Giáo trình Lập trình PLC

Lập trình PLC
Biên tập bởi:
Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
Lập trình PLC
Biên tập bởi:
Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
Các tác giả:
Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
Phiên bản trực tuyến:
MỤC LỤC
1. Chương 1: Tổng quan về PLC
1.1. MỞ ĐẦU
1.2. Lịch sử phát triển
1.3. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của PLC
1.4. Phân loại
1.5. Cấu trúc phần cứng PLC S7-300
1.5.1. Hệ thống Module
1.5.2. Cấu trúc bộ nhớ
2. Chương 2 : Ngôn ngữ lập trình và ứng dụng
2.1. Giới thiệu các ngôn ngữ lập trình
2.2. Chu trình làm việc, lập trình và cấu trúc chương trình
2.3. Tập lệnh PLC S7 - 300
2.3.1. Nhóm lệnh logic tiếp điểm
2.3.2. Bộ đếm (Counter)
2.3.3. Bộ thời gian (Timer)
2.3.4. Các hàm so sánh
2.3.5. Các hàm toán học
2.3.6. Hàm di chuyển dữ liệu
2.3.7. Hàm logic thực hiện trên thanh ghi
2.3.8. Lệnh làm việc với tín hiệu tương tự
3. Chương 3 : Ngôn ngữ lập trinh Step 7
3.1. CÀI ĐẶT STEP 7
3.2. Soạn thảo một Project mới
3.3. Soạn thảo chương trình
3.4. Chạy thử, nạp chương trình xuống phần cứng, giám sát hoạt đọng của chương
trình
4. Chương 4 : Lựa chọn, lắp đặt, kiểm tra và bảo trì hệ thống
4.1. Lựa chọn, lắp đặt, kiểm tra và bảo trì hệ thống
Tham gia đóng góp
1/130
Chương 1: Tổng quan về PLC
MỞ ĐẦU
Trong các hệ thống sản xuất, trong các thiết bị tự động và bán tự động, hệ thống điều
khiển đóng vai trò điều phối toàn bộ các hoạt động của máy móc thiết bị. Các hệ thống
máy móc và thiết bị sản xuất thường rất phức tạp, có rất nhiều đại lượng vật lý phải điều
khiển để có thể hoạt động đồng bộ hoặc theo một trình tự công nghệ nhất định nhằm tạo
ra một sản phẩm mong muốn. Từng đại lượng vật lý đơn lẻ có thể được điều khiển bằng
một mạch điều khiển cơ sở dạng tương tự hay gián đoạn. Điều khiển nhiều đại lượng vật
lý đồng thời chúng ta không thể dùng các mạch điều khiển tương tự mà phải sử dụng hệ
thống điều khiển lô gíc. Trước đây các hệ thống điều khiển lô gíc được sự dụng là hệ
thống lô gíc rơ le. Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều
khiển lô gíc khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuất hiện vào năm
1969 thay thế các hệ thống điều khiển rơ le. Càng ngày PLC càng trở nên hoàn thiện và
đa năng. Các PLC ngày nay không những có khả năng thay thể hoàn toàn các thiết bị
điều khiển lo gíc cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiêt bị điều khiển tương tự.
Các PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Chức năng chính của PLC là kiểm tra trạng thái của các đầu vào và điều khiển các quá
trình hoặc các hệ thống máy móc thông qua các tín hiệu trên chính đầu ra của PLC. Tổ
hợp lô gíc của các đầu vào để tạo ra một hay nhiều tín hiệu ra được gọi là điều khiển
lô gíc. Các tổ hợp lô gíc thường được thực hiện theo trình tự điều khiển hay còn gọi là
chương trình điều khiển. Chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC có thể
bằng cách lập trình bằng thiết bị cầm tay nối trực tiếp với PLC hoặc lập trình trên máy
tính cá nhân nhờ các phần mềm chuyên dụng và truyền vào PLC qua mạng hay qua cáp
truyền dữ liệu. Bộ xử lý tín hiệu, thường là các bộ vi xử lý tốc độ cao, thực hiện chương
trình điều khiển theo chu kỳ. Khoảng thời gian thực hiện một chu trình điều khiển từ lúc
kiểm tra các tín hiệu vào, thực hiện các phép tính lo gíc hoặc đại số để có được tín hiệu
điều khiển, cho đén khi phát tín hiệu đến đầu ra được goi là chu kỳ thời gian quét.
