dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn -----------S7200-S7300----------
KS. Lê Ngọc Bích Trang 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PLC
1.1 GIỚI THIỆU VỀ PLC (Programmable L
ogic Control)

(Bộ điều khiển logic khả
trình)
Hình thành từ nhóm các kỹ sư hãng General Motors năm 1968 với ý tưởng ban đầu
là thiết kế một bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu sau:
¾ Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.
¾ Dễ dàng sửa chữa thay thế.
¾ Ổn đònh trong môi trường công nghiệp.
¾ Giá cả cạnh tranh.
Thiết bò điều khiển logic khả trình (PLC: Programmable Logic Control) (hình 1.1)
là loại thiết bò cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một
ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng mạch số.
Hình 1.1
Như vậy, với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển số
nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung
quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu
nhớ trong bộ nhớ PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và thực
hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét.
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn -----------S7200-S7300----------
KS. Lê Ngọc Bích Trang 2
Hình 1.2
Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính

dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn -----------S7200-S7300----------
KS. Lê Ngọc Bích Trang 4
1.2 PHÂN LOẠI
PLC được phân loại theo 2 cách:
¾ Hãng sản xuất: Gồm các nhãn hiệu như Siemen, Omron, Misubishi, Alenbratlay…
¾ Version:
Ví dụ: PLC Siemen có các họ: S7-200, S7-300, S7-400, Logo.
PLC Misubishi có các họ: Fx, Fx
0
, Fx
ON
1.3 CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG
1.3.1 Các bộ điều khiển
Ta có các bộ điều khiển: Vi xử lý, PLC và Máy tính.
1.3.2 Phạm vi ứng dụng
1.3.2.1 Máy tính
• Dùng trong những chương trình phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao.
• Có giao diện thân thiện
• Tốc độ xử lý cao
• Có thể lưu trữ với dung lượng lớn
1.3.2.2 Vi xử lý
• Dùng trong những chương trình có độ phức tạp không cao (vì chỉ xử lý 8 bit).
• Giao diện không thân thiện với người sử dụng
• Tốc độ tính toán không cao.
• Không lưu trữ hoặc lưu trữ với dung lượng rất ít
1.3.2.3 PLC
• Độ phức tạp và tốc độ xử lý không cao
• Giao diện không thân thiện với người sử dụng

¾ Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement list).
Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được
ghép gởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất đònh, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều
có cấu trúc chung là “tên lệnh” + “toán hạng”.
¾ Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram).
Đây cũng là ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch
điều khiển số.
¾ Ngôn ngữ GRAPH.
Đây là ngôn ngữ lập trình cấp cao dạng đồ hoạ. Cấu trúc chương trình rõ ràng,
chương trình ngắn gọn. Thích hợp cho người trong ngành cơ khí vốn quen với giản đồ
Grafcet của khí nén.
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn -----------S7200-S7300----------
KS. Lê Ngọc Bích Trang 6
Hình 1.5
¾ Ngôn ngữ High GRAPH.
Hình 1.6
Là dạng ngôn ngữ lập trình phát triển từ ngôn ngữ lập trình GRAPH.
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn -----------S7200-S7300----------
KS. Lê Ngọc Bích Trang 7
Chương 2: CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC HỌ S7
2.1 CÁC TIÊU CHUẨN VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT HỌ S7-200, S7-300
Xem phụ lục 1
2.2 CÁC TÍNH NĂNG CỦA PLC S7-300, S7-200
2.2.1 S7-300
• Hệ thống điều khiển kiểu Module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi
trung bình

vào/ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào/ra onboard như CPU 314IFM.
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Nói chung chúng được
đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU312, module CPU314, module
CPU315….
Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra
onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều
hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ phân biệt với nhau trong tên
gọi bằng cách thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated F
unction Module). Ví dụ module
CPU313IFM, module CPU314IFM…
Ngoài ra, còn có các loại module CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng
truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán như mạng
PROFIBUS (PROcess FIeld BUS). Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là
những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng đã được cài sẵn trong hệ điều hành. Các loại
module CPU này được phân biệt với các loại module CPU khác bằng cách thêm cụm từ
DP (Distributed Port). Ví dụ như module CPU315-2DP.Tham khảo hình dưới:
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn -----------S7200-S7300----------
KS. Lê Ngọc Bích Trang 9
Hình 2.2 Cổng giao tiếp của các PLC
Các loại module mở rộng:
¾ PS (Power S
upply): Module nguồn nuôi, có 3 loại 2A, 5A và 10A.
¾ SM (Signal M
odule): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, gồm có:
• DI (Digital I
nput): Module mở rộng các cổng vào số với số lượng cổng có
thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module. Gồm 24VDC và 120/230V AC.
• DO (Digital O

