Giáo trình Điều khiển logic - Chương 8: Lựa chọn, lắp đặt, kiểm tra và bảo trì hệ thống

Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện 
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 171 
CHƯƠNG 8 
LỰA CHỌN, LẮP ĐẶT, KIỂM TRA VÀ BẢO TRÌ HỆ THỐNG (5 LT) 
9.1. Xem xét sự khả thi: 
Khảo sát hệ thống: 
Ở tài liệu này đề cập tới PLC của một số hãng công nghiệp lớn 
trên thế giới đặc biệt là hệ CPU S7-200 của Siemens. Đặc điểm 
của loại PLC này là bộ nhớ chương trình và dữ liệu bé, khả năng 
tính toán, xử lý với tốc độ không cao, hỗ trợ các ngắt (thời gian, 
vào ra, truyền thông) ít. Số module mở rộng tối đa chỉ có 7 
module, số đầu vào/ra tổng cộng xem bảng chi tiết trích từ catalogue của hãng. 
S7-200 gồm có series cũ và series mới: 
Series cũ 21x bao gồm các loại sau: CPU 210, 212, 214, 215-2DP, 216 loại 
này hiện nay không còn được sản xuất nữa, chỉ sản xuất theo đơn đặt hàng của 
một số nhà máy để phục vụ cho mục đích thay thế. 
Series mới 22x bao gồm các loại sau: CPU 221, 222, 224, 224XP, 226, 
226XM hiện tại hãng đang sản xuất loại này. Do đó trong tài liệu này chủ yếu đề 
cập đến các loại CPU Series 22x. 
Bảng 1: Quy định nguồn dòng cung cấp cho các module. 
Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện 
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 172 
Bảng 2: Cấu hình I/O max của S7-200 series CPU 22x. 
 Từ bảng cấu hình trên cho thấy CPU S7-200 chỉ thích hợp cho những ứng 
dụng nhỏ và vừa. Dựa vào quy mô của hệ thống, nếu hệ thống sản xuất theo dây 
Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện 
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 173 
chuyền thì có thể phân dây chuyền ra làm nhiều cụm dựa trên đặc điểm công nghệ. 
Sao cho mỗi cụm làm việc tương đối độc lập nhau, khoảng cách dây nối dến cảm 
biến và cơ cấu chấp hành không vượt quá chiều dài quy định tương ứng với từng 
loại, số I/O hợp lý nằm trong khoảng mà các loại PLC nhỏ cho phép. 
8.2. Trình tự thiết kế hệ thống PLC: 
Trình tự thiết kế hệ thống thực hiện qua các bước sau: 
1. Từ mỗi cụm đã được chia trong phần xem xét sự khả thi của hệ thống tiến hành 
phân tích chi tiết quy trình công nghệ, hệ truyền động và trang bị điện. Mô tả 
chi tiết sự liên động giữa các phần tử của hệ thống trên cơ sở đó thành lập giản 
đồ thời gian hay lưu đồ thuật toán đặc biệt phải chú ý đến các lỗi có thể xảy ra 
trong quá trình máy đang hoạt động bình thường . 
2. Tính chọn thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành: 
• Nếu đầu vào chỉ có chức năng logic 0&1 thì tính chọn cho đầu vào số. 
• Nếu có chức năng phân tích tín hiệu để phục vụ cho việc giám sát (nhiệt độ, 
độ ẩm, mức, lưu lượng, khối lượng, lực tác dụng) hoặc điều khiển có 
phản hồi thì phải tính chọn cho đầu vào analog. 
• Nếu điều chỉnh động cơ theo phương pháp PID loop thì phải tính chọn cho 
đầu ra analog. 
• Cơ cấu chấp hành là Piton thuỷ lực hay khí nén thì phải tính chọn van thuỷ 
hoặc khí tương ứng. Để điều khiển các van này phải tính chọn cho đầu ra 
số, ngoại trừ các van tiết lưu hoặc van phần trăm điều khiển thông qua động 
cơ thì có thể tính chọn biến tần hoặc bộ điều chỉnh tương ứng với động cơ. 