2/130
PLC trong công nghiệp thường có cấu hình đơn giản nhất, bởi vì các chương trình trình
điều khiển quá trình công nghệ hay máy móc thường được hoạt động 24/24 và không
cần bất cứ sự can thiệp của con người trong quá trình điều khiển. PLC chỉ dừng quét
chương trình điều khiển khi ngắt nguồn hoặc khi công tắc ngừng được kích hoạt. Sơ đồ
khối đơn giản hoá của PLC được thể hiện trên hình
Trên đầu vào của PLC có thể có các kênh tín hiệu tương tự hoặc các kênh tín hiệu số.
Các kênh tín hiệu này xuất phát từ các cảm biến, từ các công tắc hành trình, công tắc
đóng ngắt mạch điện hoặc từ các biến lô gíc tương ứng với các các trạng thái của máy
móc, thiết bị. Tín hiệu vào được bộ xử lý trung tâm xử lý nhờ các phép tính lô gíc hay
số học và kết quả là các tín hiệu ra. Các tín hiệu tín hiệu ra là các tín hiệu truyền điện
năng đến cho các cơ cấu chấp hành như cuộn hút, đèn hiệu, động cơ vv.
Điện áp trên đầu vào của PLC là điện áp công suất thấp, tương ứng với mức từ 0V đến
5V một chiều. Khi ta nối các đầu vào có mức điện áp cao hơn 5V, thường phải dùng các
kênh có các mạch chuyển đổi để biến điện áp vào thành điện áp tương đương với mức
+/ư 5VDC. Điện áp trên đầu ra của PLC có thể có nhiều mức điện áp khác nhau, nhưng
đều có mức năng lượng thấp. Nếu cần phải điều khiển cơ cấu chấp hành có mức năng
lượng cao hơn, ta phải sử dụng các thiết bị khuyếch đại công suất.
3/130
Lịch sử phát triển
Vào khoảng năm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yêu cầu kỹ thuât đầu tiên
cho thiết bị điêù khiển lô gíc khả lập trình. Mục đích đầu tiên là thay thế cho các tủ điêu
khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện năng và thường xuyên phải thay thể các rơ le do
hỏng cuộn hút hay gẫy các thanh lò xo tiếp điểm. Mục đích thứ hai là tạo ra một thiều bị
điều khiển có tính linh hoạt trong việc thay đổi chương trình điều khiển. Các yêu cầu kỹ
thuật này chính là cơ sở của các máy tính công nghiệp, mà ưu điểm chính của nó là sự
lập trình dễ dàng bởi các kỹ thuật viên và các kỹ sư sản xuất. Với thiết bị điều khiển khả
lập trình, người ta có thể giảm thời gian dừng trong sản xuất, mở rộng khả năng hoàn
thiện hệ thống sản xuất và thích ứng với sự thay đổi trong sản xuất. Một số nhà sản xuất
thiết bị điều khiển trên cơ sở máy tính đã sản xuất ra các thiết bị điều khiển khả lập trình
còn gọi là PLC.
Những PLC đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp ô tô vào năm 1969 đã đem lại sự
ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le. Các thiết bị này được lập trình
dễ dàng, không chiếm nhiều không gian trong các xưởng sản xuất và có độ tin cậy cao
hơn các hệ thống rơ le. Các ứng dụng của PLC đã nhanh chóng rộng mở ra tất cả các
ngành công nghiệp sản xuất khác.
