UỶ BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI

GIÁO TRÌNH
(Lưu hành nội bộ)
MƠN HỌC/MƠ ĐUN: LẬP TRÌNH PLC
NGÀNH/NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số: … /QĐ-CĐNCN ngày …tháng.... năm 2022
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội)

Biên soạn:

Ths Phạm Thị Thùy Dung (Chủ biên)
Ths Vũ Văn Giang
Ths Tào Ngọc Minh
Ths Trần Hoài Nam
Nguyễn Đức Đài

Hà Nội - 2022


Tuyên bố bản quyền
- Tài liệu “Lập trình PLC” là giáo trình nội bộ trong Trường Cao
đẳng nghề Cơng nghiệp Hà Nội với mục đích làm tài liệu giảng dạy cho
giáo viên và học sinh, sinh viên các nguồn thông tin có thể được phép
dùng ngun bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham
khảo;
- Tài liệu “Lập trình PLC” phải do Trường Cao đẳng nghề Công
nghiệp Hà Nội in ấn và phát hành;

- Việc sử dụng “Lập trình PLC” với mục đích thương mại hoặc
khác với mục đích trên đều bị nghiêm cấm và bị coi là vi phạm bản quyền.
Mọi trích dẫn, sử dụng giáo trình này với mục đích khác hay ở nơi khác
đều phải được sự đồng ý bằng văn bản của Trường Cao đẳng nghề Công
nghiệp Hà Nội;
- Trường Cao đẳng nghề Cơng nghiệp Hà Nội xin chân thành cảm
ơn q đọc giả có thơng tin giúp cho nhà trường bảo vệ bản quyền của
mình. Địa chỉ liên hệ:
+ Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội.
+ Địa chỉ: Số 131 Phố Thái Thịnh – Đống Đa – Hà Nội
+ Điện thoại: 02462757361-02438533780 - 02462753410
+ Website:


LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình Lập trình PLC được biên soạn theo chương trình đào tạo nghề Cơ điện
tử do Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội ban hành. Nội dung cuốn sách đơn
giản, ngắn gọn, lý thuyết kết hợp với thực hành giúp cho người học dễ dàng thực hành
ngay sau khi học xong lý thuyết. Đây là cuốn sách dùng để giảng dạy cho đào tạo Sinh
viên hệ Cao đẳng nghề Cơ điện tử nên người dạy và người học cần tham khảo thêm các
tài liệu liên quan khác để sử dụng một cách hiệu quả hơn.
Trong quá trình biên soạn, tác giả cố gắng cập nhật những kiến thức mới nhất, có
liên quan đến mơn học và phù hợp với đối tượng sử dụng. Gắn liền giữa lý thuyết kết
hợp với thực hành sử dụng các thiết bị có sẵn trong trường học. Giáo trình Lập trình
PLC sử dụng PLC S7 – 1200 của Sienmens và phần mềm Tia Portal.
Nội dung giáo trình gồm 4 bài:
-

Bài 1: Đại cương về điều khiển lập trình.


-

Bài 2: Các tập lệnh của PLC

-

Bài 3: Các tập lập điều khiển chương trình

-

Bài 4: Lập trình mơ hình điều khiển bằng PLC..

Mắc dù đã cố gắng nhưng chắc chắn trong quá trình biên soạn khơng thể tránh
được những thiếu sót, rất mong được sự góp ý của đồng nghiệp và các bạn đọc.
Hà Nội, ngày …tháng….năm 2022
Biên soạn:

Ths Phạm Thị Thùy Dung (Chủ biên)
Ths Vũ Văn Giang
Ths Tào Ngọc Minh
Ths Trần Hoài Nam
Nguyễn Đức Đài

…


MỤC LỤC

Bài 1: Đại cương về điều khiển lập trình


....................................................... 7

2.1. Cấu trúc bộ PLC. ...................................................................................... 7
2.1.1 Cấu trúc chung. ................................................................................... 8
2.1.2 Giới thiệu về bộ lập trình điều khiển PLC ........................................... 9
2.2. Xử lý chương trình. ................................................................................ 11
2.2.1 Vùng nhớ. ......................................................................................... 11
2.2.2 Vòng quét. ......................................................................................... 16
2.3. Thiết bị ngoại vi của PLC. ...................................................................... 18
2.3.1 Thiết bị ngoại vi tín hiệu số. .............................................................. 18
2.3.2 Thiết bị ngoại vi tín hiệu tương tự. .................................................... 19
2.4. Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngoại vi. ........................................ 20
2.4.1 Kết nối giữa PLC và thiết bị ngoại vi tín hiệu số. .............................. 21
2.4.2 Kết nối giữa PLC và thiết bị ngoại vi tín hiệu tương tự. .................... 22
Bài 2: Các tập lệnh của PLC

..................................................................... 23

2.1. Phương pháp lập trình ............................................................................ 23
2.2 Các tập lệnh cơ bản ................................................................................. 24
2.2.1. Lệnh Logic với bit ............................................................................ 24
2.2.2 Lệnh SET và RESET ......................................................................... 27
2.3. Các bộ định thời (Timer) ........................................................................ 28
2.3.1 Các bộ định thời Timer...................................................................... 28
2.3.2 Bài tập ứng dụng bộ định thời Timer ................................................. 33
2.4 Các bộ đếm (Counter) ............................................................................. 36
2.4.1 Các bộ đếm ....................................................................................... 36
2.4.2 Bộ đếm tốc độ cao ............................................................................. 40
2.4.3 Bài tập ứng dụng bộ đếm Counter ..................................................... 48
Bài 3: Các tập lập điều khiển chương trình


