NGƠ THANH QUYỀN (chủ biên)

NGUYỄN ANH TUẤN

GIÁO TRÌNH

KỸ THUẬT
■ LẬP
■ TRINH PLC


NGƠ THANH QUN (Chủ biên) - NGUYỀN ANH TUẤN

Giáo trình

KỶ THUẬT LẬP TRÌNH

PLC
TRNG ĐAI HỌC CỒNG NGHtỆP TP.HCM

. THƯ VIÊNMÃ VẠCH

.......

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
THÀNH PHỐ HỊ CHÍ MINH


Lời nói đầu

Lịi nói đầu

■

Nhớ lại thời tơi đang học đại học và sau khi ra trường giai đoạn năm 2003 trở
về trước, khả năng ứng dụng của bộ điều khiển logic khả ừình trên thế giới
đã phát triển rất mạnh mẽ. Tuy nhiên, ở Việt Nam trong lĩnh vực giáo dục
cũng như ở các cơng ty bên ngồi thì mới bắt đầu biết đến đến và ứng dụng
bộ điều khiển logic khả trình ở mức độ đơn giản và rất hạn chế.
Kể từ năm 2003 cho đến nay, bộ điều khiển logic khả trình được sử dụng hầu
như trong tất cả các lĩnh vực khác nhau ở dạng này hay dạng khác, để đáp ứng
được xu thế phát ưiễn chung, hầu hết các trường đại học xem bộ điều khiển ’
logic khả trình là mơn học cho sinh viên ngành điện đặc biệt không thể thiếu
cho sinh viên điều khiển tự động. Đe phục vụ cho việc đào tạo bên canh trang
thiết bị phần cứng, giáo trình là một phần khơng thể thiểu trong qua trình đào
tạo.
Cho đến nay, rất nhiều giảo trình được xuất bân nhằm cung cấp cho người
học cái nhìn tồn diện về lý thuyết, lập trình ứng dụng thực tế cơ bản và nâng
cao. Nhìn chung hầu hết các giáo ưình chú trong cung cấp cho người đọc các
kiến thực liên quan về kết nối, lập trinh điều khiển cho từng hãng PLC khác
nhau chẳng hạn như Siemens, Mitsubishi, ABB, Schneider, ...Với cách tiếp
cận này, ưu điểm giúp người đọc có thể dễ dàng ứng dụng hãng PLC đã giới
thiệu vào ứng dụng thực tế. Tuy nhiên, với cách tiếp cần này sẽ không cung
cấp cho người đọc có cái nhìn tồn diện về lý thuyết, ứng dụng thực tế về tất
cả các khía cạnh chung của PLC và các thiêt bị liên quan.
Trong giáo trình này, chủng tơi muốn cung cấp cho người đọc có cái nhìn
tổng quan về tất cả các khía cạnh liên quan về PLC chẳng hạn như: tống quan,
cẩu trúc phần cứng, sơ đồ kết nối giao tiếp ngôn ngữ lập trình và tập lệnh của
PLC theo tiêu chuẩn IEC...Cuối cùng để cho người đọc hiểu rổ thêm ứng
dụng cụ thể của PTC thông qua hai hãng thông dụng Mitsubishi và Siemens
thơng qua ví dụ và hình ảnh minh họa cụ thể.

Đe có giáo trình này là một trải nghiệm nhiều năm trong lĩnh vực giáo dục,
học hỏi những tài liệu trong nước và nước ngoài của những người tham gia.
Vì vầy chúng tơi muốn cảm ơn các cơng ty và các tác giả đã giúp cho chúng
tơi có cuốn giáo trình hơm nay: Tài liệu được cung cấp bời PTC hãng
Mitsubishi, Siemens, đặc biệt tác giả Luis Bryan và Eric Bryan đã cho phép
chúng tôi sừ dụng mộ phần tài nguyên trong Programmable controllers:
theory and implementation
Chúng tôi hy vọng ràng cuốn sách này là một công cụ học tập và tham khảo
q giá. Chúng tơi đã cố gắng trình bày một cách có thể dễ hiếu nhất, tuy
nhiên, với sự thay đổi không giới hạn trong hệ thống điều khiển, chúng tôi
chắc chắn không thể cung cấp đầy đủ các ứng dụng PLC. Chi bạn, được trang
bị kiến thức thu được qua cuốn sách này, mới có thể khám phá giới hạn thực
sự của bộ điều khiển logic khả trình.


ii

Lời nói đầu

1 Làm thế nào để sii dụng cuốn giáo trình này
Chào mừng bạn đến với Bộ điều khiển có thể lập trình: Lý thuyết và Triển
khai. Trước khi bạn bắt đầu đọc, vui lòng xem lại các chiến lược sau để sử
dụng cuốn sách này. Bằng cách làm theo các chiến lược nghiên cứu này, bạn
sẽ hiểu kỳ hơn thơng tin được trình bày trong vãn bản và do đó, có thể áp
dụng kiến thức này vàọ các tình huống thực tế tốt hơn.
r

*

Khi băt đâu đọc mơi chuông

Trước khi bạn bắt đầu một chương, hãy đọc đoạn tóm tắt những nội dụng
chính ở đầu chương. Đoạn này sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan về
những gì bạn sẽ học, cũng như giải thích cách thơng tin được trình bày trong
chương phù hợp với những gì bạn đã học và những gì bạn sẽ học.
Khi bạn gặp một bài tập, hãy cố gắng tự giải quyết vẩn đề trước khi xem lời
giải. Bằng cách này, bạn sẽ xác định được chủ đề nào bạn hiểu và chủ đề nào
bạn nên nghiên cứu thêm

Khi bạn kết thúc tùng chuông
Vào cuối mỗi chương, hãy xem qua danh sách các thuật ngữ chính để đảm
bảo rằng bạn hiểu tất cả các chủ đề quan trọng được trình bày trong chương.
Nếu bạn không chắc chắn về một thuật ngữ, hãy xem lại nó trong văn bản.

Xem lại các bài tập để đảm bảo rằng bạn hiểu logic và phương trình liên quan
trong mỗi bài tốn. Ngồi ra, hãy xem lại sách bài tập và hướng dẫn học tập,
đảm bảo rằng bạn có thể giải quyết tất cả các vấn đề một cách chính xác.
Khi bạn chắc chắn ràng bạn đã hiểu cặn kẽ thơng tin đã được trình bày, bạn
đã sẵn sàng chuyển sang chương tiếp theo.


iỉi

Mục lục

MỤC LỤC
Lời nói đầu................................................................................................................ i

Làm thế nào để sử dụng cuốn sách này............................................
Chưoug 1


ii

Giói thiệu về bộ điều khiên lập trình

1.1

Khái niệm.................................................................................................................. 1

1.2

Lịch sử phát triển...................................................................................................... 1

1.3

Bộ điều khiến lập trình trong tương lai.......................................................

4

1.4

Nguyên lý hoạt động...............................................

4

1.5

Kết nối với các thiết bị điều khiển khác................................................................ 6

1.6


Các dòng sản phẩm ứng dụng của PLC................................................................ 9

1.7

Sơ đồ ladder và PLC..............................

