TRƯỜNG ĐHBK ĐÀ NẴNG

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

KHOA ĐIỆN

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
Họ và tên sinh viên :
Lớp:14D2
1.Tên đề tài:
Thiết kế hệ thống máy bán cà phê tự động(dùng bột cafe hòa tan) sử dụng PLC
FX của Mitsubishi
2. Nội dung:
 Sơ đồ nguyên lí hoạt động:



Cấu tạo :


Hình 1.3. Cấu tạo máy bán cà phê tự động
 Cấu tạo bên ngoài:
 Đ1,Đ2,Đ3: Đèn báo
 1.1;1.2;2.1;2.2 : Nút bấm nhấn chọn café và số lượng
 OK: Chọn xác nhận
 1 khe để bỏ xu
 1 khe để trả tiền
 Menu chọn loại café: café đen hay café sữa

 Đèn báo: đèn xanh(máy hoạt động bình thường), đèn đỏ (máy hỏng, hết
nguyên liệu…) , đèn vàng (hoạt động đã thực hiện xong)
 Nguyên lý hoạt động:
Khi khách hàng cho tiền vào máy qua khe nhận tiền, máy sẽ nhận dạng loại
tiền. Sau đó khách hàng sẽ bấm chọn loại cà phê muốn kèm với số lượng và nhấn
OK. Máy sẽ tự động kiểm tra số tiền đủ hay không. Nếu đủ máy sẽ tự động đun
sôi nước rồi pha chế loại cà phê theo yêu cầu của khách hàng và và trả lại số tiền
dư qua khe trả tiền dư. Nếu số tiền khách hàng đưa vào không đủ để mua số cà phê
đã chọn, máy sẽ kiểm tra xem có mua được café với số lượng ít hơn không. Nếu


được thì sẽ thực hiện giao dịch và trả tiền thừa.Còn không đủ thì sẽ trả tiền lại cho
khách. Khi máy hết nhiên liệu (cà phê, nước, li giấy…), máy sẽ báo đèn để khách
hàng được biết.
 Yêu cầu:
 Dùng phần mềm GX work2 viết chương trình vận hành hệ thống bằng
ngôn ngữ lader.
 Tính chọn các thiết bị cần dùng trong hệ thống.
Kiểm tra tiến độ đồ án:

Đà Nẵng, ngày

tháng

2017
Giáo viên hướng dẫn

Lâm Tăng Đức

năm



Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BÁN CÀ PHÊ TỰ ĐỘNG
1.1 Máy bán hàng tự động:
Máy bán hàng tự động là một chiếc máy thông minh có thể tự động thực hiện
giao dịch mua, bán các loại hàng trong kho của nó với khách hang. Người mua là
khách hàng, người bán là chiếc máy đó. Thao tác mua, bán về cơ bản diễn ra bình
thường như truyền thống.
Với sự xuất hiện của máy bán hàng tự động trong những năm gần đây đã tạo
ra sự phát triển mạnh mẽ các dịch vụ công cộng như bán nước uống, đồ ăn
nhanh…Những máy bán hàng tự động này xuất hiện chủ yếu ở những chỗ tập
trung đông người như: siêu thị, ngân hàng, hoặc những khu vực vui chơi giải trí.
Những lợi ích mà máy bán hàng tự động đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ
thẻ như:
 Với một chiếc máy bán hàng, việc mua bán có thể diễn ra bất cứ thời gian
nào, trong điều kiện như thế nào.
 Một chiếc máy bán hàng tự động có thể coi tương đương một quầy hàng
nhỏ, chuyên bán một số mặt hàng. Hơn nữa quầy hàng này không cần nhân
viên bán hàng, nên tiết kiệm được tiền lương trả cho nhân viên.
 Máy bán hàng tự động có diện tích nhỏ nên có thể đặt được ở nhiều nơi, tận
dụng được nhiều khoảng trống, có thể tiết kiệm được tiền thuê mặt bằng.
 Mọi người thường có tâm lý e ngại khi mua một số mặt hàng ở các quầy
hàng, thì việc mua ở các máy bán hàng tự động, hoàn toàn thoải mái.
 Các loại máy bán hàng tự động được thiết kế giao tiếp ngày càng thân thiện
với người sử dụng. Việc thực hiện mua sản phẩm rất dễ dàng, và không sai
sót.