Hai đặc điểm chính dẫn đến sự thành công của PLC đó chính là độ tin cậy cao và khả
năng lập trình dễ dàng. Độ tin cậy của PLC được đảm bảo bởi các mạch bán dẫn được
thiết kế thích ứng với môi trường công nghiệp. Các mạch vào ra được thiết kế đảm bảo
khả năng chống nhiễu, chịu được ẩm, chịu được dầu, bụi và nhiệt độ cao. Các ngôn ngữ
lập trình đầu tiên của PLC tương tự như sơ đồ thang trong các hệ thống điều khiển lô
gíc, nên các kỹ sư đã làm quen với sơ đồ thang, dễ dàng thích nghi với việc lập trình mà
không cần phải qua một quá trình đào tạo nào. Một số các ứng dụng của máy tính trong
sản xuất trong thời gian đầu bị thất bại, cũng chính vì việc học sử dụng các phần mềm
máy tính không dễ dàng ngay cả với các kỹ sư.
Khi các vi xử lý được đưa vào sử dụng trong những năm 1974 – 1975, các khả năng cơ
bản của PLC được mở rộng và hoàn thiện hơn. Các PLC có trang bị vi xử lý có khả năng
thực hiện các tính toán và xử lý số liệu phức tạp, điều này làm tăng khả năng ứng dụng
của PLC cho các hệ thống điều khiển phức tạp. Các PLC không chỉ dừng lại ở chổ là
các thiết bị điều khiển lô gíc, mà nó còn có khả năng thay thế cả các thiết bị điều khiển
tương tự. Vào cuối những năm bảy mươi việc truyền dữ liệu đã trở nên dễ dàng nhờ sự
phát triển nhảy vọt của công nghiệp điện tử. Các PLC có thể điều khiển các thiết bị cách
xa hàng vài trăm mét. Các PLC có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và việc điều khiển quá
trình sản xuất trở nên dễ dàng hơn.
4/130
Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC chính là các máy tính công nghiệp dùng cho mục
đích điều khiển máy, điều khiển các ứng dụng công nghiệp thay thế cho các thiết bị
“cứng” như các rơ le, cuộn hút và các tiếp điểm.
Ngày nay chúng ta có thể thấy PLC trong hàng nghìn ứng dụng công nghiệp. Chúng
được sử dụng trong công nghiệp hoá chất, công nghiệp chế biến dầu, công nghiệp thực
phẩm, công nghiệp cơ khí, công nghiệp xử lý nước và chất thải, công nghiệp dược phẩm,
công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, trong công nghiệp khai khoáng, trong giao
thông vận tải, trong quân sự, trong các hệ thống đảm bảo an toàn, trong các hệ thống vận
chuyển tự động, điều khiển rô bốt, điều khiển máy công cụ CNC vv. Các PLC có thể
được kêt nối với các máy tính để truyền, thu thập và lưu trữ số liệu bao gồm cả quá trình
điều khiển bằng thống kê, quá trình đảm bảo chất lượng, chẩn đoán sự cố trực tuyến,
thay đổi chương trình điều khiển từ xa. Ngoài ra PLC còn được dùng trong hệ thống
quản lý năng lượng nhằm giảm giá thành và cải thiện môi trường điều khiển trong các
các hệ thống phục vụ sản xuất, trong các dịch vụ và các văn phòng công sở.
Sự ra đời của máy tính cá nhân PC trong những năm tám mươi đã nâng cao đáng kể tính
năng và khả năng sử dụng của PLC trong điều khiển máy và quá trình sản xuất. Các PC
giá thành không cao có thể sử dụng như các thiêt bị lập trình và là giao diện giữa người
vận hành và hệ thống điêu khiển. Nhờ sự phát triển của các phần mềm đồ hoạ cho máy
tính cá nhân PC, các PLC cũng được trang bị các giao diện đồ hoạ để có thể mô phỏng
hoặc hiện thị các hoạt động của từng bộ phận trong hệ thống điêu khiển. Điều này có ý
nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các máy CNC, vì nó tạo cho ta khả năng mô phỏng
trước quá trình gia công, nhằm tránh các sự cố do lập trình sai. Máy tính cá nhân PC và
PLC đều được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển sản xuất và cả trong các
hệ thống dịch vụ.
