ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TẠ THỊ DUNG

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC ĐỂ XÂY DỰNG
HỆ THỐNG THỰC HÀNH ĐA NĂNG TẠI TRƯỜNG
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT- HUNG
Chuyªn ngµnh: kü thuËt ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng hãa
M· sè: 60520216

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên
- Thư viện trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp1MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, sự phát triển của các ngành tự động
hóa, kỹ thuật Điện - Điện tử, Công nghệ thông tin đã góp phần quan
trọng vào hiện đại hóa các hệ thống sản xuất nhằm nâng cao năng xuất
lao động và chất lượng sản phẩm. Trong đó, hệ thống điều khiển đóng
vai trò quan trọng toàn bộ hoạt động của máy móc, thiết bị.
Trong chương trình đào tạo ngành công nghệ kĩ thuật điện, điện
tử của trường Đại học Công nghiệp Việt - Hung, môn học điều khiển
logic khả lập trình PLC đã được đưa vào giảng dạy. Tuy nhiên, là
ngành mới được triển khai đào tạo trình độ đại học, cao đẳng nên các
thiết bị thực hành và hệ thống bài tập chưa đầy đủ. Do vậy, đề xuất việc
nghiên cứu ứng dụng PLC và thiết kế bộ thực hành PLC có tích hợp
một số thiết bị ngoại vi giúp sinh viên có thể lập trình các bài tập đơn

1.1. Giới thiệu chung về hệ thống điều khiển logic khả trình PLC
1.1.1. Khái niệm về PLC
Thiết bị điều khiển logic khả trình (P
rogrammable Logic
C
ontrol), viết tắt thành PLC là loại thiết bị được ứng dụng rất rộng rãi
trong tự động hoá xí nghiệp công nghiệp và rất nhiều lĩnh vực khác.
Thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông
qua ngôn ngữ lập trình, các thuật toán này có thể sửa đổi và thay thế
một cách nhanh chóng và dễ dàng cho phù hợp với từng yêu cầu công
nghệ.
1.1.2. Lịch sử phát triển của PLC
Vào khoảng năm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yêu
cầu kỹ thuật đầu tiên cho thiết bị điều khiển logic khả lập trình. Mục
đích đầu tiên là thay thế cho các tủ điều khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện
năng và thường xuyên phải thay thế các rơ le do hỏng cuộn hút hay gãy các
thanh lò xo tiếp điểm. Mục đích thứ hai là tạo ra một thiết bị điều khiển có
tính linh hoạt trong việc thay đổi chương trình điều khiển.
1.1.3. Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hoá.
Tất cả mọi hoạt động của hệ thống từ đơn giản đến phức tạp
đều được PLC điều khiển vì vậy PLC đóng vai trò rất quan trọng trong
một hệ thống điều khiển, PLC có thể được xem như trái tim trong một
hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ với chương trình điều khiển được
chứa trong bộ nhớ của PLC.
1.2. Cấu trúc chung của PLC
Một bộ PLC bao giờ cũng gồm có 5 thành phần cơ bản:
- Module xử lý tín hiệu
- Module nhớ
- Module nguồn
- Mô đun vào/ra

khiển cần thiết sau đó được chuyển cho PLC. Thiết bị lập trình có thể
là thiết bị lập trình chuyên dụng, có thể là thiết bị lập trình cầm tay gọn
nhẹ, có thể là phần mềm được cài đặt trên máy tính cá nhân.
1.3. Nguyên lý hoạt động của PLC
Khi chạy, một chương trình PLC chia làm 3 giai đoạn chính:
 Đọc tín hiệu đầu vào
 Thực hiện chương trình 4 Xuất kết quả ra
1.3.1. Đọc tín hiệu đầu vào
Giai đoạn này bộ vi xử lý “chụp lại” trạng thái logic của các
đầu vào rồi truyền hình ảnh nhận được vào bộ nhớ dữ liệu.
1.3.2. Thực hiện chương trình
Thực hiện các phép toán logic chứa trong bộ nhớ chương trình
lần lượt từ đầu đến cuối bằng cách sử dụng “hình ảnh” của trạng thái
đầu vào chứa trong bộ nhớ dữ liệu. Kết quả của mỗi phép toán logic (
hình ảnh đầu ra ) lại được lưu trong bộ nhớ dữ liệu.
1.3.3. Cập nhật đầu ra
Sao chép lại toàn bộ các trạng thái logic hình ảnh của đầu ra
(lưu trong bộ nhớ dữ liệu) ra các module đầu ra để điều khiển các thiết
bị bên ngoài.
Như vậy, ta có thể khái quát một chu trình làm việc của PLC
như sau: Hình 1.8. Chu trình làm việc của PLC