 Bằng việc sử dụng những đồng tiền xu sẽ làm thay đổi suy nghĩcủa mọi
người trong việc sử dụng và lưu thông những đồng tiền xu. Các máy hiện
đại có khả năng thanh toán bằng thẻ tín dụng, nên có thể giảm được lượng
tiền mặt lưu thông trên thị trường…
1


Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

Từ nhu cầu thực tiễn và lợi ích của xã hội ta thấy máy bán hàng tự động là rất
cần thiết trong một xã hội phát triển.
Máy bán hàng tự động là một cụm từ chung, như các máy bán cà phê,
máy nạp thẻ điện thoại tự động, máy bán đồ ăn nhanh tự động…Nên trong đề tài
này, nhiệm vụ cụ thể của nhóm là thiết kế và chế tạo mô hình máy bán hàng tự
động, bán hai loại nước đóng chai và một loại dạng hộp, giao dịch bằng ba loại
tiền Việt Nam: 1000đ, 2000đ và 5000đ.

Hình 1.1: Một số máy bán hàng tự động

2


Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

Ở Việt Nam, máy bán hàng tự động cũng ngày dần xuất hiện phổ biến ở
các tỉnh, thành phố lớn như Đà Nẵng, Hà Nội, TP HCM và được đưa vào nghiên

cứu chế tạo.
Hầu hết các loại máy bán hàng tự động đều dung tiền xu để thực hiện giao dịch
mua bán. Tuy nhiên, ở Việt Nam, thói quen sử dụng đồng xu không phô biến như
tiền giấy. Tiền xu khá nặng và bất tiện khi mạng bên người, trong khi đó mệnh giá
lại nhỏ nên không được ưa chuộng ở nước ta. Đó cũng là nguyên nhân máy bán
hàng tự động chưa phát triển mạnh ở Việt Nam, nó chỉ mới xuất hiện ở các thành
phố lớn trong nước. Nhưng hiện nay, các máy bán hàng tự động sử dụng tiền giấy,
polime đã dần xuất hiện nhiều ở Việt Nam. Và tin rằng, cùng với sự phát triển của
khoa học công nghệ, hội nhập kinh tế- quốc tế và nhu cầu của người dâ, máy bán
hàng tự động sẽ ngày càng phổ biến ở nước ta và đem lại nhiều sự tiện lợi cho
người sử dụng.
1.2.Máy bán café tự động:
Máy bán café tự động, cũng như máy bán hàng tự động là một sản phẩm
tự động đã được phổ biến trên thế giới. Ở các nước phát triển như Nhật, Mỹ, Trung
Quốc…sản phẩm này đã trở nên thông dụng với người dân. Máy bán café tự động
đã rất hoàn thiện về kết cấu, tính năng sử dụng và ngày được hoàn thiện. Và với
máy bán café tự động, chúng ta có thể tiết kiệm được rất nhiều thời gian và chi phí
đi lại, thuận tiện cho những người bận rộn- đặc biệt là văn phòng, để có thể uống
một cốc café mọi lúc mọi nơi. Chỉ cần bỏ tiền vào, sau 1-2 phút ( tùy theo từng
loại máy ) chúng ta đã có một cốc café thơm ngon trên tay.

3


Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

Hình 1.2: Một số máy bán café tự động
Các công nghệ đang được áp dụng cho máy bán café tự động:

 Công nghệ nhận diện và trả tiền thừa:
Sau khi nhét đồng xu vào máy, khối kim loại này sẽ đi qua một cảm biến
ánh sáng dùng cho đo đạc kích thước.

4


Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

Tiếp đó, đồng xu đi qua một nam châm điện để đo đạc thành phần kim
loại.

Sau khi nhận dạng đồng xu, máy sẽ tự động sắp xếp đồng xu vào đúng cột của nó.
Những đồng xu giả sẽ bị chuyển qua khe từ chối.

5


Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

Nếu còn tiền thừa? Máy sẽ tự động tính toán để rút xu từ các cột ra và trả lại. Đây
là lý do mà các máy bán hàng tự động thường chỉ chấp nhận một số loại tiền lẻ.