1.8

Ưu điểm của PLC................................................................................................... 11

Chuông 2

...9

Hệ thống sỗ và mã

2.1

Hệ thống số............................................................................................................ 17

2.2

Hệ thống số thập phân........................................................................................... 17

2.3

Chuyển đổi hệ thống số......................................................................................... 22

2.4


Dạng bù một và bù hai........................................................................................... 24

2.5

Mã nhị phân........................................................................................................... 25

2.6

Định dạng thanh ghi word.....................................................................................29

('hương 3

3.1

3.2
„3.3
Chuong 4

Khái niệm về Logic
Khái niệm về số nhị phân...............................................................

32

Các chức năng logic............................................................................................... 33

Mạch PLC và mối quan hệ với các kí hiệu logic................................................39
Vi xứ lý, nguồn và thiết bị lập trình

4.1


Giới thiệu................................................................................................................ 48

4.2

Bộ xử lý................................................................................................................... 49

4.3

Chu kì qt.........................................................

4.4

Kiểm tra và chẩn đốn lỗi..................................................................................... 55

4.5

Nguồn cung cấp..................................................................................................... 60

4.6

Thiết bị lập trinh..................................................................................................... 65

Chng 5

51

Hệ thống nhó và giao tiếp I/O

5.1


Tổng quan về bộ nhớ............................................................................................. 69

5.2
5.3

Các loại bộ nhớ...................................... ................... . ................................ . ........ 69

5.4

Tổ chức bộ nhớ và tương tác I/O.......................................................................... 75

5.5

Cấu hình bộ nhớ PLC - địa chỉ I/O......................................................................81

Cấu trúc và dung lượng bộ nhớ............................................................................. 72


iv

Mục lục

5.6

Tổng hợp về bô nhớ, quét và tương tác I/O......................................................... 85

5.7

Điều chỉnh bộ nhớ...............................................................................


Chương 6

88

Hệ thống vào/ra số

6.1

Giới thiệu về hệ thống ngõ vào - ra số................. ............................................... .89

6.2

Rack I/O và bảng sơ đồ....................................................................................... .90

6.3

Hệ thống I/O điều khiển từ xa...............................................................................95

6.4

Giới thiệu về các ngõ vào số cùa PLC.................................................................. 97

6.5

Các loại ngõ vào số............................

6.6

Tập lệnh của PLC cho những ngõ ra số.............................................................. 108


6.7

Ngõ ra sổ............................................................................................................... 110

6.8

Các thông số I/O....................................................................................................120

Chưong 7

100

Hệ thống vào/ra tng tự

7.1

Tổng quan về các tín hiệu tương tự.............. ....................................................... 123

7.2

Các lệnh mô-đun ngố vào tương tự..................................................................... 124

7.3

Mô tả dữ liệu ngõ vào tương tự............................................................................125

7.4

Xử lý dữ liệu ngõ vào tương tự............................................................................131


7.5

Kết nổi ngõ yào tương tự......................................................................................133

7.6

Tổng quan về ngố ra tương tự................................................................

7.7

Các lệnh mô - đun ngõ ra tương tự..................................................................... 135

7.8

Biểu diễn dữ liệu ngõ ra tương tự.........................................................................136

7.9

Xử lý dữ liệu ngõ ra tương tự.............................................................

7.10 Kết nối ngõ ra tương tự...........................................
Chuông 8

8.1

134

139

144


Chức năng I/O dặt biệt và truyền thông
Giới thiệu các mô đun I/O đặc biệt..................................................................... 145

; 8.2 Mô đun số đặc biệt................................................................................................ 146
8.3

Mô đun tương tự đặc biệt, cặp nhiệt, PID...........................................................150

8.4

Mô đun điều khiển chuyển động..........................................................................155

8.5

Các mơ đun ACSII, máy tính, kết nốimạng...................................................... 161

Chương 9

Ngơn ngữ lập trình

9.1

Giới thiệu về ngơn ngữ lập trình..............................................................

175

9.2

Ngơn ngữ lập trình PLC.......................................


176

9.3

Chương trình sử dụng ngơn ngữ ladder................................. :.......................... 180

9.4

Tập lệnh tiếp điểm rơ-le................................................................................... 186

9.5

Lập trình ngơn ngữ ladder................................................................................... 192

9.6

Các bộ timer và counter......................

200

9,7

Các lệnh Timer..............................................................

201

9.8

Lệnh bộ đếm......................................................................................................... 205


9.9

Lệnh điều khiển chương trình.............................................................................209


Mục lục

V

9.10 Tập lệnh số học...........................................
9.11

215

Các lệnh thao tác dữ liệu...................................................................................... 227

9.12 Các lệnh di chuyển dữ liệu.................................................................................. 238
Phụ lục
Phụ lục 1

ỉ

System Programming and Implementation
Large Batching Control Application.................................................. 252

II

Continuous Bottle-Filling Control..................................................................... 258


111

Analog Input Comparision and Data Linearization......................................... 260

IV

Analog Position Reading From An LVDT.....................

266

Chữ viết tắt và từ viết tắt.................................................................

274

Phụ♦ lục
■ 2


vi

Mục lục


Chương 1: Giới thiệu về bộ điều khiên lập trình

ỉ

Chương 1
GIỚI THIỆU VÊ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
Chương này sẽ giới thiệu cho người đọc những vấn đề cơ bản về bộ điều khiển lập trình. Từ

đó, bạn sẽ cỏ một cái nhìn tổng thể về bộ điều khiển lập trình, cùng với lịch sử hình thành và phát
triển của nó. Chúng ta cũng sẽ so sánh bộ điều khiển lập trinh với các bộ điều khiển khác để làm
nôi bật những ưu và nhược điểm của chúng. Sau khi học xong chương này, bạn sẽ hiểu các nguyên
tấc cơ bản của bộ điều khiển lập trình.
,

Khái niệm
•
Bộ điểu khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) cịn được gọi là bộ điều khiển
logic khả trình hoặc là thiết bị có phần cứng cùng họ hệ thống máy tính, sử dụng phần mềm là
chương trình được tích hợp bởi các lệnh logic để thực hiện chức năng điều khiển thay cho các thiết
bị cơ điện (Relay, Timer, Counter,...). Nó có khả năng lưu trữ, xử lý các thông tin về thời gian, bộ
đếm, tính tốn so học, thao tác dữ liệu và truyền thơng,... để kiểm sốt các máy móc và quy trinh
công nghiệp. Khái niệm của bộ điều khiển lập trình PLC được minh họa như hình 1.1.
1.1

(a) Cấu trúc tổng quan

(b) Hình ảnh minh họa cấu trúc thực tế

Hình 1.1 Khái niệm bộ điều khiển lập ưình

Bộ điều khiển lập trình có nhiều định nghĩa. Tuy nhiên, PLC có thế được coi là các máy tính
cơng nghiệp với cấu trúc được thiết kế đặc biệt giúp nó giao tiếp với các thiết bị bên ngoài (kết nối
với các thiết bị đầu vào/đầu ra - gọi tắc là thiết bị vào/ra). Bộ điều khiển lập trinh là bộ điều khiển
công nghiệp với các thiết ke dựa trên các nguyên tắc đơn giản và ứng dụng thực tiễn.
Lịch sử phát triển
Bộ phận nghiên cứu và phát triển của Tổng công ty General Motors đã đưa ra các tiêu chuẩn
thiết kế cho bộ điều khiển lập trình đầu tiên vào năm 1968. Mục tiêu chính cùa bộ điều khiển lập
trình là giảm chi phí cho các hệ thống điểu khiển cơ điện hoặc kỹ thuật số, tăng sự linh hoạt cho

hệ thống, lập trình và bảo trì một cách dễ dàng. Hệ thống điều khiển như vậy sẽ làm giảm thời gian
ngừng máy và có khả năng mở rộng cho tương lai. Một số thông số kỹ thuật ban đầu được đưa ra
bao gồm:
■ Hệ thống điều khiển mới phải có giá cả cạnh tranh với hệ thống sử dụng relay.

