. Báo cáo tốt nghiệp

tô kim hùng tự động 46

* Chuẩn bị vào tác động nhanh: Thiết kế module cho phép thích nghi
đơn giản với bất kỳ mọi chức năng điều khiển. Khi bộ điều khiển và các phụ
kiện đà đợc lắp ghép thì bộ PLC vào t thế sẵn sàng làm việc ngay.
* Độ tin cậy cao và ngày càng tăng: Các linh kiện điện tử và bán dẫn
có tuổi thọ dài hơn so với các thiết bị cơ. Độ tin cậy của PLC ngày càng cao
và tuổi thọ ngày càng tăng do đợc thiết kế và tăng bền để chịu đợc rung
động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn. Việc bảo dỡng định kỳ thờng là cần thiết đối
với điều khiển rơle nhng với PLC thì điều này đợc loại bỏ.
* Dễ dàng thay đổi chơng trình: Những thay đổi cần thiết cả khi bắt
đầu khởi động hoặc những lúc tiếp theo đều có thể thực hiện dễ dàng mà
không cần bất kỳ thao tác nào ở phần cứng. Chơng trình đợc đa vào bộ nhớ
của PLC bằng thiết bị lập trình, thiết bị này không kết nối cố định với PLC và
có thể chuyển từ thiết bị điều khiển này đến thiết bị điều khiển khác mà không
làm xáo trộn các hoạt động. PLC có thể vận hành mà không cần kết nối với
thiết bị lập trình sau khi chơng trình đợc tải vào bộ nhớ của PLC.
* Đánh giá nhu cầu sử dụng: Nếu biết chính xác số đầu vào và đầu ra
thì có thể xác định kích cỡ yêu cầu bộ nhớ (độ dài chơng trình) tối đa là bao
nhiêu. Từ đó có thể dễ dàng, nhanh chóng lựa chọn loại PLC phù hợp. Các
thiết bị lập trình có thể là loại cầm tay, bộ giao tiếp để bàn, hoặc máy tính.
Các hệ thống cầm tay có bàn phím nhỏ và màn hình tinh thể lỏng. Các thiết bị
để bàn có thể có bộ hiển thị với bàn phím hoàn chỉnh và màn hình hiển thị.
Các máy tính cá nhân đợc lập cấu hình nh các trạm làm việc phát triển
chơng trình.
* Khả năng tái tạo: Bộ điều khiển logic khả trình PLC đợc a dùng
hơn các bộ điều khiển khác không chỉ vì nó có thể sử dụng thuận lợi cho các
hệ thống đà làm việc ổn định mà còn có thể đáp ứng nhu cầu của các thiết bị
mẫu đầu tiên mà ngời ta có thể thay đổi cải tiến trong quá trình vận hành.

* Tiết kiệm không gian: PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với điều
khiển rơle tơng ứng, kích thớc nhỏ cũng có nghĩa là tiết kiệm không gian tủ
32
Trờng đhnni hà nội

khoa cơ điện


.

Báo cáo tốt nghiệp

tô kim hùng tự động 46

và đặc biệt là tiết kiệm năng lợng tiêu thụ, giảm thiểu đáng kể yêu cầu về
làm mát, nhất là trong ®iỊu kiƯn khÝ hËu cđa ViƯt Nam hiƯn nay.
* Sù cải biến thuận tiện: Các PLC có thể sử dụng cùng một thiết bị
điều khiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển. Để sửa đổi hệ thống điều
khiển và các qui tắc đang sử dụng, ngời vận hành chỉ cần nhập tập lệnh khác,
không cần nối lại dây. Nếu chØ mn thay ®ỉi mét bé phËn nhá trong d·y
chøc năng, có thể đợc cải tạo một cách đơn giản bằng cách sao chép cải biến
thêm những phần mới. So với kỹ thuật điều khiển bằng rơle ở đây có thể giảm
phần lớn tổng thời gian lắp ráp. Nhờ đó, hệ thống rất linh hoạt, hiệu quả.
So với hệ thống điều khiển logic thông thờng (dạng kinh điển) thì hệ
thống dùng PLC có những chỉ tiêu u việt.
3.1.4. Khả năng và những ứng dụng của bộ điều khiển logic khả trình PLC
Sự phát triển nhanh chóng của các loại PLC đà đem đến sức mạnh và sự
tiện dụng cho ngời dùng. Nó đà trở thành phần tử tự động không thể thiếu
đợc trong tự động hoá với những chức năng và ứng dụng rộng rÃi.
* Thu thập tín hiệu đầu vào, tín hiệu phản hồi (từ các cảm biến) từ ®ã

xư lÝ c¸c phÐp tÝnh logic víi tèc ®é rÊt cao, thời gian vòng quét nhỏ.
* Thực hiện liên kết, ghép nối và đóng mạch phù hợp qua các chuẩn
truyền thông.
Trong các nhà máy công nghiệp, hệ thống TĐH đóng vai trò hết sức
quan trọng. Với tính năng nổi bật của mình bộ điều khiển lập trình PLC đợc
ứng dụng rất phổ biến.