6CHƯƠNG 2
BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ZEN CỦA OMRON
2.1. Tổng quan về ZEN của OMRON.
2.1.1. Các đặc điểm cơ bản của Zen
Zen là một loại PLC cỡ nhỏ được cung cấp bởi hãng OMRON
(Nhật). Zen còn được gọi là hệ rơle lập trình được (Programable relays)
với nhiều ưu điểm nổi bật:
• Tiết kiệm khi điều khiển tự động hoá cỡ nhỏ.
• Hoạt động dễ dàng với một hệ điều khiển giá rẻ.
• Zen có kích thước rất nhỏ thuận lợi cho việc lắp đặt.
• Dễ dàng trong việc lắp ráp và nối dây.
2.1.2. Giới thiệu các loại Zen.
Nói chung Zen được phân biệt dựa vào các yếu tố sau:
+ Zen xoay chiều (nếu dùng nguồn AC)
+ Zen một chiều (nếu dùng nguồn DC)
2.1.3. Đặc tính kỹ thuật của ZEN -20C3AR-A-V2
2.1.3.1. Đặc tính đầu vào
- Điện thế đầu vào: 100V đến 240VAC (-15% /+10%, cho phép
85 ÷ 246 VAC) 50/60Hz,
- Số đầu vào 12 AC
2.1.3.2. Đặc tính đầu ra
- Số đầu ra: 8 đầu ra rơ le
- Dòng điện cực đại của tiếp điểm 8A ở 250VAC, 5A ở 24 VDC
- Tuổi thọ của Rơle: Về điện: 50.000 lần vận hành

vào bộ xử
lý trung
tâm
I
0 đến
b
12
CPU có 20
cổng vào/ra
Phản ánh trạng thái đóng/mở
của thiết bị đầu vào nối tới
đầu vào của Zen
Bít đầu
vào khối
mudule
mở rộng
X
0 đến
b
12
Phản ánh trạng thái đóng/mở của thiết bị đầu
vào vào nối tới đầu vào của khối module mở
rộng
Bít đầu
vào nút ấn
B
0 đến
7
8
Bật ON khi các nút hoạt động được ấn trong

Bít đầu ra
bộ xử lý
trung tâm
Q
0 đến
7
8
CPU có 10
cổng vào/ra
Đưa ra trạng thái đóng/mở cho
thiết bị đầu ra nối tới đầu ra của
Zen
Bít đầu ra
khối
module
mở rộng
Y
0 đến
b
12
Đưa ra trạng thái đóng/mở cho thiết bị đầu ra
nối tới đầu ra của khối module mở rộng
Các bít
làm việc
M 0 đến f

16
Chỉ được sử dụng bên trong chương trình.
Không thể đưa ra thiết bị bên ngoài
Bít có lưu H 0 đến f

chỉnh sửa
2.3.5. Dùng các bit nút bấm (B)
Với ZEN-20C3ARA-V2 là loại có màn hình LCD, mỗi khi
bấm 1 nút trên ZEN, bit nút bấm tương ứng (Button switch) sẽ thay đổi
trạng thái. Có 8 bit nút bấm, ký hiệu và địa chỉ từ B0 đến B7
2.4. Các chức năng đặc biệt của ZEN
2.4.1. Bảo vệ chương trình.
Chức năng bảo vệ bằng mật mã (password) sẽ bảo vệ chương trình
và các thông số
2.4.2. Xoá password đã đăng ký
2.5. Xử lý lỗi
2.5.1. Xử lý lỗi 9 Hãy xác định nguyên nhân gây lỗi và thực hiện các biện pháp
xử lý ngay nếu có xuất hiện chữ ERR hoặc thông báo lỗi trên màn hình
LCD
2.5.2.Các thông báo lỗi
- Bật điện nhưng không chạy.
Thông báo lỗi Nguyên nhân Giải pháp có thể
M/C ERR
Lỗi chương trình trên
thẻ nhớ
Ghi một chương trình
không có lỗi vào thẻ
nhớ
Chú ý: Dùng phần mềm ZEN để đọc các thông báo lỗi cho loại