1.2

■ Hệ thống phải có khả năng làm việc trong mơi trường công nghiệp.
■ Giao diện đầu vào và đầu ra phải dễ dàng thay thế.
■ Bộ điều khiển phải được thiết kế theo dạng mơ-đun, để các bộ phận nhỏ có thể được tháo dỡ
dễ dàng để thay thế hoặc sửa chữa.


Chương J: Giới thiệu về bộ điều khiển lập trình

2

■ Hệ thống điều khiển có khả năng truyền dữ liệu đến trung tâm.
■ Hệ thống phải được tái sử dụng khi thay đổi yêu cầu công nghệ hoặc mở rộng.
■ Phương pháp và ngơn ngữ sử dụng để lập trình cho bộ điều khiển phải đơn giản, dễ hiểu.

1.2 .ỉ Bộ điều khiển khả trình đầu tiên
Năm 1969, bộ điều khiển lập trình đầu tiên đã ra đời. Những bộ điểu khiển ban đầu này đáp
ứng các yêu cầu kỹ thuật ban đầu và mở ra cánh cửa cho sự phát ừiển của công nghệ điều khiển
mới. Chúng đã đáp ứng được các yêu cầu về mô đun, khả năng mở rộng, lập ưình và dễ sừ dụng
trong mơi trường công nghiệp. Những bộ điều khiển này được lắp đặt dễ dàng, sử dụng ít khơng
gian hơn và có thể tái sử dụng lại được. Chương trình điều khiển sử dụng ngơn ngữ hình thang
(Ladder). Trong một khoảng thời gian ngắn, việc sử dụng bộ điều khiển lập trình bắt đầu lan truyền
sang các ngành khác. Đến năm 1971, bộ điều khiển lập trình đã được sử dựng trong hầu hết các
ngành công nghiệp khác như: thực phẩm và nước giải khát, kim loại, sản xuất bột giấy và giấy.


1.2.2 Ỷ tưởng thiết kế của bộ điều khiển khả trình
Các bộ điều khiển lập ưình đầu tiên được thiết kế chủ yểu lả dạng relay. Chức năng chính
của chúng là thực hiện các thao tác tuần tự. Các hoạt động này bao gồm điều khiển ON/OFF và
quy trình cơng nghệ cho các hoạt động lặp đi lặp lại, chẳng hạn như truyền động cho máy nghiền,
máy khoan. Chủng được lắp đặt dễ dàng, sử dụng ít khơng gian và năng lượng hơn, có các chỉ số
chẩn đốn giúp khắc phục sự cố và được tái sử dựng khi dự án bị loại bỏ hoặc mở rộng.
Mặc dù các chức năng của PLC như: tốc độ hoạt động, giao tiếp và khả năng xử lý dữ liệu
đã được cải tiến trong nhiều năm, nhưng các yếu tố kỹ thuật cơ bản của PLC vẫn được giữ nguyên
như ban đầu, đó là: dễ sử dụng, lắp đặt, bảo dưỡng và vận hành.

1.2.3 Bộ điều khiển khả trình ngày nay
Nhiều tiến bộ cơng nghệ trong ngành cơng nghiệp điều khiển lập trình được tiếp tục phát
triển cho tới ngày nay. Những tiến bộ này không chỉ cải tiến thiết kế bộ điều khiển lập trình, mà
cịn là cách tiếp cận mới để kiểm soát cấu trúc hệ thống. Thay đổi bao gồm cả phần cứng (các
thành phàn vật lý) và phần mềm (chương trình điều khiển). Sau đây là một số cải tiến phần cứng
gần đây của PLC:
■ Thời gian quét nhanh hơn bằng cách sử dụng vi xử lý mới, tiên tiến hơn và ứng dụng các
công nghệ điện tử.
■ Các PLC nhỏ, chi phí thấp được minh họa ở hình 1.2, có thể thay thế 4 đến 10 rơ le, có nhiều
khả năng hon so với trước đây.
■ Các Mô-đun ngõ vào/ra (I/O - Input/Output) (xem hình 1.3) cung cấp các giải pháp hiệu q
với chi phí thấp (các mơ-đun I/O nhỏ làm giảm diện tích).
’
■ Các mơ-đun I/O thơng minh, sử dụng bộ vi xử lý mới. Các tính năng điển hình bao gồm PID
(tỉ lệ - tích phân - vi phân), Mạng, CANbus, fieldbus, giao tiếp ASCII, định vị, máy tính lưu
trữ và các mơ-đun ngơn ngữ (ví dụ Basic, Pascal).
■ Cải tiến thiết kế cơ khí bao gồm vỏ bọc I/O, các module mở rộng.
■ Giao tiếp đặc biệt cho phép các thiết bị khác kết nối trực tiếp với bộ điều khiển. Các thiết bị
điển hình bao gồm các cặp nhiệt điện, bộ đo lực và đầu vào đáp ứng nhanh của bộ đêm tốc

độ cao (Hight speed counter).
■ Phần cứng và giao diện điều hành.


Chương l: Giới thiệu về bộ điểu khiển lập trình

3

Tất cả những cải tiến phần cứng đã dẫn tới sự phát triển đa dạng của các bộ điều khiến lập
trình như thể hiện trong hình 1.4. Sự đa dạng này bao gồm một dòng sản phẩm từ các PLC rất nhỏ,
chỉ với 10 ngõ I/O, đến rất lớn, PLC phức tạp có tới 8.000 ngõ I/O và bộ nhớ có 128.000 (Word).

Giống như các cải tiến phần cứng, những cải tiến phần mềm dưới đây đã làm các PLC trở
nên mạnh mẽ hon:

■ Các PLC đã kết hợp các công cụ lập trình hướng đối tượng (Object Oriented Programming
- OOP) và nhiều ngôn ngữ dựa trên tiêu chuẩn IEC 1131-3.
■ Các PLC nhỏ cũng đã sử dụng các phần mềm, ngôn ngữ mạnh mê, mở rộng phạm vi ứng
dụng.
■ Các ngôn ngữ bậc cao, như Basic và c, đã được thực hiện trong một số mô-đun của bộ điều
khiển để cung cấp sự linh hoạt hơn khi giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và thao tác dữ liệu.