.................................................. 51

2.1 Tập lệnh số học của PLC ......................................................................... 51
2.1.1 Tập lệnh di chuyển dữ liệu MOVE. ................................................... 51
2.1.2. Tập lệnh so sánh. .............................................................................. 53
2.1.3. Chức năng chuyển đổi (Converter). .................................................. 57


2.1.4. Tập lệnh số học logic........................................................................ 59
2.2 Các phép toán số của PLC ....................................................................... 61
2.2.1 Các lệnh cộng, trừ, nhân và chia ADD, SUB, MUL, DIV ................ 61
2.2.2 Lệnh MOD. ....................................................................................... 63
2.3. Đồng hồ Thời gian thực.......................................................................... 65
2.4 Tín hiệu Analog ...................................................................................... 73
2.4.1. Tín hiệu Analog................................................................................ 75
2.4.2. Biểu diễn các giá trị Analog. ............................................................ 76
2.4.3 Hiệu chỉnh tín hiệu Analog ................................................................ 76
2.5 Lệnh nhảy và lệnh gọi chương trình con.................................................. 81
Bài 4: Lập trình mơ hình điều khiển bằng PLC.

.................... 83

2.1. Giới thiệu các phương pháp lập trình hệ thống. ...................................... 83
2.1.1. Sơ đồ bước ....................................................................................... 84
2.1.2 Lập trình PLC với giải thuật GRAFCET ........................................... 87
2.2. Các bài toán điều khiển .......................................................................... 89
2.2.1 Điều khiển Logic PLC ....................................................................... 89
2.2.2 Điều khiển tuần tự trong hệ thống công nghiệp ................................. 91
2.3. Thực hành điều khiển các mơ hình bài tập ứng dụng. ............................. 91

2.3.1. Thực hành điều khiển khiển động cơ. ............................................... 91
2.3.2. Thực hành điều khiển hệ thống xi lanh – khí nén.............................. 93
2.3.3. Thực hành điều khiển mơ hình băng tải. ........................................... 96


CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN
(Kèm theo Thơng tư số 03/2017/TT-BLĐTBXH ngày 01/03/2017 của Bộ trưởng Bộ
Lao động - Thương binh và Xã hội)
Tên mơ đun: Lập trình PLC cơ bản
Mã mơ đun: MĐ22
Thời gian thực hiện mô đun: 60 giờ; (Lý thuyết: 20 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo
luận, bài tập: 36 giờ; Kiểm tra: 4 giờ)
I. Vị trí, tính chất của mơ đun:
Vị trí: Trước khi học mơ đun này cần hồn thành các mơn học cơ sở và các mô-đun
chuyên môn, mô đun này nên học cuối cùng trong khóa học, trước khi thực tập xí nghiệp.
Tính chất: Là mô đun đào tạo nghề bắt buộc
II. Mục tiêu mô đun:
Sau khi học xong mơ đun này, sinh viên có khả năng:
- Về kiến thức:
+ Trình bày được nguyên lý hệ điều khiển lập trình PLC;
+ Hiểu được tổng quan các vấn đề phải giải quyết khi sử dụng PLC
+ Phân tích được cấu tạo phần cứng và nguyên tắc hoạt động của phần mềm trong
hệ điều khiển lập trình PLC.
+ Phương pháp kết nối dây giữa PC CPU và thiết bị ngoại vi.
- Về kỹ năng:
+ Thực hiện được một số bài tốn ứng dụng đơn giản trong cơng nghiệp.
+ Kết nối thành thạo phần cứng của PLC PC với thiết bị ngoại vi.
+ Viết được chương trình, nạp trình để thực hiện được một số bài tốn ứng dụng
đơn giản trong cơng nghiệp.
+ Phân tích được một số chương trình đơn giản, phát hiện sai lỗi và sửa chữa khắc

phục.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, tác
phong công nghiệp.
III. Nội dung mô đun:
1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:


Thời gian

Tổng số

Lý
thuyết

Thực hành,
thí nghiệm,
thảo luận,
bài tập

Bài 1: Đại cương về điều khiển lập trình.

5

3

2

2

Bài 2: Các tập lệnh của PLC


10

4

5

1

3

Bài 3: Các tập lập điều khiển chương
trình

10

4

5

1

4

Bài 4: Lập trình mơ hình điều khiển bằng
PLC.

35

9


24

2

Cộng:

60

20

36

4

Số
TT

Tên các bài trong mơ đun

1

Kiểm
tra

*Ghi chú: Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành và được tính
bằng giờ thực hành.
2. Nội dung chi tiết:
Bài 1: Đại cương về điều khiển lập trình


-

Thời gian: 5 giờ

Mục tiêu của bài
Trình bày được khái niệm và đặc điểm của PLC
Trình bày được các ưu điểm của điều khiển lập trình so với các loại điều khiển khác và
các ứng dụng của chúng trong thực tế.
Trình bày được cấu trúc và nhiệm vụ các khối chức năng của PLC.
Thực hiện được sự kết nối giữa PLC và các thiết bị ngoại vi.
Lắp đặt được các thiết bị bảo vệ cho PLC theo yêu cầu kỹ thuật.
Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận trong công việc.
2. Nội dung bài:
2.1. Cấu trúc bộ PLC.
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển lập trình
được cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic thơng qua một ngơn
ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện
được kích hoạt khi có các tín hiệu đầu vào (các nút nhấn, cơng tắc hành trình, cảm
biến….) tác động trực tiếp hoặc thơng qua các hoạt động có trễ (bộ định thời Timer, chu


kỳ tạo xung….). khi một sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF các thiết bị
điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bịvật lý.
Bộ điều khiển PLC S7-1200, được sử dụng với sự linh động và khả năng mở
rộng phù hợp đối với hệ thống tự động hóa nhỏ và vừa tương ứng với người dùng cần.
Thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh động, hỗ trợ mạnh mẽ về tập lệnh đã làm cho PLC S71200 trở thành một giải pháp hoàn hảo trong việc điều khiển, chọn lựa phù hợp đối với
nhiều ứng dụng khác nhau.
2.1.1 Cấu trúc chung.
PLC S7-1200 được nâng cấp với hệ thống CPU được kết hợp với 1 vi xử lý, cùng
với 1 bộ nguồn tích hợp, các tín hiệu đầu vào/ra, thêm vào đó là thiết kế theo nền tảng

