Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

1

Chương1: TỔNG QUAN VỀ PLC
1.1 Hệ thống điều khiển là gì ?.
Hình 1.1.a : Một hệ thống điều khiển điển hình dùng PLC

Sự phát triển của kỹ thuật điều khiến tự động hiện đại và công nghệ điều khiển
lôgic lập trình dụa trên cơ sở phát triển của tin học, cụ thể là sự phát triển của kỹ
thuật máy tính.
Sự phát triển của máy tính điện tử và kèm theo nó là phát triển tin học cùng với
sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự
động, dựa trên cơ sở tin học, gắn liền với
những phát minh liên tiếp sau đó đã đóng một vai trò quan trọng và quyết định
trong việc phát triển ồ ạt kỹ thuật máy tính và các ứng dụng của nó như PLC, CNC
… .
Trong quá trình phát triển của khoa học kỹ thuật trước đây ngay vào khoảng
thời gian những năm cách đây không phải là xa xôi lắm, người ta mới chỉ phân biệt
hai phạm trù kỹ thu
ật điều khiển bằng cơ khí và điều khiển bằng điện tử.
Nhưng từ cuối thập kỷ 20 người ta đã phải dùng nhiều chỉ tiêu chi tiết để phân
Tim 00 0001 10000 10001

Mạch phần
mềm Mô tơ Cuộn dây
Bộ xấy

Đèn

Heater
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

2
nhau. Đến nay, các thiết bị và kỹ thuật PLC đã phát triển tới mức những người sử

Hình 1.1.b: Những đặc trưng lập trình của các loại điều khiển

1.2 Vai trò của một b
ộ điều khiển PLC.
ĐIỀU KHIỂN
Với các chức năng được lưu trữ
ằ
Tiếp xúc vật lý
Bộ nhớ khả lập
QUY TRÌNH CỨNG QUY TRÌNH MỀM
Không
tha
y
đổi
Thay
đổi đư
ợ
c
Khả lập trình
tự do

Bộ nhớ thay
đổi đư
ợ
c
Liên
k
ết cứn
g


Trong mt h thông đieău khieơn tự đng, PLC được xem như là trái
tim cụa h thông đieău khieơn. Với mt chương trình ứng dúng (đã được
lưu trữ beđn trong b nhớ cụa PLC) thì PLC lieđn túc kieơm tra tráng thái cụa
h thông, bao goăm: kieơm tra tín hiu phạn hoăi từ các thiêt bò nhp, dựa
vào chng trình logic đeơ xử lý tín hiu và mang các tín hiu đieău
khieơn ra thiêt bò xuât.
PLC được dùng đeơ đieău khieơn những h thông từ đơn giạn đên phức
táp. Hoaịc ta có theơ kêt hợp chúng với nhau thành mt máng truyeăn
thođng có theơ đieău khieơn mt quá trình phức hợp.

1.3 Các thành phần của một bộ PLC.
Phần cứng của các bộ khả lập trình PLC được cấu tạo thành những mơ
đun
(hình 1.3) cho thấy sơ đồ các mơđun phần cứng của một bộ PLC. Một bộ PLC
thơng thường có những mơđun phần cứng như sau.
+ Mơđun nguồn
+ Mơđun bộ nhớ trương trình
+ Mơđun đầu vào (thẻ đầu vào)
+ Mơđun đầu ra (thẻ đầu ra)
+ Mơđun phối ghép (thẻ phối ghép)
+ Mơđun chức năng phụ
Mỗi mơđun đó được lắp thành những
đơn vị riêng, có phích cắm nhiều chân để
cắm vào rút ra dễ dàng trên một panen cơ khí có dạng bảng hoặc hộp. Trên panen
có nắp:
+ Đường ray nguồn để đưa nguồn điện một chiều (thường là 24v) từ đầu ra của
mơđun nguồn lấy từ mơđun nguồn, đưa đi cung cấp cho tất cả các mơđun khác.
+ Luồng liên lạc để trao đổi thơng tin giữa các mơđun và với bên ngồi.

1.3.1. Đơn vị xử lý trung tâm CPU.
Trong mỗi thiết bị PLC chỉ có một đơn vị trung tâm. Có hai loại đơn vị xử lý:
+ Đơn vị xử lý “ một – bít”, thích hợp cho việc xử lý các thao tác lôgic, nhưng vì
thời gian xử lý là quá dài đối với một tín hiệu đơn cho nên không thực hiện được
các chức năng phức tạp mà không gặp phải những r
ắc rốivầ vấn đề thời gian. Loại
xử lý một bít kết cấu đơn giản cho nên giá thành hạ. Vì vậy tuy xử lý có chậm
nhưng vẫn được dùng cho những trường hợp không cần nhanh lắm và bài toán
không quá phức tạp.