Ngoài ra có thể dùng PID loop để điều khiển các van đó, lúc đó phải tính 
chọn cho dầu ra analog. 
• Cơ cấu chấp hành là động cơ phải xem xét có cần thiết phải điều khiển tốc 
độ không. Nếu có thì phải tính chọn biến tần, bộ điều chỉnh điện áp nếu là 
động cơ một chiều hay module điều khiển vị trí nếu là động cơ bước. Xem 
xét có cần thiết phải kết nối biến tần với PLC không? Nếu chỉ đơn thuần là 
việc khởi động và dừng động cơ thì không nhất thiết phải kết nối qua cổng 
truyền thông mà chỉ cần dùng các đầu ra số là đủ. Nếu cần thiết giám sát 
dòng điện, điện áp, nhiệt độ hoặc đặt lại giá trị tốc độ thì phải kết nối 
biến tần với PLC thông qua cổng truyền thông theo giao thức riêng của 
hãng. Hiện hai giao thức được sử dụng thông dụng nhất đối với biến tần 
MicroMaster 430,440 là USS protocol và Mudbus protocol. 
• Tính chọn công tắc, nút ấn trên panel điều khiển bằng tay. 
• Ngoài ra còn phải xem xét dòng ra của cơ cấu chấp hành: Ich > 1.5A đối với 
PLC loại DC/DC/RLY; Ich > 0.2A đối với loại DC/DC/DC thì nhất thiết 
phải thông qua hệ rơ le trung gian, Transistor, Tiristor hay Triac. 
3. Tính chọn PLC: 
• Các ứng dụng sử dụng đầu ra phát xung nhanh thì nhất thiết phải chọn PLC 
đầu ra Transistor (loại DC/DC/DC). 
Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện 
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 174 
• Nếu không sử dụng cho các ứng dụng có đầu ra phát xung nhanh thì nên 
chọn PLC loại đầu ra là rơle (loại DC/DC/RLY). Vì loại này đơn giản hơn 
trong việc giao tiếp với cơ cấu chấp hành. 
• Tính tổng số: 
• Xem xét nếu sử dụng cổng truyền thông vào những mục đích như điều 
khiển biến tần, kết nối panel, OPs (Operation), PC hay mạng thì nên sử 
dụng PLC có hai cổng truyền thông PPI như CPU 2224XP, 226, 226XM. 
4. Nếu hệ thống làm việc dây chuyền thì phải thiết kế mạng để kết nối các PLC lại 
với nhau. Quy trình thiết kế và chạy mạng sẽ nêu rõ hơn ở môn học mạng 
truyền thông công nghiệp, trong giáo trình này chỉ giới hạn trên 1 PLC. 
8.3. Thiết kế chương trình trên PLC: 
Trình tự thiết kế chương trình của PLC thực hiện theo các bước sau đây: 
1. Trên cơ sở giản đồ thời gian hay lưu đồ thuật toán dựa theo bài toán công nghệ 
đã phân tích ở phần 8.2. Tiến hành phân chia địa chỉ vào/ra, thiết lập những 
vùng nhớ để phục vụ cho quá trình xử lý dữ liệu. Liệt kê các bộ đếm, bộ định 
thời cần thiết phải sử dụng trong chương trình, các bit, byte trong vùng nhớ 
đặc biệt. Liệt kê các chương trình con, chương trình xử lý ngắt... 
2. Sau đó tiến hành biên dịch từ giản đồ thời gian hay lưu đồ thuật toán sang ngôn 
ngữ của PLC. 
3. Có thể dùng các công tắc và đèn Led hay dùng phần mềm PLCsim cho S7-200 
để chạy thử chương trình ở chế độ offline. Trên cơ sở đó xem xét, đánh giá 
mức độ tối ưu của chương trình. Chương trình cần phải được viết ngắn gọn 
(nhất là các chương trình xử lý ngắt) và tin cậy, đặc biệt cần phải có các 
chương trình xử lý sự cố. 
