1
LỜI MỞ ĐẦU
Đất nƣớc ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá để từng
bƣớc bắt kịp sự phát triển của các nƣớc trong khu vực cũng nhƣ các nƣớc trên
thế giới về mọi mặt kinh tế, văn hoá và xã hội. Trong đó công nghiệp đóng
vai trò quan trọng trong việc phát triển của đất nƣớc. Trong các nhà máy xí
nghiệp hiện nay, yêu cầu về tự động hoá đang đƣợc chú trọng và phát triển.
Tự động hoá giúp cho việc xử lý kết quả tự động, chính xác hơn, việc vận
hành sửa chữa dễ dàng hơn và hiệu suất công việc cao hơn .
Là sinh viên của chuyên ngành điện. Sau những tháng năm học hỏi và tu
dƣỡng tại Trƣờng đại học dân lập Hải Phòng. Từ các thầy cô, từ các bạn bè,
em đã nhận thức đƣợc con đƣờng em đã chọn là đúng đắn. Đặc biệt là với
ngành điện là rất quan trọng và không thể thiếu cho bất kỳ một lĩnh vực nào,
quốc gia nào.
Khi đƣợc giao đồ án tốt nghiệp, xác định đây là công việc quan trọng để
nhằm đánh giá lại toàn bộ kiến thức mà mình đã tiếp thu, với đề tài ” Xây
dựng mô hình bãi gửi xe tự động”. Đây là một chuyên ngành còn khá mới
mẻ ở Việt Nam. Cho nên, trong đồ án này em chỉ tập trung đi sâu vào công
việc chính là sử dụng ngôn ngữ lệnh, lập trình cho bộ PLC SIMATIC S7-200
của hãng SIEMENS (Đức) để điều khiển cho cửa tự động của gara ô tô.
Sau 3 tháng tìm hiểu và tham khảo, với ý thức và sự nỗ lực của bản thân
và đƣợc các thầy, cô, và đặc biệt là thầy giáo Thạc sĩ Nguyễn Đức Minh đã
hƣớng dẫn, giúp đỡ tận tình. Em đã kết thúc công việc đƣợc giao.
Qua bản đồ án này cho em xin đƣợc bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới
thầy giáo Thạc sĩ Nguyễn Đức Minh, cùng toàn thể các thầy cô giáo trong
khoa và nhà trƣờng đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em để hôm
nay em hoàn thành đồ án một cách đầy đủ.
2
CHƢƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH
PLC S7-200 CỦA HÃNG SIEMENS

Chất lƣợng cao và ít phế phẩm.
Thời gian chết của máy móc là tối thiểu.
Máy sản xuất có giá trị rẻ.
Các bộ điều khiển chƣơng trình đáp ứng đƣợc hầu hết các yêu cầu trên
và nhƣ là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong
công nghiệp. Trƣớc đây việc tự động hóa chỉ đƣợc áp dụng trong hàng hóa
năng suất cao. Hiện nay cần thiết phải TĐH cả trong sản xuất nhiều loại hàng
hóa khác nhau, trong việc nâng cao chất lƣợng cũng nhƣ dễ đạt năng suất cao
hơn và nhằm cực tiểu hóa vốn đầu tƣ cho thiết bị và xí nghiệp.
Các hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) đáp ứng đƣợc các nhu cầu này.
Hệ thống bao gồm các thiết bị nhƣ các máy điều khiển số, rôbôt công nghiệp,
dây truyền tự động và máy tính hóa công việc điều khiển sản xuất. Bạn sẽ tìm
thấy nhiều ứng dụng của bộ điều khiển chƣơng trình trong thiết bị sản xuất tự
động.
Trƣớc khi có các bộ điều khiển chƣơng trình trong sản xuất đã có nhiều
phần tử điều khiển, kể cả các trục cam, các bộ khống chế hình trống. Khi xuất
hiện rơle điện tử thì panel rơle trở thành chủ đạo trong điều khiển. Khi
trasistors xuất hiện nó đáp đƣợc áp dụng ngay ở những chỗ mà rơle điện tử
không đáp ứng đƣợc những yêu cầu điều khiển cao.
Hệ thống điều khiển logic thông thƣờng không thể thực hiện điều khiển
tổng thể đƣợc và các bộ điều khiển chƣơng trình hóa hoặc điều khiển bằng
máy vi tính đã trở lên cần thiết.
4
1.2. TỔNG QUAN VỀ PLC
1.2.1. Giới thiệu PLC
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển
lập trình đƣợc (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều
khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Ngƣời sử dụng có thể lập trình
để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này đƣợc kích hoạt bởi
tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ

nghệ, ta chỉ cần thay đổi chƣơng trình bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay
đổi hay mở rộng chức năng sẽ đƣợc thực hiện một cách dễ dàng mà không
cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay .
1.2.2. Phân loại
PLC đƣợc phân loại theo 2 cách:
- Hãng sản xuất: Gồm các nhãn hiệu nhƣ Siemen, Omron, Misubishi,
Alenbrratly, ...
- Version:
Ví dụ: PLC Siemen có các họ: S7-200, S7-300, S7-400, Logo.
PLC Misubishi có các họ: Fx, Fxo, Fxon.
1.2.3. Các thành phần cơ bản của một bộ PLC
Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản gồm: Bộ xử lý, bộ
nhớ, bộ nguồn, giao diện vào ra và thiết bị lập trình. Sơ đồ hệ thống nhƣ sau:

6

 Bộ nhớ:
Bộ nhớ là nơi lƣu trữ chƣơng trình sử dụng cho các hoạt động điều
khiển. Các dạng bộ nhớ có thể là RAM, ROM, EPROM. Ngƣời ta luôn chế
tạo nguồn dự phòng cho RAM để duy trì chuơng trình trong trƣờng hợp mất
điện nguồn, thời gian duy trì tuỳ thuộc vào từng PLC cụ thể. Bộ nhớ cũng có
thể đƣợc chế tạo thành module cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng
điều khiển có kích cỡ khác nhau, khi cần mở rộng có thể cắm thêm. 8
 Giao diện vào / ra:
Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và
truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu vào có thể từ các công
tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào quang điện, ... Tín hiệu ra có thể
cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các van điện từ, các động cơ
nhỏ, ... Tín hiệu vào/ra có thể là các tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu
logic, ... Các tín hiệu vào/ra có thể thể hiện nhƣ sau:

Hình 1.3: Giao diện vào ra của PLC.
Các kênh vào ra đã có chức năng cách ly và điều hoá tín hiệu sao cho
các bộ cảm biến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà không
cần thêm mạch điện khác.
1.2.4. Các hoạt động xử lý bên trong PLC
1.2.4.1. Xử lý chƣơng trình
Khi một chƣơng trình đã đƣợc nạp vào bộ nhớ của PLC, các lệnh sẽ
đƣợc trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ .
PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chƣơng trình ở bên

thời gian cho hệ thống lấy mẫu liên tục trở nên rất dài và tăng theo số ngõ
vào.
10
Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào ra phụ thuộc vào tổng số I/O đƣợc
copy tiêu biểu là vài ms. Thời gian thực thi chƣơng trình phụ thuộc vào
chiều dài chƣơng trình điều khiển tƣơng ứng mỗi lệnh mất khoảng từ 1 10
s.
1.2.5. Ứng dụng của hệ thống sử dụng PLC
Từ các ƣu điểm trên, hiện nay PLC đã đƣợc ứng dụng trong rất nhiều
lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp nhƣ:
* Hệ thống nâng vận chuyển.
* Dây chuyền đóng gói.
* Các ROBOT nắp ráp sản phẩm.
* Điều khiển bơm.
* Dây chuyền xử lý hoá học.
* Công nghệ sản xuất giấy.
* Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh.
* Sản xuất xi măng.
* Công nghệ chế biến sản phẩm.
* Điều khiển hệ thống đèn giao thông.
* Quản lý tự động bãi đỗ xe.
* Hệ thống may công nghiệp.
* Điều khiển thang máy….
1.2.6. Đánh giá ƣu nhƣợc điểm của PLC
Trƣớc đây, Bộ PLC thƣờng rất đắt, khả năng hoạt động bị hạn chế và
quy trình lập trình phức tạp. Vì những lý do đó mà PLC chỉ đƣợc dùng trong
những nhà máy và các thiết bị đặc biệt. Ngày nay, do giá thành hạ kèm theo
tăng khả năng của PLC dẫn đến là PLC ngày càng đƣợc áp dụng rộng cho các
thiết bị máy móc. Các bộ PLC đơn khối với 24 kênh đầu vào và 16 kênh đầu
ra thích hợp với các máy tiêu chuẩn đơn, các trang thiết bị liên hợp. Còn các