Profinet, các bộ đếm/phát xung tốc độ cao tích hợp trên thanh điều khiển vị trí (motion
control), và đầu vào analog. Chính những nâng cấp ưu việt đó đã làm cho PLC S7-1200
trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn nhưng vơ cùng mạnh mẽ. Sau khi download chương
trình xuống CPU vẫn lưu giữ những logic cần thiết để theo dõi và kiểm sốt các thiết bị
thơng tin trong ứng dụng của người lập trình. CPU giám sát đầu vào và những thay đổi
của đầu ra theo logic trong chương trình người dung, có thể bao gồm các phép tốn logic
của đại số Boolean, những bộ đếm, bộ định thời, các phép tốn phức tạp, và những giao
tiếp truyền thơng với những thiết bị thơng minh khác. PLC S7-1200 được tích hợp sẵn
một cổng Profinet để truyền thơng mạng Profinet.
Ngồi ra, PLC S7-1200 có thể truyền thơng Profibus, GPRS, RS485 hoặc RS232
thông qua các module mở rộng.
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 như

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển PLC
Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý. Bộ
xử lý biên dịch các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình
được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến
các thiết bị ra.


Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho bộ vi xử lý
(thường là 5V) và cho các mạch điện trong các module còn lại (thường là 24V).
Thiết bị lập trình được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần thiết sau
đó được chuyển cho PLC. Thiết bị lập trình có thể là thiết bị chuyên dụng, có thể là thiết
bị cầm tay gọn nhẹ, có thể là phần mềm được cài đặt trên máy tính cá nhân.
Bộ nhớ: Bộ nhớ là nơi lưu giữ chương trình sử dụng cho các hoạt động điều khiển.
Các dạng bộ nhớ có thể là RAM, ROM, EPROM. Người ta ln chế tạo nguồn dự phịng
cho RAM để duy trì chương trình trong trường hợp mất điện nguồn, thời gian duy trì
tuỳ thuộc vào từng PLC cụ thể. Bộ nhớ cũng có thể được 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.
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 ngồi. 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 tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic... Các tín hiệu vào/ra có thể thể
hiện như hình dưới đây.

Hình 1.2. Các tín hiệu vào/ ra của PLC
2.1.2 Giới thiệu về bộ lập trình điều khiển PLC
Khả năng thích nghi: Thiết kế kiểu module cho phép PLC thích nghi nhanh với
mọi tính năng điều khiển. Khi đã được lắp ghép thì PLC có thể sẵn sàng làm việc ngay.
Ngồi ra nó cịn được sử dụng lại cho các ứng dụng khác một cách dễ dàng.
Độ tin cậy cao: Độ tin cậy của PLC ngày càng tăng, bảo dưỡng định kỳ thường
không cần thiết, tuy nhiên với mạch rơle cơng tắc tơ thì việc bảo dưỡng định kỳ là cần
thiết.
Linh hoạt trong việc thay đổi chương trình: Việc thay đổi chương trình được tiến
hành khá đơn giản. Để thay đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc có sẵn, khá đơn giản,
người vận hành chỉ cần nhập tập lệnh khác, gần như không cần mắc nối lại dây. Chính
vì vậy hệ thống PLC được nhận định rất linh hoạt và hiệu quả.


Dễ dàng đánh giá nhu cầu: Khi nắm được các đầu vào và đầu ra thì có thể đánh
giá được kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ một cách dễ dàng hay thậm chí đánh giá nhanh
chóng độ dài chương trình. Do đó có thể dễ dàng và nhanh chóng lựa chọn PLC phù hợp
với mục đích.
Khả năng tái tạo cao: Nếu dùng PLC với quy cách kỹ thuật giống nhau thì chi phí
lao động sẽ giảm thấp hơn nhiều so với bộ điều khiển rơle vì giảm phần lớn cơng lắp
ráp.

Khơng gian tiết kiệm: Trên thực tế, PLC địi hỏi ít khơng gian hơn so với những
bộ điều khiển rơle tương đương.
Tích hợp nhiều chức năng: Ưu điểm chính của PLC là có thể sử dụng cùng một
thiết bị điều khiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển. PLC thường được dùng cho
các quá trình tự động linh hoạt vì dễ dàng thuận tiện trong tính tốn, đồng thời dễ dàng
thay đổi chương trình và thay đổi các thơng số.
Hệ điều khiển lập trình có nhớ (PLC) có những ưu điểm sau:
 Thích

ứng với những nhiệm vụ điều khiển khác nhau.

 Khả

năng thay đổi đơn giản trong quá trình đưa thiết bị vào sử dụng.

 Nhu

cầu mặt bằng ít.

 Tiết

kiệm thời gian trong quá trình mở rộng và phát triển nhiệm vụ điều khiển
bằng cách copy các chương trình.
 Các

thiết bị điều khiển chuẩn.

 Khơng

cần các tiếp điểm.


Hệ thống điều khiển theo lập trình có nhớ được sử rộng rất rộng rãi trong các ngành
khác nhau


Điều khiển thang máy.

 Điều
 Hệ

khiển các quá trình sản xuất khác nhau: sản suất bia, sản xuất xi măng v.v

thống rửa ô tơ tự động

 Thiết

bị khai thác.