■ Nâng cấp các khối lệnh cho ngôn ngữ dạng Ladder để tăng cường khả năng lập trình.
■ Chẩn đốn và phát hiện lỗi đã được mở rộng từ chẩn đoán hệ thống, chẩn đoán sự cố của bộ
điều khiển, bao gồm chẩn đốn máy, chẩn đốn hỏng hóc của máy hoặc hệ thống điều khiển.
Các lệnh tốn học có thể được ứng dụng để thực hiện các phép tính tốn phức tạp trong các
bài tốn điều khiến địi hỏi sự tính tốn, cân bàng và thống kê phức tạp.
■ Các lệnh xử lý dừ liệu và điều khiển chương trình đã được cải tiến và đơn giản hóa đe đáp
ứng cho các ửng dụng xử lý dữ liệu và điều khiển phức tạp như: lưu trữ, theo dõi và truy
xuất dữ liệu. Bộ điều khiển lập trình hiện nay là hệ thống điều khiển mạnh mẽ, cung cấp

nhiều khả năng hơn so với trước đây. Nó có khả năng giao tiếp với các hệ thống điều khiển
khác, chức năng báo cáo sản xuất, lên kế hoạch sản xuất và chẩn đốn lỗi của chính nó và
cùa máy móc hoặc hệ thống. Những cải tiến này đã làm cho bộ điều khiến lập trình dóng
góp quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về chất lượng và năng suất. Mặc


Chương ỉ: Giới thiệu về hộ điều khiến lập trình

4

dù các bộ điều khiển lập trình đã trở nên phức tạp hon nhiều, nhưng chúng vẫn giữ được sự
đon giản và dễ vận hành như trong thiết kế ban đầu.

1.3 Bộ điều khiển lập trình trong tương lai
Tưong lai của bộ điều khiển lập trình khơng chỉ dựa trên sự phát triển của các dòng sản phẩm
mới, mà còn dựa trên việc tích hợp PLC với các thiết bị điều khiển, các hệ thống giám sát. PLC
được kết hợp thông qua mạng, các hệ thống sản xuất tích hợp (Computer Intergrated
Manufacturing), kết hợp với các điều khiển số, robot, hệ thống CAD (Computer Aided Design)
/CAM (Computer Aided Manufacturing), hệ thống quản lý thông tin và các hệ thống dựa trên máy
tính. Các bộ điều khiển lập trình sẽ đóng vai trò quan trọng trong nhà máy ở tương lai.

Những tiến bộ mới trong cơng nghệ PLC bao gồm các tính năng như giao tiếp với người
dùng, giao diện đồ họa (Graphical User Interface) và nhiều giao diện người/máy (như sử dụng mơđun nhận dạng giọng nói). Chúng bao gồm cả việc phát triển các giao diện cho phép truyền thông
với thiết bị, phần cứng và phần mềm được hỗ trợ tri thơng minh nhân tạo, chẳng hạn như các mịđun I/O logic mờ.
•
Các cải tiến ve phần mềm hỗ trợ cho việc giao tiếp giữa các loại thiết bị khác nhau, sử dụng
các tiêu chuẩn truyền thông thông qua các hệ thống mạng. Các dòng PLC mới được phát triển
thêm trí thơng minh vào bộ điều khiển.
Khái niệm về hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing Systems) sẽ là triểt lý
điều khiển của tương lai. Các bộ điều khiển lập trình tương lai sẽ là một thành phần quan trọng

trong nhà máy. Các chiến lược điều khiển sẽ được phân phối với "trí thơng minh" thay vì tập trung.
Các siêu PLC sẽ được sử dụng trong các ứng dụng địi hỏi tính tốn phức tạp, truyền thơng mạng
và giám sát các PLC nhỏ hơn trong các quy trình cơng nghệ.

1.4 Nguyên lý hoạt động
Một bộ điều khiển lập trình, như minh họa trong hình 1.6 bao gồm hai phần cơ bản:
■ Bộ phận xử lý trung tâm,

■ Các ngõ vào/ra.
Bộ xử lý trung tâm (CPU) điều khiển tất cả các hoạt động PLC. Bốn thành phần sau tạo
thành CPU, thể hiện trong hình 1.8:
■ Bộ vi xử lý,
■ Bộ nhớ,
■ Nguồn cung cấp,

■ Truyền thông.

■

Hoạt động của bộ điều khiển khả trình là tương đối đơn giản. Hệ thống đầu vào/ra (I/O) được
kết nối vật lý với các thiết bị trường thường thấy trong máy hoặc được sử dụng trong điều khiển
quá trình. Các thiết bị trường này là tín hiệu vào/ra số hoặc vào/ra tương tự, chẳng hạn như công
tắc giới hạn, bộ chuyển đổi áp suất, nút an, bộ khởi động động cơ, solenoids... Giao tiếp I/O cung
cấp kết nổi giữa CPU và cung cấp thông tin (đầu vào) và thiết bị có thể điều khiển (đầu ra).

Trong q trình hoạt động, CPU hồn thành quy trinh gồm ba nhiệm vụ: (1) đọc dữ liệu từ
các thiết bị đầu vào thông qua các ngõ vào (Input), (2) thực thi chương trình điều khiển trong bộ
nhớ, (3) xuất tín hiệu điều khiển đến các thiết bị đầu ra thơng qua các ngố ra (Output). Mỗi quy
trình này gọi là chu kỳ quét được minh họa ờ hình 1.7.



Chương ỉ: Giới thiệu về bộ điều khiên lập trình

Mơ-đun ngõ vào/ra kết nối thiết bị đầu vào/ra với bộ điều khiển được minh họa ở hình 1.5.
Nhiệm vụ chính của mơ-đun này là nhận tín hiệu từ các thiết bị đầu vào đưa vào CPU để xử lý và
xuất tín hiệu điều khiển từ CPU tới các thiết bị đầu ra. Các thiểt bị đau vào cung cấp tín hiệu vào
dạng số (digital) hoặc tương tự (analog), chẳng hạn như: nút nhấn, công tắc, công tắc giới hạn,
cảm biến quang, cảm biến từ, cảm biến dung, cảm biến nhiệt, cảm biến lưu lượng, cảm biến áp
suất,... được nối tới đầu cuối trên mô - đun ngõ vào. Các thiết đầu ra, chẳng hạn như: bộ khởi
động động cơ, van điện từ, đèn báo... được kết nối với các đầu cuối của mô-đun ngố ra. Nguồn
điện của hệ thống cung cấp tất cả các mức điện ảp cần thiết cho hoạt động của các bộ phận ừong
PLC.
Nút nhấn—o
■I*

gi

, ..

,

o- -|pg>] 1
© 2
3
4
©
5
6
©
7


,

Cảm biên áp st
Cộng tắc hành trìri

^7, Cảm biến mức nước

1.
ị

Cuộn dây relay

3"
4
5
ệ
7'

Đèn điều khiển

Cuộn dây dùng chung iOr

Còi báo động

Hình 1.5. Giao tiêp ngõ vào/ra

Cảm biến áp suất

p-*>.


