HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CƠ - ĐIỆN
------------

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO QUY
TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA”

Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Lớp

: Ths.Đặng Thị Thúy Huyền
: Nguyễn Đăng Minh
: K59 – TĐHB

MSV

: 597745


Hà Nội-2022LỜI CẢM ƠN

Mơn học được hồn thành tại Bộ mơn Tự động hóa- Khoa Cơ Điện- Học
Viện Nơng Nghiệp Việt Nam dưới sự hướng dẫn của Ths. Đặng Thị Thúy Huyền
Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cơ trong bộ mơn Tự động hóa
cùng các thầy cô trong khoa Cơ- Điện Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam đã tận
tình dạy dỗ em những kiến thức chuyên mơn làm cơ sở để em hồn thành mơn

học và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn tất chương trình học.
Và em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới cô Đặng Thị Thúy Huyền đã
trực tiếp hướng dẫn khoa học, và các bạn về những đóng góp q báu trong q
trình thực hiện mơn học.
Trong q trình nghiên cứu và hồn thành mơn học, vì thời gian có hạn,
nên khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của
q Thầy Cơ và bạn bè.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2022

Sinh viên

Nguyễn Đăng Minh

2

2


MỤC LỤC

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
1.Khái niệm chung về Bộ Điều Khiển
Hệ thống điều khiển vịng kín có thể được định nghĩa là hệ thống có vịng phản
hồi (hoặc) hệ thống điều khiển sử dụng tín hiệu phản hồi để tạo ra đầu ra. Sự ổn
định của hệ thống này có thể được kiểm sốt bởi một hệ thống phản hồi. Vì vậy,
bằng cách xây dựng một hệ thống phản hồi, bất kỳ hệ thống điều khiển vịng hở

nào cũng có thể được thay đổi thành vịng kín.
Sơ đồ khối
Sơ đồ khối của hệ thống vịng kín được hiển thị bên dưới. Các phần tử cơ bản
của hệ thống điều khiển vịng kín bao gồm bộ phát hiện lỗi, bộ điều khiển, các
phần tử phản hồi & bộ nguồn.
Hệ thống điều khiển bao gồm một vòng phản hồi, thì hệ thống được gọi là hệ
thống điều khiển phản hồi. Vì vậy đầu ra có thể được kiểm sốt chính xác bằng
cách cung cấp phản hồi cho đầu vào. Loại hệ thống điều khiển này có thể bao
gồm nhiều phản hồi.

3

3


Sơ đồ khối điều khiển hồi tiếp
Trong sơ đồ trên, bộ phát hiện lỗi tạo ra một tín hiệu lỗi, vì vậy đây là sự biến
đổi của đầu vào cũng như tín hiệu phản hồi. Tín hiệu phản hồi này có thể nhận
được từ các phần tử của phản hồi trong hệ thống điều khiển bằng cách coi đầu ra
của hệ thống là đầu vào. Là một thay thế cho đầu vào, tín hiệu lỗi này có thể
được đưa ra làm đầu vào của bộ điều khiển.
Do đó, bộ điều khiển tạo ra một tín hiệu kích hoạt để điều khiển nhà máy. Theo
cách sắp xếp này, đầu ra của hệ thống điều khiển có thể được điều chỉnh tự động
để có được đầu ra mong muốn.
Do đó, các hệ thống này cịn có tên là hệ thống điều khiển tự động. Ví dụ tốt
nhất về hệ thống điều khiển vịng kín là hệ thống điều khiển đèn giao thơng bao
gồm một cảm biến ở đầu vào.
2.Các loại hệ thống kiểm sốt vịng lặp kín
Hệ thống điều khiển vịng kín được phân thành hai loại tùy thuộc vào bản chất
của tín hiệu phản hồi như tín hiệu hồi tiếp dương và tín hiệu hồi tiếp âm.

Tín hiệu hồi tiếp dương
4

4


Hệ thống vịng kín bao gồm một tín hiệu phản hồi dương có thể được kết nối với
đầu vào của hệ thống được gọi là hệ thống hồi tiếp dương. Hệ thống này còn
được đặt tên là phản hồi tái tạo.