 Thiết

bị đóng gói bao bì, tự động mạ và tráng kẽm v.v …

 Thiết

bị sấy.

Cấu trúc PLC
Khối nguồn nuôi: nguồn trong các PLC thường là 24VDC.
Module CPU: (cũng có bộ PLC sử dụng nguồn 220VAC. Những PLC khơng có
module nguồn thì được cấp nguồn bên ngoàiCPU: central processing unit: đơn vị xử lý

trung tâm) bao gồm: bộ vi xử lý và bộ nhớ.
Module xuất nhập (I/O module)
 Module

nhập (input module) được nối với các công tắc, nút ấn, các bộ sensor
… để điều khiển từ chương trình bên ngồi.


 Module

xuất (output module) được nối với các tải ở đầu ra như cuộn dây của
relay, contactor, đèn tín hiệu, các bộ ghép quang
(1)
Nguồn cấp PS
(2)
Kết nối với các môđun mở rộng:
mô đun I/O hoặc kỹ thuật
(3)
Đèn led hiển thị trạng thái các
I/O
(4)
Kết nối Profinet

Hình 1.3. Cấu tạo của bộ điều khiển Siemens CPU S7-1200
Hệ thống bus truyền tín hiệu: hệ thống bus truyền tín hiệu gồm nhiều đường tín
hiệu song song
 Tuyến

địa chỉ (address bus): chọn địa chỉ trên các khối khác nhau.


 Tuyến

dữ liệu (data bus): mang dữ liệu từ khối này đến khối khác.

 Tuyến

điều khiển (control bus): chuyển, truyền các tín hiệu định thời và điều
khiển để đồng bộ các hoạt động trong PLC.
Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ nhờ bộ lập trình cầm tay
(programming console) hay bằng một máy tính. Hiện nay đã có một số loại PLC được
thiết kế có các phím bấm để có thể lập trình trực tiếp mà khơng cần bộ lập trình cầm tay
hay máy vi tính.
Ngơn ngữ lập trình PLC: Lập trình PLC là việc con người sử dụng những ngôn
ngữ mà PLC hiểu được để giao tiếp với nó, điều khiển nó hoạt động theo ý muốn mà
người lập trình đề ra nhằm đáp ứng những yêu cầu thực tiễn.
Lập trình PLC là việc con người sử dụng những ngôn ngữ mà PLC hiểu được để
giao tiếp với nó, điều khiển nó hoạt động theo ý muốn mà người lập trình đề ra nhằm
đáp ứng những yêu cầu thực tiễn.
2.2. Xử lý chương trình.
2.2.1 Vùng nhớ.
Cấu trúc vùng nhớ PLC


Hình 1.4. Cấu trúc vùng nhớ trong PLC
CPU hỗ trợ những vùng nhớ để lưu trữ chương trình ứng dụng, dữ liệu và cấu hình
hệ thống như sau:
 Vùng nhớ Load memory: Là vùng nhớ không mất dữ liệu (non-volatile storage),
dùng để lưu chương trình người dùng, dữ liệu và cấu hình. Khi người dùng download
một project xuống CPU. Đầu tiên CPU sẽ lưu chương trình trong vùng nhớ Load
memory. Vùng nhớ này nằm trong CPU hoặc trong thẻ nhớ MMC (nếu có). Khi dùng

thẻ nhớ sẽ cho phép người dùng mở rộng thêm kích thước chương trình.
 Vùng nhớ Work memory: Là vùng nhớ dạng mà thông tin lưu trữ trên nó sẽ bị
mất khi nó bị ngắt nguồn cấp điện (volatile). Vùng nhớ này dùng để lưu một vài thành
phần của một dự án trong khi thực hiện chương trình người dùng. CPU sẽ sao chép một
vài thành phần của dự án từ vùng nhớ Load memory sang vùng nhớ Work memory.
Vùng nhớ này sẽ bị mất khi mất điện. Và nó được khơi phục bởi CPU khi nguồn điện
được cấp trở lại.
 Vùng nhớ Retentive: Là vùng nhớ dạng non-volatile. Dùng để lưu trữ các giá
trị của vùng nhớ Work memory. CPU sử dụng vùng nhớ Retentive để lưu các giá trị
được lựa chọn bởi chương trình của người dùng trong thời gian bị mất điện. Khi có điện
trở lại CPU sẽ khơi phục những giá trị được lưu trữ này.
 Thẻ nhớ MMC: Dùng để lưu trữ chương trình hoặc sao chép chương trình người
dùng. Khi PLC sử dụng thẻ nhớ, CPU sẽ chạy chương trình từ thẻ nhớ. Thẻ nhớ có thể
sử dụng như thẻ nhớ chương trình, thẻ transfer, lưu trữ dữ liệu data log hoặc dùng để
nâng cấp firmware cho CPU.

Hình 1.5. Thẻ nhớ PLC
 Các kiểu dữ liệu của PLC S7 – 1200
Kiểu dữ liệu hỗ trợ cho PLC S7-1200 theo dạng dữ liệu và kích thước dữ liệu
được chia thành các dạng cơ bản sau:
Mối quan hệ giữa các kiểu dữ liệu :

- 1 thanh ghi = 1 byte (B) = 8 bit
- 1 word (W) = 2 byte = 16 bit


- 1 DoubleWord (DW) = 4 byte = 32bit

Hình 1.6. Dạng dữ liệu trong PLC


Hình 1.7. Cấu trúc thanh ghi
 Dạng

thứ nhất là vùng nhớ dữ liệu dạng bit:

Bit: Là đơn vị nhỏ nhất trong bộ nhớ PLC, 1 bit có giá trị 0 (FALSE) hoặc 1
(TRUE). Cách gọi bit:
I0.0 = bit số 0 của đoạn thanh ghi số 0 trong vùng nhớ I
I1.6 = bit số 6 của đoạn thanh ghi số 1 trong vùng nhớ I
M10.7 = bit số 7 của đoạn thanh ghi số 10 trong vùng nhớ M
Q2.0 = bit số 0 của đoạn thanh ghi số 2 trong vùng nhớ Q
 Dạng

bộ nhớ dữ liệu thứ 2 là kiểu byte (gồm 8 bit):

Byte: 1 byte chứa 8 bit. Giá trị 1 byte trong khoảng: 0 ÷ (28-1)
Cách gọi byte:
IB0

= byte số 0 của vùng nhớ M
= 8 bit của byte số 0 trong vùng nhớ I

MB4

= byte số 4 của vùng nhớ M
= 8 bit của byte số 4 trong vùng nhớ M

QB1

= byte số 1 của vùng nhớ Q

= 8 bit của byte số 1 trong vùng nhớ Q

 Dạng

bộ nhớ dữ liệu thứ 3 là kiểu word (gồm 2 byte) như: ID0, QD0

1 Word = 2 byte = 16 bit. Giá trị 1 Word trong khoảng: 0 ÷ (216-1)


Cách gọi Word:
IW0

= IB0 + IB1
= 8 bit của byte IB0 + 8 bit của IB1

MW7

= MB7 + MB8
= 8 bit của byte MB7 + 8 bit của MB8

QW2

= QB2 + QB3
= 8 bit của byte QB7 + 8 bit của QB8

 Dạng

bộ nhớ dữ liệu thứ 4 là kiểu Double Word:

1 Dword = 2 Word = 4 byte = 32 bit. Giá trị 1 Double Word trong khoảng: 0 ÷ (2321)

Cách gọi Double word:
ID0

= IW0 + IW2
= IB0 + IB1 + IB2 + IB3

MD2

= MW2 + MW4
= MB2 + MB3 + MB4 + MB5

QD1

= QW1 + QW3
= QB1 + QB2 + QB3 + QB4

 Phân

loại các vùng nhớ dữ liệu trên PLC S7-1200

-

Vùng nhớ đầu vào số I: ghi nhận giá trị vật lý đầu vào có thể sử dụng dưới dạng
bit byte.

-

Vùng nhớ đầu ra Q: xuất giá trị ra đầu ra vật lý, có thể sử dụng dưới dạng bit
byte.


-

Vùng nhớ đệm để xử lý chương trình: ký hiệu là M, dùng để tính tốn lưu dữ liệu
trong q trình viết chương trình, có thể sử dụng dưới dạng bit, byte và word.

-

AIW và AQW: vùng nhớ lưu trữ giá trị analog đầu vào và ra của PLC.

-

Vùng nhớ timer ký hiệu là T

-

Vùng nhớ counter ký hiệu là C

 Vùng nhớ thanh ghi bit đặc biệt: Một số PLC có các bit nhớ đặc biệt do người
dùng khai báo. Tùy theo từng loại PLC khác nhau mà người dùng có các cách khai báo
khác nhau. Đối với PLC S7-1200, để sử dụng các vùng nhớ này, chúng ta thực hiện theo
các bước sau:
-

Mở Project của TIA Portal lên sau đó bấm chuột phải vào cấu hình PLC đang
dùng cho Properties, cửa sổ cài đặt sẽ mở ra.

-

Ở cửa sổ này chọn tab General sau đó bấm vào mục System & Clock memory


-

Đánh dấu tích để enable 2 mục Enable the use of system memory byte và Enable
the use of clock memory byte để sử dụng trong chương trình.


-

Tiếp theo chọn ô nhớ để làm bit đặc biệt.

Kiểu dữ liệu Bit và thứ tự bit
Kiểu dữ Kích thước
liệu
(bit)

Phạm vi

Các ví dụ mục nhập vào
cố định

Bool

1

0 đến 1

TRUE, FALSE, 0, 1

Byte


8

16#00 đến 16#FF

16#12, 16#AB

Word

16

16#0000 đến 16#FFFF

16#ABCD, 16#0001

DWord

32

16#00000000 đến 16#FFFFFFFF

16#02468ACE

Char

8

16#00 đến 16#FF

„A‟, „t‟, „@‟


SInt

16

-128 đến 127

123, -123

Int

16

-32768 đến 32767

123, -123

DInt

32

-2147483648 đến 2147483647

123, -123

USInt

8

0 đến 255


123

UInt

16

0 đến 65535

123

UDInt

32

0 đến 4294967295

123

Real

32

+/- 1.18 x 10 -38 đến +/- 3.40 x 10 38

123456,-3.4, -1.2E+12,
3.4E-3

LReal

32


+/- 2.23 x 10 -308 đến +/- 1.79 x 10
308

12345.123456789, -

Time

32

1.2E+40

T#-24d_20h_31m_23s_648ms đến
T#24d_20h_31m_23s_647ms
T#5m_30s
5#-2d
Được lưu trữ dưới dạng:-2147483648 T#1d_2h_15m_30s_45ms
ms đến +2147483647 ms

String Thay đổi

Các ký tự có kích thước 0 đến
254 byte

„ABC‟

Mỗi vùng nhớ khác nhau có một địa chỉ đơn nhất. Chương trình người dùng sử
dụng các địa chỉ này để truy xuất thơng tin trong vị trí bộ nhớ. Hình dưới đây thể hiện
cách thức truy xuất một bit (còn được gọi là ghi địa chỉ “byte.bit”). Trong ví dụ này,



vùng bộ nhớ và địa chỉ byte (I = đầu vào và 3 = byte 3) được theo sau bởi một dấu chấm
(“.”) để ngăn cách địa chỉ bit (bit 4).
A: Vùng nhớ danh định
B: Địa chỉ byte: byte 3
“.” Dấu ngăn cách
D: Vị trí bit của byte (bit số 4 trong 8 bit)
E: Vị trí các byte của vùng nhớ
F: Các bit của byte được chọn

Hình 1.8. Cách thức truy xuất một bit
2.2.2 Vịng qt.
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp gọi là vịng qt (scan). Mỗi vòng
quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo
đầu vào (I), tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng dịng qt, chương
trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc. Sau giai đoạn thực hiện chương
trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo đầu ra (Q) tới các cổng ra số. Vòng
quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thơng nội bộ và kiểm tra lỗi.

