Giáo trình Điều khiển hệ thống cơ điện tử sử dụng PLC

h bàn máy chuyển động của các 
máy cắt gọt kim loại. 
Bước 1: Phân tích yêu cầu công nghệ 
Bước 2: Qui định địa chỉ vào/ra. 
Bước 3: Viết chương trình điều khiển. 
Bước 4 Đặt thời gian thực cho CPU 
90 
BÀI 7: LẬP TRÌNH CẤU TRÚC 
Mục tiêu: 
 - Trình bày được ưu điểm, pham vi ứng dụng của lập trình cấu trúc. 
 - Mô tả các yêu cầu, phương pháp lập trình cấu trúc. 
 - Lập trình theo cấu trúc, kết nối, chạy thử, hiệu chỉnh, đảm bảo yêu cầu 
bài tập. 
 - Nghiêm túc trong học tập 
1. Khái niệm về lập trình cấu trúc, nhiệm vụ của các khối chức năng. 
2. Khai báo local block cho FC, 
3. Gọi khối FC và thủ tục tham trị. 
4. local block của FB. 
5. Gọi khối FB và thủ tục tham trị. 
6. Ngăn xếp B và ngăn xếp L ( B- Stack, L- Stack) 
7. Bài tập ứng dụng đèn quảng cáo. 
91 
 BÀI 8 : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC 
Mục tiêu: 
 - Trình bày được nguyên lý điều khiển tốc độ, chiều quay của động cơ 
bước. 
 - Thiết lập được thuật toán điều khiển động cơ bước. 
 - Lập trình, kết nối, chạy thử, hiệu chỉnh, đảm bảo yêu cầu bài tập. 
 - Làm việc đúng nguyên tắc, cẩn thận, tỉ mỉ. 
1.Thuật toán điều khiển động cơ bước. 
2. Điều khiển động cơ bước theo thời gian. 
3. Điều khiển động cơ bước theo yêu cầu của thiết bị ngoại vi. 
4. Động cơ bước điều khiển tay gạt cơ khí. 
 Bài 9 : Lập trình ghép nối PLC với thiết bị ngoại vi 
Mục tiêu: 
 - Mô tả được nguyên lý làm việc cơ bản và các thông số về tín hiệu đầu 
vào, ra của chương trình điều khiển 
 - Lập trình, kết nối, chạy thử. 
 - Lắp ráp được mạch điện ghép nối với PLC 
 - Giữ đúng nội qui, đảm bảo an toàn trong thao tác với thiết bị điện. 
1. Giới thiệu các thiết bị, linh kiện phục vụ ghép nối PLC với thiết bị 
ngoại vi. 
1.1 Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngoại vi 
Việc kết nối dây giữa PLC với ngoại vi rất quan trọng. Nó quyết định đến 
việc PLC có thể giao tiếp được với thiết bị lập trình (máy tính) cũng như hệ 
thống điều khiển có thể hoạt động đúng theo yêu cầu được thiết kế hay không. 
Ngoài ra việc nối dây còn liên quan đến an toàn cho PLC cũng như hệ thống 
điều khiển. 
a. Giới thiệu CPU 224 và cách kết nối với thiết bị ngoại vi 
Sơ đồ bề mặt của bộ điều khiển lập trình S7-200 CPU 224 được cho như hình 
5.1. 
92 
Để cho bộ điều khiển lập trình này hoạt động được thì người sử dụng phải kết 
nối PLC với nguồn cung cấp và các đầu vào ra của nó với thiết bị ngoại vi. 
Muốn nạp chương trình vào CPU, người sử dụng phải soạn thảo chương trình 
bằng các thiết bị lập trình hoặc máy tính với phần mềm tương ứng cho loại 
PLC đang sử dụng và có thể nạp trực tiếp vào CPU hoặc copy chương trình 
vào card nhớ để cắm vào rãnh cắm card nhớ trên CPU của PLC. Thông 
thường khi lập trình cũng như khi kiểm tra hoạt động của PLC thì người lập 
trình thường kết nối trực tiếp thiết bị lập trình hoặc máy tính cá nhân với 
PLC. Như vậy, để hệ thống điều khiển khiển bằng PLC hoạt động cũng như 
lập trình cho nó, cần phải kết nối PLC với máy tính cũng như các đầu vào 
ra với ngoại vi. 