33
Trờng đhnni hà nội

khoa cơ điện


.

Báo cáo tốt nghiệp

tô kim hùng tự động 46

Bảng 3.1: Chức năng của PLC trong một số kiểu điều khiển
Kiểu điều khiển

Chức năng
-Thay thế điều khiển kiểu Rơle
- Thời gian đếm

Điều khiển chuyên gia giám sát - Thay cho các Panel điêu khiển mạch in
- Điều khiển tự động, bán tự động
bằng tay, các máy và các quá trình
- Thực hiện các phép toán số học

- Cung cấp thông tin (Bus truyền thông)
Điều khiển dÃy

- Điều khiển động cơ chấp hành
- Điều khiển động cơ bớc
- Điều hành quá trình và báo động
- Phát hiện lỗi và điều hành
- Ghép nối máy tính (RS232/RS485)

Điều khiển mềm dẻo

- Ghép nối máy in
- Mạch TĐH xí nghiệp

Dới đây chúng tôi đa ra một số ứng dụng cơ bản:
* Hệ thống điều khiển tự động trộn bê tông: Sử dụng phần mềm
điều khiển Simatic S7 - 200 và phần mềm WinCC, quản lý toàn bộ các quá
trình thi công, sản xuất và giao hàng... tiết kiệm nguyên liệu, chi phí đầu t.
Hệ thống cân định lợng của trạm trộn đảm bảo chính xác cao đà giải quyết
triệt để các sai lệch động nhờ ứng dụng các thuật toán bù khối lợng. Thực
tế sản xuất cho thấy, sai số sau bù lệch là 16Kg/11,95 tấn bê tông tơi, một
kết quả vợt quá sự mong đợi. Hệ thống trộn bê tông tự động đà đợc các
chuyên gia Nhật Bản và Cu Ba đánh giá cao, cho phép áp dụng ngay vào
các dự án lớn của thành phố Hà Nội.
34
Trờng đhnni hà nội

khoa cơ ®iÖn



.

Báo cáo tốt nghiệp

tô kim hùng tự động 46

* Mô hình đóng mở cửa tự động: Cửa tự động sẽ mở khi có ngời
đến gần và kéo dài trong khoảng thời gian xác định, trớc khi đóng. Các tín
hiệu vào hệ thống điều khiển xuất phát từ các bộ cảm biến dùng để phát
hiện có ngời đến gần từ bên ngoài và sự đến gần của ngời từ bên trong.
Các bộ cảm biến này là các linh kiện bán dẫn cảm biến nhiệt cung cấp tín
hiệu điện áp khi bức xạ hồng ngoại tác động lên chúng. Ngoài ra, còn có
các tín hiệu nhập đi vào thiết bị điều khiển này có thể phát ra từ công tắc
giới hạn ®Ĩ cho biÕt thêi ®iĨm cưa më hoµn toµn vµ thiết bị định giờ để duy
trì cửa mở trong thời gian yêu cầu. Tín hiệu ra của thiết bị điều khiển có thể
dẫn đến các van điều khiển, van khí nén vận hành bằng Solenoid sử dụng
chuyển động của các pittông trong xi lanh để mở và đóng cửa. Mô hình này
đà đợc ứng dụng vào toà nhà văn phòng Chính phủ và đà đợc những ý
kiến phản hồi đáng khích lệ.
3.1.5. Cấu trúc cơ bản của bộ điều khiển lập trình PLC
Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý, bộ
nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập xuất và thiết bị lập trình.
Thiết bị
lập trình

Bộ nhớ
Giao
diện
nhập


Bộ xử lí

Giao
diện
xuất

Nguồn
công suất
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống PLC

35
Trờng đhnni hà nội

khoa cơ điện


. Báo cáo tốt nghiệp

tô kim hùng tự động 46

1. Đơn vị xử lý trung tâm
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm
tra chơng trình đợc chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh
trong chơng trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy
đợc phát tới các thiết liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi
đều phụ thuộc vào chơng trình điều khiển đợc giữ trong bé nhí.
2. HƯ thèng Bus
HƯ thèng Bus lµ tun dïng ®Ĩ trun tÝn hiƯu, hƯ thèng gåm nhiỊu
®−êng tÝn hiƯu 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
điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.
Trong PLC các số liệu đợc trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào
ra thông qua Data Bus, Address Bus và Data Bus gồm 8 ®−êng, ë cïng thêi
gian cho phÐp trun 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu một module đầu vào nhận đợc địa chỉ của nó trên Address Bus,
nó sẽ chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ
byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, module đầu ra tơng ứng sẽ
nhận đợc dữ liệu 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 đợc chuyền lên các Bus tơng 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 cạnh đó, CPU đợc cung cấp một xung Clock có tần số từ 1ữ8
MHZ. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yêu
cầu về định thời, đồng hồ hệ thống.
36
Trờng đhnni hà nội