Với tiền xu Việt Nam gồm các mệnh giá với độ dày như sau: 5000đ (2.2mm),
2000đ (1.8mm), 1000đ (1.95mm), 500đ (1.75mm), 200đ(1.45mm)
Khi hệ thống điều khiển của máy tiếp nhận được thông tin khách hàng đã đưa

đủ số tiền để mua loại café đó thì cốc giấy sễ được đưa ra ở cửa để thực hiện công
việc tiếp theo.
 Công nghệ đẩy ly:
Khi khách hàng đưa tiền xu vào máy, qua quá trình nhận diện tiền xu khách
hàng đưa vào, nếu đã đủ tiền thì máy sễ tự động cáp ly giấy ra để chứa café. Có
nhiều loại ly giấy chứa café khác nhau với số lượng ly giấy trong mỗi máy bán
café khác nhau. Thông thường máy bán café tự động chứa khoảng 60ly/cột….
Trong đề tài này, nhóm thiết kế máy bán café tự động thanh toán bằng
tiền xu. Về cơ bản, máy bán café tự động gồm bộ phận chứa nguyên liệu, hệ thống
nhận dạng tiền xu- trả lại tiền thừa, các cơ cấu chấp hành để đưa nguyên liệu ra đó
là động cơ, xilanh….các nút bấm, bộ điều khiển và các cảm biến…để tạo ra 2 loại
café là: café đen và café sữa.

6


Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ QUY TRÌNH VẬN
HÀNH CỦA HỆ THỐNG
2.1. Giải pháp
Với đề tài “Thiết kế hệ thống máy bán café tự động sử dụng PLC FX của
Mitsubishi”, máy bán café sẽ được thiết kế với:
 Sử dụng PLC FX của Mitsubishi làm điều khiển trung tâm.
 Sử dụng bột café hòa tan.
 Sử dụng tiền xu để mua.
 Bán 2 loại café: café đen và café sữa.
 Có thể chọn số ly là 1 hoặc 2

 Sử dụng bình nấu nước nóng để pha café: sử dụng nước nóng (90-100C)
2.2 . Quy trình công nghệ cho hệ thống điều khiển máy bán café tự động
2.2.1. Mô tả máy bán café tự động

7


Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

Hình 2.1. Cấu tạo máy bán café tự động
*Chú thích:
 Đ1,Đ2,Đ3: Đèn báo
 1.1; 1.2; 2.1; 2.2: Nút bấm
 OK: Chọn xác nhận
 NC: Các nam châm
Bên ngoài máy gồm có:
 1 khe để bỏ xu
 1 khe để trả tiền
 Menu chọn loại café: café đen hay café sữa ,nút bấm có kí hiệu số ly.
 Đèn báo: đèn xanh(máy hoạt động bình thường), đèn đỏ(máy hỏng, hết
nguyên liệu…), đèn vàng(một ly cafe đã thực hiện xong).
Bên trong máy gồm có:
 Bộ xử lý trung tâm: sử dụng PLC FX của Mitsubishi
 Hộp đựng bột café
 2 bình trộn nguyên liệu
8



Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

 1 bình có cuộn dây nấu nước nóng
 Hệ thống ly giấy
 Các cảm biến: xác định lượng café, lượng nước, cảm biến tiền….
 Các van đóng- mở
 Bàn phím, các hệ thống đèn báo
2.2.2. Nguyên lý hoạt động:
Khi cắm điện vào, máy tự động chuyển sang trạng thái 1:
 Trạng thái 1: nếu một trong các cảm biến bột cafe, nước, ly giấy báo hết
café hoặc nước máy sẽ bật đèn đỏ lên báo là máy đang ngưng hoạt động và
chuyển sang trạng thái 7. Ngược lại thì máy sẽ bật đèn xanh và chuyển sang
trạng thái 2.
 Trạng thái 2: khi khách hàng cho tiền vào máy qua khe nhận tiền và nhấn
nút chọn mua café đen thì máy chuyển sang trạng thái 3. Hoặc nhấn nút
mua café sữa thì máy chuyển sang trạng thái 4.
 Trạng thái 3: bộ nhận dạng tiền sẽ xác định mệnh giá số tiền vừa cho vào.
Nếu số tiền đó đủ hoặc dư để mua café đen thì máy sẽ tiếp nhận giao dịch
và trả tiền thừa lại cho khách qua khe trả tiền (nếu có).
 Trạng thái 3.1: Hoặc nếu số tiền đó chưa đủ thì máy sẽ kiểm tra có thể
mua với số lượng ít hơn không ,nếu được thì thực hiện giao dịch.. Khi đã
đủ tiền máy chuyển sang trạng thái 5. Còn không thì máy sẽ trả lại số tiền
ban đầu cho khách.
 Trạng thái 4.1: bộ nhận dạng tiền sẽ xác định mệnh giá số tiền vừa cho vào
Nếu số tiền đó đủ hoặc dư để mua café sữa thì máy sẽ tiếp nhận giao dịch
và trả tiền thừa lại cho khách qua khe trả tiền (nếu có).
-Trạng thái 4.2 Hoặc nếu số tiền đó chưa đủ thì máy sẽ kiểm tra có thể
mua với số lượng ít hơn không ,nếu được thì thực hiện giao dịch.. Khi đã đủ

tiền máy chuyển sang trạng thái 6. Còn không thì máy sẽ trả lại số tiền ban
đầu cho khách.
9


Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

 Trạng thái 5( pha café đen):
Máy mở van của bình chứa café đen V1 để café chảy vào bình pha trộn.Khi
thời gian(5s-1ly café hoặc 10s-2 ly cafe) đã đủ van sẽ đóng lại, đồng thời
van của van nước nóng V3.1 mở ra để cho nước chảy vào bình pha trộn(sẽ
đóng lại cũng tương ứng với thời gian 5s hoặc 10s).
Sau đó động cơ trộn DC1 sẽ được bật lên để trộn café trong vòng 1 phút.
Sau 1 phút , động cơ trộn ĐC1 tắt. . Hộp đựng ly với cơ chế thả ly giấy sẽ
đưa ly ra ngoài trước đó(khi động cơ 3 dừng thì ly sẽ được thả xuống).Tín
hiệu trong bình trộn báo còn café thì động cơ DC3 sẽ đưa ly đến dưới vòi
rót. Sau đó van rót café V4 mở ra trong vòng 10s để rót café vào cốc giấy.
Sau 10s van V4 đóng lại. Nếu mua 2ly thì ly thứ 2 sẽ được rót sau 5s tiếp
theo, thời gian rót vẫn 10s.
Sau thời gian 30s,kể từ khi rót café lần đầu, máy sẽ reset và trở về trạng thái
ban đầu chuẩn bị cho lần giao dịch tiếp theo.
Trạng thái 6: (pha café sữa) Máy mở van của bình chứa café sữa V2 để café
chảy vào bình pha trộn.Khi thời gian(5s-1ly café hoặc 10s-2 ly cafe) đã đủ
van sẽ đóng lại, đồng thời van của van nước nóng V3.2 mở ra để cho nước
chảy vào bình pha trộn(sẽ đóng lại cũng tương ứng với thời gian 5s hoặc
10s).
Sau đó động cơ trộn DC2 sẽ được bật lên để trộn café trong vòng 1 phút.
Sau 1 phút , động cơ trộn ĐC2 tắt. Hộp đựng ly với cơ chế thả ly giấy sẽ

đưa ly ra ngoài trước đó(khi động cơ 3 dừng thì ly sẽ được thả xuống).Tín
hiệu trong bình trộn báo còn café thì động cơ DC3 sẽ đưa ly đến dưới vòi
rót. Sau đó van rót café V4 mở ra trong vòng 10s để rót café vào cốc giấy.
Sau 10s van V4 đóng lại.Nếu mua 2ly thì ly thứ 2 sẽ được rót sau 5s tiếp
theo,thời gian rót vẫn 10s. Sau thời gian 30s,kể từ khi rót café lần đầu, máy
sẽ reset và trở về trạng thái ban đầu chuẩn bị cho lần giao dịch tiếp theo.
 Trạng thái 7: Khi khách hàng cho tiền giả vào máy sẽ tự động trả tiền lại
cho khách.
10


Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

Còn khi máy hết nguyên liệu( café, nước…) thì máy sẽ hiển thị đèn báo máy
không hoạt động.
2.2.3. Các yêu cầu kỹ thuật
 Máy phải có cảm biến đo kích thước để phân biệt các loại đồng xu của Việt
Nam khi bỏ vào máy ( dựa vào các kích thước khác nhau của các đồng xu).
 Các ngăn xếp chứa các loại đồng xu khác nhau để tiện lợi cho việc trả tiền
thừa.
 Các van đóng mở linh động để mở các van nước, café, tiền xu, thả ly.
 Bình trộn phải trộn đều, hòa tan được hết các nguyên liệu.
 Ly giấy phải được đưa ra đúng vị trí, mỗi lần chỉ đưa ra 1 ly giấy.
 Các cảm biến đo lượng bột café, lượng nước chính xác.
 Khi hết 1 trong các nguyên liệu để bán 1 ly café, máy sẽ báo hiệu đèn để
mọi người biết và sẽ có người đến bổ sung nguyên liệu để máy có thể tiếp
tục hoạt động.


11


Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

CHƯƠNG III: LỰA CHỌN CÁC LINH KIỆN, THIẾT BỊ HỆ THỐNG.
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH GHÉP NỐI HỆ THỐNG
3.1. Lựa chọn các linh kiện, thiết bị hệ thống:
3.1.1. PLC FX của Mitsubishi:
a. Giới thiệu chung về PLC:
Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC: Programmable Logic Control) là loại
thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một
ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng mạch số.
Trên thế giới có rất nhiều PLC của nhiều hãng khác nhau như: Siemens của Đức,
Mitsubishi của Nhật…

Hình 3.1 PLC của Mitsubishi

12


Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

Hình 3.2 PLC của Siemens
Như vậy, với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển số
nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường

xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều
khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB,
FC hoặc FB) và thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét.
Tự động ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và công nghiệp.
Ngày nay, ngành tự động đã phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý
thuyết điều khiển tự động, tiến bộ của những ngành khác như điện tử, tin học…
Nhiều hệ thống điều khiển đã ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng phục
vụ rộng là bộ điều khiển PLC.
Khái niệm 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 sau:
 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.

13


Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

 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.
b. Chỉ tiêu chất lượng của PLC
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. Các kết quả nghiên

cứu đã đưa ra thêm một số các chỉ tiêu cần phải có trong chức năng của PLC:
 Về phần mềm:
Từ 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…
 Về phần cứng:
• Bộ 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 xuất.
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

14


Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

• Bộ nhớ mở rộng.

Với cấu trúc module cho phép mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều
khiển PLC với chi phí và công sức thấp nhất.
Riêng nước ta, hàng rào thuế quan khu vực đang dần dần được loại bỏ, kinh
tế mở cửa hợp tác với nước ngoài. Trước tình hình đó, nền công nghiệp sẽ gặp
không ít khó khăn vì còn khá nhiều dây chuyền công nghệ lạc hậu. Các doanh
nghiệp cần phải chú trọng đến những ứng dụng và phát triển của tự động trong sản
xuất công nghiệp, nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, cũng như giá
thành sản phẩm hạ. Một trong những phương án tốt nhất và được sử dụng rộng
rãingày nay là thay thế những công nghệ cũ bằng những hệ thống điều khiển tự
động dùng PLC.
c. Khái quát về bộ lập trình PLC
Trong kỹ thuật tự động, điều khiển được chia làm hai loại: điều khiển bằng
dây nối, và điều khiển bằng bộ lập trình PLC.
 Điều khiển bằng dây nối
Các bộ điều khiển được gọi là bộ điều khiển dây nối nếu các phần tử chuyển
mạch của nó được nối với nhau bằng dây dẫn cố định một cách vĩnh viễn.
Đó là các bộ điều khiển bằng dây nối dùng để nối kết các nút nhấn và các
phần tử chuyển mạch là các tiếp điểm với nhau bằng dây dẫn song song hoặc nối
tiếp. Các công tắc và tiếp điểm được sắp xếp với nhau khi ta đã biết rõ chức năng
mà bộ điều khiển cần thực hiện, tức phải biết rõ sơ đồ nguyên lý và vị trí khi tiến
hành đấu dây. Mặt khác, khi muốn thay đổi chức năng của bộ điều khiển ta phải
thay đổi lại cấu trúc cũng như sơ đồ đấu dây. Đối với những mạch điện lớn phức
tạp thì sự đấu dây trở nên rất khó khăn và dễ bị sai sót. Ngoài ra trong cách dùng
này cần tốn nhiều linh kiện như: role trung gian, role thời gian, bộ đếm…

