Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 1

Mục Lục
Nội Dung

Trang
Lời nói đầu
Chơng I
Giới thiệu chung về Điều khiển
lôgíc khả lập trình (PLC) 1.1 Khái niệm về PLC..........................................
1.2 Điểm mạnh và điểm yếu của PLC.................
1.3 Cấu trúc của PLC...........................................
1.4 Cấu trúc bên trong cơ bản của PLC...............
Chơng II
Các thiết bị nhập xuất 2.1 Các thiết bị nhập............................................
2.1.1 Công tắc cơ....................................................
2.1.2 Các bộ cảm biến............................................
2.2 Các thiết bị xuất............................................

3.5 Bộ định thời...................................................
3.5.1 Các loại đồng hồ định giờ .............................
3.5.2 Lập trình đồng hồ định giờ............................
3.6 Các bộ đếm (Counter)....................................
3.6.1 Các dạng bộ đếm ..........................................
3.6.2 Lập trình bộ đếm...........................................
3.7 Thanh ghi dịch chuyển..................................
Chơng IV
Giới thiệu về PLC OMRON 4.1 Cấu trúc cơ bản của PLC OMRON...............
4.2 Lập trình bằng Programming Coonsole.........
4.2.1 Khởi đầu với Programming Coonsole............
4.2.2 Các chế độ hoạt động của PLC......................
4.2.3 Xoá chơng trình trong PLC..........................
4.2.4 Tìm kiếm trong chơng trình.........................
4.2.5 Xoá lệnh (Delete)..........................................
4.2.6 Chèn lệnh (Insert)..........................................
4.2.7 Theo dõi hoạt động của PLC.........................
4.3 Lập trình bằng Ledder Diagram....................
4.3.1 Lập trình bằng sơ đồ bậc thang Ledder.........
4.3.2 Lệnh LD.........................................................
4.3.3 Lệnh Out........................................................
4.3.4 Lệnh AND.....................................................
4.3.5 Lệnh OR........................................................
4.3.6 Lệnh AND LD...............................................
4.3.7 Lệnh OR LD..................................................
4.3.8 Lệnh AND NOT............................................
4.3.9 Lệnh LD NOT...............................................

4.3.26 LệnhCMP (20) lệnh so sánh
4.3.27 Bộ đếm lặp lại CNTR (12)
4.3.28 Lệnh High speed time (TIMH(15))
4.3.29 Lệnh PRV (62) High Speed counter-Pvread
4.3.30 Lệnh Root (72) Lệnh can bậc 2
4.3.31 Lệnh END (01)
4.4 Một số lệnh lập trình phổ biến khác của PLC
OMRON

4.4.1 Bộ định thời Timer
4.4.2 Bộ đếm Counter
4.5 Lập trình bằng phần mềm Syswin trên máy
tính

4.5.1 Phần mềm Syswin
4.5.2 Lập trình với Syswin
4.5.3 Đặt tên, kỹ hiệu mô tả (Symbol) cho các địa
chỉ

4.5.4 Nạp chơng trình vào PLC(Download
Program to PLC)

4.5.5 Chạy chơng trình PLC (Run)
4.5.6 Bổ xung các lệnh Timer và Counter vào
chơng trình

4.5.7 Theo dõi các hoạt động của chơng trình
4.5.8 Lu chơng trình
4.5.9 Đọc chơng trình PLC
4.6 Một vài ứng dụng với PLC OMRON

tại nhà máy khoá-Minh Khai-HN 5.1 Khảo sát máy hiện có tại nhà máy
5.1.1 Giới thiệu chung về máy xấn tôn tại nhà máy
khoá Minh Khai

5.1.2 Sơ đồ kết cấu của máy
5.2 So sánh việc điều khiển hệ thống thuỷ lực
máy xấn bằng PLC và bằng hệ thống tiếp
điểm Rơ-le (Hệ thống điều khiển điện)