Hồi tiếp dương
Ví dụ tốt nhất về phản hồi tích cực này trong các mạch điện tử là hoạt động của
một bộ khuếch đại. Bởi vì vịng lặp này bằng cách kết nối một số phần của điện
áp đầu ra với đầu vào của thiết bị đầu cuối không đảo qua một vịng phản hồi sử
dụng điện trở.
Tín hiệu hồi tiếp âm
Hệ thống vịng kín bao gồm một tín hiệu phản hồi âm có thể được kết nối với
đầu vào của hệ thống được đặt tên là hệ thống phản hồi âm. Những loại hệ thống
này rất ổn định và cũng tăng cường sức mạnh.

5

5


Hồi tiếp âm
Trong khi phản hồi tích cực có xu hướng dẫn đến sự không ổn định thông qua
tăng trưởng theo cấp số nhân, dao động hoặc hành vi hỗn loạn, hồi tiếp âm
thường thúc đẩy sự ổn định. Hồi tiếp âm có xu hướng thúc đẩy sự ổn định về
trạng thái cân bằng và làm giảm tác động của sự nhiễu loạn. Các vòng hồi tiếp

âm chỉ cần áp dụng lượng hiệu chỉnh phù hợp với thời gian tối ưu có thể rất ổn
định, chính xác và nhanh nhạy.
Phản hồi âm được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật cơ khí và điện tử, cũng như và
có thể được nhìn thấy trong nhiều lĩnh vực khác từ hóa học, kinh tế học đến các
hệ thống vật lý như khí hậu. Hệ thống hồi tiếp âm nói chung được nghiên cứu
trong kỹ thuật hệ thống điều khiển.
Ví dụ về hệ thống điều khiển vịng kín
Hiện tại cùng với sự phát triển cơng nghệ, thì có nhiều loại thiết bị điện- điện tử
sử dụng hệ thống điều khiển vịng kín. Tiêu biểu như một số ví dụ sau đây mà
chắc chúng ta cũng đã biết và quá quen thuộc với nó. Ví dụ như:

6

6


•

Trên servo, có thể đạt được sự ổn định điện áp bằng cách đưa ra phản
hồi điện áp đầu ra cho hệ thống

Ví dụ về hồi tiếp vịng kín trên servo
•

Trong bộ điều khiển mực nước, mức nước có thể được quyết định bởi
nước đầu vào thông qua các cảm biến đo mức nước

•

Hệ thống tự điều chỉnh nhiệt độ của phịng.


•

Tốc độ động cơ có thể được kiểm sốt bằng cách sử dụng máy đo tốc
độ hoặc cảm biến dòng, nơi cảm biến phát hiện tốc độ động cơ và gửi
phản hồi đến hệ thống điều khiển để thay đổi tốc độ của nó.

•

Bàn ủi điện tự động có thể được điều khiển tự động bằng nhiệt độ của
bộ phận làm nóng trong bàn ủi.

7

7


•

Một số ví dụ khác về các hệ thống này bao gồm máy điều nhiệt, hệ
thống năng lượng mặt trời, bệ phóng tên lửa, động cơ tự động, máy
nướng bánh mì tự động, hệ thống điều khiển nước sử dụng tuabin.

3. Ưu nhược điểm hệ thống điều khiển vịng kín
-Ưu điểm:
•

Các hệ thống này rất chính xác và ít lỗi hơn

•


Các lỗi có thể được sửa chữa thơng qua tín hiệu phản hồi

•

Băng tần cao

•

Nó hỗ trợ tự động hóa tốt hơn

•

Chúng khơng bị ảnh hưởng bởi nhiễu.

-Nhược điểm:

8

•

Việc thiết kế hệ thống này rất phức tạp

•

Chi phí đầu tư xây dựng hệ thống rất đắt

•

Bảo trì thường tốn cơng và cần thiết


•

Hệ thống điều khiển dao động đơi khi do tín hiệu phản hồi

•

Cần nhiều thời gian và cơng sức trong thiết kế và thử nghiệm hệ thống

8


CHƯƠNG II. PLC VÀ VI ĐIỀU KHIỂN
1.PLC
1.1 Khái niệm
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình được (khả
trình) 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. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào)
tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các
sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC
hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự
thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngơn ngữ lập trình của PLC có thể là
Ladder hay State Logic. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC
như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron,
Honeywell…
Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển
bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp”
trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín
hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.