15


Đồ án môn học: Điều khiển Logic


GVHD: Lâm Tăng Đức

 Điều khiển dùng PLC
PLC là từ viết tắt của Programmable Logical Controller (chương trình điều
khiển tự động có lập trình), chương trình này được lưu trữ trong bộ nhớ ROM và
được nạp vào thông qua máy vi tính cá nhân.
Trong PLC chức năng bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một
chương trình, chương trình này được nạp vào bộ nhớ PLC. Khi đó PLC sẽ thực
hiện quá trình điều khiển dựa vào chương trình đã được nạp sẵn. Cấu trúc và sơ đồ
đấu dây của bộ điều khiển không phụ thuộc vào chức năng hay quá trình hoạt
động.
Tất cả các linh kiện cần thiết cho việc thiết kế mạch đều được lập trình sẵn
trong bộ PLC như : sensor, công tắc, nút nhấn, tế bào quang điện, và tất cả các cơ
cấu chấp hành như cuộn dây, đèn tín hiệu, bộ định thì, role trung gian,… đều được
nối vào PLC.
Nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ ta chỉ
cần thay đổi chương trình bên trong bộ PLC. Điều này rất tiện ích cho các kỹ sư
thiết kế.
c. Những ưu điểm kỹ thuật của bộ điều khiển PLC
Chỉ tiêu so
sánh
Giá thành
Kích thước vật
lý
Tốc độ điều
khiển
Khả năng
chống nhiễu
Lắp đặt


Role

Mạch số

Máy tính

PLC

Khá thấp

Thấp

Cao

Thấp

Lớn

Rất gọn

Khá gọn

Rất gọn

Chậm

Rất nhanh

Khá nhanh


Nhanh

Rất tốt

Tốt

Khá tốt

Tốt

Mất thời gian

Mất thời gian

Lập trình phức

Lập trình và

thiết kế và

đáng kể

tạp và tốn thời

lắp đặt đơn

16


Đồ án môn học: Điều khiển Logic


GVHD: Lâm Tăng Đức

lắp đặt

gian

giản

Khả năng điều
khiển tác vụ

Không có

Có

Có

Có

Rất khó

Khó

Khá đơn giản

Rất đơn giản

Kém


Kém

Kém

Tốt

phức tạp

Thay đổi, nâng
cấp và điều
khiển
Công tác bảo
trì

So với các hệ thống vận hành sử dụng các thiết bị khác như Role, Mạch số,
Máy tính, PLC có giá thành thấp, kích thước gọn, tốc độ điều khiển cao, hoạt
động ổn định. Khả năng điều khiển các thao tác phức tạp, dễ thay đổi, nâng cấp, dễ
bảo trì.trên. Mặt khác, PLC có khả năng kết nối mạng và kết nối các thiết bị ngoại
vi rất cao giúp cho việc điều khiển được dễ dàng.
d. Phạm vi ứng dụng của PLC
Dùng để điều khiển Robot: ví dụ như gắp phôi từ băng tải bỏ qua bàn gia
công của máy CNC, hay điều khiển Robot đưa vật liệu thiết bị vào băng tải, thực
hiện các việc đóng hộp, dán tem nhãn…
Ngoài ra, PLC có thể ứng dụng để giám sát các quá trình trong các nhà máy
mạ, dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử, dây chuyền kiểm tra sản phẩm… bằng
các sensor, công tắc hành trình.

