựng lưu đồ và viết chương trình điều
khiển hệ thống lạnh sử dụng PLC Siemems.
Để đảm bảo cho chương trình viết ra có khả năng hoạt động ổn định nhóm
thực hiện đề tài đã chọn mô hình điều hòa không khí 2 cục để thí nghiệm.
4. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống lạnh, nguyên lý hoạt động của PLC, cảm
biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, ngôn ngữ lập trình hình thang (LAD), cách truyền
dữ liệu giữa chúng. Từ đó xây dựng chương trình điều khiển hệ thống lạnh bằng
PLC Siemens.
5. Nội dung nghiên cứu
Siemens là một tập đoàn Điện và điện tử lớn, chuyên sản xuất các thiết bị tự
động hoá. PLC S7-300 là thế hệ sau được cải biến từ PLC S5 và PLC S7-200 của
hãng Siemens. Nhóm thực hiện đề tài tiến hành nghiên cứu sơ lược các nội dung
cơ bản của PLC S7 – 200, cụ thể gồm các nội dung sau:
- Giới thiệu tổng quát về PLC.
- Giới thiệu về thiết bị logic khả trình S7-200.
- Giới thiệu sơ lược các tập lệnh cơ bản của Step7.

trong bộ nhớ của PLC có thể bằng cách lập trình bằng thiết bị cầm tay nối trực tiếp
với PLC hoặc lập trình trên máy tính cá nhân nhờ các phần mềm chuyên dụng và
truyền vào PLC qua mạng hay qua cáp truyền dữ liệu. Bộ xử lý tín hiệu, thường là
các bộ vi xử lý tốc độ cao, thực hiện chương trình điều khiển theo chu kỳ. Khoảng
thời gian thực hiện một chu trình điều khiển từ lúc kiểm tra các tín hiệu vào, thực
Ứng dụng PLC Siemens điều khiển hệ thống lạnh Trang 17
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Thị Bích Ngọc
hiện các phép tính lo gíc hoặc đại số để có được tín hiệu điều khiển, cho đén khi
phát tín hiệu đến đầu ra được goi là chu kỳ thời gian quét.
1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA PLC
Vào khoảng năm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yêu cầu kỹ thuât
đầu tiên cho thiết bị điêù khiển lô gíc khả lập trình. Mục đích đầu tiên là thay thế
cho các tủ điêu khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện năng và thường xuyên phải
thay thể các rơ le do hỏng cuộn hút hay gẫy các thanh lò xo tiếp điểm. Mục đích
thứ hai là tạo ra một thiều bị điều khiển có tính linh hoạt trong việc thay đổi
chương trình điều khiển. Các yêu cầu kỹ thuật này chính là cơ sở của các máy tính
công nghiệp, mà ưu điểm chính của nó là sự lập trình dễ dàng bởi các kỹ thuật
viên và các kỹ sư sản xuất. Với thiết bị điều khiển khả lập trình, người ta có thể
giảm thời gian dừng trong sản xuất, mở rộng khả năng hoàn thiện hệ thống sản
xuất và thích ứng với sự thay đổi trong sản xuất. Một số nhà sản xuất thiết bị điều
khiển trên cơ sở máy tính đã sản xuất ra các thiết bị điều khiển khả lập trình còn
gọi là PLC.
Những PLC đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp ô tô vào năm 1969 đã
đem lại sự ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le. Các thiết bị
này được lập trình dễ dàng, không chiếm nhiều không gian trong các xưởng sản
xuất và có độ tin cậy cao hơn các hệ thống rơ le. Các ứng dụng của PLC đã nhanh
chóng rộng mở ra tất cả các ngành công nghiệp sản xuất khác.
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

có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các máy CNC, vì nó tạo cho ta khả năng mô
phỏng trước quá trình gia công, nhằm tránh các sự cố do lập trình sai. Máy tính cá
nhân PC và PLC đều được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển sản xuất
và cả trong các hệ thống dịch vụ.
Ứng dụng PLC Siemens điều khiển hệ thống lạnh Trang 19
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Thị Bích Ngọc
1.3. TỔNG QUAN VỀ PLC
1.3.1. Định nghĩa PLC
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển logic có khả năng
lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các lệnh điều khiển logic thông qua
ngôn ngữ lập trình.
PLC S7-200 là loại thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của SIEMEN
(các Micro PLC) nó có thể được ứng dụng để điều khiển nhiều loại ứng dụng tự
động.Với thiết kế gọn nhẹ, nhiều khả năng mở rộng giá thành rẻ và một cấu trúc
mạch linh hoạt tạo cho S7-200 Micro PLC có một vị trí hoàn hảo khi ứng dụng
cho các chương trình điều khiển nhỏ và trung bình
 Đặc điểm của PLC:
PLC được sử dụng trong nhiều lập trình ứng dụng khác nhau và có những đặc
điểm sau:
- PLC dễ dàng thay thay đổi chương trình điều khiển để thích ứng một yêu
cầu mới mà vẫn có thể giữ nguyên thiết kế phần cứng, đầu nối dây…
- PLC có thể điều khiển nhiều chức năng khác nhau từ những thao tác đơn
giản, lặp lại, liên tục đến những thao tác đòi hỏi chính xác, phức tạp.
- Giao tiếp dễ dàng với các thiết bị ngoại vi, các module và các thiết bị phụ
trợ.
- Có khả năng chống nhiễu trong công nghiệp rất cao.
- Ngôn ngữ lập trình cho PLC đơn giản, dễ hiểu.
1.3.2. Phân loại PLC
PLC được chia thành nhiều loại tùy vào số lượng cổng vào/ra và dung lượng
bộ nhớ. Có 3 loại được sử dụng phổ biến:

module khác nhau về độ lớn và tốc độ sử lý thông tin cũng khác nhau. PLC của
Siemens được dùng rộng rãi ở hầu hết các nước có nền công nghiệp phát triển.
Hình 1.2. PLC S5 – 100U của Siemens.
Các tiêu chuẩn của một small PLC như sau:
o Có 256 ngõ vào/ra (I/O).
o Dùng vi xử lý 8 bit.
o Thường dùng để thay thế các rơle.
o Dùng bộ nhớ 2K.
o Lập trình bằng ngôn ngữ dạng hình thang (ladder) hoặc liệt kê.
o Có timers/counters/thanh ghi dịch (shift registers).
o Đồng hồ thời gian thực.
Ứng dụng PLC Siemens điều khiển hệ thống lạnh Trang 22
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Thị Bích Ngọc
o Thường được lập trình bằng bộ lập trình cầm tay.
 Loại 3: PLC cỡ trung bình (Medium PLC)
PLC trung bình điều khiển được các tín hiệu tương tự, xuất nhập dữ liệu, ứng
dụng được những thuật toán, thay đổi được các đặc tính của PLC nhờ vào hoạt
động của phần cứng và phần mềm (nhất là phần mềm)
PLC loại lớn của Siemens là các loại xê ri S7 – 300, S7 – 400, các loại này có
số lượng ngõ vào ra rất lớn.
Hình 1.3. PLC S7 – 300, PLC S7 – 400.
 Các thông số của PLC trung bình như sau:
o Có khoảng 1024 ngõ vào/ra (I/O).
o Dùng vi xử lý 8 bit.
o Thay thế rơle và điều khiển được tín hiệu tương tự.
o Bộ nhớ 4K, có thể nâng lên 8K.
o Tín hiệu ngõ vào ra là tương tự hoặc số.
o Có các lệnh dạng khối và ngôn ngữ lập trình là ngôn ngữ cấp cao.
o Có timers/Counters/Shift Register.
Ứng dụng PLC Siemens điều khiển hệ thống lạnh Trang 23

• AC 400M
• AC 800M, đây là loại có 2 module CPU làm việc song song theo chế độ dự
phòng nóng.
Ứng dụng PLC Siemens điều khiển hệ thống lạnh Trang 24
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Thị Bích Ngọc
• Họ PLC S7-200 của hãng Siemens:

Hình 1.4. Các loại PLC S7 - 200
 Các thông số kỹ thuật chính của PLC S7- 200 (loại 22x):
Một số tính năng khác:
Ứng dụng PLC Siemens điều khiển hệ thống lạnh Trang 25
CPU 226
CPU 221
CPU 224
CPU 224 XP
CPU 222
CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226
Số I/O số có sẵn trên CPU 6IN/4OUT 8IN/6OUT 14IN/10OUT 24IN/16OUT
Số module tối đa có thể
ghép nối
Không có 2 module 7 module 7 module
Số lợng I/O số tối đa 128IN
128OUT
128IN
128OUT
128IN
128OUT
128IN
128OUT
Số lợng I/O Analog tối đa Không có 16IN

quá trình. Các ngõ vào và ra có thể phân chia thành 2 loại tiêu biểu: logic và liên
tục. Phần lớn PLC sử dụng các ngõ vào/ra logic cho các ứng dụng điều khiển. Ngõ
ra PLC được kết nối với thiết bị chấp hành để điều khiển hệ thống các thiết bị này
gồm:
 Loại đầu ra số
Ứng dụng PLC Siemens điều khiển hệ thống lạnh Trang 27
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Thị Bích Ngọc
Điều khiển các đại lượng ra gián đoạn chỉ giới hạn trong các thiết bị có yêu
cầu một trong hai trạng thái được chọn là ON/OFF, OPEN/CLOSED hay kéo
/nén. Các thiết bị gián đoạn thường gặp trong quá trình điều khiển máy và quá
trình công nghệ gồm:
+ Thiết bị truyền tín hiệu,
+ Báo động bằng tín hiệu ánh sáng,
+ Rơ le điều khiển bằng điện,
+ Quạt điện,
+ Đèn chỉ thị bằng tín hiệu ánh sáng,
+ Van điện,
+ Còi báo động,
+ Van con trượt,
+ Khởi động từ cho động cơ,
+ Rơ le nhiệt.
Trong lúc hoạt động, mạch giao diện trên đầu ra của PLC bật điện áp điều
khiển để truyền đến thiết bị ra. Nếu tín hiệu ra được bật (ON) qua chương trình
điều khiển, mạch giao diện sẽ để cho điện áp điều khiển kích hoạt thiết bị đầu ra.
 Loại đầu vào số
Các kênh vào số thuộc nhóm lớn nhất của tín hiệu bên ngoài trong các hệ
thống PLC. Thiết bị ngoại vi cung cấp tín hiệu vào số với hai giá trị khác hẳn nhau
về bản chất, đặc trưng cho hai trạng thái đóng/mở, hay bật/tắt. Các thiết bị gián
đoạn thường xuất hiện phần lớn trong các ứng dụng điều khiển quá trình bao gồm:
+ Công tắc gạt