PLC được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau trên thế giới. Về nguyên lý hoạt động, các
PLC này có tính năng tương tự giống nhau, nhưng về lập trình sử dụng thì chúng hoàn
toàn khác nhau do thiết kế khác nhau của mỗi nhà sản xuất. PLC khác với các máy tính
là không có ngôn ngữ lập trình chung và không có hệ điều hành. Khi được bất lên thì
PLC chỉ chạy chương trình điều khiển ghi trong bộ nhớ của nó, chứ không thể chạy được
hoạt động nào khác. Một số hãng sản xuất PLC lớn có tên tuổi như: Siemens, Toshiba,
Mishubisi, Omron, Allan Bradley, Rocwell, Fanuc là các hãng chiếm phần lớn thị phần
PLC thế giới. Các PLC của các hãng này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sử
dụng công nghệ tự động hoá.
Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt cho các hệ thống
công nghiệp. Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá trình điều khiển trở
nên nhanh hơn, rẻ hơn, và quan trọng nhất là hiệu quả hơn. PLC là sự lựa chọn tốt hơn
các hệ thống rơ le hay máy tính tiêu chuẩn do một số lý do sau:
5/130
-Tốn ít không gian: Một PLC cần ít không gian hơn một máy tính tiêu chuẩn hay tủ điều
khiển rơ le để thực hiện cùng một cức năng.
- Tiết kiệm năng lượng: PLC tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp, ít hơn cả các máy tính
thông thường.
-Giá thành thấp : Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơ le, nhưng nó có khả năng
thay thế hàng trăm rơ le.
- Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được làm từ các vật
liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm, rung động và nhiễu.
Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này.
- Giao diện tực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống phức tạp để có thể
giao tiếp với môi trường công nghiệp. Trong khi đó các PLC có thể giao diện trực tiếp
nhờ các mô đun vào ra I/O.
- Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ đồ thang, tương
tự như sơ đồ đấu của các hệ thống điều khiển rơ le thông thường.
- Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi nhanh chóng và
dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào PLC bằng bộ lập trình, bằng
thẻ nhớ, bằng truyền tải qua mạng.
6/130
Cấu trúc và nguyên lý làm việc của PLC
Cấu trúc chung
PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình (Program Logic Control), là loại thiết bị cho
phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua 1 ngôn ngữ lập trình,
thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số.
Cũng như các thiết bị lập trình khác, hệ thống lập trình cơ bản của PLC bao gồm 2 phần:
khối xử lý trung tâm (CPU) và hệ thống giao tiếp vào/ra (I/O) như sơ đồ khối:
Khối xử lý trung tâm:
Là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC như: Thực hiện chương trình,
xử lý vào/ra và truyền thông với các thiết bị bên ngoài.
Bộ nhớ
Có nhiều các bộ nhớ khác nhau dùng để chứa chương trình hệ thống là một phần mềm
điều khiển các hoạt động của hệ thống, sơ đồ LAD, trị số của Timer, Counter được chứa
trong vùng nhớ ứng dụng, tùy theo yêu cầu của người dùng có thể chọn các bộ nhớ khác
nhau:
1. Bộ nhớ ROM: là loại bộ nhớ không thay đổi được, bộ nhớ này chỉ nạp được một lần
nên ít được sử dụng phổ biến như các loại bộ nhớ khác.
7/130
2. Bộ nhớ RAM: là loại bộ nhớ có thể thay đổi được và dùng để chứa các chương trình
ứng dụng cũng như dữ liệu, dử liệu chứa trong Ram sẽ bị mất khi mất điện. Tuy nhiên,
điều này có thể khắc phục bằng cách dùng Pin.
3. Bộ nhớ EPROM: Giống như ROM, nguồn nuôi cho EPROM không cần dùng Pin, tuy
nhiên nội dung chứa trong nó có thể xoá bằng cách chiếu tia cực tím vào một cửa sổ nhỏ
trên EPROM và sau đó nạp lại nội dung bằng máy nạp.
4. Bộ nhớ EEPROM: kết hợp hai ưu điểm của RAM và EPROM, loại này có thể xóa và
nạp bằng tín hiệu điện. Tuy nhiên số lần nạp cũng có giới hạn.
