BÀI 10: CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA PLC
1. Sơ đồ cấu trúc của phần tử:
1.1. Giới thiệu sơ đồ cấu trúc PLC
Thiết bị lập trình PLC bao gồm khối xử lý trung tâm là CPU trong đó có
chứa các chương trình điều khiển và các modul giao tiếp vào\ ra các khối chức
năng như timer, bộ đếm, bộ đệm và không thể thiếu đó là bộ nhớ.

Sơ Đồ Khối cấu trúc PLC
+ CPU : Là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC như thực hiện
chương trình , xử lý vào ra và truyền thông với các thiết bị bên ngoài.
+ Bộ nhớ : Gồm nhiều bộ nhớ khác nhau với các chức năng khác nhau như bộ
nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ đệm, bộ nhớ hệ điều hành. Tùy theo
yều cầu của người dùng có thể chọn các bộ nhớ khác nhau như :
Bộ nhớ ROM : Là loại bộ nhớ không thay đổi được bộ nhớ này chỉ thay đổi
được một lần .
Bộ nhớ RAM : Là loại bộ nhớ có thể thay đổi được và dùng để chứa các chương
trình ứng dụng cũng như dữ liệu, dữ liệu chứa trong RAM sẽ bị mất khi bị mất
điện, điều này có thể khắc phục bằng cách sử dụng pin.
Bộ nhớ EPROM : Gần giống như ROM nhưng nguồn nuôi của EPROM không
cần dùng pin, tuy nhiên nội dung của nó có thể bị xóa nếu chiếu tia cực tím vào
cửa sổ nhơ trên EPROM và có thể nạp lại nội dung bằng Mạch nạp
Bộ nhớ EEPROM : Là sự kết hợp hai ưu điểm của RAM và EPROM loại này
có thể nạp và xóa bằng tín hiệu điện nhưng số lần nạp có giới hạn.
+ Các khối Timer, Couter có chức năng tạo thời gian trễ và đếm tín hiệu xung
điện.
64


+ Bộ đệm : Trước khi các tín hiều số đưa vào cổng vào ra từ các thiết bị ngoại vi
được đưa và CPU thì chúng đước lưu vào bộ đệm vào ra.
+ Khối ngắt có tác dụng ưu tiên thực hiện chương trình ngắt khi có sự kiện cần

đếm tiến lùi.
+ 256 bít nhớ đặc biệt dùng để thơng báo trạng thái và đạt chế độ làm việc .
+ 6 bộ đếm tốc độ cao 20khz và 30khz
+ 2 kiểu phát xung nhanh ( tần số cao ) cho dãy kiểu xung PTO và PWM
+ 2 bộ điều chỉnh tương tự.
2. Ngơn ngữ lập trình của PLC:
2.1. Các ký hiệu phần tử trong PLC
Trong ngơn ngữ lập trình LAD
LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa, những thành
phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của
65


bảng điều khiển bằng rơ le. Trong chương trình LAD, các phần tử cơ
bản dùng để biểu diễn lệnh logic như sau:
Tiếp điểm thường mở

Tiếp điểm thường đóng
 Cuộn dây (coil): Là biểu tượng   mô tả rơ le được mắc
theo chiều dòng điện cung cấp cho rơ le.
 Hộp (Box): Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm
việc khi có dòng điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thường
được biểu diễn bằng 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.
Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn
thiện, đi từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải.
Đường nguồn bên trái là dây pha, đường nguồn bên phải là dây
trung hòa và cũng là đường trở về nguồn cung cấp (thường không
được thể hiện khi dùng chương trình tiện dụng STEPT MICRO / DOS

Kết nối các ngõ vào với ngoại vi :
Các ngõ vào của PLC có thể được chế tạo là một khối riêng hoặc được tích hợp
trên CPU . Trong trường hợp nào thì các ngõ vào này cũng cần được cấp nguồn
riêng với điện áp tùy thuộc vào loại CPU.
Xoay chiều: 15…35VAC , f = 47… 63 HZ; dòng cần thiết nhỏ nhất là 4mA
67


79…135VAC, f = 47… 63 HZ ; dòng cần thiết nhỏ nhất là 4mA

Mạch điện 1 ngõ vào số sử dụng nguồn cấp AC
Một chiều : 15… 35VDC ; dòng cần thiết nhỏ nhất là 4mA