9

9


1.2 Cấu trúc và ngun lí hoạt động

Hình 1-Cấu trúc PLC
-Cấu trúc của PLC
Tất cả các PLC đều có thành phần chính là: Một bộ nhớ chương trình RAM bên
trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngồi EPROM). Một bộ vi xử lý có
cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC. Các Modul vào /ra.
Bên cạnh đó, một bộ PLC hồn chỉnh cịn đi kèm thêm một đơn vị lập trình
bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ
RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hồn thiện hay bổ sung. Nếu đơn vị
lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phịng, chỉ khi
nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang
bộ nhớ PLC. Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ
cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình. Các đơn vị lập trình nối với PLC
qua cổng RS232, RS422, RS485, …
-Nguyên lý hoạt động của PLC
10

10


CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra
chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong
chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới

các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ
thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín
hiệu song song:
•

Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác
nhau.

•

Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.

•

Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và
điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.

Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông
qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho
phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ
chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của
8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ
liệu từ Data bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu
trình hoạt động của PLC. Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương
ứng trong một thời gian hạn chế.
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên
cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ. Xung này
quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng

hồ của hệ thống.
11

11


Bộ nhớ- PLC
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp: Làm bộ định thời cho các
kênh trạng thái I/O. Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định
thời, đếm, ghi các Relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí
trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ. Địa
chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử
lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo.
Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá
trình này được gọi là quá trình đọc.
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có
khả năng chứa 2.000 – 16.000 dịng lệnh, tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các
bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng.
•

RAM(Random Access Memory) có thể nạp chương trình, thay đổi hay
xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu
nguồn điện ni bị mất. Để tránh tình trạng này các PLC đều được
trang bị một pin khơ, có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho
RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được dùng để khởi
tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn.

•


EPROM(Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà
người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào
được. Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn
sẵn trong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn.
Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm
EPROM gắn bên trong PLC. Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi và
xóa EPROM.

12

12


•

EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)
liên kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định.
Nội dung của nó có thể được xóa và lập trình lại, tuy nhiên số lần lưu
sửa nội dung là có giới hạn.

•

Mơi trường ghi dữ liệu thứ tư là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng
trong máy lập trình. Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên
thường được dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian
dài.

Kích thước bộ nhớ:
•


Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 -1.000 dịng lệnh tùy vào cơng
nghệ chế tạo.

•

Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K – 16K, có khả năng chứa từ
2.000 -16.000 dịng lệnh.

Ngồi ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM.
Các ngõ vào ra I / O
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul (các đầu vào của
PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra (các đầu ra của PLC).
Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là
12/24VDC hoặc 100/240VAC. Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển
thị trạng thái của các kênh I / O được cung cấp bởi các đèn LED trên LC, điều
này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản hơn.
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc
đóng hay ngắt mạch ở đầu ra.
1.3 Ưu nhược điểm và ứng dụng
-Ưu điểm của PLC
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển
bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:
13

13


•

Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học.


•

Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.

•

Hồn tồn tin cậy trong mơi trường cơng nghiệp.

•

Giá cả cá thể cạnh tranh được.

•

PLC hiện nay được chế tạo và cải tiến Gọn nhẹ để người dùng có thể
dễ dàng bảo quản và sửa chữa.

•

Các PLC đời mới hiện nay có các Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể
chứa được những chương trình phức tạp nhiều đầu In và Out.

•

PLC hiện nay được cải tiến qua nhiều năm nên có thể hồn tồn tin cậy
trong mơi trường tủ bảng điện cơng nghiệp.

•


Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối
mạng, các mơi Modul mở rộng đáp ứng được cuộc cách mạng cơng
nghiệp 4.0. Do có sử cải tiến nhỉ gọn Nên Giá bán của PLC rất tốt để
có cơ hội cho các doanh nghiệp nhỏ có thể tiếp cận một cách dễ dàng.