+ Đơn vị xử lý bằng “ từ ngữ “. Loại xử lý này hấp dẫn hơn loại nói trên, vì loại
này thích hợp hơn nhiều với việc xử lý nhanh các thônh tin số. Sở
dĩ nó đạt được
tốc độ cao là vì nó không xử lý đơn bít mà xử lý từ ngữ bao gồm nhiều bít. Tuy

Màn
h
ì
nh
Máy in
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

5
nhiên bộ xử lý từ ngữ có cấu trúc phức tạp hơn nhiều và do đó giá đắt hơn, cho nên
nó khơng thể loại bộ xử lý đơn bít ra khỏi thị trường tin học. Cả hai loại vẫn song
song tồn tại và mỗi laọi được lựa chọn tuỳ theo nhu cầu ứng dụng.
Bộ điều khiển lơgic khả lập trình với đơn vị xử lý trung tâm bằng từ ngữ đượ
c
dùng khi đòi hỏi xử lý văn bản và các thơng tin số, các phép tính, đo lường đánh

chuyển đổi điều khiển khẩn cấp
Chỉ phối ghép với máy tính đơn giản Phối ghép với máy tính lớn hoặc hệ
thống máy tính
Khả năng xử lý các tín hiệu tương tự
bị hạn chế
Xử lý tín hiệu tương tự ở cả đầu vào
và đầu ra 1.3.2 B nhớ (Memory).
Có nhieău lối b nhớ khác nhau. Đađy là nơi lưu giữ tráng thái hốt
đng cụa h thông và b nhớ cụa người sử dúng. Đeơ đạm bạo cho PLC
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

6
hốt đng , phại caăn có b nhớ đeơ lưu trữ chương trình, đođi khi caăn mở
rng b nhớ đeơ thực hin các chức nng khác như :
+ Vùng đm tám thời lưu trữ tráng thái cụa các keđnh xuât / nhp được
gói là RAM xuât / nhp
+ Lưu trữ tám thời các tráng thái cụa các chức nng beđn trong : Timer ,
Counter, Relay
B nhớ goăm có lối sau :
+ B nhớ chư đóc (ROM: Read Only Memory): ROM khođng phại là
mt b nhớ khạ biên, nó có theơ lp trình chư mt laăn. Do đó khođng
thích hợp cho vic đieău khieơn “meăm” cụa PLC. ROM ít phoơ biên so với
các lối b nhớ khác.
+ B nhớ ghi đóc (RAM: Random Access Memory): RAM là mt b
nhớ thường được dùng đeơ lưu trữ dữ liu và chương trình cụa người sử
dúng. Dữ liu trong RAM sẽ bò mât đi nêu nguoăn đin bò mât. Tuy
nhieđn vân đeă này được giại quyêt baỉng cách gaĩn theđm vào RAM mt

rât quan tróng. Nêu ngõ ra cụa PLC khođng được kêt nôi với thiêt bò xuât
thì haău như h thông sẽ bò teđ lit hòan toàn. Các thiêt bò xuât thođng
thường là: đng cơ, cun dađy nam chađm, relay, chuođng báo ,…. Thođng
qua hốt đng cụa motor, các cun dađy, PLC có theơ đieău khieơn mt h
thông từ đơn giạn đên phức táp. Các lối thiêt bò xuât là mt phaăn kêt
câu cụa h thông tự đng hóa và vì thê nó ạnh hưởng trực tiêp vào
hiu suât cụa h thông .
Tuy nhieđn, các thiêt bò xuât khác như là : đèn pilot, còi và các báo
đng chư cho biêt các múc đích như: Báo cho chúng ta biêt giao din tín
hiu ngõ vào, các thiêt bò ngõ ra được giao tiêp với PLC qua mieăn
rng cụa modul ngõ ra PLC.
1.3.5 Mơ đun phối ghép.
Mơ đun phối ghép dùng để nối bộ điều khiển khả lập trình PLC với các thiết
b
ị bên ngồi, như màn hình thiết bị lập trình hoặc với panen mở rộng. Thêm vào đó
, nhiều chức năng phụ cũng cần thiết hoạt động song song với những thiết bị chức
năng thuần t lơgic của bộ PLC cơ bản . Cũng có khi người ta ghép thêm những
thẻ điện tử phụ đặc biệt để tạo ra các chức năng phụ đó. Trong những trường hợp
này đề phòng phải dùng đến mạch phối ghép.
1.3.6 Các chức năng phụ.
Những chức năng phụ điển hình nhất của PLC là:

