Giáo trình Lập trình PLC

PHẠM KHÁNH TÙNG GIÁO TRÌNH LẬP TRÌNH PLC 
 1 
LỜI NÓI 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. Nhờ 
sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic 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. Ngày nay chúng ta có thể thấy PLC trong hầu hết ứng dụng công 
nghiệp. Các PLC có thể được kết 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. Với sự hỗ trợ của máy tính cá 
nhân PC 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. 
 Tài liệu “Lập trình PLC” với nội dung từ lý thuyết cơ bản về điều khiển 
học và điều khiển logic khả trình đến các ứng dụng lập trình tiêu biểu giúp 
người học có thể tự lập trình một ứng dụng điều khiển trực tiếp trên PLC cũng 
như trên máy tính PC và nạp chương trình để thực hiện trong PLC tương ứng. 
PHẠM KHÁNH TÙNG GIÁO TRÌNH LẬP TRÌNH PLC 
 2 
CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ LOGIC HAI TRẠNG THÁI 
1.1. Những khái niệm cơ bản 
1.1.1. Khái niệm về logic hai trạng thái 
Trong cuộc sống các sự vật và hiện tượng thường biểu diễn ở hai trạng 
thái đối lập, thông qua hai trạng thái đối lập rõ rệt, con người nhận thức được sự 
vật và hiện tượng một cách nhanh chóng bằng cách phân biệt hai trạng thái đó. 
Chẳng hạn như ta nói nước sạch và bẩn, giá cả đắt và rẻ, nước sôi và không sôi, 
học sinh học giỏi và dốt, kết quả tốt và xấu... 
Trong kỹ thuật, đặc biệt là kỹ thuật điện và điều khiển, ta thường có khái 
niệm về hai trạng thái: đóng và cắt như đóng điện và cắt điện, đóng máy và 
ngừng máy... 
Trong toán học, để lượng hoá hai trạng thái đối lập của sự vật và hiện 
tượng người ta dùng hai giá trị: 0 và 1. Giá trị 0 hàm ý đặc trưng cho một trang 
thái của sự vật hoặc hiện tượng, giá trị 1 đặc trưng cho trạng thái đối lập của sự 
vật và hiện tượng đó. Ta gọi các giá trị 0 hoặc 1 đó là các giá trị logic. 
Các nhà bác học đã xây dựng các cơ sở toán học để tính toán các hàm và 
các biến chỉ lấy hai giá trị 0 và 1 này, hàm và biến đó được gọi là hàm và biến 
logic, cơ sở toán học để tính toán hàm và biến logic gọi là đại số logic. Đại số 
logic cũng có tên là đại số Boole vì lấy tên nhà toán học có công đầu trong việc 
xây dựng nên công cụ đại số này. 
Đại số logic là công cụ toán học để phân tích và tổng hợp các hệ thống 
thiết bị và mạch số. Nó nghiên cứu các mối quan hệ giữa các biến số trạng thái 
logic. Kết quả nghiên cứu thể hiện là một hàm trạng thái cũng chỉ nhận hai giá 
trị 0 hoặc 1. 
1.1.2. Các hàm logic cơ bản 
Một hàm y = f (x1,x2 ,...,xn ) với các biến x1, x2, ... xn chỉ nhận hai giá trị: 0 
hoặc 1 và hàm y cũng chỉ nhận hai giá trị: 0 hoặc 1 thì gọi là hàm logic. 
Hàm logic một biến: y = f (x) 
Với biến x sẽ nhận hai giá trị: 0 hoặc 1, nên hàm y có 4 khả năng hay 
thường gọi là 4 hàm y0, y1, y2, y3. Các khả năng và các ký hiệu mạch rơle và 
điện tử của hàm một biến như trong bảng 1.1 
PHẠM KHÁNH TÙNG GIÁO TRÌNH LẬP TRÌNH PLC 
 3 
Bảng 1.1 
Tên hàm 
Bảng chân lý 
Thuật toán 
logic 
Ký hiệu sơ đồ 
Ghi 
chú x 0 1 Kiểu rơle 
Kiểu khối điện 
tử 
Hàm 
không 
y0 0 0 
x.xy
0y
0
0
Hàm đảo y1 1 0 xy1 
Hàm lặp 
(YES) 
y2 0 1 
y2 = x 
Hàm đơn 
vị 
y3 1 1 
xxy
1y
3
3
Trong các hàm trên hai hàm y0 và y3 luôn có giá trị không đổi nên ít được 
quan tâm, thường chỉ xét hai hàm y1 và y2. 