2. Cách nối dây. 
2.1. Kết nối với máy tính 
Đối với các thiết bị lập trình của hãng Siemens có các cổng giao tiếp PPI 
thì có thể kết nối trực tiếp với PLC thông qua một sợi cáp. Tuy nhiên đối với 
máy tính cá nhân cần thiết phải có cáp chuyển đổi PC/PPI. Có 2 loại cáp 
chuyển đổi là cáp RS-232/PPI Multi-Master và cáp USB/PPI Multi-Master. 
* Cáp RS-232/PPI multi-master: 
Hình dáng của cáp và công tắc chọn chế độ truyền được cho ở hình 5.2. 
93 
Hình dáng cáp RS-232/PPI và các chuyển mạch trên cáp. 
Tùy theo tốc độ truyền giữa máy tính và CPU mà các công tắc 1,2,3 được 
để ở vị trí thích hợp. Thông thường đối với CPU 22x thì tốc độ truyền thường 
đặt là 9,6 KBaud (tức công tắc 123 được đặt theo thứ tự là 010). 
Tùy theo truyền thông là 10 Bit hay 11 Bit mà công tắc 7 được đặt ở vị trí 
thích hợp. Khi kết nối bình thường với máy tính thì công tắc 7 chọn ở chế độ 
truyền thông 11 Bit (công tắc 7 đặt ở vị trí 0). 
Công tắc 6 ở cáp RS-232/PPI Multi-Master được sử dụng để kết nối port 
truyền thông RS-232 của một modem với S7-200 CPU. Khi kết nối bình 
thường với máy tính thì công tắc 6 được đặt ở vị trí data Comunications 
Equipment (DCE) (công tắc 6 ở vị trí 0). Khi kết nối cáp PC/PPI với một 
Equipment (DTE) (công tắc 6 ở vị trí 1). 
Công tắc 5 được sử dụng để đặt cáp RS-232/PPI Multi-Master thay thế 
cáp PC/PPI hoặc hoạt động ở chế độ Freeport thì đặt ở chế độ PPI/Freeport 
(công tắc 5 ở vị trí 0). Nếu kết nối bình thường là PPI (master) với phần mềm 
STEP 7 Micro/Win 3.2 SP4 hoặc cao hơn thì đặt ở chế độ PPI (công tắc 5 ở 
vịtrí 1). 
Sơ đồ nối cáp RS-232/PPI Multi-Master giữa máy tính và CPU S7-200 
với tốc độ truyền 9,6 Kbaud được cho như hình 5.3. 
94 
Kết nối máy tính với CPU S7-200 RS-232/PPI Multi-Master 
Cáp USB/PPI multi-master: 
Hình dáng của cáp được cho ở hình 5.4. 
Hình dáng cáp USB/PPI. 
Cách thức kết nối cáp USB/PPI Multi-Master cũng tương tự như cáp RS- 
232/PPI Multi-Master. Để sử dụng cáp này, phần mềm cần phải là STEP 7- 
Micro/WIN 3.2 Service Pack 4 (hoặc cao hơn). Cáp chỉ có thể được sử dụng 
với loại CPU22x hoặc sau này. Cáp USB không được hỗ trợ truyền thông 
Freeport và download cấu hình màn TP070 từ phần mềm TP Designer 
Nối nguồn cung cấp cho CPU 
Tùy theo loại và họ PLC mà các CPU có thể là khối riêng hoặc có đặt sẵn 
các đầu vào và ra cũng như một số chức năng đặc biệt khác. Hầu hết các PLC 
họ S7-200 được nhà sản xuất lắp đặt các khâu vào, khâu ra và CPU trong 
cùng một vỏ hộp. Nhưng nguồn cung cấp cho các khâu này hoàn toàn độc lập 
nhau. Nguồn cung cấp cho CPU của họ S7-200 có thể là: 
Xoay chiều: 20...29 VAC , f = 47...63 Hz; 
85...264 VAC, f = 47...63 Hz 
Một chiều: 20,4 ... 28,8 VDC 
Hình 5.5 a,b là sơ đồ nối dây nguồn cung cấp cho CPU 
95 
Để có thể nhận biết việc cấp nguồn cho CPU, khối vào, khối ra số ta căn 
cứ vào các chữ số đi kèm theo CPU. Các mã số kèm theo CPU 2xx có thể có 
như sau: 
· CPU 2xx DC/DC/DC: Nguồn cấp cho CPU là DC, nguồn cho đầu vào là 
DC, nguồn cấp cho đầu ra là DC. 
· CPU 2xx AC/DC/Relay: Nguồn cấp cho CPU là AC, nguồn cho đầu vào 
là DC, đầu ra là Relay có thể cấp nguồn là DC hoặc AC. 