+ Bộ nhớ duy trì có cùng chức năng như rơle duy trì, nghĩa là bảo tồn tín hiệu
trong q trình mất điện. Khi nguồn điện trở lại thì bộ chuyển đổi của bộ nhớ nằm
ở tư thế như trước lúc mất đ
iện.
+ bộ thời gian của PLC có chức năng tương tụ như các rơle thời gian. Việc đặt
thời gian được lập trình hoặc điều chỉnh từ bên ngồi.
+ Được lập trình bằng các lệnh lơgic cơ bản hoặc thơng qua các thẻ điện tử phụ.
Việc đặt bộ đếm được thực hiện bằng lập trình hoặc bằng nút bấm.

nhieău thời gian.
• Khó bạo quạn và sữa chữa.
♦ H thông đie
ău khieơn baỉng PLC:
• Những dađy kêt nôi trong h thông giạm được 80% neđn nhỏ gón hơn.
• Cođng suât tieđu thú ít hơn.
• Sự thay đoơi các ngõ vào, ra và đieău khieơn h thông trở neđn d
dàng hơn nhờ phaăn meăm đieău khieơn baỉng máy tính hay tređn Console.
• Tôc đ hốt đng cụa h thông nhanh hơn.
• Bạo trì và sữa chữa d dàng.
• Đ beăn và tin cy vn hành cao.
• Giá thành cụa h thông giạm khi sô tiêp đieơm tng.
• Có thiêt bò chông nhiu.
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

9
• Ngođn ngữ lp trình d hieơu.
• D lp trình và có theơ lp trình tređn máy tính, thích hợp cho vic
thực hin các lnh tuaăn tự cụa nó.
• Các modul rời cho phép thay thê hoaịc theđm vào khi caăn thiêt .
Do những lý do tređn PLC theơ hin rõ ưu đieơm cụa nó so với các
thiêt bò đieău khieơn thođng thường khác. PLC còn có khạ nng theđm vào
hay thay đoơi các lnh tuỳ theo yeđu càu cụa cođng ngh. Khi đó ta chư
caăn thay đoơi chương trình cụa nó, đieău này nói leđn tính nng đieău khieơn
khá linh đng cụa PLC.
1.5 Các bước thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC.
Đeơ thiêt kê 1 chng trình đieău khie
ơn cho mt hốt đng bao goăm
những bước sau:


xong, kieơm tra lái baỉng hàm chuaơn đoán. Nêu được mođ phỏng toàn b
hốt đng cụa h thông đeơ chaĩc chaĩn raỉng chng trình đã hốt đng tôt.
1.5.5 Cháy chương trình.
Trước khi nhân nút Start, phại chaĩc chaĩn raỉng các dađy dăn nôi các
ngõ vào, ra đên các thiêt bò nhp, xuât đã được nôi đúng theo chư
đònh. Lúc đó PLC mới baĩt đaău hốt đng thực sự. Trong khi cháy chương
trình, nêu bò li thì máy tính hoaịc b Console sẽ báo li , ta phại sữa lái
cho đên khi nó hốt đng an toàn
Sau đađy là lưu doă phương pháp thiêt kê b đieău khieơn:

Xác định u cầu của hệ
thống điều khiển
Vẽ lưu đoă chung cụa h
thông đieău khieơn
Lit keđ tât cạ các ngõ ra, ngõ vào nôi
tương đôi
â
ù
/O
C
Chuyeơn lưu đoă sang
sơ đoă hình thang
Náp lp trình sơ đoă hình thang
thiêt kê cho PLC

Vi bt c mt b iu khin no thỡ ngi thit k u phi tuõn th tt c cỏc
bc trờn. Nu khụng mun h thng ca mỡnh gp trc trc.

Chng 2: MODUL LOGO! VI GII PHP CHO BI TON
T NG HO C NH

Chỏy thửỷ chửụng trỡnh
Hieụu ủớnh lỏi
p
han mem
Nỏp chửụng trỡnh vaứo
EPROM
Laụp ho sụ heụ thoõng cho taõt
c
END
Chửụng trỡnh
O
K

lại. Tóm lại là LOGO! rất dễ sử dụng.
Một mạch điện sau khi được thiết lập cho phép chép vào mộ
t modul trương trình
và chuyển sang modul logic khác một cách dễ dàng. So sánh với công nghệ thông
thường điều này có nghĩa là giảm thời gian một cách đáng kể. Ngoài ra còn có một
cách khác để lưu trữ các ứng dụng là dùng máy tính cá nhân để lập trình.
Những ứng dụng mà LOGO! có thể điều khiển là hầu như không có giới hạn. Từ
các ứng dụng gia đình và thương mại.