5.3 Phân bố các thiết bị vào ra cho việc điều
khiển bằng PLC và xây dựng chơng trình
bậc thang

5.4 Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp


đây đã đẫn đến sự ra đời và phát triển thiết bị điều khiển logic khả lập
trình ( PLC ). Cũng từ đây đã tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực
kỹ thuật điều khiển.
Ngày nay ai cũng biết rõ rằng công nghệ PLC đóng vai trò quan trọng
trong năng lợng cơ và làm bộ não cho các bộ phận cần tự động hoá và
cơ giới hoá. Do đó điều khiển logic khả lập trình ( PLC ) rất cần thiết
đối với các kỹ s cơ khí cũng nh các kỹ s điện , điện tử, từ đó giúp họ
nắm đợc phạm vi ứng dụng rộng rãi và kiến thức về PLC cũng nh
cách sử dụng thông thờng.
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đợc giao nhiệm vụ và
nghiên cứu với đề tài:
Nghiên cứu, ứng dụng PLC trong điều khiển tự động máy xấn
tôn

Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 6
Đây là một đề tài không hoàn toàn là mới nhng nó rất phù hợp với
thực tế sản xuất hiện nay, càng đi sâu nghiên cứu càng thấy nó hấp dẫn
và thấy đợc vai trò của nó trong việc điều khiển tự động.
Đặc biệt đợc sự hớng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ trực tiếp của thầy
Dơng Minh Tuấn, thầy Nguyễn Đình Bảng. Là các cán bộ giảng dạy ở
bộ môn Máy & Masát học- Khoa Cơ Khí, ngời đã có rất nhiều kinh
nghiệm về lập trình PLC, điều khiển tự động và Rôbốt.
Tuy nhiên do điều kiện tài liệu nói về PLC còn rất hạn chế hoặc chỉ là
giới thiệu tổng quan, mặt khác để lập trình thành công PLC nó còn đòi
7 Chơng I
Giới thiệu chung về điều khiển
logic khả lập trình (PLC)

1.1. Khái niệm về PLC.

PLC là các chữ đợc viết tắt từ : Programmable Logic Controller
Theo hiệp hội quốc gia về sản xuất điện Hoa kỳ ( NEMA- National
Electrical Manufactures Association) thì PLC là một thiết bị điều khiển
mà đợc trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm
xung và tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các bộ xử
lý. Các chức năng đó đợc đặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo
chơng trình. Nói một cách ngắn gọn PLC là một máy tính công nghiệp
để thực hiện một dãy quá trình.

1.2.Điểm mạnh và điểm yếu của PLC.

Ngô ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến khiến
thức chuyên môn về PLC. Cả trong việc thực hiện sửa chữa cũng
nh việc duy trì hệ thống PLC tại nơi làm việc
Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác động
bên ngoài thành các tác động bên trong (tức chơng trình), mà
chơng trình tác động nối tiếp bên trong còn trở thành một phần
mềm có dạng tơng ứng song song với các tác động bên ngoài. Việc
chuyển đổi ngợc lại này là sự khác biệt lớn so với máy tính.
- Thực hiện nối trực tiếp : PLC thực hiện các điều khiển nối trực tiếp
tới bộ xử lý (CPU) nhờ có đầu nối trực tiếp với bộ xử lý. đầu I/O này
đợc đặt tại giữa các dụng cụ ngoài và CPU có chức năng chuyển
đổi tín hiệu từ các dụng cụ ngoài thành các mức logic và chuyển đổi
các giá trị đầu ra từ CPU ở mức logic thành các mức mà các dụng cụ
ngoài có thể làm việc đợc.
- Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: trong khi phải chi phí rất
nhiều cho việc hàn mạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơle, thì
ở PLC những công việc đó đơn giản đợc thực hiện bởi chơng trình
và các chơng trình đó đợc lu giữ ở băng catssete hay đĩa
CDROM, sau đó thì chỉ việc sao trở lại.
- Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ: vì linh kiện bán dẫn đợc
đem ra sử dụng rộng dãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ so với cấp
điều khiển bằng rơle trớc đây,
- Tuổi thọ là bán- vĩnh cửu: vì đây là hệ chuyển mạch không tiếp
điểm nên độ tin cậy cao, tuổi thọ lâu hơn so với rơle có tiếp điểm.

Hình 1.1
a) Bộ xử lý của PLC :
Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi
xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển
theo chơng trình đợc lu động trong bộ nhớ của CPU, truyền các
quyết định dới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất.
b) Bộ nguồn:
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp DC
(5V) cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện có trong các module giao
diện nhập và xuất.

