Điều khiển logic và PLC - Tổng quan về PLC

1ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ 
PLC
Nội dung
1. Cơ sở cho Điều khiển logic
2. Tổng hợp và tối thiểu hóa mạch logic tổ hợp
3. Tổng hợp mạch logic tuần tự
4. Tổng quan về PLC
5. Kỹ thuật lập trình PLC
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
24. Tổng quan về PLC
4.1. Giới thiệu chung về PLC
• Định nghĩa
• Lịch sử
• Ưu điểm
• Ứng dụng
• Phân loại
4.2. Cấu trúc phần cứng và nguyên lý làm việc
4.3. Ghép nối với module vào/ra logic
4.4. Ghép nối với module vào/ra tương tự
4.5. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
4.1. Giới thiệu chung về PLC
• Định nghĩa (theo IEC61131):
“Hệ thống điện tử số được thiết kế sử dụng trong môi trường
công nghiệp, có bộ nhớ khả trình với tập lệnh hướng tới
người sử dụng để thực hiện các chức năng nhất định như
logic, tuần tự, định thời gian, đếm và tính toán số học, được
sử dụng để điều khiển nhiều loại máy và quá trình khác nhau
thông qua các đầu vào/ra số hoặc tương tự.”
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
3• Lịch sử
 Xuất hiện năm 1968 bởi Modicon theoyêu cầu của General Motors
 Được thiết kế để dễ lập trình và bảo trì.
 Thay thế các hệ thống điều khiển logiccồng kềnh sử dụng rơle trong sản xuấttự động.
 Chi phí thấp, nhỏ gọn, linh hoạt dựatrên kiến trúc bộ vi xử lý.
4.1. Giới thiệu chung về PLC
• Ưu điểm:
 Chi phí hiệu quả.
 Linh hoạt.
 Cho phép điều khiển các tác vụ phức tạp nhờ khả
năng tính toán đa dạng.
 Lập trình đơn giản.
 Tin cậy.
4.1. Giới thiệu chung về PLC
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
4• Ứng dụng của PLC:
 Điều khiển hệ thống băng tải, điểu khiển thang máy,
hệ thống quản lý và giám sát, hệ thống điều hòa.
 Quản lý hệ điều khiển phân tán phức tạp
 Hệ thống điều khiển trong nhà máy xi măng, nhà
máy nhiệt điện.
 
4.1. Giới thiệu chung về PLC
• Phân loại
4.1. Giới thiệu chung về PLC
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
5• Cấu trúc phần cứng
 Nguồn (Power Supply).
 Bộ xử lý trung tâm (CPU).
 Đầu vào/ra (I/O).
 Bộ nhớ (Memory).
 Truyền thông (Communication).
4.2. Cấu trúc phần cứng và nguyên lý làm việc
Đọc dữ liệu đầu vào
Xử lý & Tính toán
Ghi dữ liệu đầu ra
• Nguyên lý làm việc: theo chu trình quét
4.2. Cấu trúc phần cứng và nguyên lý làm việc
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
6• Thiết bị đầu vào logic
Cảm biến điện dung 
Công tắc hành trìnhNút ấn
Công tắc chuyển mạch
4.2. Ghép nối với module vào/ra
• Sơ đồ nguyên lý ghép nối đầu vào logic
24VDC
LED+
-
Mạch logic
Sơ đồ nguyên lý mạch module đầu vào 110VAC – 220VAC
Sơ đồ nguyên lí mạch module đầu vào 24VDC
4.2. Ghép nối với module vào/ra
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
7• Ví dụ
Sơ đồ nguyên lý đấu dây với module 
1769-IQ của hãng Rockwell Automation 
4.2. Ghép nối với module vào/ra
• Thiết bị đầu ra logic
Van điện từ
Rơle
1
5
9
2
6
10
3
7
11
4
8
12
1413
4.2. Ghép nối với module vào/ra
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
8• Sơ đồ nguyên lý ghép nối đầu ra logic
Đầu ra kiểu rơle
Q1
TảiTín hiệu điều khiển 
từ CPU
+24VDC
0VDC
Đầu ra transitor kiểu sink Đầu ra transitor kiểu source
4.2. Ghép nối với module vào/ra
4.2. Ghép nối với module vào/ra
• Thiết bị đầu vào tương tự
Cảm biến nhiệt độ Cảm biến trọng lượng (loadcell) Cảm biến mức
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
9V/I in0-
ANLG Com
V/I in1-
V/I in2-
V/I in3-
ANLG Com
ANLG Com
ANLG Com
DC NEUT
+24VDC
I in0 +
V in0 +
I in1 +
V in1 +
I in2 +
V in2 +
