Đồ án Đề Tài:
Thiết kế hệ thống cửa tự động
dùng LOGO !
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

1

Thiết kế hệ thống cửa tự động dùng LOGO! Nội dung cơ bản của đồ án gồm:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về PLC
Chương 2: Modul LOGO! với giải pháp cho bài tốn tự động hố cỡ nhỏ
Chương 3: Thiết kế hệ thống cửa tự động dùng LOGO!
Kết luận



Hình 1.1.a : Một hệ thống điều khiển điển hình dùng PLC

Sự phát triển của kỹ thuật điều khiến tự động hiện đại và công nghệ điều khiển
lôgic lập trình dụa trên cơ sở phát triển của tin học, cụ thể là sự phát triển của kỹ
thuật máy tính.
Sự phát triển của máy tính điện tử và kèm theo nó là phát triển tin học cùng với
sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự
động, dựa trên cơ sở tin học, gắn liền với
những phát minh liên tiếp sau đó đã đóng một vai trò quan trọng và quyết định
trong việc phát triển ồ ạt kỹ thuật máy tính và các ứng dụng của nó như PLC, CNC
… .
Trong quá trình phát triển của khoa học kỹ thuật trước đây ngay vào khoảng
thời gian những năm cách đây không phải là xa xôi lắm, người ta mới chỉ phân biệt
hai phạm trù kỹ thu
ật điều khiển bằng cơ khí và điều khiển bằng điện tử.
Nhưng từ cuối thập kỷ 20 người ta đã phải dùng nhiều chỉ tiêu chi tiết để phân
biệt các loại kỹ thuật điều khiển, bởi vì trong thực tế sản xuất cần đòi hỏi điều
khiển tổng thể những hệ thống máy chứ không ch
ỉ điều khiển từng máy đơn lẻ.
Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy
trở lên nhanh nhạy dễ dàng và tin cậy hơn.
Kỹ thuật điều khiển lôgic khả lập trình phát triển dựa trên cơ sở công nghệ máy
tính và đã từng bước phát triển tiếp cận theo các nhu cầu của công nghiệp. Quy
Tim 00 0001 10000 10001

Mạch phần
mềm Mô tơ Cuộn dây
Bộ xấy

Đèn

Heater
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

3
so với các bộ điều khiển khơng thay đổi được quy trình hoạt động có nghĩa là điều

vào chng trình logic đeơ xử lý tín hiu và mang các tín hiu đieău
khieơn ra thiêt bò xuât.
ĐIỀU KHIỂN
Với các chức năng được lưu trữ
ằ
Tiếp xúc vật lý
Bộ nhớ khả lập
QUY TRÌNH CỨNG QUY TRÌNH MỀM
Khơng
tha
y
đổi
Thay
đổi đư
ợ
c
Khả lập trình
tự do

Bộ nhớ thay
đổi đư
ợ
c
Liên
k
ết cứn
g

Lên kết
p

thođng có theơ đieău khieơn mt quá trình phức hợp.

1.3 Các thành phần của một bộ PLC.
Phần cứng của các bộ khả lập trình PLC được cấu tạo thành những mơđun
(hình 1.3) cho thấy sơ đồ các mơđun phần cứng của một bộ PLC. Một bộ PLC
thơng thường có những mơđun phần cứng như sau.
+ Mơđun nguồn
+ Mơđun bộ nhớ trương trình
+ Mơđun đầu vào (thẻ đầu vào)
+ Mơđun đầu ra (thẻ đầu ra)
+ Mơđun phối ghép (thẻ phối ghép)
+ Mơđun chức năng phụ
Mỗi mơđun đó được lắp thành những đơn vị riêng, có phích cắm nhiều chân để
cắm vào rút ra dễ dàng trên một panen cơ khí có dạng bảng hoặc hộp. Trên panen
có nắp:
+ Đường ray nguồn để đưa nguồn đi
ện một chiều (thường là 24v) từ đầu ra của
mơđun nguồn lấy từ mơđun nguồn, đưa đi cung cấp cho tất cả các mơđun khác.
+ Luồng liên lạc để trao đổi thơng tin giữa các mơđun và với bên ngồi.