Hình 1.9. Ngun lý làm việc
Chu kỳ quét là thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là
thời gian vịng qt (Scan time). Thời gian vịng qt khơng cố định, tức là khơng phải
vịng qt nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vịng qt
thực hiện lâu, có vịng qt thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong chương trình
được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thơng … trong vịng qt đó.


PLC có 3 chế độ làm việc: chế độ STOP, chế độ STARTUP và chế độ RUN.
Trong chế độ STOP, CPU khơng thực thi chương trình nào, và ta có thể tải Project
xuống. Trong chế độ STARTUP, các OB khởi động (nếu có) được thực thi một lần. Các

sự kiện ngắt không được xử lý cho đến pha khởi động của chế độ RUN. Trong chế độ
RUN, chu kỳ quét được thực thi một cách lặp lại. Các sự kiện ngắt có thể xuất hiện và
được thực thi tại bất kỳ điểm nào nằm trong pha chu kỳ chương trình, ở chế độ này
không cho phép người dùng thể tải xuống một Project trong khi đang ở chế độ RUN.

Hình 1.10. Chu kỳ quét của PLC
STARTUP
A Xóa vùng nhớ I.
B Khởi chạy các đầu ra cả với giá trị cuối cùng hay giá trị thay thế.
C Thực thi các OB khởi động.
D Sao chép trạng thái của các đầu vào vật lý đến vùng nhớ I.
E Lưu trữ bất kỳ các sự kiện ngắt nào vào trong thứ tự để xử lý trong chế độ RUN.
F Kích hoạt việc ghi vùng nhớ Q đến các đầu ra vật lý.
RUN
-

Ghi bộ nhớ Q đến các đầu ra vật lý.
Sao chép trạng thái các đầu vào vật lý đến vùng nhớ I.
Thực thi các OB chu kỳ chương trình.
Thực hiện các chẩn đốn tự kiểm tra.

-

Xử lý các ngắt và truyền thơng trong suốt bất kỳ phần nào của chu kỳ quét.

Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính tốn và việc gửi tín hiệu
điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vịng qt. Nói
cách khác, thời gian vịng qt quyết định tính thời gian thực của chương trình điều
khiển trong PLC. Thời gian quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng
cao.

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp
với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc
truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số module
CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay
cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra


2.3. Thiết bị ngoại vi của PLC.
2.3.1 Thiết bị ngoại vi tín hiệu số.
Các thiết bị đầu vào tín hiệu số

Nút ấn

Cơng tắc chuyển
mạch

Cơng tắc hành trình

Cảm biến

Hình 1.11. Thiết bị đầu vào logic

Sơ đồ nguyên lý mạch module đầu vào
24VDC

Sơ đồ nguyên lý mạch module đầu vào
110VAC-240VAC

Hình 1.12. Sơ đồ nguyên lý ghép nối với các thiết bị đầu vào logic
Thiết bị đầu ra logic:


Rơ le

Van điện từ
Hình 1.13. Thiết bị đầu ra logic

Sơ đồ ghép nối đầu ra logic:


Đầu ra kiểu rơ le

Đầu ra transitor kiểu sink

Đầu ra
source

transitor

kiểu

Hình 1.14. Sơ đồ ghép nối đầu ra logic
2.3.2 Thiết bị ngoại vi tín hiệu tương tự.

Cảm biến nhiệt độ

Cảm biến trọng lượng

Cảm biến mức

Hình 1.15. Thiết bị đầu vào tương tự


Kết nối cảm biến có vỏ chống
nhiễu

Kết nối cảm biến với thiết bị kết nối cảm biến của
Rockwell Automation

Hình 1.16. Ghép nối với đầu vào tương tự


Van điện từ

Biến tần
Hình 1.17. Thiết bị đầu ra tương tự

Ghép nối với các đầu ra tương tự

Hình 1.18. Ghép nối giữa module đầu ra 1769 – OF2 với biến tần Power
Flex 525 của Rockwell Automation
2.4. Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngoại vi.
Các đầu vào số của PLC có thể được chế tạo là một khối riêng, hoặc kết hợp với
các đầu ra chung trong một khối hoặc được tích hợp trên khối CPU. Trong trường hợp
nào cũng vậy, các đầu vào cũng phải được cung cấp nguồn riêng với cấp điện áp tùy
thuộc vào loại đầu vào. Cần lưu ý trong một khối đầu vào cũng như các đầu vào được
tích hợp sẵn trên CPU có thể có các nhóm được cung cấp nguồn độc lập nhau. Vì vậy
cần lưu ý khi cấp nguồn cho các nhóm này. Nguồn cung cấp cho các khối vào của họ
S7-1200 có thể là:
Đối với PLC dịng S7-1200 thì có 2 cách đầu nguồn cơ bản như sau:
+ Đối với loại sử dụng nguồn AC: Cấp nguồn vào cặp chân ký hiệu L1 và N. Cần
lưu ý xem kỹ nguồn ghi ở nhãn PLC S7-1200 để tránh cấp nguồn nhầm, bởi vì nếu PLC



là loại 24VDC mà cấp 220VAC vào thì PLC sẽ bị nổ ngay lập tức. Xoay chiều: 15…35
VAC, f = 47…63 Hz; dòng cần thiết nhỏ nhất 4mA 79…135 VAC, f = 47…63 Hz; dòng
cần thiết nhỏ nhất 4mA
+ Đối với là sử dụng nguồn DC: Một chiều: 15 … 30 VDC; dòng cần thiết nhỏ nhất
4mA. Khi cấp nguồn vào bạn nhìn vào cặp chân ký hiệu L+ và M. Bạn cấp nguồn
+24VDC vào chân L+ và 0VDC và M. Sử dụng đồng hồ vạn năng đo điện áp của nguồn
thật kỹ trước khi cấp nguồn cho PLC.
2.4.1 Kết nối giữa PLC và thiết bị ngoại vi tín hiệu số.