khoa cơ điện


. Báo cáo tốt nghiệp

tô kim hùng tự động 46

3. Bộ nhớ
Là nơi lu dữ chơng trình cho các hoạt động điều khiển, dới sự kiểm
tra của bộ vi xư lý. Trong hƯ thèng PLC cã nhiỊu lo¹i bé nhớ:

- Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) cung cấp dung lợng lu trữ cho hệ điều hành
và dữ liệu cố định đợc CPU sử dụng.
- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho chơng trình của ngời
dùng. đây là nơi lu trữ thông tin theo trạng thái của thiết bị nhập/xuất, các
giá trị của đồng hồ thời gian chuẩn, các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác.
Một phần của bộ nhớ này, khối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào và ngõ
ra, cùng với trạng thái các ngõ vào và ngõ ra đó. Một phần dành cho dữ liệu
đợc cài đặt trớc, và một phần khác dành để lu trữ các giá trị của bộ đếm,
các giá trị của đồng hồ thời chuẩn...
- Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình đợc (EPROM) là các ROM có
thể lập trình, sau đó trơng trình này ®−ỵc th−êng tró trong ROM.
Ng−êi dïng cã thĨ thay ®ỉi chơng trình và dữ liệu trong RAM. Tất cả
các PLC đều có một lợng RAM để lu chơng trình do ngời dùng cài đặt và
dữ liệu chơng trình. Tuy nhiên, để tránh mất mát chơng trình khi nguồn
công suất bị ngắt, PLC sử dụng ắc quy để duy trì nội dung RAM trong một
thời gian. Sau khi đợc cài đặt vào RAM, chơng trình có thể đợc tải vào vi
mạch của bộ nhớ EPROM, thờng là các module có khoá với PLC, do đó
chơng trình trở thành vĩnh cửu. Ngoài ra còn có bộ đệm tạm thời, lu trữ các
kênh nhËp/xt.
4. Bé ngn
Bé ngn cã nhiƯm vơ chun ®ỉi ®iƯn áp AC thành điện áp DC (5 V) cần
thiết cho bộ xử lý và các mạch điện trong module giao diện nhập/xuất. Nguồn
cung cấp cho PLC đợc cấp từ nguồn 220V~ hoặc 110V~ (tần số 50 ữ 60 Hz)
hoặc 24 DCV.

37
Trờng đhnni hà nội

khoa cơ điện



. Báo cáo tốt nghiệp

tô kim hùng tự động 46

5. Thiết bị nhập/xuất
Thiết bị nhập/xuất là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại
vi và truyền thông tin tới thiết bị bên ngoài. Tín hiệu nhập có thể từ các
công tắc hoặc từ các bộ cảm biến... Các thiết bị xuất có thể đến cuộn dây
của bộ khởi động động cơ, các van Solenoid...Các thiết bị nhập/xuất có thể
đợc phân loại theo kiểu tín hiệu cung cấp, rời rạc Digital hoặc Analog.
Các thiết bị cung cấp tín hiệu rời rạc hoặc Digital là các thiết bị có tín hiệu
on hoặc off. Các thiết bị Analog cung cấp các tín hiệu có độ lớn tỷ lệ với
giá trị của biến đang đợc giám sát.
6. Thiết bị lập trình
Đợc sử dụng để nhập chơng trình cần thiết vào bộ nhớ của bộ xử lý.
Chơng trình đợc viết trên thiết bị này, sau đó đợc chuyển đến bộ nhớ của PLC.
3.1.6. Trình tự thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng bộ điều khiển PLC
Việc lập trình cho PLC đà ngày càng trở nên phổ biến ở Việt Nam
hiƯn nay nhê sù phỉ cËp PLC cho rÊt nhiỊu ứng dụng. Ngời lập trình có
thể lập trình trên máy tính và viết ra các chơng trình theo yêu cầu cụ thể
rồi nạp vào PLC để điều khiển 1 hệ thống nào đó.
Quy trình thực hiện là :
- Nghiên cứu yêu cầu điều khiển.
- Phân định đầu vào và đầu ra.
- Viết chơng trình điều khiển.
- Nạp chơng trình vào bộ nhớ PLC.
- Cho PLC chạy thử để điều khiển đối tợng.