I in3 +
V in3 +
Tín hiệu
Tín hiệu
Tín hiệu
Tín hiệu
Cảm biến 2 dây 
đầu ra điện áp
Cảm biến 3 dây 
đầu ra điện áp
Cảm biến 4 dây 
đầu ra điện áp
Cảm biến 4 dây 
đầu ra dòng điện
24VDC
• Ghép nối đầu vào tương tự
4.2. Ghép nối với module vào/ra
Kết nối cảm biến 2,3,4 đầu dây với module 1769-IF4
hãng Rockwell Automation
Kết nối cảm biến sử dụng cáp có vỏ chống nhiễu
4.2. Ghép nối với module vào/ra
• Thiết bị đầu ra tương tự
Van điện
Biến tần
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
10
• Ghép nối đầu ra tương tự
4.2. Ghép nối với module vào/ra
1
2
3
4
5
6
7
8
11
12
13
14
15
16
17
18 +
Stop
Digln TemBlk 02/
Start/Run FWD
Digln TemBlk 03/
Run/Direction/Run rev
Digital Common
Digln TemBlk 05
Digln TemBlk 06
Digln TemBlk 
07/Pulse
Digln TemBlk 08
+24 VDC
+10 VDC
0-10V Input
Analog Common
4-20mA Input
Analog Output
Opto Output 1
Opto Output 2
Opto Common
Po
we
r F
lex
 52
5
19
External 24VDC
Power Supply
-
V out 0+
I out 0+
ANLG Com
NC
V out 1+
I out 1+
ANLG Com
NC
+24VDC
DC NEUT
176
9-0
F2
Kết nối giữa module đầu ra 1769-OF2 với biến tần 
Power Flex 525 của Rockwell Automation
• Tiêu chuẩn IEC 61131
• Ưu điểm của IEC61131-3 đối với người lập trình.
• Các mô hình phần mềm trong IEC 61131-3
• 5 ngôn ngữ lập trình trong IEC 61131-3
• Khối chức năng và POU
• Kiểu dữ liệu IEC, hàm tiêu chuẩn và khối chức năng tiêu chuẩn
• Chứng nhận PLCopen
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
11
Phần 1 Tổng quan chung, các định nghĩa Tiêu chuẩn quốc tế
Phần 2 Phần cứng Tiêu chuẩn quốc tế
Phần 3 Ngôn ngữ lập trình Tiêu chuẩn quốc tế
Phần 4 Hướng dẫn người dùng Tiêu chuẩn quốc tế
Phần 5 Truyền thông Tiêu chuẩn quốc tế
Phần 6 An toàn Tiêu chuẩn quốc tế
Phần 7 Logix mờ Tiêu chuẩn quốc tế
Phần 8 Báo cáo kỹ thuật
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
• Tiêu chuẩn IEC 61131
Phần 3: IEC 61131-3 Ngôn ngữ lập trình
 Mô hình phần mềm, truyền thông và lập trình.
 Định nghĩa 5 ngôn ngữ lập trình:
 Cú pháp và ngữ nghĩa của hai ngôn ngữ văn bản và hai ngôn
ngữ đồ họa: Instruction List (IL), Structured Text (ST),
Ladder Diagram (LD) và Function Block Diagram (FBD).
 Sequential Function Chart (SFC) cho lập trình cấu trúc.
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
12
• Ưu điểm của IEC 61131 – 3
• Tiêu chuẩn quốc tế.
 Từng bước được hỗ trợ bởi các nhà sản xuất
 Cấu trúc, ngôn ngữ và cách xử lý thống nhất
• Tiết kiệm thời gian
 Thống nhất các khái niệm về mô hình phần mềm và kiểu dữ liệu
 Học và áp dụng cho nhiều bộ điều khiển
 Giảm thiểu hiểm lầm và sai sót.
 Hàm và khối chức năng chuẩn
 Có tính tái sử dụng
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
• Ưu điểm của IEC 61131 – 3 (tiếp)
• Hỗ trợ lập trình àn toàn và chất lượng.
 Cấu trúc đơn giản và thuận tiện
 Tạo dữ liệu hạn chế lỗi lập trình
• Cung cấp ngôn ngữ lập trình tốt nhất cho từng vấn đề
 Thông số kỹ thuật thống nhất cho các ngôn ngữ
 Hai ngôn ngữ văn bản và hai ngôn ngữ đồ họa.
 Một ngôn ngữ cấu trúc, cung cấp một cái nhìn tổng quan.
 Ngôn ngữ bậc cao khả dụng
 Có khả năng kết hợp các ngôn ngữ
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
13
Configuration A
FB2
Program P1 Program P2
Task1 Task2
Resource L
access paths
FB1 FB4
Program P3 Program P4
Task3 Task4
Resource L
FB3
global and direct adressed variables
Task association
Access path association
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
• Mô hình phần mềm
• Mô hình phần mềm:
 Configuration - Cấu hình: Tương đương với một hệ thống
điều khiển khả trình.