+ Đơn vị xử lý bằng “ từ ngữ “. Loại xử lý này hấp dẫn hơn loại nói trên, vì loại
này thích hợp hơn nhiều với việc xử lý nhanh các thônh tin số. Sở
dĩ nó đạt được
tốc độ cao là vì nó không xử lý đơn bít mà xử lý từ ngữ bao gồm nhiều bít. Tuy
nhiên bộ xử lý từ ngữ có cấu trúc phức tạp hơn nhiều và do đó giá đắt hơn, cho nên
nó không thể loại bộ xử lý đơn bít ra khỏi thị trường tin học. Cả hai loại vẫn song
song tồn tại và mỗi laọi được lựa chọn tuỳ theo nhu cầu ứng dụng.
Bộ
điều khiển lôgic khả lập trình với đơn vị xử lý trung tâm bằng từ ngữ được
dùng khi đòi hỏi xử lý văn bản và các thông tin số, các phép tính, đo lường đánh
giá, điều khiển, kiểm tra,ghi nhớ cũng như xử lý các tín hiệuđơn trong mã nhị
nguyên.

Màn
h
ì
nh
Máy in
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

6
. Như vậy rõ ràng là chính bộ xử lý quyết định khả năng và chức năng của PLC.
Dưới đây là bảng so sánh các đặc trưng của đơn vị xử lý trung tâm (CPU) loại 1 bít
và loại từ ngữ:

Bộ xử lý 1 bít Bộ xử lý từ ngữ
Xử lý trực tiếp các tín hiệu đầu vào
và đầu ra (địa chỉ đơn)
Các tín hiệu đầu vào và đầu ra chỉ có

đng cụa h thông và b nhớ cụa người sử dúng. Đeơ đạm bạo cho PLC
hốt đng , phại caăn có b nhớ đeơ lưu trữ chương trình, đođi khi caăn mở
rng b nhớ đeơ thực hin các chức nng khác như :
+ Vùng đm tám thời lưu trữ tráng thái cụa các keđnh xuât / nhp được
gói là RAM xuât / nhp
+ Lưu trữ tám thời các tráng thái cụa các chức nng beđn trong : Timer ,
Counter, Relay
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

7
B nhớ goăm có lối sau :
+ B nhớ chư đóc (ROM: Read Only Memory): ROM khođng phại là
mt b nhớ khạ biên, nó có theơ lp trình chư mt laăn. Do đó khođng
thích hợp cho vic đieău khieơn “meăm” cụa PLC. ROM ít phoơ biên so với
các lối b nhớ khác.
+ B nhớ ghi đóc (RAM: Random Access Memory): RAM là mt b
nhớ thường được dùng đeơ lưu trữ dữ liu và chương trình cụa người sử
dúng. Dữ liu trong RAM sẽ bò mât đi nêu nguoăn đin bò mât. Tuy
nhieđn vân đeă này được giại quyêt baỉng cách gaĩn theđm vào RAM mt
nguoăn đin dự phòng. Ngày nay, trong kỹ thut phát trieơn PLC , người
ta dùng CMOSRAM nhờ sự tieđu tôn nng lượng khá thâp cụa nó và
cung câp pin dự phòng cho các RAM này khi mât nguoăn. Pin dự phòng
có tuoơi thó ít nhât mt nm trước khi caăn thay thê, hoaịc ta chón pin sác
gaĩn với h thông , pin sẽ được sác khi câp nguoăn cho PLC.
+ B nhớ chư đóc chương trình xóa được (EPROM: Erasable Programmable
Read Only Memory): EPROM lưu trữ dữ liu giông như ROM, tuy nhieđn
ni dung cụa nó có theơ bò xoá đi nêu ta phóng tia tử ngối vào, người
viêt phại viêt lái chương trình trong b nhớ.
+ B nhớ ch
ư đóc chương trình xoá được baỉng đin (EEPROM: Electric

1.3.5 Mơ đun phối ghép.
Mơ đun phối ghép dùng để nối bộ điều khiển khả lập trình PLC với các thiết
bị bên ngồi, như màn hình thiết bị lập trình hoặc với panen mở rộng. Thêm vào đó
, nhiều chức năng phụ cũ
ng cần thiết hoạt động song song với những thiết bị chức
năng thuần t lơgic của bộ PLC cơ bản . Cũng có khi người ta ghép thêm những
thẻ điện tử phụ đặc biệt để tạo ra các chức năng phụ đó. Trong những trường hợp
này đề phòng phải dùng đến mạch phối ghép.
1.3.6 Các chức năng phụ.
Những chức năng phụ điể
n hình nhất của PLC là:

+ Bộ nhớ duy trì có cùng chức năng như rơle duy trì, nghĩa là bảo tồn tín hiệu
trong q trình mất điện. Khi nguồn điện trở lại thì bộ chuyển đổi của bộ nhớ nằm
ở tư thế như trước lúc mất điện.
+ bộ thời gian của PLC có chức năng tương tụ như các rơle thời gian. Việc đặt
thờ
i gian được lập trình hoặc điều chỉnh từ bên ngồi.
+ Được lập trình bằng các lệnh lơgic cơ bản hoặc thơng qua các thẻ điện tử phụ.
Việc đặt bộ đếm được thực hiện bằng lập trình hoặc bằng nút bấm.
+ Bộ ghi tương ứng với cơ cấu nút bấm – bước. Bước tiếp theo được thả ra bửi bộ
phát thời gian hoặc bằng xung c
ủa mạch chuyển đổi.
+ Chức năng số học được thực hiện để thực hiện bốn chức năng số học cơ bản:
cộng, trừ , nhân và chia, và các chức năng so sánh: lớn hơn, nhỏ hơn, bằng và
khơng bằng. Sự có mặt của chức năng số học giúp mở rộng đáng kể cơ hội ứng
dụng cho PLC .
+ Chức năng
điềi khiển số (NC) – làm cho PLC có thể được ứng dụng để điều
khiển các q trình cơng nghệ trên máy cơng cụ hoặc trên các tay máy của người

• Đ beăn và tin cy vn hành cao.
• Giá thành cụa h thông giạm khi sô tiêp đieơm tng.
• Có thiêt bò chông nhiu.
• Ngođn ngữ lp trình d hieơu.
• D lp trình và có theơ lp trình tređn máy tính, thích hợp cho vic
thực hin các lnh tuaăn tự cụa nó.
• Các modul rời cho phép thay thê hoaịc theđm vào khi caăn thiêt .
Do những lý do tređn PLC theơ hin rõ ưu đieơm cụa nó so với các
thiêt bò đieău khieơn thođng thường khác. PLC còn có khạ nng theđm vào
hay thay đoơi các lnh tuỳ theo yeđu càu cụa cođng ngh. Khi đó ta chư
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

10
caăn thay đoơi chương trình cụa nó, đieău này nói leđn tính nng đieău khieơn
khá linh đng cụa PLC.
1.5 Các bước thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC.
Đeơ thiêt kê 1 chng trình đieău khieơn cho mt hốt đng bao goăm
những bước sau:

1.5.1 Xác đònh qui trình cođng ngh.
Trước tieđn , ta phại xác đònh thiêt bò hay h thông nào muôn đieău
khieơn. Múc đích cuôi cùng cụa b đieău khieơn là đieău khieơn mt h
thông hốt đng
Sự vn hành cụa h thông được kieơm tra bởi các thiêt bò đaău vào.
Nó nhn tín hiu và gởi tín hiu đên CPU , CPU xử lý tín hiu và gởi
nó đên thiêt bò xuât đeơ đieău khieơn sự hốt đng cụa h thông như lp
trình sẵn trong chương trình
1.5.2 Xác đònh ngõ vào, ngõ ra.
Tât cạ các thiêt bò xuât , nhp beđn ngoài đeău được kêt nôi với b
đie


Sau đađy là lưu doă phương pháp thiêt kê b đieău khieơn:

Xác định u cầu của hệ
thống điều khiển
Vẽ lưu đoă chung cụa h
thông đieău khieơn
Lit keđ tât cạ các ngõ ra, ngõ vào nôi
tương đôi
ù
/
Chuyeơn lưu đoă sang
sơ đoă hình thang
Náp lp trình sơ đoă hình thang
thiêt kê cho PLC
phaăn Mođ phỏng chương
trình và sửa li meăm
Hiu chưnh chương trình
cho phù hợp
Kêt nôi toàn b thiêt bò
vào, ra với PLC

Kieơm tra tât cạ các
tiêp đieơm
Chương trình
OK


T NG HO C NH

Chỏy thửỷ chửụng trỡnh
Hieụu ủớnh lỏi
p
han mem
Nỏp chửụng trỡnh vaứo
EPROM
Laụp ho sụ heụ thoõng cho taõt
c
END
Chửụng trỡnh
O
K

Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

13
Modul logic vạn năng với tên gọi là LOGO! Của tập đoàn SIEMENS AG tự
động hoá (AUT) tại Nuernberg, thuộc cộng hoà Liên bang Đức . Phục vụ các
nhiệm vụ điều khiển cỡ nhỏ trong các lĩnh vực lắp đặt điện dân dụng và lắp ráp tủ
đóng cắt điện hạ thế, cũng như trong nghành chế tạo máy và các ứng dụng thực tế
khác. Nó thay thế các công nghệ thông dụ
ng mà hiện tại vẫn còn đang được sử
dụng rộng rãi. LOGO! Chứa đựng tất cả các chức năng như rơle tiếp điểm, rơle trễ,
rơle nhớ, rơle xung, bộ phát xung đồng hồ, bộ đếm và đồng hồ định thời gian.
LOGO! Giúp tiết kiệm nguyên vật liệu, không gian, thời gian và góp phần lớn vào
hướng giảm giá thành trong nghành kỹ nghệ điện.
Tậ
p đoàn SIEMENS AG là nhà cung cấp tiên phong, đứng hàng đầu thế giới về

- Hệ thống đo mức
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

14
- Hệ thống nhiệt và thông gió
- Hệ thống cảnh báo và chuông báo động
- Thang máy, máy nâng
- Hệ thống cửa nhà, gara ôtô
- Hệ thống quản lý năng lượng
Và rất nhiều những ứng dụng khác nữa.
Một ưu điểm nổi bật nữa là LOGO! thoả mãn những yêu cầu cao như: độ chống
va đập, độ tương thích điện từ và làm việc đượ
c ở những nơi có khí hậu khắc nhiệt.
Điều đó làm cho LOGO! trở lên lý tưởng cho những ứng dụng công nghiệp. Thậm
trí cả trên những vùng biển.
Trong cam kết của mình những kỹ sư của tập đoàn SIEMENS AG đã nói:
“Ước mơ và những câu chuyện khoa học viễn tưởng về những hoạt động
được lập trình thông minh đã thành hiện thực vào ngày Robốt ra đời. Con người
bắ
t đầu nghĩ tới tương lai của mình khi mọi thao tác đơn giản chỉ là nhấn nút
điều khiển tự động. Mục đích của SIEMENS khi tới đất nước xinh đẹp này là
đem theo những thiết bị tin cậy với độ chính xác cao, bền vững và các giả pháp
kỹ thuật đồng bộ, thích ứng với bất kỳ nhu cầu nào trong hệ thống vận hành sản
xuất công nghiệp hay dịch vụ k
ỹ thuật”.
SIEMENS AG - Nuremberg - Germany 2.1 Các tính năng kỹ thuật của LOGO! .
Hiện nay Siemens đã cho ra đời nhiều mẫu LOGO! với đặc tính kỹ thuật khác


ASi Outputs 4
Marker 8
Analog Inputs 0
Text Box 5
Vì vậy, khi lập trình cho LOGO! chúng ta cần quan tâm đến các thông số trên
để đảm bảo chương trình có thể chạy tốt trên loại LOGO! mà chúng ta đang có.
Các thông số kỹ thuật của LOGO!

+ Kích thước 72 x 90 x55 mm
+ 19 chức năng tích hợp bên trong
+ 8 đầu vào và 4 đầu ra
+ Có đồng hồ bên trong có thể
lưu nguồn trên 80 giờ trên LOGO! 12RC/ 24RC/
230RC
+ Tối đa 56 hàm
+ Có khả năng tích hợp
+ Có 3 bộ đếm thời gian
+ 2 đầu vào 1kHz trên mỗi LOGO! 12RC/24
+ 4 bộ chốt trạng thái

2.2
Lắp ráp và nối dây cho LOGO! .

Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

16
2.2.1 Lắp ráp.

LOGO! được lắp trong hộp nối dây hoặc tủ điện, phải đảm bảo được các đầu

2.2.3 Nối các đầu vào của LOGO!

Nối các bộ cảm biến tới đầu vào. Các đầu vào có thể là các công tắc, cảm biến
quang điện hoặc công tắc điều khiển bằng ánh sáng
Đặc tính của bộ cảm biến cho LOGO! 230R và LOGO! 230RC
+ LOGO! nhận biết trạng thái 0 (khoá mở) tại áp < 40v AC. Dòng vào lớn nhất
là 0,24 mA
SIEMENS
LOGO! 24/24R
SIEMENS
LOGO! 230R/230RC
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

17
+ LOGO! nhận biết trạng thái 1 tại áp >79v AC. không thể nối hai dây của công
tắc hành trình trực tiếp với LOGO! bởi vì dòng đóng mạch của nó lớn.
+ Khi trạng thái khoá thay đổi từ 0 đến 1 trạng thái 1 phải được duy trì ít nhất 50
ms để LOGO! nhận biết nó. Cũng như vậy khi chuyển về trạng thái 0.