8.4. Tổ chức bố trí phần cứng hệ thống: 
Hệ thống PLC bao gồm: Module nguồn, module CPU, Module mở rộng tất 
cả đều được lắp trên giá theo chẩn DIN như trong hình vẽ 1 và 2. 
Tính chọn module Digital. 
Tính chọn muodule analog. 
 (dựa vào bảng 1) 
- Đầu vào số 
- Đầu ra số 
- Đầu vào analog 
- Đầu ra analog 
Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện 
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 175 
Hình 1: Giá lắp đặt PLC theo chuẩn DIN. 
Ở hai mặt giao tiếp với dây nối của cảm biến và cơ cấu chấp hành, không gian tối 
Hình 2: Khoảng cách lắp đặt cho phép của PLC trong tủ điện. 
thỉu phải 25mm. Có thể lắp đặt các Rack theo chiều đứng hoặc ngang. Số rack 
không vượt quá hai rack. Khoảng cách giữa hai mặt trước và sau tủ không được 
nhỏ hơn 75mm. PLC phải đặt trong không gian tương đối thoáng, ít bụi. Trong các 
tủ điện thường phải có quạt thông gió. 
 Hình 3: Mô hình của tủ điện có lắp đặt PLC. 
Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện 
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 176 
 Hình 4: Mô hình của tủ điện có lắp đặt PLC và biến tần. 
Trên đây là mô hình của vài tủ điện làm ví dụ để chúng ta có thể tham khảo cách 
bố trí phần cứng của hệ thống. 
8.5. Chạy thử chương trình: 
Đây là quá trình chạy thật trên máy ở chế độ online. Trước khi chạy ở chế độ này 
phải thực hiện các bước sau: 
1. Kiểm tra mức độ tiếp xúc dây nối cũng như địa chỉ ở đầu vào của công tắc, 
nút nhấn, công tắc hành trình dựa vào các đèn trạng thái trên đầu vào của 
PLC. Dùng đồng hồ để đo đạc các tín hiệu tương tự. 
2. Kiểm tra dây nối đến các cơ cấu chấp hành lần cuối trước khi cho chạy thử 
nghiệm. Xem xét đã chắc chắn đấu nối đúng theo sơ đồ hay chưa. Kiểm tra 
điện áp trên các cơ cấu chấp hành xem thử đã đạt chưa. 
3. Có thể viết từng đoạn chương trình nhở để kiểm tra trạng thái hoạt động 
của từng đầu ra, nhất là đối với các cơ cấu thuỷ lực và khí nén. Bước này 
gọi là bước chạy đơn động. Thường thực hiện cho những máy móc có công 
nghệ tương đối phức tạp. Các máy đơn giản có thể bỏ qua bước này. Đưa 
các cơ cấu về trở lại trạng thái ban đầu (đúng với quy trình đã thiết kế theo 
giản đồ thời gian hay lưu đồ thuật toán). 
4. Nạp chương trình vào PLC và chạy liên động toàn bộ hệ thống. Xem xét, 
đánh giá mức độ tin cậy của chương trình nếu chưa tốt thì có thể hiệu 
chỉnh thêm một vài lần nữa. 
Đề cương chi tiết môn học điều khiển logic Bộ môn tự động Đo Lường – Khoa Điện 
Người biên soạn: Lâm Tăng Đức - Nguyễn Kim Ánh 177 
8.6. Lập tài liệu cho hệ thống: 
Lập tài liệu theo các gói sau: 
1. Tài liệu chung cho hệ thống như: Tài liệu về phần cứng và phần mềm của 
PLC, động cơ, biến tần 
2. Tài liệu lắp đặt: Các bản vẽ, tài liệu hướng dẫn lắp đặt cũng như tài liệu về 
cách cài đặt phần mềm và chạy thử nghiệm hệ thống. 
3. Tài liệu vận hành: Hướng dẫn các quy trình vận hành máy. 
4. Tài liệu bảo dưỡng.