* Về giá trị kinh tế: khi xét về giá trị kinh tế của PLC ta phải đề cập
đến số lƣợng đầu vào và đầu ra. Quan hệ về giá thành với số lƣợng đầu vào
và đầu ra có dạng nhƣ hình1.7. Nhƣ vậy, nếu số lƣợng đầu vào/ra quá ít thì hệ
rơle kinh tế hơn, nhƣng khi số lƣợng đầu vào/ra tăng lên thì hệ PLC kinh tế
hơn hẳn.

Hình 1.4: Quan hệ giữa số lƣợng vào/ra và giá thành
Có thể so sánh hệ điều khiển rơle và hệ điều khiển PLC nhƣ sau:
* Hệ rơle:
Nhiều bộ phận đã đƣợc chuẩn hoá.
Ít nhạy cảm với nhiễu.
Kinh tế với các hệ thống nhỏ.
Thời gian lắp đặt lâu.
Thay đổi khó khăn.
Kích thƣớc lớn.
Cần bảo quản thƣờng xuyên.
Khó theo dõi và kiểm tra các hệ thống lớn, phức tạp.
* Hệ PLC:
Thay đổi dễ dàng.
Lắp đặt đơn giản.
Thay đổi nhanh quy trình điều khiển.
Kích thƣớc nhỏ.
13
Có thể nối với mạng máy tính.
Giá thành cao.
Bộ thiết bị lập trình thƣờng đắt, sử dụng ít.
1.3. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỌ S7 – 200
1.3.1. Các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật họ S7-200
PLC Simentic S7-200 có các thông số kỹ thuật sau:
Đặc trƣng cơ bản của các khối vi xử lý CPU212 và CPU214 đƣợc giới

- 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.
14
- 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 quy định 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.
1.3.3. Cấu trúc phần cứng của CPU 214
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng SIEMNS
(CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu Modul và có các modul mở rộng. Các
modul này đƣợc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần
cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU-214.

15

Hình 1.5: Cấu trúc của CPU 214
CPU-214 bao gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng thêm 7
modul mở rộng.
2.048 từ đơn (4 Kbyte) thuộc miền nhớ đọc / ghi non-volatile để lƣu
chƣơng trình (vùng nhớ có giao diện với EEPROM).
2.048 từ đơn (4 Kbyte) thuộc kiểu đọc ghi để lƣu dữ liệu, trong đó
512 từ đầu thuộc miền non-volatile.
Tổng số ngõ vào / ra cực đại là 64 ngõ vào và 64 ngõ ra.
128 Timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 4 Timer

chuyển từ RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong
chƣơng trình gặp lệnh STOP.
STOP: Cƣỡng bức PLC dừng chƣơng trình đang chạy và chuyển
sang chế độ STOP.
TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho
PLC hoặc RUN hoặc STOP.
1.3.3.4. Cổng truyền thông
S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân
để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC
17
khác. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền
cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300 38.400 baud.
Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc các loại máy lập
trình thuộc họ PG7xx có thể dùng một cáp nối thẳng MPI. Cáp đó đi kèm với
máy lập trình.
Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC /
PPI với bộ chuyển đổi RS232 / RS485.
Chân Giải thích Hình 1.6: Cổng truyền thông
1.3.4. Cấu trúc bộ nhớ
Bộ nhớ S7-200 đƣợc chia thành 4 vùng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ
liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 có
tính năng động cao, đọc, ghi đƣợc trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớ đặc
biệt SM (Special memory) chỉ có thể truy nhập để đọc.
Vùng chƣơng trình


