TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN
ĐIỀU KHIỂN LOGIC

TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT, LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT SẮP XẾP SẢN
PHẨM THEO CHIỀU CỐ ĐỊNH.

Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Quận
Sinh viên thực hiện: Lê Minh Chánh
Nguyễn Hữu Hạnh
Nguyễn Vũ Lân
Huỳnh Ngọc Thông
Lê Quốc Việt
Lớp:

Đà Nẵng, Năm 2018

16D5


MỤC LỤC

MỤC LỤC.............................................................................................................
MỤC LỤC HÌNH ẢNH.........................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................
CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM............
1.1

Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm.......................................................1

1.2

Sự phát triển của hệ thống phân loại sản phẩm..................................................2

1.3

Vấn đề hiện nay về hệ thống phân loại sản phẩm..............................................3

1.4

Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống phân loại sản phẩm................................4

1.5

Các loại hình phân loại sản phẩm phổ biến hện nay...........................................4

CHƯƠNG 2 . TỔNG QUAN VỀ PLC...................................................................
2.1

Tổng quan về PLC..............................................................................................9

2.1.1

PLC là gì?.................................................................................................................

2.1.2

Đặc điểm của bộ lập trình........................................................................................


2.1.3

Sơ lược về lịch sử phát triển.....................................................................................

2.1.4

Cấu trúc và hoạt động của PLC................................................................................

2.1.4.1. Cấu trúc................................................................................................11
2.1.4.2. Hoạt động của PLC..............................................................................12
2.1.5

Phân loại...................................................................................................................

2.1.6

Các hãng sản xuất.....................................................................................................

2.1.7

Ưu điểm, nhược điểm...............................................................................................

2.1.8

Ứng dụng..................................................................................................................

2.2

Giới thiệu PLC S7-200 SIEMENS...................................................................23


2.2.1

Giới thiệu chung về PLC S7-200.............................................................................

2.2.2

Cấu trúc phần cứng..................................................................................................

2.2.3

Cấu trúc bộ nhớ........................................................................................................

CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT MÔ HÌNH VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH.....................
3.1. Khảo sát mô hình..............................................................................................32
3.1.1

Yêu cần công nghệ...................................................................................................

3.1.2

Mô hình thực tế........................................................................................................

3.1.2.1

Nguồn khí nén......................................................................................32

3.1.2.2

Xi lanh..................................................................................................33


2


3.2

3.1.2.3

Van tiết lưu...........................................................................................34

3.1.2.4

Cảm biến..............................................................................................35

Viết chương trình..............................................................................................37

3.2.1

Các bước lập trình....................................................................................................

3.2.2

Phân công đầu vào đầu/đầu ra..................................................................................

3.2.3

Lập trình trên phần mềm (STEP7 MicroWin)..........................................................

CHƯƠNG 4. . KẾT NỐI VÀ VẬN HÀNH MÔ HÌNH..........................................
4.1. Kết nối phần cứng............................................................................................44
4.1.1


Sơ đồ kết nối phần cứng PLC..................................................................................

4.2. Vận hành và hiệu chỉnh....................................................................................45
4.3

Kết quả đạt được...............................................................................................45

4.4

Ưu điểm............................................................................................................46

4.5

Nhược điểm......................................................................................................46

4.6

Ứng dụng thực thế của mô hình.......................................................................46

4.7

Hướng phát triển của đề tài..............................................................................46

4.8

Kết luận chung..................................................................................................47