2.2.4 Nối đầu ra của LOGO! .

LOGO! 230R/230RC và LOGO! 24R
Đầu ra của LOGO! 230RC/230R và LOGO! 24R là các Rơle. Công tắc của Rơle
được cách ly với nguồn cung cấp và đầu vào.

Yêu cầu đối với Rơle đầu ra

SIEMENS
LOGO! 24/24R
SIEMENS
LOGO! 230R/230RC
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

18
Bạn có thể nối các tải với nhau ở đầu ra, ví dụ như đèn, đèn huỳnh quang, môtơ,
contactor, Các tải nối với LOGO! 24R phải có đặc tính như sau:

N/M

LOGO! 24
Đầu ra của LOGO! 24 được đóng mạch nhờ các transistor. Các đầu ra được bảo
vệ chống quá tải và ngắn mạch. Không cần phải có nguồn cung cấp riêng cho tải.
LOGO! 24 cung cấp điện áp cho tải.
Các yêu cầu đối với transistor đầu ra
Tải nối với LOGO! 24 phải có đặc tính sau:
+ Dòng đóng mạch lớn nhất là 0,3 A
+ Khi đóng mạch ( Q=1), dongd điện cực đại là 0,3 A
Kết nối LOGO! 230RC Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

19
LOGO! không có chương trình, có card
nhớ nhưng card không chứa chương
trình
Xuất hiện dòng sau trên màn hình của
LOGO! : “ No Program”
LOGO! không chứa chương trình và
không có card nhớ hoặc có thì bộ nhớ
rỗng và:
+ LOGO! đã chạy hoặc ở trong chế độ
đặt thông số trước khi cắt nguồn.
+ LOGO! đang chạy chế độ lập trình
hoặc đóng No Program hiển thị trước
khi tắt nguồn
LOGO! sử dụng chương thình lưu trữ
và:
+ Chạy tiếp
+ Chạy tới menu chính trong chế độ lập
trình
LOGO! có card nhớ chứa chương trình
và:
+ LOGO! đã chạy hoặc ở trong chế độ
LOGO! tự động chép chương trình từ
card nhớ và:
+ Chạy tiếp
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

20
đặt thông số trước khi cắt nguồn.
+ + LOGO! đang chạy chế độ lập trình
hoặc dongd No Program hiển thị trước

Inputs L1 N I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8

SIEMENS esc
OK
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp


và ‘1’ có nghĩa là có áp ở đầu vào.
Các đầu nối Lo, hi, X nhằm mục đích đơn giản hoá việc vào chương trình, hi là
trạng thái 1, Lo là trạng thái 0, X là không nối với cả khối nào.

2.4.2 Các chức năng cơ bản.
Khi bạn nhập vào một mạch, bạn tìm khối của hàm cơ bản trong danh sách GF.

Có những chứ
c năng cơ bản sau đây:

Biểu diễn bằng biếu đồ
mạch
Biểu diễn LOGO! Chức năng cơ bản Công tắc thường mở nối
tiếp
AND
> 1
&
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

22

Công tắc thường mở nối
song song
OR

+ AND

Nối tiếp nhiều công tắc thường mở được Biểu tượng cho AND như
sau:
thể hiện trong sơ đồ mạch dưới đây: I1
I2 Q
X Bảng Logic cho AND Bảng này áp dụng cho AND với x=1( có nghĩa là cổng vào
>1
1
=1
&
> 1
&
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

23
không sử dụng phải ở trạng thái 1) I1 I2 I3 Q
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0

phải ở trạng thái 0)
I1 I2 I3 I4
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
>1
Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp

24
1 1 1 1 + NOT

Một bộ đảo được biểu diễn như Trong LOGO! bộ đảo được gọi là
NOT:
hình vẽ sau: Biểu tượng cho nó như sau:
Khối NOT có đầu ra ở trạng thái 1 khi đầu vào ở trạng thái 0 và ngược lại. Nói
cách khác NOT đảo trạng thái ở đầu vào.


&