Ví dụ như:
- Chiếu sáng trong các phòng của nhà, cầu thang, củ
a hàng.
- Mạch đèn huỳnh quang.
- Hệ thống tưới nước
- Máy hàn cáp
- Hệ thống băng tải
- Hệ thống đo mức
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

13
- Hệ thống nhiệt và thông gió
- Hệ thống cảnh báo và chuông báo động
- Thang máy, máy nâng
- Hệ thống cửa nhà, gara ôtô
- Hệ thống quản lý năng lượng
Và rất nhiều những ứng dụng khác nữa.
Một ưu điểm nổi bật nữa là LOGO! thoả mãn những yêu cầu cao như: độ chống
va đập, độ tương thích điện từ và làm việc đượ
c ở những nơi có khí hậu khắc nhiệt.
Điều đó làm cho LOGO! trở lên lý tưởng cho những ứng dụng công nghiệp. Thậm

Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

14
Relay, Edge-Triggered, Seven-Day Time Switch, Year Clock, Up/Down Counter,
Hours Counter, Pulse Generator, Pulse Generator, Random Generator, Trigger,
Stairwell Light Switch, Dual-Function Switch, Message Text.
Tài nguyên của LOGO! bị hạn chế ở mức: ( Maximum Resources )
Function Blocks 56
RAM 27
ROM 15
Parameters 48
Timer 16
Stack 58
Digital Inputs 12
Digital Outputs 8
ASi Inputs 4

ASi Outputs 4
Marker 8
Analog Inputs 0
Text Box 5
Vì vậy, khi lập trình cho LOGO! chúng ta cần quan tâm đến các thông số trên
để đảm bảo chương trình có thể chạy tốt trên loại LOGO! mà chúng ta đang có.
Các thông số kỹ thuật của LOGO!

+ Kích thước 72 x 90 x55 mm
+ 19 chức năng tích hợp bên trong
+ 8 đầu vào và 4 đầu ra
+ Có đồng hồ bên trong có thể
lưu nguồn trên 80 giờ trên LOGO! 12RC/ 24RC/

LOGO! 24 và LOGO! 24R thích hợp với nguồn điện 24vDC điện áp cung cấp có
thể từ 20,4 – 28,8v. Với điện áp 24v thì LOGO! 24/24R lần lượt tiêu thụ dòng
30/62mA

Kết nối

L+
N
L+ M I1 I2 I8 L1 N I1 I2 I8

2.2.3 Nối các đầu vào của LOGO!

Nối các bộ cảm biến tới đầu vào. Các đầu vào có thể là các công tắc, cảm biến
quang điện hoặc công tắc điều khiển bằng ánh sáng
Đặc tính của bộ cảm biến cho LOGO! 230R và LOGO! 230RC
+ LOGO! nhận biết trạng thái 0 (khoá mở) tại áp < 40v AC. Dòng vào lớn nhất
là 0,24 mA



Nối mạch

L+ L1
M L+ L+ L+ L+ L+ L+ M
L+ M I1 I2 I3 I4 I5 I8 L+ M I1 I2 I3 I8 2.2.4 Nối đầu ra của LOGO! .

LOGO! 230R/230RC và LOGO! 24R
Đầu ra của LOGO! 230RC/230R và LOGO! 24R là các Rơle. Công tắc của Rơle
được cách ly với nguồn cung cấp và đầu vào.

Yêu cầu đối với Rơle đầu ra

L1
Load N/M

LOGO! 24
Đầu ra của LOGO! 24 được đóng mạch nhờ các transistor. Các đầu ra được bảo
vệ chống quá tải và ngắn mạch. Không cần phải có nguồn cung cấp riêng cho tải.
LOGO! 24 cung cấp điện áp cho tải.
Các yêu cầu đối với transistor đầu ra
Tải nối với LOGO! 24 phải có đặc tính sau:
+ Dòng đóng mạch lớn nhất là 0,3 A
+ Khi đóng mạch ( Q=1), dongd điện cực đại là 0,3 A
Kết nối LOGO! 230RC


2.3 Khởi động LOGO! Bật/ Tái khởi động nguồn cung cấp.
LOGO! không khoá công tắc nguồn. LOGO! phản ứng như thế nào khi đóng
mạch phụ thuộc vào:
+ Có chương trình lưu trữ trong LOGO!
+ Có các nhớ trong LOGO!
+ Trạng thái LOGO! trước khi tắt nguồn