38

Trờng đhnni hà nội

khoa cơ điện


.
Báo cáo tốt nghiệp

tô kim hùng tự động 46

1. Nghiên cứu yêu cầu điều khiển của thiết bị
Điều đầu tiên chúng ta phải quyết định thiết bị hoặc hệ thống nào mà chúng
tao muốn điều khiển. Mục đích chủ yếu của bộ điều khiển đợc lập trình hoá là để
điều khiển 1 hệ thống bên ngoài. Hệ thống đợc điều khiển này có thể là 1 thiết bị,
máy móc, hoặc quá trình xử lý và thờng đợc gọi là hệ thống điều khiển.
39
Trờng đhnni hà nội

khoa cơ điện


. Báo cáo tốt nghiệp

tô kim hùng tự động 46

2. Phân định những đầu vào và những đầu ra
Tất cả các thiết bị đầu vào và đầu ra bên ngoài đợc nối với những bộ
điều khiển PLC phải đợc xác định. Những thiết bị đầu vào là những chủng
loại chuyển mạch, thiết bị cảm ứng... những thiết bị đầu ra là những thiết bị từ
tính, những van điện từ, động cơ và đèn chỉ báo...

Sau việc nhận dạng những chủng loại thiết bị đầu vào và đầu ra đó,
phân công những số lợng phù hợp với số đầu vào (Input) và đầu ra (Output)
nối dây thực tế sẽ kế tiếp theo số lợng của bộ điều khiên PLC. Sự phân định
số lợng những đầu vào và những đầu ra phải đợc đa ra ngoài trớc việc nối
đầu dây theo sơ đồ ladder bởi vì số lệnh là giá trị chính xác của những tiếp
điểm trong sơ đồ ladder.
3. Viết chơng trình điều khiển
Tiếp theo, viết chơng trình dới dạng sơ đồ ladder thông qua thứ tự
thao tác hệ thống điều khiển nh đà xác định, theo từng bớc 1. Từ sơ đồ
ladder có thể dịch sang các dạng khác để tiên theo dõi chơng trình.
4. Nạp chơng trình vào bộ nhớ
Từ chơng trình đà viết và các đầu vào/ra xác định. Ta truy nhập
chơng trình trong bộ nhớ hoặc bàn phím lập trình hoặc bằng máy vi tính với
sự trợ giúp của công cụ phần mềm lập trình. Sau khi hoàn chỉnh phần lập
trình, ta kiểm tra bất kỳ lỗi mà hoá nào bằng công cụ là chức năng chuẩn đoán
mà nếu có thể đợc thì mô phỏng toàn bộ thao tác để thấy rằng nó đợc nh
mong muốn.
5. Chạy thử các chơng trình điều khiển
Để đảm bảo cấu trúc chơng trình và các tham số đà cài đặt là chính
xác trớc khi đa vào hệ điều khiển, ta cần chạy thử chơng trình điều khiển.
Nếu có lỗi hoặc cha hợp lý thì sửa khi chạy chơng trình điều khiển, tốt nhất
ta nên ghép nối với đối tợng và hoàn chỉnh chơng trình điều khiển.
40
Trờng đhnni hà nội

khoa cơ điện


. Báo cáo tốt nghiệp


tô kim hùng tự động 46

3.1.7. Ngôn ngữ lập trình của Simatic S7 200
1. Cấu trúc chơng trình của S7-200
Có thể lập trình cho S7-200 bằng cách sử dụng một trong những phần
mền sau đây:
- STEP 7-Micro/DOS
- STEP 7-Micro.Win
Những phần mềm này đều có thể cài đặt đợc trên các máy lập trình họ
PG7xx và các máy tính PC (Person Computer).
Các chơng trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chơng trình
chính (main program) và sau đó đến các chơng trình con và các chơng trình
xử lý ngắt đợc chỉ ra sau đây:
- Chơng trình chính đợc kết thúc bằng lệnh kết thúc chơng trình
(MEND)
- Chơng trình con là bộ phận của chơng trình. Các chơng trình con
phải đợc viết sau lệnh kết thúc chơng trình chính, đó là lệnh MEND.
- Các chơng trình xử lý ngắt là bộ phận của chơng trình. Nếu cần sử
dụng chơng trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chính MEND.
Các chơng trình con đợc nhóm lại thành một nhóm ngay sau chơng
trình chính. Sau đó đến ngay các chơng trình xử lý ngắt. Nh vậy sẽ làm cho
cấu trúc chơng trình đợc rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chơng
trình sau này. Ta cũng có thể trộn lẫn các chơng trình con với chơng trình
xử lý ngắt đằng sau chơng trình chính.

41
Trờng đhnni hà nội

khoa cơ điện