Hình 2.3 Thanh rack
Hình 2.4 Sơ đồ phân bố các racks
¾ FM (Function M
odule): Module có chức năng điều khiển riêng, ví dụ như
module điều khiển động cơ servo, module điều khiển động cơ bước, module PID, module
điều khiển vòng kín, Module đếm, đònh vò, điều khiển hồi tiếp …
¾ CP (Communication M
odule): Module phục vụ truyền thông trong mạng
(MPI, PROFIBUS, Industrial Ethernet) giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy
tính.
Hình sau là cấu hình đầy đủ của một thanh Rack và sơ đồ kết nối nhiều Rack:

dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn -----------S7200-S7300----------
KS. Lê Ngọc Bích Trang 11
Hình2.5 Cấu hình một thanh rack của PLC S7-300
Hình 2.6 Cấu hình tổng quát của một PLC S7-300 với 4 thanh rack nối với nhau nhờ module
IM và cáp nối 368
¾ Phụ kiện
Bus nối dữ liệu (Bus connector).
¾ Kiểm tra phần cứng
Kiểm tra bằng cách nhìn LED ở bộ nguồn
Bảng 2.1
LED “DC 24V TRẠNG THÁI PHẢN ỨNG CỦA NGUỒN
Sáng liên tục Có điện áp 24V Có điện áp 24V
Chớp Mạch ra quá tải:
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn -----------S7200-S7300----------

Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn -----------S7200-S7300----------
KS. Lê Ngọc Bích Trang 13
I0.0
1L+1M
1M
DC24V OUTPUTS
DC
24V
DC
24V
INPUTS
0.0
0.0
0.1
0.1
0.2
0.2
0.3
0.3
2L+2M
2M
0.4
0.4
0.5
0.5
0.6
0.6
0.7
0.7

Q0.4
I0.5
I1.5
Q0.5
I0.6 Q0.6
I0.7 Q0.7
CPU-214
6ES7 214-1AC00
SIEMENS
SIMATIC
S7-200
- STOP = Trạng thái dừng STOP, chương trình không thực hiện
- RUN-P = Trạng thái chạy RUN, CPU thực hiện chương trình
- RUN = Chương trình được thực hiện, hoặc có thể, tuy nhiên, chỉ đọc
thôi không sửa được chương trình.
Kiểm tra bằng cách nhìn LED ở khối Digital
Hình 2.8
Mỗi kênh vào/ra của các modul đều được hiển thò bằng LED. Chúng có công
dụng có thể cho biết vò trí lỗi của chương trình. Chúng chỉ thò trạng thái quy trình
hoặc trạng thái bên trong trước bộ giao tiếp quang điện.
2.3.1 S7-200
Hình 2.9
 Tích hợp CPU, I/O nguồn cung cấp vào một Module. Có nhiều loại CPU: CPU212, CPU 214,
CPU 215, CPU 216… Hình dáng CPU 214 thông dụng nhất được mô tả trên hình 2.1.
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn -----------S7200-S7300----------
KS. Lê Ngọc Bích Trang 14
 Các Module mở rộng (EM) (External Modules):
9 Module ngõ vào Digital: 24V DC, 120/230V AC