Bảng nay chỉ đáp ứng cho LOGO! với các hoàn cảnh có thể có: Nếu Thì
Trong LOGO! không có chương trình
hoặc không có card nhớ
Xuất hiện dòng sau trên màn hình của
LOGO! : “ No Program”
LOGO! không có chương trình, có card
nhớ nhưng card không chứa chương
trình
Xuất hiện dòng sau trên màn hình của
LOGO! : “ No Program”
LOGO! không chứa chương trình và
không có card nhớ hoặc có thì bộ nhớ
rỗng và:
+ LOGO! đã chạy hoặc ở trong chế độ
đặt thông số trước khi cắt nguồn.
+ LOGO! đang chạy chế độ lập trình
hoặc đóng No Program hiển thị trước
khi tắt nguồn
LOGO! sử dụng chương thình lưu trữ

LOGO! chạy “IN RUN” được hiển thị (sau khi ấn “STATS” trong menu chính)
hoặc đóng sang “ parametisaton mode”
+ Đọc trạng thái của đầu vào I1 đến I8
+ Tính toán trạng thái của đầu ra theo chương trình
+ chuyển mạch Rơle Q1 tớiQ4 trạng thái ON hoặc OFF.

2.4 Lập trình cho LOGO! .

Lập trình được hiểu là nhậ
p vào một mạch. Một chương trình của LOGO! thực
sự là một sơ đồ mạch thể hiện bằng các cách khác nhau.
Chúng ta phải thay đổi cách thể hiện phù hợp với hiển thị của LOGO!

2.4.1 Đầu nối.

LOGO! có những đầu vào và đầu ra:
Inputs L1 N I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8

I1 Đầu vào I1 và I2 được nối với khối OR. Đầu vào của các khối
I2 Q không sử dụng còn lại được đánh dấu bằng chữ X
X

LOGO! có các đầu nối sau:
+ Vào I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8.
+ Ra Q1, Q2, Q3, Q4.
+ Lo: ‘0’ (OFF)
+ hi: ‘1’ (ON)
+ X: Không nối
Đầu vào ra có thể có trạng thái 0 hoặc 1, ‘0’ có nghĩa là không có áp ở đầu vào
và ‘1’ có nghĩa là có áp ở đầu vào.
Các đầu nối Lo, hi, X nhằm mục đích đơn giản hoá việc vào chương trình, hi là
trạng thái 1, Lo là trạng thái 0, X là không nối với cả khối nào.

2.4.2 Các chức năng cơ bản.
Khi bạn nhập vào một mạch, bạn tìm khối của hàm cơ bản trong danh sách GF.

Có những chứ
c năng cơ bản sau đây:

Biểu diễn bằng biếu đồ
mạch
Biểu diễn LOGO! Chức năng cơ bản
Công tắc thường đóng nối
song song
NAND Công tắc thường đóng nối
tiếp NOR + AND

Nối tiếp nhiều công tắc thường mở được Biểu tượng cho AND như
sau:
thể hiện trong sơ đồ mạch dưới đây: I1
I2 Q
X Bảng Logic cho AND Bảng này áp dụng cho AND với x=1( có nghĩa là cổng vào
>1


I1

I2 Q

I3 Khối này được gọi là OR vì đầu ra Q có trạng thái 1 khi I1 hoặc I2 hoặc I3 có
trạng thái 1. Nói cách kkhác chỉ cần một đầu vào có trạng thái 1.

Bảng logic cho OR
Bảng sau áp dụng cho OR: x=0 (x=0 có nghĩa là cổng vào không được sử dụng
phải ở trạng thái 0)
I1 I2 I3 I4
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
>1
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

23
1 1 1 1


Một số công tắc thường đóng nối Trong LOGO! đây là khối NAND
song song được trình bầy ở sơ đồ dưới đây biểu tượng của nó như sau: I1

I2 Q

I3
Khối này là NAND bởi vì đầu ra (Q) chỉ có trạng thái 0 khi cả I1 và I2 và I3 có
trạng thái 1.
1
&
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

24

Bảng logic cho NAND
Bảng sau áp dụng cho NAND x = 1 (x là cổng vào không được sử dụng)

I1 I2 I3 Q
0 0 0 1
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1

Bảng sau áp dụng cho NOR x = 0 (x cổng vào không sử dụng).

I1 I2 I3 Q
0 0 0 1
0 0 1 0
>1
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

25
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 0

+ XOR

XOR trong một sơ đồ mạch là nối tiếp Trong LOGO! biểu tượng của nó
là:
của hai công tắc đổi nối cho nhau:

I1

I2 Q

I3 Đầu ra của XOR ở trạng thái 1 khi trạng thái của các đầu vào khác nhau.