3



MỤC LỤC HÌNH ẢNH
HÌNH 1.Dây chuyền phân loại táo........................................................................ 5
HÌNH 2.Dây chuyền phân loại dưa leo.................................................................6
HÌNH 3.Dây chuyền phân loại nước giải khát......................................................7
HÌNH 4.Một PLC S7-200 của siemes..................................................................9
HÌNH 5.Cấu trúc và hoạt động chung của một hệ thống PLC..............................9
HÌNH 6.Cấu trúc của PLC.................................................................................. 11
HÌNH 7.Một chu kỳ quét của PLC.....................................................................14
HÌNH 8.PLC S7-200 của siemens......................................................................15
HÌNH 9.PLC CP1L của omron........................................................................... 15
HÌNH 10.PLC FX1S SPS của mitsubishi...........................................................15
HÌNH 11.PLC Mitsubishi loại alpha...................................................................16
HÌNH 12.PLC Mitsubishi loại FX1N.................................................................16
HÌNH 13.Mitsubishi loại FX2N.........................................................................16
HÌNH 14.PLC S7-200........................................................................................ 17
HÌNH 15.PLC S7-300........................................................................................ 17
HÌNH 16. PLC S7-400....................................................................................... 17
HÌNH 17.PLC S7-1200...................................................................................... 18
HÌNH 18. PLC DL05......................................................................................... 19
HÌNH 19.PLC S5-100U của siemens.................................................................19
HÌNH 20.PLC CJ1M của omron........................................................................20
HÌNH 21. PLC S7-300 siemens.......................................................................... 20
HÌNH 22.Các loại CPU S7-200.......................................................................... 24
HÌNH 23.So sánh các thông số và đặc điểm của series 22x...............................25
HÌNH 24.S7-200 CPU 224................................................................................. 26
HÌNH 25.Mô tả chức năng của các chân của port RS 485..................................27
HÌNH 26.Kết nối giữa máy tính và PLC............................................................27
HÌNH 27.Cấu trúc bộ nhớ trong và ngoài của S7-200........................................28
HÌNH 28. Đặc điểm và giới hạn vùng nhớ của CPU 22x...................................31

HÌNH 29.Bản vẽ cấu tạo của mô hình................................................................32
HÌNH 30.Nguyên lý hoạt động của máy khí nén................................................33
HÌNH 31.Cấu tạo của xi lanh.............................................................................34
HÌNH 32.Van điện từ khí nén.............................................................................34
HÌNH 33.Cấu tạo của van điện từ 5/2.................................................................35
HÌNH 34.Cảm biến từ........................................................................................ 35
HÌNH 35.Cảm biến tiệm cận dạng trụ................................................................36
HÌNH 36.Cảm biến hành trình trên thân xi lanh.................................................37
HÌNH 37.Cảm biến hành trình............................................................................ 37
HÌNH 38.Sơ đồ kết nối phần cứng PLC.............................................................44
4


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay thời công nghệ 4.0, đất nước ta đã và đang trong quá trình công nghiệp
hóa hiện đại hóa và tất nhiên tự động hóa là một phần không thể thiếu trong các
doanh nghiệp sản xuất trong cả nước. Những máy móc, dây chuyền tự động đã
được ứng dụng và sử dụng rất nhiều trong các công ty xí nghiệp và khu công
nghiệp có quy mô. Nhờ đó các mặt khác như công nghệ thông tin và công nghệ
điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một thiết bị đó là PLC có khả
năng lập trình và điều khiển. Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm
đạt được số lượng sản phẩm lớn, nhanh và tiện lợi về kinh tế. Các công ty, xí
nghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC này để sử dụng trong
các quy trình sản xuất. Trong đó không thể thiếu là hệ thống phân loại sản phẩm,
sử dụng công nghệ lập trình PLC để điều khiển cả hệ thống đó giúp giảm sức lao
động mà xản suất đạt hiệu quả cao, tiết kiệm về chi phí.

5



Đồ Án PLC

Nhóm 5

CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN
PHẨM
1.1

Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm.


Trước kia việc sản xuất và phân loại sản phẩm phải dụng sức người
nên đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại nên người công nhân
khó có thể thực hiện sự công việc một cách chính xác trong thời gian
dài.



Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hóa quy trình sản xuất, hệ thống
phân loại sản phẩm ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con
người trong công việc phân loại, nó đã góp phần nâng cao hiệu quả
trong công việc. Một hệ thống hoàn chỉnh có thể phân loại các sản
phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục và giảm tối đa thời gian trì
hoãn hệ thống. Hơn thế nữa, đối với những công việc đòi hỏi sự tập
trung cao và có tính tuần hoàn, nên các công nhân khó đảm bảo được
sự chính xác trong công việc. Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất
lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống tự động
nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấp
bách này.




Hệ thống này trong đó có các dây chuyền là một hình thức tổ chức sản
xuất trong đó các bộ phận, thiết bị được thực hiện kế tiếp nhau theo
một trình tự đặt trước.



Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay có rất nhiều trong ứng dụng
thực tế trong các nhà máy xí nghiệp.