Hàm logic hai biến y = f (x1,x2 ) 
Với hai biến l ... 1. Phương pháp tối thiểu hoá hàm logic bằng biến đổi đại số ................................. 10 
1.3.2. Phương pháp tối thiểu hoá hàm logic dùng bảng Karnaugh ................................ 10 
1.4. Các hệ mạch logic ................................................................................................... 11 
1.4.1. Mạch logic tổ hợp............................................................................................. 11 
1.4.2. Mạch logic trình tự ........................................................................................... 12 
1.5. Grafcet - để mô tả mạch trình tự trong công nghiệp .................................................. 13 
1.5.1. Hoạt động của thiết bị công nghiệp theo logic trình tự........................................ 13 
1.5.2. Định nghĩa Grafcet ........................................................................................... 14 
1.5.3. Một số ký hiệu trong grafcet ............................................................................. 15 
1.5.4. Cách xây dựng mạng grafcet ............................................................................. 17 
1.5.5. Phân tích mạng grafcet ..................................................................................... 19 
CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG MẠCH LOGIC TRONG ĐIỀU KHIỂN.............................. 25 
2.1. Các thiết bị điều khiển ............................................................................................. 25 
2.1.1. Các nguyên tắc điều khiển ................................................................................ 25 
2.1.2. Các thiết bị điều khiển ...................................................................................... 25 
2.2. Các sơ đồ khống chế động cơ rôto lồng sóc .............................................................. 27 
2.2.1. Mạch khống chế đơn giản ................................................................................. 27 
2.2.2. Mạch khống chế đảo chiều có giám sát tốc độ.................................................... 28 
2.2.3. Khống chế động cơ lồng sóc kiểu đổi nối Y/Δ có đảo chiều ............................... 29 
2.3. Các sơ đồ khống chế động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ..................................... 30 
2.3.1. Khởi động động cơ rôto dây quấn theo nguyên tắc thời gian .............................. 31 
2.3.2. Thay đổi tốc độ động cơ rôto dây quấn bằng thay đổi điện trở phụ ..................... 32 
2.4. Khống chế động cơ điện một chiều .......................................................................... 33 
CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN LOGIC CÓ LẬP TRÌNH .................................................. 36 
3.1. Mở đầu ................................................................................................................... 36 
3.2. Các thành phần cơ bản của một bộ PLC ................................................................... 37 
3.2.1. Cấu hình phần cứng .......................................................................................... 37 
3.2.2. Cấu tạo chung của PLC .................................................................................... 40 
3.3. Các vấn đề về lập trình ............................................................................................ 40 
3.3.1. Khái niệm chung .............................................................................................. 40 
3.3.2. Các phương pháp lập trình ................................................................................ 42 
3.3.3. Các rơle nội ...................................................................................................... 46 
3.3.4. Các rơle thời gian ............................................................................................. 46 
3.3.5. Các bộ đếm ...................................................................................................... 47 
3.4. Đánh giá ưu nhược điểm của PLC ........................................................................... 47 
CHƯƠNG 4: BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC - CPM1A ............................................................. 51 
4.1. Cấu hình cứng......................................................................................................... 51 
PHẠM KHÁNH TÙNG GIÁO TRÌNH LẬP TRÌNH PLC 
 147 
4.1.1. Cấu tạo của họ PLC - CPM1A. ......................................................................... 51 
4.1.2. Các thông số kỹ thuật ....................................................................................... 52 
4.2. Ghép nối ................................................................................................................. 55 
4.2.1. Kết nối với thiết bị lập trình cầm tay ................................................................. 55 
4.2.2. Kết nối với thiết bị lập trình chuyên dụng hoặc máy tính tương thích.................. 56 
4.2.3. Kết nối nhiều PLC và máy tính ......................................................................... 56 
4.3. Ngôn ngữ lập trình .................................................................................................. 57 
4.3.1. Cấu trúc chương trình PLC CPM1A. ................................................................. 57 
4.3.2. Bảng lệnh của PLC - PCM1A ........................................................................... 57 
4.3.3. Lập trình các lệnh logic cơ bản của PLC - PCM1A ............................................ 57 
CHƯƠNG 5: BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC - S5 ...................................................................... 61 
5.1. Cấu tạo của họ PLC Step5 ....................................................................................... 61 
5.1.1. Đơn vị cơ bản ................................................................................................... 61 
5.1.2. Các module vào ra mở rộng .............................................................................. 62 
5.2. Địa chỉ và gán địa chỉ .............................................................................................. 62 
5.2.1. Địa chỉ vào/ra trên module số............................................................................ 63 
5.2.2. Địa chỉ vào ra trên module tương tự .................................................................. 64 
5.4. Cấu trúc của chương trình S5................................................................................... 65 
5.4.1. Cấu trúc chương trình ....................................................................................... 65 
5.4.2. Khối và đoạn (Block and Segment) ................................................................... 66 
5.5. Bảng lệnh của S5-95U............................................................................................. 66 
5.5.1. Nhóm lệnh cơ bản ............................................................................................ 67 
5.5.2. Nhóm lệnh bổ trợ ............................................................................................. 67 
5.5.3. Nhóm lệnh hệ thống ......................................................................................... 67 
5.6. Cú pháp một số lệnh cơ bản của S5.......................................................................... 67 
5.6.1. Nhóm lệnh logic cơ bản .................................................................................... 67 