DC 24V
L+
M
POWER IN
24VDC
I.2
I.3
I.4
I.5
I.6
I.7
I.8
I.9
I.12
I.13
I.14
I.15
I.16
I.17
I.18
I.19
- STOP: Cưỡng bức CPU dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. Ở chế độ
STOP, PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp chương trình mới.
- TERM : Cho phép máy lập trình tự quyết đònh chế độ làm việc của CPU hoặc ở chế độ RUN hoặc
STOP.
2.4 GIỚI THIỆU CẤU TẠO PHẦN CỨNG CÁC KIT THÍ NGHIỆM S7-300, S7-200
2.4.1 S7-300
Bộ điều khiển PLC S7–300 Station 1200 bao gồm các module sau:
2.4.1.1 Khối CPU-312 :
CPU-312 IMF sử dụng cho hệ thống thiù nghiệm với thế nuôi 24VDC, có bổ sung 10

8
13
17
5
9
14
18
SM-322
DIGITAL 0UTPUTS
8 RELAYS
POWER IN
24VDC
2
4
3
5
10
COMP
11
SM-331
2 ANALOG INPUTS-12BIT
A - 8O/250/500/1000mV/Pt100
B - 2.5/5/1...5/10V
C - 4WIRE CURRENT
D - 2WIRE CURRENT
L+
M
POWER IN
24VDC
AC

2 ANALOG OUTPUTS-12BIT
L+
M
POWER IN
24VDC
2.4.1.4 Analog Ouput Module SM 332 (Hình 2.14)
- 2 lối ra analog độc lập, phân giải 12 bit,
- Điện thế nuôi cho khối (qua chân L+ & M): 24V.
- Chức năng mở rộng lối ra điều khiển cho CPU S7-300.
Hình 2.14 Sơ đồ khối SM 332 AO 4 x 12 bit / 332-5HD01-0AB0
2.4.1.5 Các khối phụ trợ cho thí nghiệm
Các khối phụ trợ cho thí nghiệm gồm các module chứa công tắc, relay, đèn báo,
có cấu trúc như trên hình 1.9.
¾ Khối Contact LSW-16
Chứa 16 công tắc đơn, phục vụ cho việc tạo các trạng thái lối vào cho PLC.
¾ Khối Relay RL-16
Chứa 16 relay 24V, sử dụng với tác động điều khiển từ lối ra PLC.
¾ Khối Đèn LL-16
Chứa 16 đèn 24V, sử dụng để chỉ thò trạng thái điều khiển.
¾ Khối AM-1 Simulator
Chứa 3 biến trở 10kΩ, điện thế cấp 24V, cho phép tạo các điện thế DC cho thí
nghiệm.
¾ Khối DCV-804 Meter
Chứa ADC với hiển thò 4
1/2
digits, cho phép đo điện thế DC tạo ra từ hệ PLC.
¾ Khối nguồn 24V / 5A
Cung cấp nguồn nuôi cho các modules.
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động

C - 4WIRE CURRENT
D - 2WI RE CURRENT
SM-321
16 DIGITAL INPUTS
DC 24V
10 DIGITAL IN PUT S
6 DIGITAL OUTPUTS
L+ L+ L+ L+
L+
M MM M
M
AC230V
AC230V
AC230V
AC230V
MAX
MAX
MAX
MAX
3
7
12
16
4
8
13
17
5
9
14

SIMULATOR
MIN
MIN
MIN
MAX
MAX
MAX
POTENTIOMET 1
POTENTIOMET 2
POTENTIOMET 3
DCV-804
METER
DVM INPUT
V
+
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN
OPEN

SW14
SW15
SW16
LSW-16
SWITC HES
LL-16
INDICA TORS
LAMP1
LAM P 2 4V
LAMP2
LAMP3
LAMP4
LAMP5
LAMP6
LAMP7
LAMP8
LAMP9
LAMP10
LAMP11
LAMP12
LAMP13
LAMP14
LAMP15
LAMP16
RL-16
RELAYS
ROL E 1
ROL E 9
ROLE 2
ROLE 10