Chủ yếu được chia thành ba loại chính là phân loại theo màu sắc, phân
loại theo hình dạng, phân loại theo chiều cao.



Các hệ thống sản xuất và phân loại sản phẩm ngày càng đa dạng và
được tối ưu hơn

1


Đồ Án PLC

1.2

Nhóm 5


Sự phát triển của hệ thống phân loại sản phẩm.



Từ thời xa xưa con người đã biết phân loại các sản phẩm không những
phục vụ cho sinh hoạt mà còn phục vụ cho công việc buôn bán và trao đổi
hàng hóa. Nhưng những sự phân biệt này còn thô sơ và dùng sức người là
chính. Khi nền kinh tế phát triển cùng với sự bùng nổ về khoa học kỹ thuật
thì con người đã biết áp dụng khoa học công nghệ vào sản xuất để máy
móc thay thế dần cho sức lao động. Chính vì thế mà các loại hình phân
loại sản phẩm cũng phát triển mạnh mẽ.



Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều
trong thực tế hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung
cao và tính lặp lại nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác
trong công việc. Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩ
thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra. Điều đó sẽ ảnh hưởng trự
tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống
tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất
yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này. Tùy vào mức độ phức tạp trong
yêu cầu phân loại, các hệ thống phân loại tự động có những quy mô lớn,
nhỏ khác nhau. Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ
thống này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện của Việt Nam. Vì vậy hiện
nay đa phần chỉ được áp dụng trong các hệ thống có yêu cầu phân loại
phức tạp, còn một lượng rất lớn các doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng
trực tiếp sức lực con người để làm việc. Bên cạnh các băng chuyền sản
phẩm thì một yêu cầu cao hơn được đặt ra đó là phải có hệ thống phân loại
sản phẩm.


2


Đồ Án PLC

1.3

Nhóm 5

Vấn đề hiện nay về hệ thống phân loại sản phẩm.



Ở nước ta hiện nay có nhiều sức lao động và việc thuê nhân công rẻ tuy
vậy bên cạnh đó vì là con người thủ công nên có thể xảy ra xai xót và
không được ổn định. Tuy vậy việc nhân công dồi dào nhưng nguồn lực về
chất lượng cao còn hạn chế, tác phong làm việc còn hạn chế. Phần lớn các
doanh nghiệp đều phải đào tạo lại nghề cho nhân công. Nhân công không
lành nghề dẫn đến chất lượng sản phẩm thấp, năng suất lao động không
cao, sản phẩm làm ra sẽ không nhiều trong cùng một thời gian.



Các hoạt đông thủ công của doanh nghệp nói chung và các hoạt động phân
loại sản phẩm thủ công nói riêng thì vẫn còn tốn khá nhiều công sức của
nhân công hiện nay. Những ngành nghề phân loại sản phẩm độc hại như
phân loại rác hoặc phân loại những sản phẩm liên quan đến chất độc hóa
học và độc hại thì công nhân tham gia vào quá trình hoạt động thì sẽ rất
nguy hiểm đến sức khỏe và cũng ảnh hưởng đến cả đến năng xuất của quá

trình.



Tốc độ đổi mới công nghệ còn chậm, chưa đồng đều và chưa có định
hướng phát triền rõ rẹt. Phần lớn các công nghệ của nước ta còn sử dụng
các công nghệ phân loại sản phẩm còn tụt hậu so với các nước trên thế giới
khoảng 10 đến 15 năm, khoảng 80% công nghệ của phân loại sản phẩm
của các doanh nghiệp là phải sử dụng công nghệ nhập khẩu từ các nước
tiên tiến trên thế giới như: Nhật, Anh, Đức. Phần lớn công nghệ máy móc
nhập khẩu thuộc thập niên 50-60. Sự lạc hậu về công nghệ sẽ tạo ra chất
lượng sản phẩm thấp, điều này gây cho hang hóa của chúng ta gặp rất
nhiều khó khan trong vấn đề cạnh tranh về giá cả trên trị trường.