18
Vùng dữ liệu
Là miền nhớ động đƣợc sử dụng để cất giữ các dữ liệu của chƣơng
trình. Nó có thể đƣợc truy cập theo từng bít, từng byte, từng từ đơn (W-Word)
hoặc theo từ kép (DW_ Double Word), vùng dữ liệu đƣợc chia thành những
miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau. Chúng đƣợc ký hiệu bằng chữ
cái đầu theo từ tiếng Anh, đặc trƣng cho công dụng riêng của chúng nhƣ sau:
V : Variable Memory.
I : Input image register.
O : Output image regiter.
M : Internal Memory bits.
SM : Special Memory bits.
Tất cả các miền này đều có thể truy nhập theo từng bít, từng byte, từng
từ (word) hoặc từ kép (double word).
Vùng đối tƣợng
Bao gồm các thanh ghi Timer, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào ra, thanh
ghi AC. Vùng này không thuộc kiểu Non-Volatile nhƣng đọc / ghi đƣợc.
1.3.5. Mở rộng cổng vào ra
CPU 214 cho phép mở rộng nhiều nhất 7 Modul. Các modul mở rộng
tƣơng tự và có thể mở rộng cổng vào của PLC bằng cách ghép nối thêm vào
nó các modul mở rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một móc xích.
Địa chỉ của các vị trí của các modul đƣợc xác định cùng kiểu. Ví dụ nhƣ một
modul cổng ra không thể gán địa chỉ của một modul cổng vào, cũng nhƣ một
modul tƣơng tự không thể có địa chỉ nhƣ một modul số và ngƣợc lại .
Các modul mở rộng số hay tƣơng tự đều chiếm chỗ trong bộ đệm,
tƣơng tự với số đầu vào/ra của modul .
1.4. CẤU TRÚC CHƢƠNG TRÌNH CỦA S7-200
Có thể đƣợc lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong
các phần mềm :

(1 hoặc 0).
Cuộn dây có thể đƣợc dùng để điều khiển trực tiếp ngõ ra từ PLC (nhƣ
phần tử Q) hoặc có thể điều khiển bộ định thì, bộ đếm hoặc cờ (nhƣ phần tử
M, S). Mỗi cuộc dây đƣợc gắn với các công tắc. Các công tắc này có thể là
thƣờng mở hoặc thƣờng đóng.
1.5. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CỦA S7- 200
1.5.1. Phƣơng pháp lập trình
Cách lập trình cho S7-200 nói riêng và cho các PLC nói chung dựa trên
hai phƣơng pháp cơ bản. Phƣơng pháp hình thang (Ladder, viết tắt là LAD)
và phƣơng pháp liệt kê lệnh (Statement list, viết tắt là STL).
Nếu có một chƣơng trình viết dƣới dạng LAD, thiết bị lập trình sẽ tự
dộng tạo ra một chƣơng trình theo dạng STL tƣơng ứng. Ngƣợc lại không phải
mọi chƣơng trình viết dƣới dạng STL đều có thể chuyển sang đƣợc dạng
LAD.
1.5.1.1. Phƣơng pháp hình thang (LAD)
LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa, những thành phần cơ bản
dùng trong LAD tƣơng ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơ
le. Trong chƣơng trình LAD, các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic
nhƣ sau:
Tiếp điểm: Là biểu tƣợng (Symbol) mô tả các tiếp điểm của rơ le
Tiếp điểm thƣờng mở

Tiếp điểm thƣơng đóng
Cuộn dây (coil): Là biểu tƣợng mô tả rơ le đƣợc mắc theo
chiều dòng điện cung cấp cho rơ le.
Hộp (Box): Là biểu tƣợng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi
có dòng điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thƣờng đƣợc biểu diễn bằng
21
hộp là các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán học. Cuộn
dây và các hộp phải mắc đúng chiều dòng điện.