Mạch điện 1 ngõ vào số sử dụng nguồn cấp AC
Tùy theo yêu cầu mà có thể quyết định sử dụng ngõ vào nào :
Ngõ vào DC : - Điện áp thường thấp do đó an toàn hơn
- Đáp ứng ngõ vào DC rất nhanh
- Điện áp DC có thể kết nối với nhiều phần tử khác nhau trong hệ
thống
Đối với các ngõ vào ra của các CPU 214 là : DC/DC/DC
CPU 224 là : AC/DC/ relays
Kết nối các ngõ ra với ngoại vi :
Các ngõ vào của PLC có thể được chế tạo là một khối riêng hoặc được tích hợp
trên CPU . Trong trường hợp nào thì các ngõ vào này cũng cần được cấp nguồn
riêng với điện áp tùy thuộc vào loại CPU.
Xoay chiều: 20…264VAC , f = 47… 63 HZ; dòng cần thiết nhỏ nhất là 4mA
Một chiều : 5…30VDC
20.4… 28.8 VDC đối với ngõ ra trsnsistor
Các khối ra tiêu chuẩn của PLC thương có từ 8 đến 32 ngõ ra cùng loại và có
dòng định mưc khác nhau . ngõ ra có thể là rơle , transistor hoặc triac rơle là ngõ

Trong STEP 7 – Micro/Win mở một dự án để giữ các khối sẽ được upload từ
PLC
 Nếu muốn upload vào một dự án rỗng , chọn File > New hoặc sử
dụng biểu tượng New Project
trên toolbar
 Nếu muốn up load vào một dự án tồn tại , chọn File > Open hoặc
sử dụng biểu tượng

trên toolbar

 Chọn File > Upload hoặc sử dụng biểu tượng Upload
trên
toolbar
 Hộp thoại Upload xuất hiện để yêu cầu chọn các khối : Program
Block hoặc Data Block , and System Block . Chọn các khối muốn
Upload sau đó nhấn OK
4.2. Nạp chương trình từ PC vào PLC
Khi truyền thông giữa PLC và máy tính đước kết nối ta còn có thể download
chương trình đã lập trình từ máy tính xuống PLC và cần lưu ý thêm rằng khi
download một Program Block hay Data Block , System Block thì nội dung của
các khối mới sẽ đè lên các khối lệnh cũ trong PLC. Các bước thực hiện như sau :
Sau khi đã soạn thảo xong chương trình điều khiển cho hệ thống để down
load được phải chắc chắn rằng chương trình không có lỗi về cú pháp>

71


 Nhấp chuột vào biểu tượng
trên thanh công cụ toolbar hoặc chọn
đường dẫn File > Download để dơn chương trình xuống PLC.

Các tín hiệu này được lưu trong vùng chứa tham số của hệ điều hành bao
gồm :
Miền nhớ I : Là miền dữ liệu các cổng vào số, Trước khi bắt đầu thực hiện
thực hiện chương trình PLC sẽ đọc các giá trị logic của tất cả các cổng vào và
cất chung trong vùng nhớ I
Các ký hiệu thường sử dụng trong miền này là :
: tiếp điểm thường hở
: tiếp điểm thường đóng
Miền nhớ Q : Miền bộ đệm các cổng ra số. Kết thúc giai đoạn thực hiện
chương trình sẽ chuyển các giá trị logic của bộ đệm tới các cổng ra số. Thông
thường không trực tiếp gán giá trị tới cổng ra mà chuyển chúng ra bộ đệm Q.
Ký hiệu thương sử dụng trong miền này là :

: Cuộn dây ngõ ra
Miền nhớ các biến cờ M : Chương trình sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các
tham số cần thiết , có thể truy cập nó ở dạng bit(M), byte (MB), từ (MW), hay từ
kép (MD)
Các ký hiệu thường được sử dụng trong miền này :

Trong đó xxx là bits nhớ
ví dụ xxx = M0.0
Miền nhớ phục vụ thời gian T : bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt
trước(PV) và giá trị thời gian tức thời (CV) và giá trị đầu ra của bộ thời gian.
Ký hiệu sử dụng :

Trong đó Txxx là tên của bộ thời gian
Ví dụ Txxx = T37
Miến nhớ phục vụ bộ đếm C : bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt
trước(PV) và giá trị thời gian tức thời (CV) và giá trị đầu ra của bộ đếm
73

thời gian 10* 100ms I0.0 vẫn giữ nguyên trạng thái thì Bít T37 sẽ được bật lên 1
( khi đó Q0.0 = 1)

Giản đồ tín hiệu tác động theo thời gian của bộ thời gian
Sử dụng bộ đếm counter :
Network 1 : Tạo tín hiệu cho bộ đếm hoạt động

Network 2 : Sử dụng tiếp điểm của bộ đếm đểm điều khiển ngõ ra :

75


Mô tả hoạt động : Mỗi lần cố tín hiệu sườn lên của I0.0, giá trị của bộ đếm tăng
lên 1. Khi giá trị hiện tại của bộ đếm lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt PV ngõ ra sẽ
được bật lên On. Khi ngõ vào I0.2 của chân Reset được kick giá trị hiện thời của
bộ đếm được trả về 0.