Trên thế giới hiện nay đã ứng dụng rất nhiều về những hệ thống thống tự
động hóa trong sản xuất và họ đang phát triển và nhân mạnh mô hình ra
toàn thế giới. Số lượng nhân công chất lượng cao khá lớn, trình độ chuyên
môn cao dẫn đến chất lượng sản phẩm cũng như giá thành hết sức cạnh
tranh không chỉ trong nước mà còn suất khẩu đi khắp thế giới như: Pháp,
Đức, Anh, Trung quốc, Nhật Bản…



Khi sản phẩm được sản xuất ra, được tự động sắp xếp đều trên băng
chuyền. Bên cạnh đó băng chuyền còn có đặt các thiết bị để nhận biết phân
loại phụ thuộc và sản phẩm. Khi sản phẩm được tác động bởi các thiết bị
3



Đồ Án PLC

Nhóm 5

phân loại chúng sẽ được đẩy vào các hộp nằm trên các băng chuyền khác.
Các sản phẩm còn lại sẽ được chuyền tiếp tục mang đến các thùng hàng.
Hệ thống hoạt động tuần tự cho đến khi có lệnh dùng. Người công nhân
chỉ việc tới lấy hộp xếp lên xe đẩy đưa và kho hàng.

1.4




1.5

Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống phân loại sản phẩm.
Hoạt động phân loại tự động này có điểm mạnh là năng xuất và tính chính
xác cao, cần ít sức người mà vẫn đạt hiệu quả nên có thể cạnh tranh về giá
cũng như chất lượng trên thị trường
Bên cạnh đó không phải doanh nghiệp vừa và nhỏ nào của nước ta cũng có
thể đầu tư số tiền rất lớn để mua một hê thống tự động hóa hoàn chỉnh từ
nước ngoài.

Các loại hình phân loại sản phẩm phổ biến hện nay.

Tùy vào mức độ phức tạp yêu cầu của từng sản phẩm mà ta có thể đưa ra
nhưng phương án phân loại sản phẩm khác nhau. Hiện nay có một số
phương pháp phân loại sản phẩm được ứng dụng rất nhiều trong đời sống

như:
 Hiện nay có rất nhiều kiểu phân loại đã và đang được áp dụng trong các hệ
thống sản xuất, sau đâu là các ví dụ điển hình:
 Phân loại sản phẩm theo kích thước.
 Phân loại sản phẩm theo màu sắc.
 Phân loại sản phẩm theo khối lượng.
 Phân loại sản phẩm theo mã vạch.
 Phân loại sản phẩm theo vật liệu.
 Vì có nhiều phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau nên có rất nhiều
thuật toán và hướng giải quyết khác nhau cho từng sẩn phẩm, đồng thời các
thuật toán này có thể đan xen và hỗ trợ lẫn nhau.


 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc:




Dây chuyền này phân loại sản phẩm theo màu sắc của sản phẩm. Mà cụ
thể ở đây là căn cứ theo màu sắc phân ra các loại sản phẩm khác nhau (sản
phẩm màu xanh, sản phẩm màu đỏ, sản phẩm màu vàng…).
Dây chuyền này thường ở giữa quá trình của hệ thống trong công nghiệp,
hệ thống phân loại này được sử dụng rất rộng rãi và dễ dàng và có độ tin
cậy cao.

4


Đồ Án PLC


Nhóm 5

HÌNH 1.Dây chuyền phân loại táo

 Ứng dụng:


Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều
trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, trong các dây
chuyền phân loại các sản phẩm nhựa hay trong chế biến Nông sản (như
Cà Phê, Gạo)… Hệ thống sẽ giúp nhà sản xuất tốn ít nhân công lao
động và giảm thiểu thời gian làm việc, nâng cao năng suất lao động.

 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước:




Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước là kiểu phân loại theo
kích thước của sản phẩm, mà cụ thể ở đây là căn cứ theo kích thước của
sản phẩm mà phân ra các loại sản phẩm khác nhau ( loại sản phẩm cao,
thấy hay trung bình theo ý của nhà máy đó).
Như đã nói ở trên thì dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước được
ứng dụng trong nhiều công việc phân loại đóng gói các sản phẩm khác
nhau như đóng chai lọ như bia, rượu, và các đồ uống đó chai. Đây là công
đoạn cuối trong dây chuyền sản xuất, có chức năng phân loại và đưa vào
các thùng hoặc các nơi tương ứng.

5



Đồ Án PLC

Nhóm 5

HÌNH 2.Dây chuyền phân loại dưa leo

 Ứng dụng:
Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước được ứng dụng rất nhiều
trong các ngành công nghiệp:
Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói..v.v
Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo, hoa
quả...
Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát.