Hình 1.19. Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC (6ES7214-1AG400XB0)
Hướng dẫn đấu dây tín hiệu đầu vào PLC S7-1200
Đối với việc đấu dây tín hiệu đầu vào cho PLC S7-1200 thì giống nhau với tất cả
các loại CPU. Bạn có thể đấu theo sơ đồ như sau:

Hình 1.20. Kết nối nguồn DC
Chân 1M gọi là chân chung quy định kiểu đấu dây của đầu vào. Nếu nối 1M vào
nguồn dây 0V của nguồn DC thì dùng nguồn +DC để kích đầu vào và ngược lại nếu nối
+DC vào chân 1M thì dùng 0V để kích đầu vào.


Lưu ý: trên PLC có sẵn chân L+ và M dùng để ni cảm biến, tuy nhiên nguồn
này có dịng đầu ra khá hạn chế nên bạn chỉ được phép sử dụng để cấp nguồn nuôi cho
một số loại cảm biến thu thụ dòng ở mức thấp.
=> Khi đấu dây cảm biến từ tiệm cận điện dung quang màu hay encoder mắt thần
đo tốc độ với PLC S7-1200 thì cần phải tra kiểu đấu của từng cảm biến kết hợp với sơ
đồ đấu đầu vào PLC như hình trên để đấu cho đúng.
Hướng dẫn đấu dây tín hiệu đầu ra PLC S7-1200
Đối với dịng PLC S7-1200 có 2 loại đầu ra khác nhau là đầu ra relay và đầu ra

DC, căn cứ vào mã hàng hoặc thông tin trên nhãn để chọn sơ đồ đấu cho chính xác.

Hình 1.21. Hướng dẫn đấu dây tín hiệu đầu ra PLC S7-1200
Lưu ý khi đấu dây đầu ra cho PLC S7-1200
Đối với dạng tín hiệu đầu ra dạng Relay thì đầu ra PLC có tác dụng như cơng tắc
điện vật lý có thể đóng cắt cả điện AC và DC, chú ý relay của PLC là dạng nhỏ nên chỉ
sử dụng đóng cắt cho thiết bị có dịng tải nhỏ. Đối với dạng đầu ra là relay thì tần số
đóng cắt khá thấp.
Cịn với PLC có đầu ra là DC thì bắt buộc phải có tải gắn với đầu ra. Tránh trường
hợp nối trực tiếp đầu ra xuống 0V. Đối với dạng đầu ra DC bạn có thể sử dụng tần số
đóng cắt cao liên quan tới một số ứng dụng điều khiển servo.
2.4.2 Kết nối giữa PLC và thiết bị ngoại vi tín hiệu tương tự.
Tín hiệu tương tự sử dụng với PLC có 2 dạng: điện áp và dịng điện. Tín hiệu kiểu
điện áp có thể là: 0 ~ 10V, -5V ~ 5V… Tín hiệu dịng điện có thể là 0 ~ 20mA, 4 ~
20mA,
Đo một đại lượng thực tế cần đo đếm (nhiệt độ, áp suất, mức…) bằng thiết bị đo
tương ứng. Thiết bị đo này chuyển giá trị đại lượng đo thành tín hiệu đầu ra dạng tương
tự. Tín hiệu tương tự này được đưa vào Analog input của PLC để biến đổi thành giá trị
số. Xử lý tín hiệu Analog đầu ra trong PLC.
Đại lượng cần điều khiển (tần số động cơ, độ mở van tuyến tính…) được điều khiển
bằng thiết bị điều khiển trực tiếp (biến tần, mạch điều khiển van). Thiết bị điều khiển
này nhận tín hiệu tương tự xuất ra từ PLC (từ Analog Output).
Việc kết nối tín hiệu 4-20mA 2 dây (khơng nguồn) với PLC được thực hiện đơn giản
với việc cấp thêm một nguồn 24Vdc . Nguồn Dương 24 Vdc (+) được kết nối với chân


Dương (+) của cảm biến áp suất 2 dây hay bộ chuyển đổi tín hiệu 2 dây Passive, chân
Âm (–) của cảm biến áp suất 2 dây nối với chân Dương (+) của PLC, còn chân Âm (–)
của bộ nguồn 24Vdc nối với chân Âm (–) của PLC.
Việc nối như thế tạo thành một vịng trịn kín giúp tín hiệu 4-20mA 2 dây của cảm

biến có nguồn ni đưa tín hiệu về PLC để xử lý tín hiệu analog 4-20mA.