Cộng tăc hành trình—0^0Càm biến mức nước

N
G
Õ

V
À
o

BỘ XỬ LÝ
TRUNG TÂM

Cuộn dây relay

N
G
Õ

Đèn điều khiển

Cuộn dây dùng chung I
R
A

Còi báo động

I


Hỉnh 1.6. Sơ đồ khổi của bộ điều khiển khả trình

ì
Đọc dữ liệu ngõ vào

(1)

Thực hiện chương trình

(2)

Xuất tín hiệu ra ngõ ra

(3)

Ngn
cung
cấp

Bộ xử ộ

Bộ nhớ

Hình 1.7. Minh họa chu kỳ qt

Truyền thơng

Hình 1.8. Sơ đồ khối cũa các thành phần chính CPU
Mặc dù không được xem là một bộ phận của bộ điều khiển, nhưng thiết bị dùng để lập trình
thơng thường là máy tính cá nhân hoặc thiết bị lập trình cầm tay mini được sử dụng để nhập chương



6

Chương 1: Giới thiệu về bộ điều khiên lập trình

ttình điều khiển vào bộ nhớ được minh họa ở hình 1.9 là rất quan trọng. Thiết bị dùng để lập trình
phải được kết nổi với bộ điều khiển khi nhập hoặc giám sát chương trình điều khiến.
.

Hình 1.9. (a) Máy tính cá nhân được sử dụng như một thiết bị lập trình,
(b) Thiết bị lập trinh mini

1.5 Kết nối vói các thiết bị điều khiển khác
7.5.1 Kết nối PLC với Relay
Trong nhiều nãm, câu hỏi của nhiều kỹ sư, giám đốc nhà máy và các nhà sản xuất là: "Tơi
có nên sử dụng bộ điều khiển lập trình khơng?" Phần lớn thời gian của kỹ sư hệ thống đã bỏ ra để
xác định tính hiệu quả và chi phí của một PLC trong hệ thống điều khiển. Ngay cả ngày nay, nhiều
nhà thiết ke hệ thống điều khiển vẫn nghĩ rang họ đang phải đối mặt với vấn đề này. Tuy nhiên,
một điều chắc chắn vấn đề chất lượng và năng suất cao khó có thể được đáp ứng nếu khơng có
thiết bị điều khiển PLC. Với sự phát triển nhanh của công nghệ và sự cạnh tranh ngày càng tăng,.
chi phí bộ điều khiển lập trình đã giảm xuống đến mức ngang bằng với relay. Các ứng dụng bộ
điều khiển lập trình bây giờ có thể được đánh giá dựa trên hiệu quả của chúng.
Khi quyết định sử dụng một hệ thống PLC hay hệ thống mạch relay, người thiết kế phải đặt
một số câu hỏi. Một số đó là:
■ Có cần sự linh hoạt trong thay đổi logic điều khiển?
■ Có nhu cầu về độ tin cậy cao khơng?
■ Các u cầu về khơng gian có quan trọng khơng?
■ Có cần tăng số lượng đầu vào và đầu ra khơng?
■ Có u cầu thu thập dữ liệu khơng?

■ Sẽ có sự thay đối logic điều khiển thường xuyên?
■ Liệu có cần sửa đổi nhanh khơng?
■ Phải sử dụng logic điều khiển tương tự trên các máy khác nhau?
■ Có nhu cầu phát triển trong tương lai?
■ Chi phí tổng thể là gì?
Các thành tựu của hệ thống PLC làm cho chúng đặc biệt phù hợp với các ứng dụng trong
một hệ thống sản xuất tự động. Một hệ thống PLC thể hiện trong hình 1.10 cho thấy sự nhỏ gọn,
đơn giàn trong thiết kế của nó. Neu hệ thống điều khiển này sử dụng các relay và timer sẽ làm cho
bảng điều khiển trở thành hệ thống dây nổi phức tạp và không gian lắp đặt lớn.
Neu các u cầu của hệ thống địi hỏi tính linh hoạt hoặc mở rộng trong tương lai, bộ điều
khiển lập trình sẽ mang lại lợi nhuận cao hơn hệ thống điều khiển relay. Ngay cả trong trường hợp
khơng có sự linh hoạt hoặc mở rộng trong tương lai, một hệ thống lớn có thể có rat nhiều lợi thể
từ việc sử dụng các công cụ khắc phục sự cố và trợ giúp do PLC cung cấp. Thời gian và chu kỳ
quét cực ngẳn cùa PLC cho phép năng suất tăng lên đáng kể. Ngoài ra, mặc dù mạch điều khiển


Chương ỉ: Giới thiệu về bộ điều khiên lập trình

7

bằng relay có thể ít tốn kém ban đầu, nhưng lợi thế này sẽ bị mất do thời gian khắc phục lỗi trong
sản xuất vì tỉ lệ lỗi cao của hệ thống.
.

Hình 1.10. Tù điều khiển kết hợp với PLC
1.5.2 Kết nối PLC với máy tính điều khiển

Cấu trúc CPU của một PLC về cơ bân giống với máy tính tiêu chuẩn. Tuy nhiên, một số đặc
điểm quan trọng đã tách chúng ra khỏi nhau. Thứ nhất, không giống như máy tính, PLC được thiết
kế đặc biệt để tồn tại trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường công nghiệp. Một PLC được thiết

kế tốt có thể được đặt trong một khu vực có nhiều tiếng ồn, nhiễu điện từ, rung động và độ ẩm.

Hình 1.11 Hình minh họa hệ thống PLC Siemen đa xử lý
Sự khác biệt thứ hai của PLC là phần cứng và phần mềm của chúng được thiết kế để sử dụng
de dàng. Các giao diện phần cứng để kết nối các thiết bị trường là một phần của PLC. Các mơ-đun
tự chẩn đốn có thể xác định lỗi, và hơn thế nữa, có thể dễ dàng tháo gỡ và thay thế. Ngồi ra,
chương trình phần mềm sử dụng các kí hiệu Ladder truyền thống hoặc các ngôn ngữ dễ học khác,

quen thuộc với kỹ thuật viên nhà máy.


8

Chương I: Giới thiệu về bộ điều khiến lập trình

Trong khi máy tính có khả năng thực hiện một số chương trình hoặc nhiệm vụ cùng một lúc
và theo bất kỳ thứ tự nào thì PLC thực hiện một chương trình đơn lẻ theo trình tự đầu tiên đến
cuối. Tuy nhiên, PLC là một hệ thống đang trở nên thông minh hơn. Các hệ thống PLC phức tạp
hiện nay cung cấp khả năng đa xử lỷ và đa nhiệm, một PLC có thể điều khiển một số chương trình

trong một CPU duy nhất với một số bộ vi xử lý được minh họa ở hình 1.11.
1.5.3 Kết nổi PLC với máy tính cá nhân

Với sự gia tăng của máy tính cá nhân (PC), nhiều kỹ sư đã phát hiện ra rằng máy tính cá
nhân khơng phải là một đối thủ cạnh tranh trực tiếp của PLC trong điều khiển các ứng dụng. Thay
vào đó, nỏ là một đồng minh trong việc thực hiện điều khiển. Máy tính cá nhân và PLC có cấu
trúc CPU tương tự, nhưng chúng khác nhau trong cách kết nổi các thiết bị ngoại vi.
Mặc dù các máy tính có thể kết nối được với các thiết bị trường, tuy nhiên vẫn cịn khó khăn.
Các máy tính này phải giao tiếp với giao diện ngõ vào/ra không phải được thiết kế cho chúng và
ngôn ngữ lập trình của chúng có thể khơng đáp ứng các tiêu chuẩn của lập trình sơ đồ Ladder.