 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao:



Công đoạn này thường ở gần cuối quá trình của hệ thống phân loại,
hoặc phân loại các sản phẩm sau khi được đóng gói.
Nếu sản phẩm nào không đạt yêu cầu của nhà sản xuất sẽ bị loại để
tránh đưa ra thị trường các sản phẩm kém chất lượng.

6



Đồ Án PLC

Nhóm 5

HÌNH 3.Dây chuyền phân loại nước giải khát

 Ứng dụng:





Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng trong rất
nhiều ngành công nghiệp.
Ứng dụng trong công nghiệp kiểm tra và phân loại sản phẩm có chiều
cao khác nhau như: Gạch, Ngói, thực phẩm tiêu dùng…
Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại Nông Sản.
Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh.

7


Đồ Án PLC

Nhóm 5

Như vậy: Ngoài ba loại hệ thống phân loại sản phẩm trên, chúng ta còn thấy có
hệ thống phân loại sản phẩm khác theo đặc tính của sản phẩm. Ví dụ như phân

loại sản phẩm theo trọng lượng, kích thước... Hầu hết cấu tạo và nguyên lý hoạt
động của chúng khá tương tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận đẩy sản phẩm phân
loại (có thể là xylanh piston hoặc động cơ bước) và bộ phận nhận dạng sản phẩm
(có thể là các loại cảm biến như màu sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biến
phát hiện kim loại, hay camera phát hiện hình dạng vật thể).
Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm
góp phần vào sự phát triển của nền khoa học thế giới nói chung và trong sự phát
triển điều khiển tự động nói riêng. Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp
tại nhà máy, các khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất đã
thấy được khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những
khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phầm
sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp phân
loại sản phẩm.
Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn
toàn chưa được áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sử
dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả.
Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà
em đã được học ở trường nên muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần,
đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác cao về kích thước. Nên em đã quyết
định thiết kế và thi công một mô hình sử dụng băng truyền để phân loại sản
phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản
xuất ra đòi hỏi phải có kích thước tương đối chính xác và nó thật sự rất có ý
nghĩa đối với em, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để
xứng tầm với sự phát triển của thế giới.

8


Đồ Án PLC


Nhóm 5

CHƯƠNG 2 . TỔNG QUAN VỀ PLC
2.1 Tổng quan về PLC
2.1.1 PLC là gì?


PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khển lập trình
nó có khả năng thực hiện linh hoạt các thuật toán thông qua một ngôn ngữ lập
trình. Người sử dụng có thể tạo ra chương trình lập trình hàng loạt 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. Ngôn ngữ lập trình của PLC có
thể là Ladder hay Function Block Diagram và Statement List. Hiện nay có
nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi
Electric, General Electric, Omron, Honeywell.. . Nói một cách ngắn gọn
PLC là một máy tính trong công nghiệp để thực hiện một dãy các quá trình.

HÌNH 4.Một PLC S7-200 của siemes.

HÌNH 5.Cấu trúc và hoạt động chung của một hệ thống PLC


Đồ Án PLC

Nhóm 5

2.1.2 Đặc điểm của bộ lập trình.










Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
Người lập trình không cần giỏi về kiến thức điện tử, chỉ cần nắm vững công
nghệ sản xuất và biết chọn được thiết bị thích hợp là có thể lập trình.
Không cần có sự thay đổi về mặt kết nối dây mà ta chỉ thay đổi chương trình
trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dụng.
Khả năng chống nhiễu tốt.
Cấu trúc module thuận tiện cho việc mở rộng, thiết kế, cải tạo nâng cấp.
Bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp dùng
rơ le và các thiết bị cồng kềnh và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị
dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản.
PLC còn thực hiện những tác vụ khác như định thì, đếm làm tăng khả năng
điều khiển cho những hoạt động phức tạp ngay cả với PLC loại nhỏ nhất.