Hình 1.22. Kết nối đầu vào cảm biến
Bài 2: Các tập lệnh của PLC

Thời gian: 10 giờ

1. Mục tiêu của bài
 Trình bày được các tập lệnh của PLC (bộ định thời, bộ đếm).
 Ứng dụng linh hoạt các chức năng của RS, Timer, counter trong các bài toán thực
tế: Lập trình, kết nối, chạy thử...
 Rèn luyện đức tính tích cực, chủ động và sáng tạo
2. Nội dung bài:
2.1. Phương pháp lập trình
Trên PLC S7-1200 chương trình chạy bên trong CPU sẽ thực hiện lặp lại chương
trình liên tục từ trên xuống dưới. Mỗi vịng lặp chương trình thì được gọi là vòng quyét
của PLC. Trong mỗi vòng quét chương trình PLC thì đọc trạng thái các đầu vào sau đó
thực hiện các lệnh có trong vịng qt xong, sau đó xuất tín hiệu tác động lên đầu ra.
Vịng qt trên PLC thường là chương trình nằm trong khối OB1
Thời gian thực hiện hết 1 vòng quét phục thuộc vào hai yếu tố như sau:

Một là số câu lệnh có trong vịng qt của chương trình, càng nhiều câu
lệnh thì thời gian thực hiện vòng quét sẽ càng lớn.

Tiếp theo là tốc độ xử lý lệnh của CPU. Nếu tốc độ xử lý lệnh CPU càng
nhỏ thì thời gian vịng quét càng ngắn.


Việc tính tốn thời gian vịng qt để giúp chúng ta có thể tính tốn sơ bộ được
thời gian cập nhật đầu vào ra của PLC để có thể tính tốn sai số của hệ thống trong q

trình viết chương trình.
Về mặt nguyên tắc chung thì thứ tự thực hiện lệnh trên PLC S7 - 1200 sẽ là từ
trên xuống dưới và từ trái qua phải. Tuy nhiên thường phải tuân theo một số quy định
như sau:
Trong cùng một nhánh thì những lệnh ở bên trái sẽ được thực hiện trước sau đó
tới các lệnh ở bên phải. Thứ tự thực hiện lệnh sẽ lần lượt là 1-2-3 như đánh số.

Hình 2.1. Thứ tự thực hiện lệnh trên PLC S7-1200
Nếu ở hai nhánh khác nhau thì ưu tiên lệnh đầu ra ở nhánh trên trước. Ví dụ như hình
thì thứ tự thực hiện lệnh sẽ là:

Hình 2.2. Thứ tự thực hiện lệnh trên PLC S7-1200
2.2 Các tập lệnh cơ bản
2.2.1. Lệnh Logic với bit

Ta có thể kết nối các tiếp điểm với nhau và tạo ra mạch logic kết nối. Nếu bit
đầu vào mà ta chỉ rõ sử dụng bộ định danh I (đầu vào) hay Q (đầu ra), giá trị bit sẽ
được đọc từ một thanh ghi ảnh tiến trình. Các tín hiệu tiếp điểm vật lý trong tiến trình
điều khiển được nối đến các đầu cực I trên PLC. CPU quét các tín hiệu đầu vào được
nối và cập nhật liên tục các giá trị tương ứng trong thanh ghi đầu vào ảnh tiến trình.
Ta có thể ghi rõ một kết quả tức thời của một đầu vào vật lý bằng cách sử dụng
“:P” theo sau sự dịch chỉnh I (ví dụ: “%I3.4:P”). Đối với một kết quả tức thời, các giá
trị dữ liệu bit được đọc một cách trực tiếp từ đầu vào vật lý thay vì từ ảnh tiến trình.
Một kết quả tức thời thì khơng cập nhật ảnh tiến trình.


Thông số
IN

Kiểu dữ liệu

Bool

Miêu tả
Bit được gán giá trị

 Tiếp điểm thường hở NO (Normally Open) được đóng lại (ON) khi giá trị bit
được gán bằng 1.
 Tiếp điểm thường đóng NC (Normally Closed) được đóng lại (ON) khi giá trị
bit được gán bằng 0.
 Các tiếp điểm được nối nối tiếp sẽ tạo ra mạch logic AND.
 Các tiếp điểm được nối song song sẽ tạo ra mạch logic OR Các hộp FBD:
AND, OR và XOR
Trong lập trình FBD, các mạng tiếp điểm LAD được chuyển đổi thành các mạng
dùng các khối logic AND (&), OR (> = 1) và OR loại trừ (XOR) mà ta có thể chỉ rõ các
giá trị bit cho các đầu vào và đầu ra của hộp. Ta cịn có thể kết nối đến các hộp logic
khác và tạo ra một tổ hợp liên hợp logic riêng. Sau khi hộp được đặt trong mạng, ta có
thể kéo cơng cụ “Insert binary input” từ thanh cơng cụ “Favorites” hay từ cây lệnh và
sau đó thả nó lên trên phía đầu vào của hộp để thêm nhiều đầu vào. Ta cịn có thể nhấp
chuột phải lên bộ kết nối đầu vào của hộp và chọn “Insert input”.
Các đầu vào và đầu ra của hộp có thể được kết nối đến một hộp logic khác, hay
ta có thể nhập vào một địa chỉ bit hay tên ký hiệu bit đối với một đầu vào chưa được kết
nối. Khi lệnh trong hộp được thực thi, trạng thái đầu vào hiện tại được áp dụng cho mạch
logic hộp nhị phân và nếu đúng thì đầu ra của hộp sẽ là đúng.

Thông số

Kiểu dữ liệu

Miêu tả


IN1, IN2

Bool

Bit đầu vào

 Tất cả các đầu vào của hộp AND phải là “TRUE” để đầu ra là “TRUE”.
 Bất kỳ đầu vào nào của hộp OR phải là “TRUE” để đầu ra là “TRUE”.
 Một số lẻ các đầu vào của hộp XOR phải là “TRUE” để đầu ra là “TRUE”.
Bộ đảo logic NOT
Đối với lập tình FBD, ta có thể kéo cơng cụ “Negate binary input” từ thanh
công cụ “Favorites” hay từ cây lệnh và sau đó thả nó lên một đầu vào hay đầu ra để
tạo ra một bộ đảo logic trên bộ kết nối của hộp đó.