LAD, logic điều khiển dòng điện đóng hoặc ngắt các cuộc dây đầu ra. Khi
dòng điều khiển đến các cuộc dây thì các cuộn dây đóng hoặc mở các tiếp
điểm (hoặc một dãy các tiếp điểm).
Trong STL, lệnh truyền trạng thái bít đầu của ngăn xếp đến các điểm
thiết kế. Nếu bít này có giá trị =1, các lệnh S và R sẽ đóng ngắt tiếp điểm
hoặc một dãy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255). Nội dung của ngăn xếp
không bị thay đổi bởi các lệnh này.
Bảng 1.2: Mô tả bằng lệnh LAD của SET và RESET

LAD Mô tả Toán hạng
Đóng một mảng gồm n
các tiếp điểm kể từ S BIT

S BIT: I, Q, M, SM,
T, C, V
n(byte): IB, QB,
MB, SMB, VB,AC,
Hằng số, *VD, *AC
Đóng một mảng gồm n
các tiếp điểm kể từ S BIT.
Nếu S BIT lại chỉ vào Timer
hoặc Counter thì lệnh sẽ xóa
bít đầu ra của Timer /
Counter đó.
Đóng tức thời một mảng
gồm n các tiếp điểm kể từ S
BIT

S BIT: Q


phải để ý đến dấu của toán hạng là bít cao nhất trong từ hoặc từ kép.
Bảng 1.3: Biểu diễn các lệnh so sánh trong LAD
LAD Mô tả Toán hạng
Tiếp điểm đóng khi
n1 = n2
B = Byte
I = Integer
D = Double Integer
R = Real n1,n2 (byte):
VB, IB, QB,
MB, SMB, AC,
Const, *VD*,
AC

Tiếp điểm đóng khi
N1 > n2
B = Byte
I = Integer
D = Double Integer
R = Real
n1,n2 (từ):
VW, T, C, IW,
QW, MW,
SMW,AC, AIW,
Hằng số, *VD,
*AC
n1

= = B
n1
n2
> = D
24
Tiếp điểm đóng khi
N1 < n2
B = Byte
I = Integer
D = Double Integer
R = Real n1, n2(từ
kép):VD, ID,
QD, MD, SMD,
AC, HC, Hằng
số, *VD, *AC

1.5.2.4. Các lệnh điều khiển Timer
Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong
điều khiển vẫn thƣờng gọi là khâu trễ. Nếu ký hiệu tín hiệu (logic) vào là x (t)
và thời gian trễ đƣợc tạo ra bằng Timer là r thì tín hiệu đầu ra của Timer đó sẽ
là x (t-r).
S7-200 có 128 Timer (CPU-214) đƣợc chia làm 2 loại khác nhau, đó là:
* Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (Timer on delay), ký hiệu là
TON.
* Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Timer on delay retentive), ký hiệu là
TONR.
Hai kiểu Timer của S7-200 (TON và TONR) phân biệt với nhau ở phản

thời gian (miền liên thông), còn với TONR thời gian trễ sẽ đƣợc tạo trong
nhiều khoảng thời gian khác nhau.
Timer TON và TONR bao gồm 3 loại với 3 độ phân giải khác nhau, độ
phân giải 1ms, 10 ms, 100 ms. Thời gian trễ r đƣợc tạo ra chính là tích của độ
phân giải của bộ Timer đƣợc chọn và giá trị đặt trƣớc cho Timer. Ví dụ một
bộ Timer có độ phân giải bằng 10 ms và giá trị đặt trƣớc 10 ms thì thời gian
trễ sẽ là r = 500 ms
Timer của S7-200 có những tính chất cơ bản sau:
Các bộ Timer đƣợc điều khiển bởi một cổng vào và giá trị đếm tức thời.
Giá trị đếm tức thời của Timer đƣợc nhớ trong thanh ghi 2 byte (gọi là T-
word) của Timer, xác định khoảng thời gian trễ kể từ khi Timer đƣợc kích.
Giá trị đặt trƣớc của các bộ Timer đƣợc ký hiệu trong LAD và STL là PT. Giá
trị đếm tức thời của thanh ghi T-word thƣờng xuyên đƣợc so sánh với giá trị
đặt trƣớc của Timer.
Các loại Timer của S7-200 (đối với CPU 214) chia theo TON, TONR và
độ phân giải bao gồm:
Lệnh Độ phân giải Giá trị cực đại CPU 214

TON
1 ms 32,767s
T32 T96
10 ms 327,67s
T33 T36; T97 T100
100 ms 3276,7s
T37 T63; T101 T127

TONR
1 ms 32,767s
T0 T64
10 ms 327,67s