2.1.3 Sơ lược về lịch sử phát triển.















Bộ điều khiển lập trình PLC là ý tưởng của nhóm kỹ sư hãng General Motors
vào năm 1968, và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu
điều khiển như
Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trong
các nhà máy công nghiệp.
Cấu trúc dạng Module dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa.
Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất của các nhà máy công nghiệp.
Sử dụng các linh kiện bán dẫn nên phảicó kích thước nhỏ gọn hơn mạch role mà
chức năng vẫn tương đương.
Giá cả cạnh tranh
Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trong
các nhà máy công nghiệp.
Cấu trúc dạng Module dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa.
Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất của các nhà máy công nghiệp.
Sử dụng các linh kiện bán dẫn nên phảicó kích thước nhỏ gọn hơn mạch role mà
chức năng vẫn tương đương.
Giá cả cạnh tranh
Những chỉ tiêu này đã tạo được sự quan tâm của những kỹ sư thuộc nhiều
ngành nghiên cứu khả năng ứng dụng PLC trong công nghiệp. Kết quả nghiên
cứu đã đưa ra thêm một số các chỉ tiêu cần phải có trong chức năng của
PLC: các lệnh logic đơn giản được hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ định thì, tác
vụ đếm. Sau đó là các lệnh về xử lý toán học, xử lý bảng dữ liệu, xử lý xung ở
tốc độ cao, tính toán số liệu thực 32 bit, xử lý thời gian thực, đọc mã vạch, bộ

10


Đồ Án PLC





Nhóm 5

nhớ lớn hơn, số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn, nhiều loại module chuyên
dùng hơn
Đến năm 1976 thì PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa
bằng kỹ thuật truyền thông (khoảng 200 mét). Sự gia tăng những ứng dụng của
PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sản xuất hoàn chỉnh kỹ thuật củacác
họ PLC với mức độ khác nhau về khả năng tốc độ xử lý và hiệu suất
Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ vào / ra và
dung lượng bộ nhớ chương trình khoảng 500 bước, đến các họ PLC có cấu trúc
module nhằm làm dễ dàng hơn cho việc mở rộng thêm chức năng chuyên dùng
như:
 Xử lý tín hiệu liên tục
 Điều khiển động cơ Servo, động cơ bước
 Truyền thông
 Tăng số lượng ngõ vào ra
 Tăng bộ nhớ mở rộng

2.1.4 Cấu trúc và hoạt động của PLC.
2.1.4.1.


Cấu trúc.

HÌNH 6.Cấu trúc của PLC



PLC là một thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển thông qua một
ngôn ngữ lập trình. Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ
của PLC. Ta thấy PLC giống như một máy tính nghĩa là có bộ vi xử lý, một bộ
điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và các cổng vào ra để
giao tiếp với các đối tượng điều khiển. Như vậy ta thấy cấu trúc cơ bản một PLC
bao giờ cũng gồm các thành phần cơ bản sau:
 Modul nguồn
 Modul đơn vị xử lý trung tâm
 Modul bộ nhớ chương trình và dữ liệu
11


Đồ Án PLC



Nhóm 5

 Modul đầu vào
 Modul đầu ra
 Modul phối ghép
 Modul chức năng
Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ (bộ nhớ trong
PLC gồm các loại sau: RAM, ROM, EEPROM, EPROM) thực hiện các lệnh

logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái ngõ ra
được cập nhật và lưu vào bộ nhớ. Sau đó, trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ được
dùng để đóng, mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tương ứng.

2.1.4.2.


Hoạt động của PLC.

Nguyên lý hoạt động:
 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 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.
 Bộ nhớ:
 PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp
12


Đồ Án PLC

Nhóm 5

 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 đấu 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 2000 ÷ 16000 dòng 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 nuôi bị mất. Để tránh tình trạng này các PLC đều
được trang bị một pin khô, 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.
 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.
 Kích thước bộ nhớ:
 Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 ÷1000 dòng lệnh tùy vào công
nghệ chế tạo
 Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ
2000 ÷16000 dòng lệnh
 Các ngỏ 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 module 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 PLC, điều này
làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn
giản
13



Đồ Án PLC

Nhóm 5

 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
 Vòng quét chương trình
 PLC thực hiện các công việc (bao gồm cả chương trình điều khiển)
theo chu trình lặp.
Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (scancycle). Mỗi vòng quét
được bắt đầu bằng việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ
đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng
vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết
thúc của khối OB1.
Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội
dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc
bằng giai đoạn xử lý các yêu cầu truyền thông (nếu có) và kiểm tra
trạng thái của CPU. Mỗi vòng quét có thể mô tả như sau:

HÌNH 7.Một chu kỳ quét của PLC

 Thời gian cần thiết để cho PLC thực hiện được một vòng quét được gọi là
thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức
là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời
gian như nhau. Có vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thực
hiện nhanh tuỳthuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào
khối lượng dữ liệu truyền thông. Trong vòng quét đó. Như vậy giữa việc
đọc dữ liệu từ đối tượngđể xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển
đến đối tượng có một khoảngthời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét.
Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của

chương trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính
thời gian thực của chương trình càng cao.