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2

4
4
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
POWER ON
L+
M
24VDC
OUTPUT
FUS EFUSE
24VDC/5A220VA C/0.5A
PS-1200
MAIN. POWER
220VAC/10A.50Hz
PS-1200
AUX. POWER

dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn -----------S7200-S7300----------
KS. Lê Ngọc Bích Trang 20
Chương 3: KIẾN THỨC CƠ SỞ
3.1 KỸ THUẬT SỐ VÀ LOGIC SỐ CƠ BẢN
3.1.1 Biến và hàm số hai giá trò
Biến hai trò, hay còn gọi biến Boole là loại hàm số mà miền giá trò của nó chỉ có
hai phần tử. Ta sẽ ký hiệu chúng bằng những chữ nhỏ in nghiêng như x, y, u, v,… và phần
tử của chúng là 0 và 1. Ví dụ
¾ Công tắt là một biến Boole với 2 giá trò: đóng (ký hiệu là 1) và mở (ký hiệu là
0).
¾ Đèn hiệu cũng là một biến Boole với hai trạng thái: Sáng (ký hiệu là 1) và tắt
(ký hiệu là 0).
Hai biến Boole được gọi là độc lập nhau nếu sự thay đổi giá trò của biến số này
không ảnh hưởng đến giá trò của biến số kia. Ví dụ 2 công tắt trong hình 3.1 là 2 biến
Boole độc lập với nhau.
Hình 3.1
Ngược lại, nếu giá trò của một biến số y phụ thuộc vào giá trò của biến số x thì
biến y được gọi là biến phụ thuộc của biến x . Ví dụ trong hình 3.1 thì đèn là 2 biến phụ
thuộc vào biến công tắc. Đèn sẽ sáng nếu cả 2 biến công tắc có giá trò 1 và sẽ tắt nếu một
trong hai biến có giá trò 0.
Hàm hai trò là mô hình toán học mô tả sự phụ thuộc của một biến Boole vào các
biến Boole khác. Chẳng hạn như để biểu diễn sự phụ thuộc của đèn, ký hiệu là z, vào 2
biến công tắc, ký hiệu là x và y, ta viết
z = f(x,y)
Công tắc 1
x
Công tắc 2
y

0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
Ví dụ, hàm f(x,y) biểu diễn biến đèn z phụ thuộc vào hai biến công tắc x, y sẽ là:
z = f(x,y) = x^y = x.y
3.1.2 Tính chất

=∀∈
=∀∈
=∀∈
=∀∈
=∀∈
=∀∈
=∀∈
3.1.3 Xác đònh công thức hàm hai trò từ bảng chân lý
Ta sẽ xét bài toán ngược là tìm công thức biểu diễn hàm f(x) từ bảng giá trò
chân lý đã biết của hàm đó. Công việc này là cần thiết vì trong thực tế nhiều bài
toán tổng hợp bộ điều khiển được bắt đầu từ bảng chân lý.
dieukhientudong.net
Giáo trình PLC Bộ môn Điều khiển tự động
ThS. Lê Văn Bạn -----------S7200-S7300----------
KS. Lê Ngọc Bích Trang 22
Trước hết hãy làm quen với hai khái niệm mới là biểu thức nguyên tố tổng
và biểu thức nguyên tố tích nếu trong T(x):
¾ Có mặt tất cả các biến số x
k
, k=1, 2,…, n và mỗi biến chỉ xuất hiện một
lần,
¾ Chỉ cấu thành bởi hai phép tính ^,
hoặc v, .
Ví dụ:
T
1
(x
1
, x
2

Để tiện cho việc trình bày ta quy ước:
0
kk
xx=
và
1
kk
xx=
vậy một biểu thức nguyên tố tích T
N
(x) với n biến 2 trò x
1
, x
2
,…,x
n
có dạng
12
12
1
() ...
nk
n
qq
qq
Nnk
k
Tx xx x x
=
==∏

=1 nếu biến x
k
xuất hiện dưới dạng không phủ đònh
Từ đònh nghóa ta thấy các biểu thức nguyên tố có các đặc điểm:

Biểu thức nguyên tố tích T
N
(x) có giá trò 1 khi và chỉ khi tất cả các
thừa số cùng có giá trò 1. Như vậy nếu x
k
xuất hiện trong biểu thức
dạng phủ đònh (q
k
=0) thì x
k
phải có giá trò 0 và ngược lại nếu q
k
=1 thì
x
k
phải có giá trò 1.