Giản đồ tín hiệu tác động theo thời gian của bộ đếm
2.2. Kết nối các trạng thái tín hiệu điều đầu vào, đầu ra.
Một hệ thống điều khiển bằng PLC hoàn chỉnh bào gồm :
_ Lập trình cho Hệ thống trên PLC bằng máy tính:
_ Download Chương trình xuống PLC
_ Kết nối PLC với các thiết bi ngoại vi : như PLC với các ngõ vào/ra số, PLC
với các Moldul mở rộng, Và PLC với cơ cấu chấp hành

76


Ví dụ kết nối trên S7-200 CPU 224 ngõ vào/ra


2.1. Khai báo địa chỉ đầu vào- đầu ra:
- Địa chỉ đầu vào:
I0.0: CT1 (công tắc 2 vị trí thông thường)
I0.1: CT2 (công tắc 2 vị trí thông thường)
- Địa chỉ đầu ra:
Q0.0: Đèn cầu thang.
2.2. Vẽ sơ đồ thiết kế mạch điều khiển:
- Ta có mạch điều khiển được lập trình bằng LAD trên PLC S7-200 như sau:

- Mạch điều khiển được lập trình bằng STL trên PLC S7-200 như sau:
-

3. KẾT NỐI CƠ CẤU CHẤP HÀNH, NẠP CHƯƠNG TRÌNH CHẠY THỬ:
3.1. Kết nối cơ cấu chấp hành:
Với PLC loại AC/DC/RLY ta có mạch kết nối với công tắc và với đèn như sau:
78


220V

D

Q
1L 0.0 0.1 0.2 0.3 2L 0.4 0.5 0.6 3L 0.7 1.0 1.1 N

SIMATIC
S7-200

L AC



Máy tính cài đặt phần mềm SIMATIC S7-200,
pentum III
Mạch điều khiển

Theo nhóm
Theo nhóm

2. QUI TRÌNH THỰC HIỆN:
2.1. Qui trình tổng quát:
Tên các bước
STT
công việc

Tiêu chuẩn
Thiết bị, dụng cụ,
thực hiện
vật tư
công việc
79

Lỗi thường
gặp, cách
khắc phục


1

2


- Phân tích chu trình làm việc thông qua sơ đồ điều khiển rơle.
- Xác định mối quan hệ logic của tín hiệu đầu vào và đầu ra
Bước 2:
Thiết kế mạch điều khiển bằng logic:
Khai báo địa chỉ.
Vẽ sơ đồ thiết kế.
Bước 3:
Kết nối với cơ cấu chấp hành và chạy thử:
Kết nối cơ cấu chấp hành
Nạp chương trình chạy cơ cấu chấp hành
* Bài tập thực hành của học sinh, sinh viên:
1. Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, vật tư.
2. Chia nhóm:
3. Thực hiện qui trình tổng quát và cụ thể.
* Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập:
Mục tiêu

Nội dung
Phân tích yêu cầu bài toán.
Kiến thức
Xác định địa chỉ vào/ ra
Kết nối PLC S7 - 200 với máy tính PC.
Kỹ năng
Lập trình bằng máy tính đúng yêu cầu bài toán
- Cẩn thận, lắng nghe, ghi chép, từ tốn, thực hiện tốt vệ
Thái độ
sinh công nghiệp
Tổng

80



Hình 13.2 Sơ đồ lựa chọn kết nối tín hiệu điều khiển với PLC
Từ sơ đồ hình 13.2 ta thấy ở trạng thái ban đầu, tín hiệu Stop có mức
logic là 1, RN là 1, Start là 0. Khi Start chuyển từ 0 sang 1 thì K có mức logic là
1. Khi tín hiệu Stop hoặc RN chuyển từ 1 sang 0 thì K chuyển từ 1 sang 0. Vì
vậy, ta có giản đồ thời gian quan hệ các tín hiệu Start, Stop, RN, K như hình
13.3.