Ngơn ngữ vốn đã quen thuộc cho những người lập trình khi xử lý sự cố hoặc thay đổi hệ thống,
Tuy nhiên máy tính cá nhân được sừ dụng làm thiết bị lập trình là sự lựa chọn phù hợp. Máy
tính cá nhân cũng đang được sử dụng để thu thập dữ liệu quá trình từ các PLC để hiển thị thơng
tin về quy trình hoặc máy móc (nghĩa là chúng đang được sử dụng làm giao diện đồ họa người
dùng (GUI). Với khả năng tính tốn, máy tính cá nhân cũng rất phù hợp để bổ sung cho chương
trình cùa bộ điều khiển và để thu hẹp khoảng cách truyền thông qua mạng giữa một hệ thống PLC

và các máy tính lớn khác (xem Hình 1.12)

Hình 1.12. Một máy tính cá nhân được làm cầu nối giữa PLC và một máy chủ
Một số nhà sản xuất phần mềm lập trình, sử dụng máy tính cá nhân như CPU phần cứng để
thực hiện một môi trường giống như PLC. Ngôn ngữ họ sử dụng là dựa trên tiêu chuẩn IEC 1131­

3 (International Electrotechnical Commission), là một ngôn ngữ biểu diễn đồ hoạ bao gồm sơ đồ
Ladder, khôi chức năng, danh sách lệnh và câu trúc văn bản. Các nhà sản xuất phần mềm nói
chung không cung cấp giao diện I/O phần cứng; nhưng với việc sử dụng card thơng tin liên lạc
máy tính nội bộ, các hệ thống này có thể giao tiếp với các phần cứng I/O của các nhà sản xuất khác
nhau.
1.5.4 ứng dụng tiều biểu của PLC

Kê từ khi chê tạo, PLC đã được áp dụng thành công trong hầu hểt các lĩnh vực của ngành
công nghiệp, bao gôm các nhà máy thép, nhà máy giấy, nhà máy chế biến thực phẩm, nhà máy


Chương J: Giới thiệu về bộ điều khiên lập trình

9

hố chất, các nhà máy điện,... PLC thực hiện sự đa dạng tuyệt vời các nhiệm vụ điều khiên, từ điều
khiển ON/OFF lập đi lặp lại của các máy đơn giản đến sàn xuất tinh vi và điều khiển quá trình.

1.6

Các dịng sản phẩm ứng dụng của PLC

Hình 1.13 minh họa các dịng sản phẩm PLC. Thị trường PLC có thể được phân thành 5
nhóm:
1
PLC nhỏ
2 PLC vừa
3 PLC trung bình
4 PLC lớn
5 PLC rất lớn

2
.a
g
£

Function/
Logic blocks
Compact,
basic
controller
for simple
machines
and building
automation

Entry Level
Idea! for

stand alone
machines
and simple
automation
tasks

Compact PLC

High-end
Suitablefor more
complex or high
speed machines,
possibly utilising
motion
controllers

Mid-Range
Compact range of PLCs
with expansion and
network capabilities,
idealfor performance
critical applications

Modular
Compack PLC
Powerful,
compact modular
controller with
cost effective
motion control


Q-Serỉes Ọ-Series
Safety

FXJs
Alpha

Modular PLC
Expandable PLC'
capable ofeven the
biggest process
control tasks

a
---- >

up io AS interface

10 to 30
Modbus/
Ethernet

fl.to 128
Horn
I UJ..'
14
C( -Link'
Modbus,'Etherrĩ/l

I

I

16 to 256 CC-r
^Modbus/
Ethernet/

I

SSCNET ĨỈỈ

I

24 to 4096 ccLink/CC-Lừìk ỈE/
Ethernet/
SSCỈMET 111

j Up to 8192 CC-Linh

I/O

I CC-Lìnk ỈE/Profibus/
Network
I
Ethernef/ASoptions
I interface/DeviceNet

Hình 1.13: Ảnh minh họa các dịng sản phẩm tiêu biểu của PLC hãng Mitsibishi được chia thành
5 nhóm
PLC nhỏ được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển tới 32 thiết bị đầu vào và đầu ra, các
PLC loại vừa điều khiến từ 32 đến 128 ngõ I/O, loại trung bình điều khiển từ 64 đến 1024 ngõ

I/O), loại lớn từ 512 đến 4096 ngõ I/O và loại rất lớn từ 2048 đến 8192 ngõ I/O). Hình 1.14 cho
thấy một số loại PLC.
Khu vực chồng chéo A, B và c trong Hình 1.13 phản ánh mức độ cải tiến, bổ sung các tùy
chọn, về các tính năng tiêu chuẩn của PLC trong cùng một loại. Các tùy chọn này cho phép một
sản phàm được kết hợp chặt chẽ với ứng dụng mà không cần phải mua các sản phẩm lớn. Hiếu
biết về phạm vi và đặc điểm cùa chúng sẽ cho phép người sử đụng xác định chính xác bộ điều
khiển sẽ dược ứng dụng như thế nào.

1.7

Sơ đồ ladder và PLC

Sơ đồ Ladder vẫn là ngôn ngữ truyền thống đại diện cho ngơn ngữ lập trình của PLC. Hình
1.14 minh hoạ một sơ đồ Ladder đơn giản.
Các sơ đồ Ladder ban đầu được thiểt lập đe đại điện cho mạch logic dùng để điều khiển máy
móc hoặc thiết bị. Ngôn ngữ Ladder cũng được sử dụng phổ biến vì nó dễ sử đụng và đáp ứng
được các yêu cầu trong công nghiệp.


Chương 1: Giới thiệu về bộ điều khiển lập trình

10

Mục đích của chúng là thực hiện việc điều khiển các quy trình cơng nghệ một cách tin cậy
hơn với chi phí thấp hơn. Khi sử dụng một PLC, tất cả các kết nối dây dẫn đều được thực hiện
trong chương trình PLC của nó. Các sơ đồ Ladder quen thuộc giúp cho các kỹ sư có thể dễ dàng

lập trình.
Hình 1,15 minh họa việc chuyển đổi từ một sơ đồ mạch đơn giản trong hình 1.14 thành một
chương trình trong bộ nhớ của PLC. Như đã đề cập, CPU đọc trạng thái đau vào, kích hoạt các

lệnh logic tương ứng trong chương trình và điều khiển thiết bị đầu ra.

Hình 1.14. Mạch điện đơn giản dùng sơ đồ Ladder
LI

Giao tiếp ngõ vào

L2

LI

L2

Chương trinh PLC dạng Ladder

Giao tiếp ngõ ra

Hình 1.15. Chương trình PLC thực hiện điều khiển
Như vậy, mỗi lệnh được sử dụng trong chương trình của PLC đều có một địa chỉ tham chiếu,
đó là một giá trị chữ sổ mà theo đó mỗi thiết bị được xác định trong chương trình PLC. Ví dụ, nút
nhấn PB1 được biểu diễn bên trong PLC bằng tên PB1 (ghi trên đầu của lệnh) và tương tự cho các
thiết bị khác thể hiện trong hình 1.15. Ví dụ 1.1 minh hoạ sự tương đồng hoạt động giữa các mạch
phần cứng và chương trình của PLC.
Ví đụ 1.1:
Trong mạch điện thể hiện trong hình 1.14, đèn PL sẽ ON nếu cơng tắc giới hạn LSI đóng và
nếu một trong hai nút nhấn PB1 hoặc cơng tắc giới hạn LS2 đóng. Sử dụng mạch PLC, thể hiện
sự kết nối phần cứng và chương trình tương ứng, cùng một loạt các điều khiển trạng thái dèn.