e. Cấu trúc phần cứng PLC họ FX của Mitsubishi

17



Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

Hình 3.3: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển
 Đơn vị xử lý trung tâm.
Là bộ vi xử lý thực hiện các lệnh trong bộ nhớ chương trình. Nhập dữ liệu ở
ngõ vào, xử lý chương trình, nhớ chương trình, xử lý các kết quả trung gian và các
kết quả này được truyền trực tiếp đến cơ cấu chấp hành để thực hiện chương trình
xuất dữ liệu ra các ngõ ra.
 Bộ nhớ
Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau.Đây là nơi lưu gữi trạng thái hoạt động của
hệ thống và bộ nhớ của người sử dụng. Để đảm bảo cho PLC hoạt động, phải cần
có bộ nhớ để lưu giữ chương trình, đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các
chức năng khác như:
• Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất / nhập được
gọi là Ram xuất nhập.
• Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong: Timer,
Counter, Relay.

18


Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

Bộ nhớ gồm có những loại sau:

+ Bộ nhớ chỉ đọc (Rom: Read Only Memory): Rom không phải là bộ nhớ
khả biến, nó có thể lập trình chỉ một lần. Do đó không thích hợp cho việc điều
khiển "mềm "của PLC .Rom ít phổ biến so với các loại bộ nhớ khác.
+Bộ nhớ ghi đọc (Ram: Random Access Memory): Ram là một bộ nhớ
thường được dùng để lưu trữ dữ liệu và chương trình của người sử dụng. Dữ liệu
trong Ram sẽ bị mất đi nếu nguồn điện bị mất. Tuy nhiên vấn đề này được giải
quyết bằng cách gắn thêm vào Ram nguồn điện dự phòng. Ngày nay, trong kỹ
thuật phát triển PLC, người ta dùng CMOSRAM nhờ sự tiêu tốn năng lượng khá
thấp của nó và cung cấp pin dự phòng cho các Ram này khi mất nguồn .Pin dự
phòng có tuổi thọ ít nhất một năm trước khi cần thay thế, hoặc ta chọn pin sạc gắn
với hệ thống, pin sẽ được sạp khi cấp nguồn cho PLC.
+Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xoá được (EPROM: Eresable
Programmable Read Only Memory): EPROM lưu trữ dữ liệu giống như ROM,
tuy nhiên nội dung của nó có thể bị xoá đi nếu ta phóng tia tử ngoại vào, người viết
phải viết lại chương trình trong bộ nhớ.
+Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xoá được bằng điện (EEPROM : Electric
Erasable Programmable Read Only Memory): EEPROM kết hợp khả năng truy
linh động của Ram và tính khả biến của EEPROM, nội dung trên EEPROM có thể
bị xoá và lập trình bằng điện tuy nhiên chỉ được một số lần nhất định.
 Các module xuất/nhập
Khối xuất nhập đóng vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử bên trong
PLC với mạch ngoài. Module nhập nhận tín hiệu từ sensor và đưa vào CPU,
module xuất đưa tín hiệu điều khiển của CPU ra cơ cấu chấp hành.Mọi hoạt động
xử lý tín hiệu từ bên trong PLC có mức điện áp từ 5 đến 15VDC, trong khi tín hiệu
bên ngoài có thể lớn hơn. Ta có nhiều loại ngõ ra như: ngõ ra dùng rơ le, ngõ ra
dùng transistor, triac.

19



Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

 Hệ thống Bus
Là hệ thống tập hợp 1 số dây dẫn kết nối các module trong PLC gọi là BUS,
đây là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều tín hiệu song song.
f. Các hoạt động xử lý bên trong PLC
 Xử lý chương trình
Gồm các giai đoạn:
Đọc trạng thái của tất cả đầu vào: PLC thực hiện lưu các trạng thái vật lý
của ngõ vào. Phần chương trình phục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được
gọi là hệ thống điều hành.
Thực hiện chương trình: bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong
chương trình, Trong nghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu
vào, thực hiện phép toán logic và kết quả sau đó sẽ các định trạng thái của các đầu
ra.
Xử lý những yêu cầu truyền thông: suốt thời gian CPU xử lý thông tin trong
chu trình quét, PLC xử lý tất cả thông tin nhận được từ cổng truyền thông hay các
module mở rộng.
Thực hiện tự kiểm tra: trong 1 chu kỳ quét, PLC kiểm tra hoạt động của
CPU và trạng thái của module mở rộng.
Xuất tín hiệu ngõ ra: bộ vi xử lý sẽ gán trạng thái mới cho các đầu ra tại các
module đầu ra.