Kết nối vào/ra số với ngoại vi 
Các đầu vào, ra của PLC cần thiết để điều khiển và giám sát quá trình 
điều khiển. Các đầuvào và ra có thể được phân thành 2 loại cơ bản: số 
(Digital) và tương tự (analog). Hầu hết các ứng dụng sử dụng các vào/ra số. 
Trong bài này chỉ đề cập đến việc kết nối các đầu vào/ra số với ngoại vi, còn 
đối với đầu vào/ra tương tự sẽ trình bày ở chương “xử lý tín hiệu analog”. 
Đối với bộ điều khiển lập trình họ S7-200, hãng Siemens đã đưa ra rất 
nhiều loại CPU với điện áp cung cấp cho các đầu vào ra khác nhau. Tùy thuộc 
từng loại CPU mà ta có thể nối dây khác nhau. Việc thực hiện nối dây cho 
CPU có thể tra cứu sổ tay kèm theo của hãng sản xuất. 
Kết nối các đầu vào số với ngoại vi 
Các đầu vào số của PLC có thể được chế tạo là một khối riêng, hoặc kết 
hợp với các đầu ra chung trong một khối hoặc được tích hợp trên khối CPU. 
Trong trường hợp nào cũng vậy, các đầu vào cũng phải được cung cấp 
nguồn riêng với cấp điện áp tùy thuộc vào loại đầu vào. Cần lưu ý trong một 
khối đầu vào cũng như các đầu vào được tích hợp sẵn trên CPU có thể có các 
nhóm được cung cấp nguồn độc lập nhau. Vì vậy cần lưu ý khi cấp nguồn 
cho các nhóm này. Nguồn cung cấp cho các khối vào của họ S7-200 có thể là: 
96 
Xoay chiều: 15...35 VAC, f = 47...63 Hz; dòng cần thiết nhỏ nhất 4mA 
79...135 VAC, f = 47...63 Hz; dòng cần thiết nhỏ nhất 4mA Một chiều: 15 ... 
30 VDC; dòng cần thiết nhỏ nhất 4mA 
Sơ đồ mạch điện bên trong của một số đầu vào được cho như hình 
Mạch điện của 1 đầu vào số sử dụng nguồn cung cấp DC 
b) Mạch điện của 1 đầu vào số sử dụng nguồn cung cấp AC 
Tùy theo yêu cầu mà có thể quyết định sử dụng loại đầu vào nào. 
+ Đầu vào DC: - Điện áp DC thường thấp do đó an toàn hơn. 
- Đáp ứng đầu vào DC rất nhanh. 
- Điện áp DC có thể được kết nối với nhiều phần tử trong hệ thống điện. 
Kiểm tra việc kết nối dây bằng phần mềm 
Một công việc quan trọng cho người lắp đặt và vận hành là biết được các 
kết nối của các đầu vào/ra với ngoại vi có đúng hay không trước khi nạp 
chương trình điều khiển vào CPU. Hoặc khi một hệ thống đang hoạt động 
bình thường nhưng một sự cố hư hỏng xảy ra thì các phần ngoại vi nào bị hư 
và phát hiện nó bằng cách nào. Các phần mềm cho các bộ điều khiển bằng 
PLC thường có trang bị thêm công cụ để kiểm tra việc kết nối dây đầu vào/ra 
với ngọai vi. Trong phần mềm Step 7 Micro/Win (phần mềm lập trình cho họ 
S7-200) có trang bị thêm phần này đó là mục Status Chart. 
Để sử dụng phần mềm tốt hơn hãy xem thêm chương “Phần mềm STEP 
7-Micro/Win và ngôn ngữ lập trình”. 
Status Chart 
Chúng ta có thể sử dụng Status Chart để đọc, ghi hoặc cưỡng bức các biến 
trong chương trình theo mong muốn. Để có thể mở Status Chart, ta nhấp đúp 
chuột vào biểu tượng Status Chart trong cửa sổ Navigation Bar trên màn hình 
Step 7-Micro/Win32 hoặc vào mục View → Component → Status Chart. 
3. Các mô hình và bài tập ứng dụng 
3.1 Mô hình băng tải đếm sản phẩm. 
- Chương trình PLC được download xuống đúng trạm. 
- Máy tính được khởi động Runtime WinCC và kết nối mạng PROFIBUS giữa 
các PLC đến máy tính (nếu sử dụng). 
97 
** Khi hoạt động với 02 trạm trở lên, ta khởi động lần lượt từ trạm sau đến trạm 
trước. 