Chương ỉ: Giói thiệu về bộ điều khiển lập trình

Trạng thái

Kết nối có dây

íỉ
PLC

I] Trường hợp
|4:
I) PB1: Đóng
'1 LSI: Đóng
l[ LS2: Mở
PL: Sáng

í
lì
li
I| Trường hợp

|5:
Jj PB1.-MỚ
Jj LSI: Đóng
jj LS2: Đóng
I| PL: Sáng

I
!
li

Hình: 1.16. Chương trình PLC ứng với bài tốn đặt ra

Giải:
Hình 1.16 miêu tả mối quan hệ giữa mạch kết nối phần cứng và chương trình tương ứng

thơng qua các trạng thái hoạt động:

1.8

Ưu điểm của PLC

Nhìn chung, cấu trúc PLC theo mô-đun sẽ linh hoạt, cho phép mở rộng phần cứng và các
yếu tố phần mềm khỉ yêu cầu cơng nghệ thay đổi. Bộ điều khiển có thể dễ dàng thay thế bằng một


Chương 1: Giới (hiệu vê hộ điểu khiên Ịập trĩnh

Ỉ2

thiết bị có bộ nhớ lớn hơn, phần cứng cũ có thể được tái sử dụng cho một ứng dụng khác và có
khả nâng lập trình lại, Sử dụng PLC, bạn có thể giải quyết được nhiều vấn đề điều khiển khác.
Bảng 1.3 liệt kê một số tính năng và ưu điểm của thiết bị điều khiển lập trình.
Bảng 1.1. Các tính năng và ưu điểm của bộ điều khiển lập trinh điển hình
Tính năng vốn có

Những lợi ích

Thành phần phần cứng

-

Độ tin cậy cao


Bộ nhớ có the lập trình

-

Dễ dàng thay đổi
Điều khiển linh hoạt

Kích cỡ nhỏ gọn

-

u cầu khơng gian tối thiểu

Dựa trên bộ vi xử lý

-

Khả năng truyền thông
Mức độ thực hiện cao hơn
Sản phẩm chất lượng cao hơn
Đáp ứng nhiều chức năng

Timer, counter

-

Loại bỏ phần cứng
Dễ dàng thay đổi cài đặt trước


Phần mềm diều khiển rơle

-

Giảm chi phí phần cứng (dây nối)
Giảm u cầu khơng gian

Cấu trúc mơ-đun

-

Cài đặt linh hoạt
Giảm chi phí phần cứng

Mơ-đun I/O

-

Điều khiển nhiều thiết bị khác nhau
Loại bỏ kiểm soát tùy chỉnh

Trạm I/O từ xa

-

Loại bỏ dây dài, ống dẫn

Các chỉ sổ chẩn đoán

-


Giảm thời gian khắc phục sự cố

Giao diện I/O

-

Bảng điều khiên gọn gàng
Dễ dàng duy tri

Mô-đun I/O ngắt kết nổi nhanh

-

Không lo ngại hệ thống dây dẫn

Các biến hệ thống

-

Quản ỉý/bảo trì hữu ích

Được lưu trữ trong dữ liệu bộ nhớ

-

Có thể được xuất ra dưới dạng báo cáo

1.8.1 De dàng thay đẳỉyêu cầu điều khiển
Sau khi cài dặt, chương trình điều khiển có thể tự động thay đổi để đáp ứng các yêu cầu điều

khiển mà không cần thay đổi các thông số khác. Sự thay đổi này dễ dàng vì khơng có kết nối mạch
điện giữa các thiết bị đầu vào và thiết bị đầu ra (xem hình 1.18) như trong các hệ thống mạch phần
cứng. Ket nối duy nhất là thơng qua chương trình điều khiển, có thể thay đổi dễ dàng.
Mạch ban dầu là một cuộn dây solenoid được điều khiển bởi hai tiếp điểm cơng tấc giới hạn
mac nối tiếp (xem hình 1.18a). Thay đổi điều khiển cuộn dây solenoid bằng cách đặt hai tiếp điếm
cơng tắc giới hạn song song (xem hình 1.18b) hoặc bang cách thêm một tiếp điểm công tắc giới
hạn thứ ba vào mạch hiện tại (xem hình 1.18c). Sự thay đổi này sẽ mất ít hơn một phút trong PLC.
Trong hầu hểt các. trường hợp, chương trình đơn giản này thay đổi có thể được thực hiện mà khơng
can tắt nguồn hệ thống. Sự thay đổi tương tự này cho một hệ thống mạch relay có thế mất khoảng
ba mươi đến sáu mươi phút, có nghĩa là thiệt hại sản xuất có thể khá đáng kể. Tình trạng tương tự
nếu có nhu cầu thay dổi giá trị cài đặt hẹn giờ hoặc một hệ số dữ liệu khác. Một bộ đểm thời gian


13

Chương I: Giới thiệu về hộ điểu khiên lập trình

trong chương trình PLC có thể được thay đổi ít nhất là năm giây. Một công tắc hay một nút ấn có
thể dễ dàng được cấu hình để nhập các giá trị đặt trước cho bất kỳ bộ tính giờ trong phần mềm.
Cách tiết kiệm thời gian cho việc thay đổi chương trình phần mềm, thay vì thay đơi một sơ thiêt

bị phần cứng, là hiến nhiên.
Ảnh minh họa cấu trúc phần cứng PLC dạng module của hãng Mitsubishi

.1 m
i tai
>1 tii.
t-irts

w


0 p"



PI

1 .'I'

55.

HAM'ã

POWER
SUPPLY

CPU

INPUT

OUTPUT
01234567
8 9ABCDEF

RUN

RUN

01234567


ERROR

ERROR

89ABCDEF

g
J

ằ

ANALOG INPUT
RUN

ERROR

y+

0

ãv-1

SLDi

A

3
4

5


B

v+

c

Vj

Dô4H

[@]L1

0
0

SLD"

6
E

E
7
_F
COM
COM

[â] L2/N

_1_


_ F>
COM ©
COM**^

Si O’
ẠGI
110V 0 - ±20mA

OVDC
f
Jf+24VDC

INPUT

OUTPUT

01234567
89ABCDEF

01234567
89ABCDEF

+ 24VDC-?