Một PLC có đầy đủ các chức năng như: bộ đếm, bộ định thời, các thanh ghi (registers)
và tập lệnh cho phép thực hiện các yêu cầu điều khiển phức tạp khác nhau. Hoạt động
của PLC hoàn toàn phụ thuộc vào chương trình nằm trong bộ nhớ, nó luôn cập nhật tín
hiệu ngõ vào, xử lý tín hiệu để điều khiển ngõ ra.
Để đánh giá một bộ PLC người ta dựa vào 2 tiêu chuẩn chính: Dung lượng bộ nhớ và số
tiếp điểm vào/ra của nó. Bên cạnh đó cũng cần chú ý đến các chức năng như: Bộ vi xử
lý, chu kỳ xung clock, ngôn ngữ lập trình, khả năng mở rộng số cổng vào/ra.
Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay
hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng
chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung. Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay,
RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra
và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC. Đối với các PLC lớn thường
lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình. Các đơn
vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458,
Trong hệ thống điều khiển PLC các phần tử nhập tín hiệu như: chuyển mạch, nút ấn,
cảm biến, ... được nối với đầu vào của thiết bị PLC. Các phần tử chấp hành như: đèn
báo, rơ le, công tắc tơ,... được nối đến lối ra của PLC tại các đầu nối.
Chương trình điều khiển PLC được soạn thảo dưới các dạng cơ bản (sẽ được trình bày ở
phần sau) sẽ được nạp vào bộ nhớ bên trong PLC, sau đó tự động thực hiện tuần tự theo
một chuỗi lệnh điều khiển được xác định trước.
Hệ còn cho phép công nhân vận hành thao tác bằng tay các tiếp điểm, nút dừng khẩn
cấp để đảm bảo tính an toàn trong các trường hợp xảy ra sự cố.
PLC được xem như trái tim trong một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ với chương
trình điều khiển được chứa trong bộ nhớ của PLC, PLC thường xuyên kiểm tra trạng
thái của hệ thống thông qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị vào để từ đó có thể đưa ra
những tín hiệu đ ... chỉ cần
nhấn nút OK). Ngoài ra ta còn có thể đặt tên cho khối FB; ví dụ: test_1, chọn cách viết
chương trình STL, LAD, FBD hay S7-GRAPH,..... Sau khi đã điền đủ các thông tin vào
cửa sổ màn hình ta nhấn nút OK.
112/130
Muốn soạn thảo chương trình trong khối FB ta chỉ cần nhấn đúp chuột trái vào biểu
tượng FB trên màn hình chính. Sau khi thực hiện xong bước này ta sẽ có cửa sổ soạn
thảo chương trình cho khối FB1 và công việc tiếp theo cũng được thực hiện giống như
ta đã thực hiện đối với khối FC ở trên, đó là các bước như xây dựng Local block, soạn
thảo chương trình.
Chọn ngôn ngữ viết chương trình trong khối FB1
Thủ tục gọi khối FB:
Vì khối FB bao giờ cũng làm việc với khối dữ liệu DB dùng để lưu giữ nội dung các
biến kiểu STAT của Local block. Vì vậy để thực hiện việc gọi khối FB ta phải đặt tên
cho khối dữ liệu DB tương ứng. Lệnh gọi khối hàm FB như sau:
113/130
Tuỳ theo nhu cầu sử dụng mà ta sử dụng một , hai hay nhiều khối DB ta phải đặt tên cho
khối DB mà ta vừa chọn ví dụ DB1, DB2,... Sau khi đã chọn xong bước trên ta có thể
soạn thảo chương trình cho khối DB1 và DB2 như sau:
Màn hình soạn thảo trong khối FBs
Sử dụng biến hình thức:
Step7 cung cấp một khả năng sử dụng tên hình thức trong lập trình thay vì các ký hiệu
địa chỉ , chữ số khối FB, FC,...khó nhớ. Các tên hình thức được thay bởi một địa chỉ hay
một tên khối tuỳ ý theo người lập trình tự đặt. Để làm được điều này, người lập trình cần
phải khai báo trước trong một bảng có tên là Symbols.