5.6.2. Nhóm lệnh set và reset ...................................................................................... 69 
5.6.3. Nhóm lệnh nạp và truyền .................................................................................. 70 
5.6.4. Nhóm lệnh thời gian ......................................................................................... 71 
5.6.6. Nhóm lệnh đếm ................................................................................................ 77 
CHƯƠNG 6: BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC - S7-200 ............................................................... 80 
6.1. Cấu hình cứng......................................................................................................... 80 
6.1.1. Đơn vị cơ bản ................................................................................................... 80 
6.1.2. Các module vào ra mở rộng .............................................................................. 82 
6.2. Cấu trúc bộ nhớ ...................................................................................................... 83 
6.2.1. Vùng nhớ chương trình ..................................................................................... 83 
6.2.2. Vùng tham số ................................................................................................... 83 
6.2.3. Vùng dữ liệu .................................................................................................... 84 
6.3. Chương trình của S7-200......................................................................................... 85 
6.3.1. Cấu trúc chương trình S7-200 ........................................................................... 85 
6.3.2. Bảng lệnh của S7-200 ....................................................................................... 86 
6.4. Lập trình một số lệnh cơ bản của S7-200 ................................................................. 86 
6.4.1. Lệnh LD và lệnh A ........................................................................................... 86 
6.4.2. Lệnh AN .......................................................................................................... 87 
6.4.3. Lệnh O ............................................................................................................. 87 
6.4.4. Lệnh ON: ......................................................................................................... 87 
6.4.5. Lệnh OLD ........................................................................................................ 87 
6.4.6. Lệnh ALD ........................................................................................................ 88 
6.4.7. Lệnh LPS, LRD, LPP ....................................................................................... 88 
CHƯƠNG 7: BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC - S7-300 ............................................................... 89 
7.1. Cấu hình phần cứng ................................................................................................ 89 
PHẠM KHÁNH TÙNG GIÁO TRÌNH LẬP TRÌNH PLC 
 148 
7.1.1. Cấu tạo của họ PLC- S7-300 ............................................................................. 89 
7.1.2. Địa chỉ và gán địa chỉ ....................................................................................... 90 
7.2. Vùng đối tượng ....................................................................................................... 92 
7.2.1. Các vùng nhớ ................................................................................................... 92 
7.2.2. Nhập các hằng số.............................................................................................. 93 
7.3. Ngôn ngữ lập trình .................................................................................................. 94 
7.3.1. Cấu trúc chương trình S7-300 ........................................................................... 94 
7.3.2. Bảg lệnh của S7-300 ......................................................................................... 95 
7.4. Lập trình một số lệnh cơ bản ................................................................................... 95 
7.4.1. Lệnh LD và lệnh A ........................................................................................... 96 
7.4.2. Lệnh AN .......................................................................................................... 96 
7.4.3. Lệnh O ............................................................................................................. 96 
7.4.4. Lệnh ON .......................................................................................................... 96 
7.4.5. Lệnh OLD ........................................................................................................ 96 
7.4.6. Lệnh ALD ........................................................................................................ 97 
7.4.7. Lệnh LPS, LRD, LPP ....................................................................................... 97 
CHƯƠNG 8: CÁC PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC ...................................................... 98 
8.1. Lập trình cho OMRON............................................................................................ 98 
8.1.1. Phần mềm SYSWIN (cho OMRON) ................................................................. 98 
8.1.2. Sử dụng thiết bị lập trình cầm tay (cho OMRON) ............................................ 101 
8.2. Lập trình cho PLC - S5 (Sử dụng phần mềm Step 5 for Win) .................................. 104 
8.2.1. Trình tự thao tác ............................................................................................. 104 
8.2.2. Đặt tham số cho việc soạn thảo chương trình. .................................................. 108 
8.3. Lập trình cho PLC - S7-200 ................................................................................... 112 
8.3.1. Sử dụng phần mềm Step7-200 for Win. ........................................................... 112 
8.3.2. Sử dụng phần mềm Step7-200 for Dos. ........................................................... 113 
8.4. Lập trình cho PLC - S7-300 (Sử dụng phần mềm S7-300) ...................................... 115 
8.4.1. Khởi động: ..................................................................................................... 115 
8.4.2. Cài đặt phần cứng: .......................................................................................... 116 
8.4.3. Soạn thảo chương trình: .................................................................................. 118 
PHỤ LỤC 1 ................................................................................................................... 121 
BẢNG LỆNH CỦA CÁC PHẦN MỀM PLC ................................................................ 121 
1. Bảng lệnh của PLC - CPM1A ............................................................................... 121 
2. Bảng lệnh của PLC - S5 (Siemens) ....................................................................... 126 
3. Bảng lệnh của PLC - S7-200 (Siemens) ................................................................ 130 
4. Bảng lệnh của PLC - S7-300 (Siemens) ................................................................ 138 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 145 
PHẠM KHÁNH TÙNG GIÁO TRÌNH LẬP TRÌNH PLC 
 149 
PHẠM KHÁNH TÙNG 
TÀI LIỆU DÀO TẠO KỸ THUẬT VIÊN 
LẬP TRÌNH PLC 
Hà Nội, 3/2011