Hình 13.3 Giản đồ thời gian biểu diễn quan hệ giữa các đại lượng
- Quan hệ logic của tín hiệu đầu vào và đầu ra như sau:
Từ giản đồ thời gian hình 13.3 ta thấy: khi tín hiệu đầu vào Stop bằng 1
and RN bằng 1 and Start bằng 1 thì tín hiệu ra K bằng 1. Tuy nhiên, tín hiệu
Start là không chắc chắn, chỉ là 1 trong khi ấn và khi dừng ấn thì trở về 0. Nên
tín hiệu ra K được dùng để hỗ trợ cho tín hiệu Start. Khi tín hiệu đầu vào Stop
bằng 0 hoặc RN bằng 0 thì tín hiệu đầu ra K bằng 0. Vậy hàm thuật toán logic
của biến đầu ra K là:

FK  Stop.( Start  K ).RN
Trong đó: x là tín hiệu vào ứng với lệnh tiếp điểm thường mở trong PLC
Fx là hàm tín hiệu ra ứng với lệnh cuộn dây trong PLC
2. Thiết kế mạch điều khiển bằng PLC:
2.1. Khai báo địa chỉ đầu vào- đầu ra:
- Địa chỉ đầu vào:
82


Tín hiệu đầu vào
Start
Stop

AC/DC/RLY có: các tín hiệu vào là +24VDC ứng với mức logic 1 và 0VDC
ứng với mức logic 0, cổng ra rơ le. Sơ đồ kết nối với cơ cấu chấp hành theo sơ
đồ sau:

83


220VAC

K

Q
1L

0.0

0.1

0.2

0.3

2L 0.4

0.5

0.6

SIMATIC
S 7 - 200


0.7 2M 1.0

1.1 1.2

13 1.4

1.5

M

L+

I

0 DVC

0 DVC

24DVC

Hình 13.5 Kết nối PLC với cơ cấu chấp hành
Mạch động lực được nối như sơ đồ rơ le ở trên hình 13.1
3.2. Nạp chương trình chạy cơ cấu chấp hành
Sau khi thực hiện việc kết nối PLC với ngoại vi, ta tiến hành down load
chương trình đã viết trên máy tính xuống PLC và chạy cơ cấu chấp hành và
đánh giá kết quả.

84


chiều
Từ hình 14.1, quy trình làm việc được mô tả như sau:
Ấn nút MT, cuộn dây công tắc tơ KT có điện, động cơ M chạy thuận
Ấn nút MN, cuộn dây công tắc tơ KN có điện, động cơ M chạy ngược
Để đảm bảo động cơ hoạt động hai chiều chắc chắn thì hai công tắc tơ KT
và KN không cùng làm việc, ta dùng liên động cho nút ấn MT và MN.
Khi động cơ quá tải, rơ le nhiệt RN tác động, KT và KN mất điện, động
cơ M dừng.
1.2. Xác định mối quan trạng thái của tín hiệu đầu vào và đầu ra
- Lựa chọn thiết bị điều khiển:
Nút ấn MT: thường mở
Nút ấn MN: thường mở
Nút ấn D: thường đóng
Tiếp điểm rơ le nhiệt RN: thường đóng
Sơ đồ kết nối với PLC như sau:

86


Hình 14.2 Sơ đồ lựa chọn kết nối tín hiệu điều khiển với PLC
Từ sơ đồ hình 14.2 ta thấy ở trạng thái ban đầu, tín hiệu D có mức logic là
1, RN là 1, MT và MN là 0. Khi MT chuyển từ 0 sang 1 thì KT có mức logic là
1 hoặc khi MN chuyển từ 0 sang 1 thì KN có mức logic là 1. Khi tín hiệu D hoặc
RN chuyển từ 1 sang 0 thì KT và KN chuyển từ 1 sang 0. Vì vậy, ta có giản đồ
thời gian quan hệ các tín hiệu MT, MN, D, RN, KT, KN như hình 14.3.

Hình 14.3 Giản đồ thời gian biểu diễn quan hệ giữa các đại lượng
- Quan hệ logic của tín hiệu đầu vào và đầu ra như sau:
Từ giản đồ thời gian hình 14.3 ta thấy: khi tín hiệu đầu vào D bằng 1 and
RN bằng 1 and MT bằng 1 thì tín hiệu ra KT bằng 1. Tuy nhiên, tín hiệu MT là

D
I0.2
Nút dừng động cơ, thường đóng
RN
I0.3
Tiếp điểm thường đóng của rơle nhiệt để bảo vệ quá tải
động cơ
- Địa chỉ đầu ra:
Tín hiệu đầu ra
Địa chỉ Chức năng
KT
Q0.0
Cuộn dây của công tắc tơ KT
KN
Q0.1
Cuộn dây của công tắc tơ KN
2.2. Vẽ sơ đồ thiết kế mạch điều khiển:
Trên cơ sở Quy trình làm việc và địa chỉ vào/ra ta tiến hành viết chương
trình trên phần mềm Step 7 Micro/win như sau:

88