Hình 2.4: Mạch ngỏ ra của PLC
Một vấn đề lớn cần quan tâm đối với ngõ ra sử dụng các nguồn kết hợp, sẽ rất
tốt nếu ta cách ly được các nguồn và giữa các chân mass riêng biệt nhau.
Chú ý: các ngõ ra relay cho phép chúng sử dụng chân mass riêng, nhưng với
các loại card ngõ ra khác yêu cầu ngõ ra trên mỗi card sử dụng chung chân mass.
Card ngõ ra 24 VDC sử dụng chân mass chung.
Ứng dụng PLC Siemens điều khiển hệ thống lạnh Trang 30
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Thị Bích Ngọc
Hinh 2.5. Card ngõ ra 24 VDC rút dòng (sinking)
Hình2.6. Card ngõ ra 24VDC cấp dòng (sourcing)
Ứng dụng PLC Siemens điều khiển hệ thống lạnh Trang 31
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Thị Bích Ngọc
Hình 2.7. Card ngõ ra relay
2.1.3. Relay
Mặc dù relay ít được sử dụng trong điều khiển logic nhưng chúng vẫn hiệu
quả trong đóng mở các tải công suất lớn. một số thuật ngữ quan trọng cần quan
tâm trong điều khiển relay:
- Contactor: là loại relay đặc biệt dùng đóng ngắt các tải có dòng rất lớn
- Motor starter: sử dụng contactor mắc nối tiếp với relay chịu quá tải để cắt
dòng quá lớn đi qua máy.
- AC coil: khi cuộn dây relay được điều khiển bằng nguồn AC thì tiếp điểm
của nó sẽ đóng mở dao động với cùng tần số của nguồn AC.
2.2. HOẠT ĐỘNG CỦA PLC :
2.2.1. Hoạt động tuần tự
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp, mỗi vòng lặp được gọi là vòng
quét. Mỗi vòng quét bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các ngõ vào (contact,
sensor, relay...) vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình.
Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc
Ứng dụng PLC Siemens điều khiển hệ thống lạnh Trang 32
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Thị Bích Ngọc

truyền thông. Bên cạnh đó CPU kiểm tra chương trình cơ sở và bộ nhớ chương
trình (chỉ trong chế độ RUN).
- Ghi đến các đầu ra số:
Ứng dụng PLC Siemens điều khiển hệ thống lạnh Trang 33
Đọc tín hiệu từ các đầu
vào số
Thực hiện chương
trình
Xử lý truyền thông,
kiểm tra lỗi
Đưa tín hiệu tới các đầu
ra số
Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Thị Bích Ngọc
Ở cuối mỗi chu kì vòng quét, CPU thực hiện ghi các giá trị được lưu trong
vùng nhớ đệm đầu ra (Q) tới các đầu ra số. Các giá trị của các đầu ra tương tự
được đưa ra trực tiếp, không nằm trong giai đoạn này của vòng quét. Khi chế độ
hoạt động của CPU được thay đổi từ RUN sang STOP, các đầu ra số tự động mất
đi. Giá trị của các đầu ra tương tự được giữ ở giá trị của lần gửi ra cuối cùng.
Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, PLC sẽ không trực tiếp làm việc
với cổng vào/ra mà thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng tham số. Việc
truyền thông giữa bộ đệm ảo với thiết bị ngoại vi trong giai đọan 1 và 4 là do
CPU quản lý.
Thường việc thực hiện một vòng quét xảy ra với một thời gian rất ngắn, một
vòng quét đơn có thời gian thực hiện từ 1ms tới 100ms. Việc thực hiện một chu kỳ
quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chương trình và cả mức độ giao
tiếp giữa PLC với các thiết bị ngoại vi Vi xử lý có thể đọc được tín hiệu ở ngõ vào,
chỉ khi nào tín hiệu này tác động với khoảng thời gian lớn hơn một chu kỳ quét thì
vi xử lý coi như không có tín hiệu này. Tuy nhiên trong thực tế sản xuất, thường
các hệ thống chấp hành là các hệ thống cơ khí nên tốc độ quét như trên có thể đáp
ứng được các chức năng của dây chuyền sản xuất.