-Nhược điểm
•

Địi hỏi người sử dụng phải có trình độ chun mơn cao.

•

Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập
trình.

-Ứng dụng

Từ những ưu điểm vượt trội trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong nền
công nghiệp với rất nhiều lĩnh vực như:
+ Công nghệ sản xuất: sản xuất giấy, sản xuất thuỷ tinh, sản xuất xi măng, sản
xuất xe ôtô, sản xuất vi mạch, may công nghiệp, lắp giáp Tivi, chế tạo linh kiện
bán dẫn, đóng gói sản phẩm
+ Xử lý hoá học, Chế biến thực phẩm
+ Hệ thống nâng vận chuyển
+ Điều khiển hệ thống đèn giao thông
+ Quản lý tự động bãi đậu xe
14

14



+ Hệ thống báo động….
2.Một số loại PLC
2.1 PLC S7 200
S7-200 có từ 6 đầu vào/4 đầu ra số (CPU221) đến 24 đầu vào/16 đầu ra số
(CPU226). Ta có thể mở rộng số đầu vào/ ra nhờ các module mở rộng. Trong bộ
lệnh của S7-200 có đầy đủ các lệnh bit Logic, so sánh, bộ đếm, dịch/quay các
thanh ghi, timer cho phép lập trình cho các ứng dụng điều khiển Logic một cách
dễ dàng.

PLC S7-200 của SIEMENS thuộc vào nhóm các PLC loại nhỏ vì chỉ có thể quản
lý một số lượng đầu vào/ra ít, bộ nhớ chương trình và dữ liệu nhỏ, sử dụng các
ngơn ngữ lập trình như STL (Statement List), LAD (Ladder Logic), FBD
(Funtion Block Diagrams). Tuy nhiên, PLC S7-200 lại được tích hợp sẵn các
tính năng phong phú, do vậy nó có khả năng đáp ứng được các u khác nhau
của máy móc, thiết bị cơng nghiệp.
Cấu tạo PLC S7 200
S7-200 có từ 6 đầu vào/4 đầu ra số (CPU221) đến 24 đầu vào/16 đầu ra số
(CPU226). Có thể mở rộng số đầu vào ra nhờ các module mở rộng. Các đầu vào
15

15


của S7-200 sử dụng mức 24 VDC rất thích hợp cho việc kết nối với các cảm
biến tiệm cận hay cảm biến quang. PLC cũng có ln đầu cấp nguồn 24 VDC
cho các đầu vào, có bảo vệ q dịng.
Đầu ra có hai sự lựa chọn: đầu ra transistor cho ra điện áp DC phù hợp với các
ứng dụng như hút van 24 VDC chiều công suất nhỏ, relay trung gian.., đặc biệt
là đầu ra kiểu này có thể sử dụng để phát ra xung cho chức năng PTO hay

PWM.
Chức năng của PLC S7 200
Chức năng chính của PLC là để điều khiển Logic, điều khiển tuần tự, liên động.
Trong bộ lệnh của S7-200 có đầy đủ các lệnh bit Logic, so sánh, bộ đếm,
dịch/quay các thanh ghi, timer cho phép lập trình cho các ứng dụng điều khiển
Logic một cách dễ dàng. Đặc biệt nó có các lệnh phát hiện ra các sườn xung cho
phép ta xử lý thời điểm chuyển trạng thái của tín hiệu. Nếu cần xử lý các thời
điểm chuyển trạng thái nhanh hơn ta có thể sử dụng ngắt.

Bên trong S7-200 có tích hợp một đồng hồ thời gian thực. Ta có thể sử dụng nó
cho các ứng dụng điều khiển thời gian dài hay các ứng dụng mà việc điều khiển
phụ thuộc vào thời gian trong ngày (như điều khiển đèn giao thông) hay có thể
theo mùa trong năm (đèn chiếu sáng).