 Resource – Tài nguyên: Tương ứng với chức năng xử lý tín
hiệu với giao diện sử dụng người-máy và chức năng kết nối
với cảm biến và cơ cấu chấp hành
 Task – Tác vụ: cách thức thực thi các đơn vị tổ chức chương
trình theo khoảng thời gian định kỳ hay theo sự kiện
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
14
• Mô hình phần mềm (tiếp)
 Program - Chương trình: đơn vị tổ chức chương
trình cấp cao nhất, có thể gọi đến hàm hoặc khối
chức năng.
 Function Block – Khối chức năng: đơn vị tổ chức
chương trình, có thể gọi đến hàm hoặc khối chức
năng khác
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
• Các thành phần
Thành phần Ví dụ
Character set English, 
Data types BOOL, WORD, INTERGER, ...
Variables VAR, VAR_input, VAR_output, 
Functions AND, OR, ADD, SUB, 
Program Organisation Units 
(POUs)
Function, Function Block, 
SFC elements Steps, Transitions, 
Configuration elements Tasks
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
15
STT Từ khóa Kiểu dữ liệu Bit dữ liệu Giá trị khởi tạo mặc định
1 BOOL Kiểu Bool 1 0/FALSE
2 INT Kiểu nguyên 16 0
3 REAL Số thực 32 0.0
4 TIME Khoảng thời gian -- T#0s
5 DATE Ngày -- D#0001-01-01
6 TIME_OF_DAY (TOD) Thời gian trong ngày -- TOD#00:00:00
7 STRING Chuỗi kí tự 8 bit 8 ' '
8 BYTE Chuỗi 8 bit 8 0
9 WORD Chuỗi 16 bit 16 0
10 DWORD Chuỗi 32 bit 32 0
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
• Một số kiểu dữ liệu cơ bản
Instruction List Structured Text Sequential Function Chart
Function Block Diagram Ladder Diagram
LD A
ANDN B
ST C
C:= A AND NOT B
A B C
-| |--|/|----------------( )
AND
A C
B
Step 1 N FILL 
Step 3
Step 2 S Empty 
Transition 1
Transition 2
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
• 5 ngôn ngữ lập trình
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
16
Ladder Diagram (LD)
 Chuẩn hóa các ký hiệu lập trình giản đồ thang dạng tiếp
điểm.
 Dựa trên tiêu chuẩn cho bản vẽ điện
A B C
-| |--|/|----------------( )
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
• 5 ngôn ngữ lập trình
Instruction List (IL)
 Mô hình thực thi dựa trên tính toán đơn.
 Chỉ một thao tác như lưu trữ một giá trị trong thanh ghi tích
lũy, được phép trên mỗi dòng lệnh
LD A
ANDN B
ST C
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
• 5 ngôn ngữ lập trình
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
17
Structured Text (ST)
 Ngôn ngữ lập trình bậc cao.
 Cú pháp tương tự PASCAL
 Hỗ trợ các câu lệnh phức tạp: REPEAT-UNTIL; WHILE-
DO; IF-THEN-ELSE; CASE; SQRT(), SIN()
C:= A AND NOT B
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
• 5 ngôn ngữ lập trình
Function Block Diagram (ST)
 Ngôn ngữ đồ họa, được sử dụng phổ biến ở Châu Âu.
 Các phần tử chương trình xuất hiện dưới dạng các khối
được nối dây với nhau tương tự như sơ đồ mạch.
 Được sử dụng trong nhiều ứng dụng liên quan đến luồng
thông tin hoặc dữ liệu giữa các thành phần điều khiển.
AND
A C
B
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
• 5 ngôn ngữ lập trình
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019
18
Sequential Function Chart (SFC)
 Ngôn ngữ đồ họa dạng biểu đồ tuần tự
--> flowchart.
 Dựa trên Grafcet (IEC 848)
 Phù hợp cho chẩn đoán nhanh
 Các thành phần cơ bản gồm các trạng
thái (Step) đi kèm khối hành động và
các chuyển tiếp (Transition)
Step 1 N FILL 
Step 3
Step 2 S Empty 
Transition 1
Transition 2
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
• 5 ngôn ngữ lập trình
Sequential Function Chart (SFC)
 Các trạng thái bao gồm một đoạn
chương trình được thực thi cho đến khi
điều kiện tại chuyển tiếp được thỏa mãn.
 Lập trình các tác vụ phức tạp bằng cách
chia thành các phần nhỏ hơn
 Mỗi thành phần có thể được lập trình
bằng bất kỳ ngôn ngữ nào
Step 1 N FILL 
Step 3
Step 2 S Empty 
Transition 1
Transition 2
4.3. Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC
• 5 ngôn ngữ lập trình
Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019