0
@
.8 ■"

2 9‘@

3
4

B

5

, 04—1

6

E

o o

7
F m
COM @
COM*-J

6

D'

2 0

7
F 1“
COM @


COM""

Hinh 1.17 Sơ đồ kết nái I/O điều khiển lập trình

-Ỵ OVDC


Chương ỉ: Giới thiệu vê bộ điêu khiên lập trình

14

kết nối có dây

PLC

(a) Nổi tiếp

(b) Song song

(c) Song song và nối tiếp
Hình 1.18: Ví dụ về thay đổi mạch cứng hoặc thay đổi phần mềm PLC
Các tính năng phần cứng của bộ điều khiển lập trình cũng linh hoạt và tiết kiệm chi phí. Một
CPU thơng minh có khả năng giao tiếp với các thiết bị thông minh khác. Khả năng này cho phép
bộ điều khiển được tích hợp vào các chương trình điều khiển nội bộ hoặc tồn bộ. Với sự điều
khiển như vậy, một PLC có thể gửi các thơng tin hệ thống đến một màn hình thơng minh. Mặt
khác, một PLC có thể nhận thơng tin giám sát, chẳng hạn như thay đổi sản xuất hoặc lên kế hoạch
thông báo từ máy chủ. Mô-đun I/O tiêu chuẩn bao gồm nhiều loại mô đun kỹ thuật số, tương tự và
đặc biệt, cho phép điều khiển tinh vi mà không cần sử dụng các thiết bị điện tử giao tiếp đắt tiền,
tùy chỉnh.
1.8.2 Đễ dàng cài đặt

Một số thuộc tính làm cho việc lắp đặt PLC dễ dàng và hiệu quả hơn. Đó là kích thước tương
đồi nhỏ cho phép một PLC được bổ trí thuận tiện trong khơng gian được u cầu (xem Hình 1.20).

Hình 1.19. Khoảng khơng gian hiệu quả để lắp đặt PLC


15

Chương ỉ: Giới thiệu về bộ điều khiến lập trình

Trong lắp đặt các trạm lớn, các đầu vào/đầu ra từ xa được đặt ở vị trí tối ưu (xem Hình 1.21).
Một cáp đồng trục hoặc một cặp dây xoắn kết nối các trạm từ xa với CPU. cấu hình này giảm chi
phí vật liệu và nhân cơng so với hệ thống dây dẫn cố định, sử dụng nhiều dây và lắp đặt ống dẫn

lớn.

Trạm từ xa

)

Tram từ xa

J

Tram từ xa

J

Tram tứ xa


ỉ I

/

_ CZautnic tong quát hệ thốngsử dụng các rnơ-đuưỊ/O_lắp^đặt^từ_xạ_ _ ý

Hình 1.20. Hệ thống sử dụng các mơ-đun I/O lắp đặt từ xa
Ì.8.Ì Dễ dàng bảo trì và xử lý lỗi

Hình 1.22. Các lỗi cơ bản


Chương J: Giới thiệu về hộ điều khiên lập trình

16

Ngay từ đầu, bộ điều khiển lập trình đuợc thiết kế để dễ bảo trì, với hầu như tất cả các phần
cứng lắp ghép theo mô-đun. Các mạch phát hiện lỗi và chỉ thị chẩn đốn (xem hình 1.21), được
kết hợp trong mỗi thành phần chính, cho biết thành phần có hoạt động đúng hay không đủng hoặc
hư hỏng. Trong thực tể, hầu hết các lỗi liên quan đến một hệ thống PLC cơ bản bắt nguồn từ mất

kết nối với các thiết bị đầu vào/đầu ra chứ không phải là hệ thống giao tiếp CPU hoặc I/O của PLC
(xem hình 1.22). Tuy nhiên, khả năng giám sát của một hệ thống PLC có thể dễ dàng phát hiện và
sửa lỗi thiết bị trường.
Với sự trợ giúp của các thiết bị lập trình, các lệnh logic có thể được giám sát đế xem đầu vào
hoặc đầu ra là ON hoặc OFF (xem hình 1.23). Các hướng dẫn lập trình cũng có thế được viết đe
thơng báo một sổ lỗi nhất định.

Hình 1.23 Chương trình máy tính mơ phỏng ngõ vào ra của PLC


Những tính năng này là một phần giá trị của bất kỳ hệ thống điều khiến PLC. Sau khi cài
đặt, dễ dàng phát hiện sự tiện lợi của nó. Những lợi ích tiềm ẩn của PLC, giống như bất kỳ thiết bị

thông minh, sè phụ thuộc vào sự sáng tạo mà nó được áp dụng.
Rõ ràng các cuộc thảo luận trước đây về những lợi ích tiềm năng của việc áp đụng bộ điều
khiển lập trình trong một ứng dụng công nghiệp là rất lớn. Điếm mấu chốt là thơng qua việc sừ
dụng lập trình điều khiển, người dùng sẽ đạt được hiệu suất cao, độ tin cậy cao, kết quả chất lượng
cao hơn với chi phí giảm.


Chương 2: Hệ thống sắ và mã

17
' 1RUONG ĐAI HỌC CONGNGHiẸP TP.HCV

Chương 2

THƯ VIÊN

HỆ THỐNG SỚ VÀ MÂ

MÃ VẠCH:Zj^5.hS.O......

Chương này sẽ giới thiệu về các hệ thống số được sử dụng trong bộ điều khiến lập trình. Bốn
hệ thống số thường được sử dụng trong quá trình xử lý dữ liệu đó là: nhị phân (Bin), bát phân
(OCT), thập phân (DEC) và thập lục phân (HEX). Sau đó, chúng ta sẽ tìm hiểu về sổ thập phân
mã hố nhị phân (BCD) và mã Gray, bộ ký tự ASCII và một số hệ thống số khác ứong PLC.
Những mã và hệ thống số này là nền tảng logic trong các PLC, các kiến thức cơ bản của chúng sẽ
giúp người đọc hiểu được cách thức làm việc của PLC như thể nào.
2.1


Hệ thống sổ

Việc nắm rõ về các hệ thống so rat cần thiết khi làm việc với các bộ điều khiến lập trình, vì
chức năng cơ bản của các thiết bị này là miếu tả, lưu trữ và vận hành trên các con số. Mỗi hệ thống
số đều có những quy tắc chung đó là:
■ Mỗi hệ thống số có một cơ số.

■ Mỗi hệ thống số có thể được sử dụng để đếm.
■ Mỗi hệ thống số có thể được sử dụng để miêu tả sổ lượng hoặc mã số.
■ Mỗi hệ thống số đều sử dụng một bộ ký hiệu.
Cơ số của một hệ thống số quyết định bởi tổng số ký hiệu được sử dụng. Ký hiệu có giá trị
lớn nhất ln có giá trị bằng một cơ số. Các hệ thống số thường gặp khi làm việc với bộ điều khiển
lập trình (PLC) là cơ số 2, cơ số 8, cơ số 10 và cơ số 16. Các hệ thống này được gọi ỉà hệ nhị phân,

bát phân, thập phân và thập lục phân.
2.2

Hệ thống số thập phân

Hệ thống số thập phân là hệ thống số phổ biến nhất. Cơ số của hệ thống số thập phân là 10.
Các ký hiệu được sử dụng trong hệ thống này là 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, và 9. Như đã nói ở trên,
tong số của các ký hiệu (10) gọi là cơ số, với biểu tượng có giá trị lớn nhất là 9.

Vị trí

n

Số ——► Giá trị


vn

n-1 ....
.... 2
...... v2
V^ ....

1

0

V,

Vo

Hình 2.1. Giá trị đặt
Vi trí (n)

3

Giá trị (V)

V

2

0
y

1

y
'

Giátii = (Cơsố)vl,ri '
(Cơ Số =10 đối với Số thập phân)

------------- ►10°=l

---------------------- ► 10' = 10
----------------------------- ► 102 = 100
_____ ------------------------------ ► 103 = 1000

Hình 2.2. Giá ứị trọng số
Vị trí đầu tiên (xem hình 2.1), bắt đầu từ vị trí bên phải, là vị trí 0, thứ hai là vị trí 1 và cứ