1. Mở nguồn điện, khí nén (6 bar). 
2. Khởi động PLC. 
3. Lấy hết phôi ra khỏi trạm. 
4. Đèn báo RESET sáng, nhấn nút RESET trên bảng điều khiển. 
5. Đèn báo START sáng, nhấn nút START trên bảng điều khiển. 
Nhấn nút STOP trạm ngừng hoạt động. 
Bảng tóm tắt chức năng đèn báo Trạm Trung Gian 
Đèn Q1 Đèn Q2 Đèn Q1 + Q2 
Một số chức năng thường gặp: 
: Cho phép thoát chế độ Runtime của WinCC. 
: Cho phép trở về trang Tổng quan. 
: Cho phép chuyển đến trang kế tiếp. 
: Control Panel (Bảng điều khiển). 
: Bộ I/O Simulation, kiểm tra các tín hiệu ra/ vào. Chỉ sử dụng khi Trạm 
được kết nối với WinCC và chuyển các nút gạt sang vị trí OFF (màu đỏ) 
trước khi TẮT BỘ I/O SIM. 
98 
: Bật bộ I/O Sim. 
: Tắt bộ I/O Sim. (Lưu ý: Chuyển các nút gạt sang vị trí OFF (màu 
đỏ) trước khi TẮT BỘ I/O SIM). 
01. Tổng Quan 
Trang tổng quan mô tả tổng quát về hệ thống MPS gồm 09 trạm, mỗi vùng tương 
ứng với mỗi trang của Trạm, dùng để chuyển trang cần đến: 
- Trạm Cấp Phôi (Distribution Station) 
- Trạm Kiểm Tra (Testing Station) 
- Trạm Gia Công (Processing Station) 
- Trạm Tay Gắp (Handling Station) 
- Trạm Trung Gian (Buffer Station) 
- Trạm Robot (Robot Station) 
- Trạm Lắp Ráp (Assembly Station) 
- Trạm Đột Dập Thủy Lực (Punching Station) 
- Trạm Phân Loại (Sorting Station) 
Khi bất kỳ trạm nào kết nối vào hệ thống, thì khu vực quanh trạm đó sẽ màu xanh 
dương. 
Alarm: Dùng để đến trang Tin báo của WinCC. 
PROFIBUS Network: Dùng để đến trang Mạng PROFIBUS. 
02. Alarm 
99 
Trang Tin báo chức năng báo: 
- Các hoạt động kết nối của PLC các trạm đến WinCC. 
- Báo các tín hiệu như: Trạm Cấp Phôi hết phôi ở ụ chứa, Trạm Phân Loại đầy 
phôi ở máng . 
03. Network 
Trang Mạng PROFIBUS cho biết: 
- Địa chỉ PROFIBUS của từng PLC. 
- Trạng thái của các PLC. 
Đường màu đỏ biểu thị đường mạng kết nối giữa các PLC – WinCC. 
 Trạm Trung Gian 
100 
Trang Trạm Trung Gian: 
- Biểu thị hình ảnh tổng quan về trạm Trung Gian. 
- Cho biết tín hiệu các địa chỉ vào/ ra của trạm Trung Gian. 
- Trạng thái kết nối của trạm Trung Gian. 
Trạm có Control Panel: cho phép điều khiển trạm bằng các nút nhấn từ máy tính. 
Trạm có bộ I/O Simulation: cho phép kiểm tra các tín hiệu ngỏ/ ra của trạm. 
PHỤ LỤC 1: BẢNG ĐỊA CHỈ 
STT Symbol Add Comment 
INPUT 
1 Part_AV I0.0 CB biến phát hiện phôi 
2 B2 I0.1 CB báo không có phôi trước gạt 
3 B3 I0.2 CB báo không có phôi ở cuối b.tải 
4 1B1 I0.3 Gạt vươn ra 
5 1B2 I0.4 Gạt thu lại 
6 I0.5 -- 
7 I0.6 -- 
8 IP_FI I0.7 CB truyền thông trạm sau (Nhận) 
9 -S1 I1.0 Nút START 
10 -S2 I1.1 Nút STOP (NC) 