113.2. Mô hình thực hành khởi động động cơ ở chế độ sao-tam giác
3.2.1. Thiết kế bố trí thiết bị trên bề mặt module
3.2.2. Xây dựng mô hình thực hành
Mô hình thực hành có dạng như hình vẽ Hình 3.5. Mô hình hoàn thiện Modul đổi nối sao - tam giác
3.2.3. Chương trình điều khiển
Bảng phân công tín hiệu vào ra:
Stop : I0; FOR : I1; REV : I2
Khởi động từ KT : Q1 ; Khởi động từ KN : Q2
Khởi động từ K
Y
: Q3; Khởi động từ K

: Q4

Hình 3.6. Chương trình điều khiển 123.3. Mô hình thực hành lập trình cửa tự động
3.3.1. Thiết kế bố trí thiết bị trên bề mặt modul
3.3.2. Xây dựng mô hình thực hành

14
Hình 3.12. Chương trình điều khiển

3.5. Mô hình thực hành lập trình điều khiển bãi đỗ xe tự động
3.5.1. Bố trí thiết bị trên bề mặt modul

3.5.3. Xây dựng mô hình thực hành

Hình 3.16. Mô hình hoàn thiện modul bãi đỗ xe tự động
3.5.4. Chương trình
Bảng phân công địa chỉ vào-ra:
Nút Stop: I0; Nút Start: I1; Sen so S1: I2 Giới hạn mở cửa: I4; Giới hạn
đóng cửa: I5
Đèn xanh: Q1; Mở cửa: Q2 ; Đóng cửa: Q3; Đèn đỏ: Q4
15
Hình 3.17. Chương trình điều khiển
3.6. Mô hình thực hành điều khiển đèn giao thông tại ngã tư
3.6.1. Yêu cầu điều khiển
Hệ thống đèn giao thống gồm 10 đèn của lộ 1: X1, V1, Đ1,
XĐB1,ĐĐB1 và 10 đèn của lộ 2: X2, V2, Đ2, XĐB2,ĐĐB2
Hệ thống điều khiển đèn giao thông được khởi động bằng nút ấn Start,

Đèn xanh đi bộ 2: Q3; Đèn xanh 2: Q4; Đèn vàng 2: Q5
Đèn đỏ 2: Q6; Đèn xanh đi bộ 1: Q7
17

18
Hình 3.24. Chương trình điều khiển

Hình 3.25. Toàn bộ các mô hình sau khi hoàn thiện

3.7. Kết luận chương 3
Nội dung chương 3 đã xây dựng được 5 bài thực hành ứng
dụng PLC Zen - Hệ thống điều khiển khởi động động cơ ở chế độ
sao/tam giác, mô hình cửa tự động, mô hình trò chơi đường lên đỉnh
Olympia, mô hình bãi đỗ xe tự động, mô hình đèn giao thông. 19


 Yêu cầu:
4.2.2. 1. Thiết lập thông số cho các Timer thông thường
4.2.2.2. Thiết lập thông số cho Holding Timer (trễ có nhớ) 204.2.2.3. Thiết lập thông số cho Timer @ (Weekly timer)
4.2.2.4. Thiết lập thông số cho Timer * (Calendar timer)
4.2.2.5. Thiết lập thông số cho Counter
4.2.2.6. Phần thực hành
Bài 1: Khởi động động cơ ở chế độ sao-tam giác
Yêu cầu bài toán điều khiển:

Ấn nút FOR khởi động từ K
T
và K

làm việc động cơ quay
theo chiều thuận, sau 30s khởi động từ K

làm việc. Nếu ấn nút REV
thì khởi động từ K
N
và K

làm việc động cơ quay theo chiều ngược, sau
30s khởi động từ K


Trò chơi gồm 3 đấu thủ, mỗi đấu thủ có một nút bấm và một
đèn. Ấn nút Start hệ thống bắt đầu hoạt động, khi người dẫn chương
trình đọc câu hỏi xong nếu đấu thủ nào bấm nút trước thì đèn của đấu
thủ đó sẽ sáng, nút bấm của các đấu thủ còn lại không có tác dụng,
đồng thời chuông sẽ kêu lên, sau 5 giây thì chuông và đèn sẽ tắt. Nếu
ấn nút Stop thì hệ thống ngừng làm việc.
Bài 2: Điều khiển bãi đỗ xe tự động
Yêu cầu điều khiển