16

16


Về mặt xử lý tốn học, S7-200 có cả các lệnh toán học cho số nguyên và số
thực. Số thực có các lệnh cộng, trừ, nhân, chia, tăng, giảm cho số nguyên thường
và số nguyên 4 byte. Số thực có các lệnh cộng, trừ, nhân, chia, sin, cos, tan, ln,
exp và đặc biệt là lệnh PID cho điều khiển vòng kín. Các lệnh trên đủ để xử lý
các số liệu trong các ứng dụng điều khiển đơn giản, tuy nhiên để thực hiện
chúng tốn khá nhiều thời gian của PLC. Lệnh PID sử dụng để điều khiển vịng
kín cho các đầu vào/ra tương tự, ra PWM và các dữ liệu khác.
Do thời gian thực hiện lệnh PID lâu cho nên S7-200 chỉ có khả năng thực hiện
vài vịng kín với thời gian lấy mẫu từ vài ms đến vài trăm ms thoả mãn cho các
ứng dụng biến thiên chậm (điều khiển nhiệt độ..). Nếu ta đặt thời gian lấy mẫu
nhỏ hay thực hiện nhiều vịng kín có thể dẫn đến quá tải PLC và làm PLC bị lỗi.

Để đơn giản cho việc lập trình điều khiển vịng kín, MicroWin có cơng cụ cho
phép người dùng khai báo dễ dàng.
Ngồi các bộ đếm bằng phần mềm thực hiên theo chu kỳ qt của chương trình,
S7-200 có các bộ đếm bằng phần cứng (HSC-High speed counter). Có tối đa 6
bộ HSC trong S7-200, ta có thể lập trình nó theo 1 trong 13 chế độ khác nhau để
đếm thuận/nghịch hay bộ đếm hai pha (dùng cho Encoder) với các đầu vào điều
khiển.
Tần số cao nhất mà các bộ đếm này có thể đếm được là 30 kHz với xung 1 pha
và 20 kHz với xung hai pha. Các bộ đếm này cho phép S7-200 có thể kêt nối với
các máy phát tốc xung để đo tốc độ động cơ, hay với Encoder để đo tốc độ và
chiều quay cũng như đo khoảng di chuyển trong các máy gia cơng cơ khí.
Ứng dụng của PLC S7 200
S7-200 có hai đầu ra xung tại Q0.0 và Q0.1 mà nó có thể sử dụng để phát ra
PulseTrain Output (PTO) hay Pulse Width Modulation (PWM). Với chức năng
PWM ta có thể dùng nó để điều khiển điện áp ra với các ứng dụng có cơng suất
lớn bằng các thay đổi tỉ lệ giữa thời gian bật (Ton) và thời gian tắt (Toff). Độ
17

17


phân giải của thời gian này là 1ms. Nó sử dụng cho điều khiển tốc độ động cơ
một chiều hay điều khiển nhiệt độ. Với chức năng PTO ta có thể lập trình để đầu
ra bắn ra một số xung vng với tần số nào đó. Các xung này có thể chia ra
thành nhiều đoạn với tần số có thể tăng dần hay giảm dần. Nó thích hợp cho các
ứng dụng như là điều khiển động cơ bước chẳng hạn.

S7-200 có một hay hai cổng thơng tin sử dụng chuẩn RS-485. Các cổng này có
thể làm việc ở chế độ PPI (Point to Point Interface), MPI (Mulipoint Interface)
hay chế độ Free Port. Ở chế độ PPI hay MPI cho phép S7-200 có thể kết nối với

máy lập trình để truyền/nạp chương trình hay sử dụng các tiện ích khác. Nó
cũng cho phép các PLC kết nối với nhau để trao đổi dữ liệu hay kết nối với các
màn hiển thị khác (TD200, OP3, OP7….).
Một số S7-200 có tích hợp sẵn cổng Profibus hay sử dụng một module mở rộng.
Nó cho phép S7-200 có thể tham gia vào mạng Profibus như là một Slave thông
minh. Ở chế độ Free port người dùng có thể tự do định nghĩa và lập trình cổng
thơng tin cho ứng dụng của mình để có thể kết nối S7-200 với vi điều khiển,
máy tính hay các thiết bị khác (bar code, printer…). Ta cũng có thể dùng tiện ích
18

18


có sẵn trong MicroWin để khai báo cho S7-200 thực hiện giao thức USS để kết
nối với các biến tần của SIEMENS hay giao thức ModBus.