11 -S3 I1.2 SW AUTO/MAN 
12 -S4 I1.3 Nút RESET 
101 
13 I1.4 
14 I1.5 
15 I1.6 
16 I1.7 
OUTPUT 
1 1M1 Q0.0 Gạt vươn ra 
2 M1 Q0.1 Băng tải chạy 
3 Q0.2 -- 
4 Q0.3 -- 
5 Q0.4 -- 
6 Q0.5 -- 
7 Q0.6 -- 
8 IP_N_FO Q0.7 CB truyền thông trạm trước (Gửi) 
9 -H1 Q1.0 Đèn nút START 
10 -H2 Q1.1 Đèn nút STOP 
11 -H3 Q1.2 Đèn báo chức năng số 1 
12 -H4 Q1.3 Đèn báo chức năng số 2 
13 Q1.4 
14 Q1.5 
15 Q1.6 
16 Q1.7 
102 
3.2. Mô hình đóng mở cửa tự động. 
2. Chương trình điều khiển đóng mở cửa tự động 
 - Điều khiển cửa tự động mở khi có người từ ngoài vào hoặc từ trong ra và 
đóng lại khi không có người. 
Sơ đồ hệ thống điều khiển đóng mở cửa tự động 
①Chi tiết kĩ thuật điều khiển 
 ⓐ Nhận biết người bằng cảm biến lắp trong và ngoài cửa → motor quay 
thuận → cửa mở 
 ⓑ Nhận biết cửa đã mở hoàn toàn → motor dừng lại 
 ⓒ Cửa mở hoàn toàn và 5 giây sau → motor quay ngược → cửa đóng 
 ⓓ Nhận biết cửa đã đóng hoàn toàn → motor dừng lại. 
② Quy định Input, Output 
 ⓐ Bộ phận Input 
 - Lắp đặt bên trong và bên ngoài mỗi bên 1 cảm biến nhận biết xem có người 
ở trước cửa hay không → 2 cảm biến nhận biết người 
- Nhận biết cửa đã mở hoàn toàn, nhận biết cửa đã đóng hoàn toàn → 2 
công tắc giới hạn 
 ⓑ Bộ phận output 
- Công tắc tơ điện tử MC1, MC2 để điều khiển quay motor thuận chiều, 
ngược chiều. 
103 
Sơ đồ hệ thống 
ⓒ Giải thích hình vẽ [Hình 7-8] 
 - Cảm biến ở bộ phận Input cảm biến khi có người ra vào từ trong và ngoài 
cửa: SEN1, SEN2 
 - Công tắc giới hạn cảm nhận biết cửa đã đóng và mở hoàn toàn khi cửa mở 
và đóng: LS1, LS2 
 - Cần motor đóng mở cửa ở bộ phận Output, công tắc tơ điện tử dùng để điều 
khiển motor quay thuận (MC1), công tắc tơ điện tử dùng để điều khiển motor 
quay nghịch (MC2). 
③ Bản vẽ chương trình 
 - Mạch mở cửa khi nhận biết có người trong và ngoài cửa. 
Mạch mở cửa 
 - SEN1: cảm biến cảm biến người ngoài cửa (P00) 
 - SEN2: cảm biến cảm biến người trong cửa (P01) 
 - P20: công tắc tơ điện tử điều khiển motor quay thuận chiều (MC1) 
④ Chương trình điều khiển cửa đóng mở. 
P00 P20
P01 
SEN1 
SEN2 
Khi có người bên trong đi ra
Khi có người ngoài cửa
Lệnh 
Mở cửa 
104 
Hình 13-10 Chương trình điều khiển cửa đóng mở 
1. Chuẩn bị công việc 
 - Hiểu rõ kĩ năng thao tác và điều kiện yêu cầu thao tác. 
 - Hiểu rõ số mỗi điểm cuối của mạch điều khiển. 
 - Kiểm tra xem vật tư và công cụ có vấn đề gì không. 
2. Sắp xếp và cố định dụng cụ. 
3. Nối dây trong mạch điện. 
4. Kiểm tra 
5. Kiểm tra hoạt động. 
6. Yêu cầu kiểm tra xác nhận 
7. Chỉnh lý chỉnh đốn. 
3.3. Mô hình điều khiển động cơ У / Δ . 
3.4. Mô hình thiết bị vô nước chai 
3.5. Mô hình điều khiển máy nén khí công nghiệp. 
105 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]- Nguyễn Trọng Thuần, Điều khiển logic và ứng dựng, NXB Khoa học 
kỹ thuật 2006 
[2]- Trần Thế San (biên dịch), Hướng dẫn thiết kế mạch và lập trình PLC, 
NXB Đà Nằng 2005 
[3]- Tăng Văn Mùi (biên dịch), Điều khiển logic lập trình PLC, NXB 
Thống kê 2006