Ấn nút Start đèn xanh sáng. Cửa được mở ra, chạm giới hạn
mở cửa LS1 thì dừng lại. Sen sơ S1 đếm số xe vào bãi, sen sơ S2 đếm
số xe ra khỏi bãi. Khi trong bãi đã đủ 20 xe thì cửa được đóng lại không
cho xe vào, khi chạm giới hạn đóng cửa LS2 thì dừng, đồng thời đèn đỏ
được bật lên để báo hiệu đã hết chỗ đỗ xe.
Bài 3: Điều khiển hệ thống đèn giao thông
Hệ thống đèn giao thông phổ biến gồm 4 cột đèn chính được
lắp đặt tại hai đầu của hai làn đường khác nhau ở ngã tư. Mỗi một cột đèn
gồm 5 đèn trong đó gồm có 3 đèn chính: đèn xanh, đèn đỏ và đèn vàng; 2
đèn phụ là 2 đèn dùng điều khiển làn đường dành cho người đi bộ: đèn xanh
người đi bộ và đèn đỏ người đi bộ. Gồm 3 chế độ hoạt động
 Chế độ giờ cao điểm: Từ 6h30 đến 8h30 và từ 16h30 đến
18h30, ở chế độ này
Đèn X1 sáng trong 30s, đèn V1 sáng trong 5s, đèn Đ1 sáng
trong 60s, đèn X2 sáng trong 55s, đèn V2 sáng trong 5s, đèn
Đ2 sáng trong 35s. Ngoài ra khi đèn X của lộ này sáng thì đèn
ĐĐB của lộ kia sáng và ngược
 Chế độ bình thường: Từ 8h30 đến 16h30 và từ 18h30 đến
22h30, ở chế độ này Đèn X1 sáng trong 30s, đèn V1 sáng
trong 5s, đèn Đ1 sáng trong 35s, đèn X2 sáng trong 30s,
đèn V2 sáng trong 5s, đèn Đ2 sáng trong 35s. Ngoài ra khi


Sau 5 tháng tìm hiểu và nghiên cứu, được sự chỉ bảo giúp đỡ
tận tình của các thầy cô trong phòng Quản lý đào tạo sau đại học, khoa
Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, đặc biệt là thầy
PGS-TS. Nguyễn Thanh Hà, đến nay luận văn “Nghiên cứu, ứng dụng
PLC để xây dựng hệ thống thực hành đa năng tại trường Đại học Công
nghiệp Việt - Hung” đã hoàn thành và đạt được các kết quả sau:
- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống điều khiển logic khả trình PLC.
- Nghiên cứu về bộ điều khiển lập trình ZEN của Omron
+ Tìm hiểu về cấu trúc, câu lệnh, nguyên lý làm việc, cách lập
trình của bộ PLC ZEN 20C3AR-A-V2.
- Xây dựng được hệ thống thực hành đa năng ứng dụng PLC ZEN
- Xây dựng bài giảng thực hành ZEN, bao gồm viết chương trình
điều khiển PLC và xây dựng được các bài thực hành: Khởi động động cơ ở
chế độ sao - tam giác, đóng mở cửa tự động, điều khiển bãi đỗ xe tự động,
trò chơi đường lên đỉnh Olympia, điều khiển đèn giao thông.
Kết quả của luận văn đã đạt được là: thiết kế, chế tạo được hệ
thống mô hình thực hành đa năng dùng PLC Zen, xây dựng được hệ
thống các bài giảng, bài tập thực hành lập trình PLC Zen.
Hướng phát triển của đề tài
Với thời gian nghiên cứu chưa nhiều, kiến thức và kinh nghiệm
thực tế có hạn cho nên nội dung luận văn còn một số hạn chế. Tác giả
sẽ tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện hơn để có thể áp dụng tốt kết quả
nghiên cứu vào công tác chuyên môn sau này, nhất là áp dụng hệ thống
PLC Zen trong thực tế sản xuất, ví dụ như trong lĩnh vực điều khiển bãi
đỗ xe tự động, tòa nhà thông minh, điều khiển hệ thống đèn giao thông
có hiển thị LED 7 thanh, điều khiển giám sát hệ thống Camera từ xa tại
các ngã tư giao thông.
Một lần nữa em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với các
thầy cô giáo đã dạy bảo em trong thời gian vừa qua, đặc biệt là PGS-