19

19


2.2 PLC S7-300
•

PLC S7-300 là thiết bị điều khiển logic khả trình cỡ trung bình.

•

Được thiết kế theo người anh S7-200 và được bổ sung thêm nhiều tính
năng tối ưu và mạnh mẽ hơn.


•

Kết cấu theo kiểu các module sắp xếp trên các thanh rack.

Một số sản phẩm PLC S7-300:

6EP3321-6SB00-0AY0

20

20


6ES7307-1BA01-0AA0

6ES7313-5BG04-0AB0

21

21


S7-300 là một thiết bị có khả năng linh hoạt, khi có thể sử dụng cho các ứng
dụng từ vừa tới lớn như:
•

Điều khiển robot cơng nghiệp

•


Hệ thống xử lý nước sạch

•

Điều khiển trong các cẩu trục

•

Điều khiển dây chuyền băng tải

•

Máy chế tạo cơng cụ

•

Máy dệt may v.v…

Cấu hình của SIEMENS PLC S7-300
CPU
•

Chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời gian, bộ đếm,
cổng truyền thơng (RS485)… và có thể có vài cổng vào/ra số onboard.

•

PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, được đặt tên theo bộ vi xử
lý có trong CPU như CPU312, CPU314, CPU315, CPU316,

CPU318…

•

Với các CPU có hai cổng truyền thơng, cổng thứ hai có chức năng
chính là phục vụ việc nối mạng phân tán có kèm theo những phần mềm
tiện dụng được cài đặt sẵn trong hệ điều hành. Các loại CPU này được
phân biệt với các CPU khác bằng tên gọi thêm cụm từ DP. Ví dụ
Module CPU 314C-2DP…

22

22


Các khối chức năng bên ngoài CPU S7-300
Các CPU khác nhau thì các thành phần trên khơng giống nhau, cụ thể các thành
phần trong từng module như hình dưới:

23

23


Sự khác nhau các khối bề ngoài của CPU S7-300
Một số đặc tính kỹ thuật của một số CPU S7-300

Module Mở Rộng:
Các module mở rộng của PLC S7-300 chia làm 5 loại:
•


Power Supply (PS): module nguồn ni, có 3 loại là 2A, 5A và 10A.

•

Signal Module (SM): module tín hiệu vào ra số, tương tự.

•

Interface Module (IM): module ghép nối, ghép nối các thành phần mở rộng lại
với nhau. Một CPU có thể làm việc trực tiếp nhiều nhất 4 rack, mỗi rack tối đa 8
Module mở rộng và các rack được nối với nhau bằng Module IM.

•

Function Module (FM): module chức năng điều khiển riêng. Ví dụ module điều
khiển động cơ bước, module điều khiển PID

•

Communication Processor (CP): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa
các bộ PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.

•

Ngơn ngữ lập trình

24

24



•

PLC S7-300 được lập trình qua các ngơn ngữ như: Step 7 (LAD/FBD/STL),

•

SCL, GRAPH, HiGrap
Dạng LAD: Phương pháp hình thang, thích hợp với những người quen thiết kế

•

mạch điện tử logic.
Dạng STL: Phương pháp liệt kê. Là dạng ngôn ngữ lập trình thơng thường của
máy tính. Mỗi một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh, mỗi câu lệnh có

•

cấu trúc chung gồm “tên lệnh + toán hạng”.
Dạng FBD: Phương pháp hình khối. Là kiểu ngơn ngữ đồ họa dành cho người

•

có thói quen thiết kế mạch điều khiển số.
Dạng SCL: Có cấu trúc gần giống với ngơn ngữ dạng STL nhưng được phát
triển nhiều hơn. Nó gần giống với các ngơn ngữ bậc cao như Pascal để người lập
trình dễ thao tác.
2.3 PLC S7-1200
S7-1200 ra đời năm 2009 dùng để thay thế dần cho S7-200. So với S7-200 thì

S7-1200 có những tính năng nổi trội hơn.
– S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp những
giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200
– S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.

25

25