Bộ xử lý
Giao
diện nhập
Giao
diện xuất
Nguồn công suất
Bộ nhớ
Thiết bị
lập trình

Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
có thể lu trữ 256
ì
8 = 2048 bit, nếu sử dụng các từ 8 bit và 256
ì
16 =
4096 bit nếu sử dụng các từ 16 bit.
d) Thiếp bị lập trình.
Thiết bị lập trình đợc sử dụng để nhập chơng trình vào bộ nhớ của bộ
xử lý. Chơng trình đợc viết trên thiết bị này sau đó đợc chuyển đến
bộ nhớ của PLC.
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 11
e) Các phần nhập và xuất.
Là nơi bộ xử lý nhận các thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền
thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu nhập có thể đến từ các
công tắc hoặc từ các bộ cảm biến vv Các thiết bị xuất có thể đến các
cuộn dây của bộ khởi động động cơ, các van solenoid vv

1.4.cấu trúc bên trong cơ bản của PLC.

Cấu trúc cơ bản bên trong của PLC bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU)
chứa bộ vi xử lý hệ thống, bộ nhớ, và mạch nhập/ xuất. CPU điều khiển

RAM
chơng
trình
ngời
dùng

CPU
Đ
ồng hồ
ROM
Hệ thống
RAM
Dữ liệu
Thiết bị
Nhập/Xuất
Palen
chơng
trình
BUS Hệ thống (I/O)
Bộ đệm
Khớp
nối
quang
Khoá
Bộ truyền động
Giao diện
bộ truyền
động
Các kênh nhập
Các kênh xuất

bus.
1. Bus dữ liệu: tải dữ liệu đợc sử dụng trong quá trình xử lý của CPU.
Bộ xử lý 8- bit có 1 bus dữ liệu nội có thể thao tác các số 8- bit, có
thể thực hiện các phép toán giữa các số 8-bit và phân phối các kết
quả theo giá trị 8- bit.
2. Bus địa chỉ: đợc sử dụng để tải các địa chỉ và các vị trí trong bộ
nhớ. Nh vậy mỗi từ có thể đợc định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí nhớ
đợc gán một địa chỉ duy nhất. Mỗi vị trí từ đợc gán một địa chỉ
sao cho dữ liệu đợc lu trữ ở vị trí nhất định. để CPU có thể đọc
hoặc ghi ở đó bus địa chỉ mang thông tin cho biết địa chỉ sẽ đợc
truy cập. Nếu bus địa chỉ gồm 8 đờng, số lợng từ 8-bit, hoặc số
lợng địa chỉ phân biệt là 2
8
= 256. Với bus địa chỉ 16 đờng số
lợng địa chỉ khả dụng là 65536.
3. Bus điều khiển: bus điều khiển mang các tín hiệu đợc CPU sử dụng
để điều khiển. Ví dụ để thông báo cho các thiết bị nhớ nhận dữ liệu
từ thiết bị nhập hoặc xuất dữ liệu và tải các tín hiệu chuẩn thời gian
đợc dùng để đồng bộ hoá các hoạt động.
4. Bus hệ thống: đợc dùng để truyền thông giữa các cổng nhập/xuất và
các thiết bị nhập/xuất.

Bộ nhớ
Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ nh: bộ nhớ chỉ để đọc
(ROM), bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM), bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá
và lập trình đợc (EPROM). Các loại bộ nhớ này đã đợc trình bày ở
trên.


2.1.1 Công tắc cơ :
Công tắc cơ tạo ra tín hiệu đóng- mở, hoắc các tín hiệu là kết quả của
tác động cơ học làm công tắc mở hoặc đóng. Loại công tắc này có thể
đợc sử dụng để cho biết sự hiện diện của chi tiết gia công trên bàn
máy, do chi tiết ép vào công tắc làm cho công tắc đóng. Sự vắng mặt
của chi tiết gia công đợc biểu thị bằng công tắc mở và sự hiện hữu của
chi tiết gia công đợc biểu thị bằng công tắc đóng.
2.1.2 các bộ cảm biến.
Hiện nay các bộ cảm biến đợc sử dụng rộng rãi trong việc đa tín hiệu
đầu vào của PLC. Có rất nhiều loại cảm biến.
a) bộ cảm biến quang điện:
Các thiết bị chuyển mạch quang điện có thể vận hành theo kiểu truyền
phát, vật thể cần phát hiện sẽ chắn chùm sáng không cho chúng chiếu
tới thiết bị dò hoặc theo kiểu phát xạ vật thể cần phát hiện sẽ phản chiếu
chùm sáng lên thiết bị dò.
Trong cả hai kiểu, cực phát bức xạ thông thờng gọi là điốt phát quang
(LED) thiết bị dò bức xạ có thể là các transistor quang thờng là một
cặp transistor. Cặp transistor này làm tăng độ nhạy của thiết bị tuỳ theo
mạch đợc sử dụng đầu ra có thể đợc chế tạo để chuyển mạch đến
mức cao hoặc mức thấp sau khi ánh sáng truyền đến transistor. Các bộ

Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 15
cảm biến đợc cung cấp dới dạng các hộp cảm nhận sự có mặt của vật

các điện tích âm và các điện tích dơng trong tinh thể đó và các bề mặt
phía ngoài của các tinh thể sẽ tích điện và nh vậy hiệu điện thế xuất
hiện.

Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 16
Ví dụ về loại cảm biến này là bộ cảm biến
Motorola MPX100AP hình 2.3
Bộ cảm biến này có chân không
ở một phía của màng, do đó độ
lệch của màng cung cấp giá trị
áp suất tuyệt đối tác động lên
phía bên kia màng. Tín hiệu ra
là điện áp, tỉ lệ với áp suất tác
động.
Bộ cảm biến áp suất có thể
đợc sử dụng để đo mức chất lỏng trong thùng chứa. áp suất do cột
chất lỏng có chiều
cao h so với mức nào đó là h

Hình 2.4

áp suất tác dụng
Các chân nối điện
Hình 2.3Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 17
Trong sơ đồ trên khí nén hoặc dầu thủy lực đợc nạp vào cổng P, cổng
này đợc nối với nguồn áp suất từ bơm hoặc máy nén, và cổng T đợc
nối kết để cho phép dầu tở về thùng chứa hoặc di vào hộp hệ thống thủy
lực để đẩy không khí ra ngoài. Khi không có dòng điện chạy qua cuộn
solenoid dầu thuỷ lực hoặc khí nén đợc nạp vào bên phải Piston và
đợc xả ra ở bên trái , kết quả là Piston di chuyển về bên trái. Khi có
dòng điện đi qua cuộn

Chất lỏng vào
A
B
P
T
T
Lò xo
Piston-Xilanh18
a) Cơ cấu chỉnh áp.
Cơ cấu chỉnh áp dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng,
giảm trị số áp suất trong hệ thống.
Van an toàn hay van tràn.
Van an toàn dùng để đề phòng sự quá tải trong hệ thống dầu ép. Khi áp
suất trong hệ thống vợt quá mức điều chỉnh van, van an toàn mở ra để
đa dầu về bể dầu do đó áp suất giảm xuống.
Nhiều khi van an toàn còn làm nhiệm vụ giữ áp suất không đổi trong hệ
thống dầu ép. Trong trờng hợp này van an toàn đóng vai trò của van áp
lực hoặc van tràn để xả bớt dầu thừa về bể dầu.
Sơ đồ kết cấu và kí hiệu nh hình 2.6

b) Cơ cấu điều chỉnh lu lợng.
Cơ cấu điều chỉnh lu lợng dùng để xác định lợng chất lỏng chảy qua
nó trong một đơn vị thời gian, và nhơ thế có thể điều chỉnh đợc vận tốc
của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thuỷ lực .


Van một chiều dùng để điều khiển
hớng chất lỏng đi theo một hớng
và ở hớng kia dầu bị chặn lại.
Trong hệ thống thuỷ lực van một
chiều thờng đợc đặt ở nhiều vị
trí khác nhau tuỳ thuộc vào những mục đích khác nhau.
Sơ đồ kết cấu và kí hiệu nh hình 2.8