20


Đồ án môn học: Điều khiển Logic


GVHD: Lâm Tăng Đức

íìủ
ấ
õ
k
h
T
iể
ự
ệ
a
m
ọ
Đ
o
à
v
ạ
đ
ả
á
rề
ầ
c
u
ê
y
ữ
lý

ử
X
ư
ơ
g
n
tô

 Xử lý xuất nhập
Gồm 2 phương pháp khác nhau dung cho việc xử lý I/O trong PLC:
Cập nhật liên tục:
Trong phương pháp này, CPU phải mất một khoảng thời gian để đọc trạng
tháy của các ngõ và sẽ được xử lý. Khoảng thời gian trên, thường là 3ms, nhắm
tránh tác động xung nhiều gay bởi contact ngõ vào. Các ngõ ra được kích trực tiếp
(nếu có) thêm sau tác vụ kiểm tra logic. Trạng thái các ngõ ra được chốt trong khỗi
ngõ ra nên trạng thái của chúng được duy trì cho đến lần cập nhật kế tiếp.
Lưu ảnh quá trình xuất nhập:

21


Đồ án môn học: Điều khiển Logic

GVHD: Lâm Tăng Đức

Hầu hết các PLC loại lớn có thể có vài trong I/O, vì thế CPU chỉ có thể xử lý
một lệnh ở một thời điểm. Trong suốt quá trình thực thi, trạng thái mỗi ngõ nhập
phải được xét riêng lẻ nhằm dò tìn các tác đọng của nó trong chương trình. Do
chúng ta yêu cầu relay 3ms cho mỗi ngõ vào, nên tổng thời gian cho hệ thống lấy
mẫu liên tục, gọi là chu kỳ quét hat thời gian quét, trở nên rất dài và tang theo số

ngõ vào.
Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các ngõ I/O được cập nhật tới một
vùng đặc biệt trong chương trình. Ở đây, vùng RAM đặc biệt này được dung như
một bộ đệm lưu trạng thái các logic điều khiển và các đơn vị I/O. Từng ngõ vào và
ngõ ra được cấp phát một ô nhớ trong vùng RAM này. Trong khi lưu trạng thái các
ngõ vào/ ra vào Ram, CPU quét khối ngõ vào và lưu trạng thái chúng vào RAM.
Quá trình này xảy ra ở một chu kỳ chương trình.
Khi chương trình được thực hiện, trạng thái của các ngõ vào đã lưu trong
RAM được đọc ra. Các tác vụ được thực hiện theo các trạng thái trên và kết quả
trạng thái của các ngõ ra được lưu vào RAM ngõ ra. Sau đó vào cuối chu kỳ quét
quá trình cập nhật trạng thái vào/ra chuyển tất cả tín hiện ngõ ra từ RAM vào khối
ngõ ra tương, ứng kích các ngõ ra trên khối vào ra. Khối ngõ ra được chốt nên
chúng vẫn duy trì trạng thái cho đến khi chúng được cập nhật ở chu kỳ quét kế
tiếp.
Tác vụ cập nhật trạng thái vào/ra trên được tự động thực hiện bởi CPU bằng
một đoạn chương trình con được lập trình sẵn bởi nhà sản xuất. Như vậy, chương
trình con sẽ được thực hiện tự động vào cuối chu kỳ quét hiện hành và đầu chu kỳ
kế tiếp. Do đó, trạng thái của các ngõ vào/ra được cập nhật.
Lưu ý rằng, do chương trình con cập nhật trạng thái được thực hiện tại một
thời điểm xác định của chu kỳ quét, trạng thái của các ngõ vào và ngõ ra không
thay đổi trong chu kỳ quét hiện hành. Nếu một ngõ vào có trạng thái thay đổi sau
sự thực thi chương trình con hệ thống, trạng thái đó sẽ không được nhận biết cho
đến quá trình cập nhật kế tiếp xảy ra.

22