Biểu thức nguyên tố tổng T
C
(x) có giá trò 0 khi và chỉ khi tất cả các
thương số cùng có giá trò 0. Như vậy nếu x
k
xuất hiện trong biểu thức
dạng phủ đònh (q
k

0000 0
1234
xxxx∨∨∨
0001 0
1234
xxxx∨∨∨
0010 1
12 4
3
xxxx
0011 0
34
12
xx x x
∨∨∨
0100 0

2
134
xx xx∨∨∨
0101 1
13
24
xx xx
0110 0

23
14
xx x x∨∨∨
0111 0

1110 0

123
4
xxxx∨∨∨
1111 0

1234
xxxx∨∨∨
Suy ra: f(x) = (
12 4
3
xxxx
)
∨
(
13
24
xx xx
)
∨
(
23
14
xx xx
)
∨
(
3
12 4

)(
1
234
xxxx∨∨∨
)
(
134
2
xxxx∨∨∨
)(
12
34
xxxx∨∨∨
)(
1234
xxxx∨∨∨
)
1.1.4 Biểu diễn số nguyên dương
 Biểu diễn trong hệ cơ số 10
Một số nguyên dương u
k
bất kỳ, trong hệ cơ số 10 bao giờ cũng được biểu
diễn đầy đủ bằng dãy các con số nguyên từ 0 đến 9. Ví dụ u
k
= 259 được biểu diễn
bằng 3 con số: 2, 5 và 9 và cách biểu diễn đó được hiểu là
U
k
= 2.10
2

i
<=9
Như vậy việc biểu diễn u
k
trong hệ cơ số 10 là sự biến đổi u
k
thành tập hữu hạn
n+1 số nguyên a
i
, i=0, 1, …, n thoả 0<=a
i
<=9.
Số các giá trò mà a
i
có được do hệ cơ số biểu diễn u
k
quyết đònh. Trong
trường hợp này u
k
được biểu diễn trong hệ cơ số 10 nên a
i
có 10 giá trò.
 Biểu diễn trong hệ cơ số 2
Cách biểu diễn u
k
trong hệ cơ số 10 chưa phù hợp với nguyên tắc mạch điện
của bộ điều khiển số vì u
k
có các phần tử đa trò 0<=a
i

x
n
x
n-1
…x
1
x
0
ta sẽ đi đến dạng biểu diễn thông dụng bằng mạch điện cho tín hiệu số. Mỗi
ô vuông trong cách biểu diễn trên gọi là một bit và mỗi bit là một biến hai trò.
Số các bit của vector x quyết đònh miền giá trò cho u
k
. Với n+1 bit trong (3.2)
thì miền giá trò của u
k
sẽ là tập các số nguyên dương trong khỏang 0<=u
k
<=2
n+1
-1
Một dãy 8 bit được gọi là 1 byte. Hai byte gọi là 1 từ (word) và 2 từ gọi là từ
kép (double word). Trong kỹ thuật PLC nói riêng và điều khiển số nói chung người
ta thường biểu diễn u
k
bằng một byte, 1 từ hoặc 1 từ kép.
Biểu diễn u
k
=205 thành một byte:
1 1001101
Một từ:

+ h
n-1
.16
n-1
+…+ h
1
.16
1
+ h
0
.16
0
với 0<=h
i
<=15(3.3)
và tham số h
i
là những biến 16 trò. Các số của h
i
ký hiệu là
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F
trong đó các ký tự khi chuyển sang hệ thập phân sẽ tương đương với
A=10, B=11, C=12, D=13, E=14, F=15
Để bộ điều khiển số hiểu được dạng biểu diễn của u
k
, người ta đã chuyển
các tham số h
i
sang hệ cơ số 2. Do mỗi tham số có 16 giá trò nên người ta cũng chỉ
cần 4 bit là đủ để biểu diễn chúng.

n
10
n
+ a
n-1
10
n-1
+…+ a
1
10
1
+ a
0
10
0
với a
i
thuộc {0,9}(3.3)
Ví dụ. Uk = 259 được biểu diễn nhờ 3 con số 2, 5 và 9 và do đó mã BCD của nó có
dạng
001001011001
2 5 9
Chuyển đổi số:
¾ Thập phân R Nhò phân
VD: Chuyển số nhò phân 11011001 thành số thập phân
U
k
= 1.2
7
+ 1.2