Van đảo chiều.
Van đảo chiều là một loại cơ cấu điều khiển dùng đóng, mở các ống
dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lợng, dùng để đảo chiều
các xilanh truyền lực hay động cơ dầu bằng cách đổi hớng chuyển
động của dầu ép.
Nguyên tắc làm việc.
Van đảo chiều có rất nhiều dạng khác nhau, nhng dựa vào một số đặc
điểm chung là số vị trí và số cửa để phân biệt chúng với nhau:
Số vị trí: là số chỗ định vị con trợt của van. Thông thờng van đảo
chiều có hai hoặc ba vị trí, ở những trờng hợp đặc biệt có thể có nhiều
hơn.
Số cửa (đờng): là số lỗ để dẫn dầu vào hay ra. Số cửa của van đảo
chiều thờng dùng là 2, 3, 5, đôi khi dùng nhiều hơn.

a) Van đảo chiều hai vị trí (2/2)
Tử số chỉ số cửa, mẫu số chỉ số vị trí
Sơ đồ và kí hiệu nh hình 2.9
Kí hiệu mỗi vị trí là một ô vuông
Các mũi tên trong các ô chỉ đờng
dẫn dầu qua các cửa. Các kí hiệu
giống chữ T trong ô vuông là chỉ
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp 21


M
Van đảo chiều 4/2 điều khiển trực tiếp
bằng nam châm điện
B
A
b
b
a
P T
a
Van 4/2
b
BA
P
T
aTr−êng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi --- §å ¸n Tèt NghiÖp


M

Van ®¶o chiÒu 4/3 ®iÒu khiÓn trùc tiÕp
b»ng nam ch©m ®iÖn
BA
b
oa b
TP
Van 4/3
B
P
AT
b
a
aTrờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp


TP
c)
a
boa
b)
b
b
o
T
YX
a
a
P

Van đảo chiều điều khiển gián tiếp (qua van phụ trợ)
đờng vào chung P, đờng xả riêng Y và T
a) Nguyên lý; b) Ký hiệu; c) Ký hiệu đơn giản.
P
BY
BA

diễn các lệnh chơng trình. Tuy nhiên, có thể sử dụng ngôn ngữ
Assembly, là ngôn ngữ dựa trên thuật nhớ, ví dụ LD đợc sử dụng để
cho biết hoạt động đợc yêu cầu để tải thêm dữ liệu tiếp theo LD, và
chơng trình máy tính (Assembler ) đợc dùng để diễn dịch thuật nhớ
thành mã máy. Việc lập trình có thể đợc thực hiện ngay từ đầu bằng
cách sử dụng các ngôn ngữ bậc cao ví dụ C, BASIC, PASCAL,
FORTRAN, COBOL,Các ngôn ngữ này sử dụng các hàm có sẵn và
đợc biểu diễn bằng các từ đơn giản hoặc kí hiệu mô tả hàm. Ví dụ,
trong ngôn ngữ C, kí hiệu & đợc sử dụng cho toán tử logic AND. Tuy
nhiên việc sử dụng các phơng pháp này để viết chơng trình đòi hỏi
một số kĩ năng lập trình nhất định, trong khi các PLC đợc nhắm đến
ngời dùng là các kỹ s, không đòi hỏi kiến thức quá cao về lập trình.
Do dó việc lập trình bằng ngôn ngữ bậc thang đợc nghiên cứu và ứng
dụng. Đây là phơng pháp viết chơng trình, có thể chuyển thành mã
máy nhờ phần mềm chuyên dùng cho bộ vi xử lý của PLC.
Chơng này giới thiệu phơng pháp lập trình cho PLC một cách tổng
quát bằng cách sử dụng các sơ đồ thang.
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp


3.2 Lập trình bậc thang PLC.
Phơng pháp lập trình PLC thông dụng dựa trên các sơ đồ thang. Việc
viết chơng trình tơng đơng với việc vẽ mạch chuyển mạch. Sơ đồ
thang gồm hai đờng dọc biểu diễn đờng dẫn công suất. Các mạch nối
kết theo đờng ngang (các nấc thang) giữa hai đờng dọc này.
Để vẽ sơ đồ thang cần tuân theo các bớc sau:
a- Các đờng dọc trên sơ đồ biểu diễn đờng công suất, các mạch đợc
nối kết giữa hai đờng này.
b- Mỗi nấc thang xác định một hoạt động trong quá trình điều khiển.
c- Sơ đồ thang đợc đọc từ trái qua phải, từ trên xuống. Công tắc
Ngõ vào dc
L1
L2
Động cơ.
M
Hình 3.1 a

L1
L2
M
Động cơ.
Công tắc
Các đờng dẫn
công suất
Hình 3.1 b