Kích chuột vào thư mục mẹ của Block, ở đây là thư mục với tên mặc định là S7
Program(1), sau đó nháy phím chuột trái tại biểu tượng Symbole như hình vẽ ta sẽ có
màn hình soạn thảo bằng các tên hình thức sau:
114/130
Sử dụng biến hình thức
Ghi các ký hiệu biến hình thức vào bảng Symbol
Sau khi điền đày đủ tên hình thức, địa chỉ ô nhớ mà nó thay thế ( hầu hết kiểu dữ liệu
đều được S7 tự xác định căn cứ vào địa chỉ ô nhớ) và cất vào Project, ta sẽ quay trở lại
màn hình chính của S7. Mở một khối chương trình, ví dụ OB1 và chọn biểu tượng dùng
biến hình thức ta sẽ chuyển sang dạng soạn thảo với những biến hình thức như đẫ đặt
sẵn trong bảng Symbole.
115/130
Màn hình soạn thảo với các tên biến hình thức
Muốn quay trở về để sử dụng lại các ký hiệu địa chỉ tuyệt đối ta nhấn lại nút đã chọn
ban đầu là biểu tượng này nằm trên thanh công cụ .
116/130
Chạy thử, nạp chương trình xuống phần cứng, giám sát
hoạt đọng của chương trình
Trước khi khởi động hệ thống cần phải chắc chắn dây nối từ plc đến các thiết bị ngoại
vi là đúng, trong quá trình chạy kiểm tra có thể cần thiết phải thực hiện các bước tinh
chỉnh hệ thống nhằm đảm bảo an toàn khi đưa vào hoạt động thực tế.
Để làm được điều này ta có thể sử dụng một số các phần mềm sau: PLC-SIM, SPS
VISU,
Nạp chương trình xuống phần cứng
Nạp chương trình soạn thảo từ PC xuống CPU: Chương trình sau khi đã soạn thảo cần
được truyền xuống CPU.
Chú ý: Khi nạp chương trình cần phải đặt CPU ở trạng thái Stop hoặc đặt CPU ở trạng
thái RUN-P.
Xoá chương trình đã có trong CPU:
Để thực hiện việc nạp chương trình mới từ PC xuống CPU ta cần thực hiện công việc
xoá chương trình đã có sẵn trong CPU. Điều này ta thực hiện các bước như sau:
• Đưa trạng thái của CPU về STOP
• Từ màn hình chính của Step7 ta chọn lệnh
117/130
Nạp chương trình
Sử dụng biểu tượng nạp chương trình trên thanh công cụ của menu chính và thực hiện
trả lời đày đủ các câu hỏi của phần mềm.
Giám sát hoạt động của chương trình
Sau khi đã nạp chương trình soạn thảo xuống CPU lúc này chương trình đã được ghi
vào bộ nhớ của CPU. Khi đó ta có thể tách rời PC và CPU của S7 mà chương trình vẫn
hoạt động bình thường. Để thực hiện việc quan sát quá trình hoạt động của chương trình
và CPU ta sử dụng chức năng giám sát chương trình bằng cách nhấn vào biểu tượng này
trên thanh công cụ. Sau khi chọn chức năng giám sát chương trình này thì trên màn hình
sẽ xuất hiện một cửa sổ sau:
Tuỳ theo kiểu viết chương trình mà ta nhận được sự khác nhau về kiểu hiển thị trên màn
hình (Dưới đây sử dụng kiểu viết chương trình FBD).
118/130
Quan sát quá trình hoạt động
Ngoài ra ta còn có thể quan sát được nội dung của ô nhớ. Những ô nhớ muốn quan sát
cần phải khai báo trong bảng Variable.
Quan sát nội dung của ô nhớ
Sau khi khai báo tất cả các biến cần quan sát ta kích vào phím quan sát trên màn hình
xuật hiện cửa sổ như hình trên. Tuỳ theo yêu cầu mà ta kích vào phím quan sát tương
119/130
ứng trên màn hình sẽ hiển thị nội dung của ô nhớ tại thời điểm hiện tại hay liên tục quan
sát theo từng thời điểm.
120/130
Chương 4 : Lựa chọn, lắp đặt, kiểm tra và
bảo trì hệ thống
Lựa chọn, lắp đặt, kiểm tra và bảo trì hệ thống
XEM XÉT TÍNH KHẢ THI
Dựa vào quy mô của hệ thống, nếu hệ thống sản xuất theo dây 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 đến 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.