14


Đồ Án PLC

Nhóm 5

2.1.5 Phân loại.


Theo hãng hãng sản xuất
 Các nhãn hiệu như : Siemens, Omron, Mitsubishi

HÌNH 8.PLC S7-200 của siemens

HÌNH 9.PLC CP1L của omron

HÌNH 10.PLC FX1S SPS của mitsubishi

15


Đồ Án PLC



Nhóm 5


Theo version
 PLC Mitsubishi có các họ như : Alpha, Fx, Fxo, Fxon, Fx1n, Fx2n

HÌNH 11.PLC Mitsubishi loại alpha
HÌNH 12.PLC Mitsubishi loại FX1N

HÌNH 13.Mitsubishi loại FX2N

 PLC Siemens có các họ như : S7-200, S7-300, S7-400, S7- 1200

16


Đồ Án PLC

Nhóm 5

HÌNH 14.PLC S7-200

HÌNH 15.PLC

S7-300

HÌNH 16.

PLC S7-400

17



Đồ Án PLC

Nhóm 5

HÌNH 17.PLC S7-1200



Về hình dạng:
 Có hai kiểu cơ cấu thông dụng với các hệ thống PLC là kiểu hộp
đơn và kiểu modul nối ghép. Kiểu hộp đơn thường được sử dụng
cho các thiết bị điều khiển lập trình cỡ nhỏ và được cung cấp dưới
dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh. Kiểu modul ghép nối: gồm nhiều
modul riêng cho bộ nguồn, CPU, cổng vào/ra…được lắp trên thanh
ray. Kiểu này có thể sử dụng cho các thiết bị lập trình ở mọi kích cỡ



Theo số lượng đầu vào/ra có thể phân PLC thành bốn loại sau:
 Micro PLC là loại có dưới 32 kênh vào/ra
 PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra
 PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra
 PLC có đến trên 1024 kênh vào/ra
 Các micro – PLC thường có ít hơn 32 đầu vào/ra. Cấu tạo tương đối
đơn giản và toàn bộ các bộ phận được tích hợp trên một bảng mạch có
kích thước nhỏ gọn.
 PLC có cấu tạo gồm tất cả các bộ phận như bộ xử lý tín hiệu, bộ nguồn,
các kênh vào/ra trong một khối. Các MicroPLC có ưu điểm hơn các PLC
nhỏ là giá thành rẻ, dễ lắp đặt

 Một loại micro PLC khác là DL05 của hãng Koyo, loại này có 30 kênh
vào/ ra

18


Đồ Án PLC

Nhóm 5

HÌNH 18. PLC DL05



PLC loại nhỏ có thể có đến 256 đầu vào/ra. Loại PLC này có 34 kênh vào/ ra
gồm: 6 kênh vào và 4 kênh ra trên mô đun CPU, còn lại 3 mô đun vào/ ra, với 4
kênh vào và 4 kênh ra cho mỗi mô đun. Hãng Siemens có các PLC loại nhỏ như
S5-90U, S5-95U, S5-100U, S7 200có số lượng kênh vào/ ra nhỏ hơn 256

HÌNH 19.PLC S5-100U của siemens



Các PLC trung bình có thể có dến 1024 đầu vào/ra. Loại CJ1M của Omron trên
có 320 kênh vào/ ra

19


Đồ Án PLC


Nhóm 5
HÌNH 20.PLC CJ1M của omron



Các PLC loại lớn của Siemens là các loại seri S7-300, S7-400. Các loại này có
số lượng kênh vào/ ra rất lớn. Các kênh này không thể đấu trực tiếp lên PLC mà
phải thông qua các bộ dồn kênh và tách kênh.

HÌNH 21. PLC S7-300 siemens

20