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.
121/130
• 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).
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.
122/130
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.
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.
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 thiểu
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.
123/130
Khoảng cách lắp đặt cho phép của PLC trong tủ điện
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.
XÂY DỰNG 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
124/130
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.
125/130
Tham gia đóng góp
Tài liệu: Lập trình PLC
Biên tập bởi: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: MỞ ĐẦU
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Lịch sử phát triển
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Cấu trúc và nguyên lý làm việc của PLC
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Phân loại
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Hệ thống Module
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Cấu trúc bộ nhớ
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
126/130
Giấy phép: 
Module: Giới thiệu các ngôn ngữ lập trình
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Chu trình làm việc, lập trình và cấu trúc chương trình
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Nhóm lệnh logic tiếp điểm
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Bộ đếm (Counter)
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Bộ thời gian (Timer)
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Các hàm so sánh
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Các hàm toán học
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
127/130
Module: Hàm di chuyển dữ liệu
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Hàm logic thực hiện trên thanh ghi
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Lệnh làm việc với tín hiệu tương tự
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: CÀI ĐẶT STEP 7
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Soạn thảo một Project mới
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Soạn thảo chương trình
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Chạy thử, nạp chương trình xuống phần cứng, giám sát hoạt đọng của chương
trình
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
Module: Lựa chọn, lắp đặt, kiểm tra và bảo trì hệ thống
128/130
Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
URL: 
Giấy phép: 
129/130
Chương trình Thư viện Học liệu Mở Việt Nam
Chương trình Thư viện Học liệu Mở Việt Nam (Vietnam Open Educational Resources
– VOER) được hỗ trợ bởi Quỹ Việt Nam. Mục tiêu của chương trình là xây dựng kho
Tài nguyên giáo dục Mở miễn phí của người Việt và cho người Việt, có nội dung phong
phú. Các nội dung đểu tuân thủ Giấy phép Creative Commons Attribution (CC-by) 4.0
do đó các nội dung đều có thể được sử dụng, tái sử dụng và truy nhập miễn phí trước
hết trong trong môi trường giảng dạy, học tập và nghiên cứu sau đó cho toàn xã hội.
Với sự hỗ trợ của Quỹ Việt Nam, Thư viện Học liệu Mở Việt Nam (VOER) đã trở thành
một cổng thông tin chính cho các sinh viên và giảng viên trong và ngoài Việt Nam. Mỗi
ngày có hàng chục nghìn lượt truy cập VOER (www.voer.edu.vn) để nghiên cứu, học
tập và tải tài liệu giảng dạy về. Với hàng chục nghìn module kiến thức từ hàng nghìn
tác giả khác nhau đóng góp, Thư Viện Học liệu Mở Việt Nam là một kho tàng tài liệu
khổng lồ, nội dung phong phú phục vụ cho tất cả các nhu cầu học tập, nghiên cứu của
độc giả.
Nguồn tài liệu mở phong phú có trên VOER có được là do sự chia sẻ tự nguyện của các
tác giả trong và ngoài nước. Quá trình chia sẻ tài liệu trên VOER trở lên dễ dàng như
đếm 1, 2, 3 nhờ vào sức mạnh của nền tảng Hanoi Spring.
Hanoi Spring là một nền tảng công nghệ tiên tiến được thiết kế cho phép công chúng dễ
dàng chia sẻ tài liệu giảng dạy, học tập cũng như chủ động phát triển chương trình giảng
dạy dựa trên khái niệm về học liệu mở (OCW) và tài nguyên giáo dục mở (OER) . Khái
niệm chia sẻ tri thức có tính cách mạng đã được khởi xướng và phát triển tiên phong
bởi Đại học MIT và Đại học Rice Hoa Kỳ trong vòng một thập kỷ qua. Kể từ đó, phong
trào Tài nguyên Giáo dục Mở đã phát triển nhanh chóng, được UNESCO hỗ trợ và được
chấp nhận như một chương trình chính thức ở nhiều nước trên thế giới.
130/130