Khả năng chế tạo bộ điều khiển logic khả trình PLC họ đơn giản

Journal of Thu Dau Mot University, No 1 (14) – 2014 
 84 
KHAÛ NAÊNG CHEÁ TAÏO BOÄ ÑIEÀU KHIEÅN 
LOGIC KHAÛ TRÌNH PLC HOÏ ÑÔN GIAÛN 
Nguyeãn Vaên Sôn 
Trường Đại học Thủ Dầu Một 
TÓM TẮT 
Bộ điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller) là một khí cụ điện 
tử quan trọng không thể thiếu trong một dây chuyền tự động hóa trong công nghiệp. PLC 
được sản xuất theo chuẩn công nghiệp về mức logic điện lối vào (mức logic “1” là 24V, 
mức logic “0” là 0V), các lối ra là trạng thái on/off có thể là relay, triac hoặc transistor, 
và theo chuẩn về lắp đặt cơ khí. Họ PLC đơn giản như CPM1 của hãng Omron hoặc series 
FX0 của Mitsubishi có tổng số đầu vào và ra không quá 50, có tập lệnh căn bản. Họ PLC 
đơn giản như đã nêu đã được tác giả chế tạo thử phần cứng và phần mềm, cho thấy đáp 
ứng được các chỉ tiêu kỹ thuật của PLC và được giới thiệu trong bài báo này. PLC có cấu 
trúc phần cứng khá đơn giản, chế tạo PLC quan trọng là ở phần mềm lập trình cho PLC và 
các công cụ biên dịch. PLC, hiện nay chưa có đơn vị nào trong nước sản xuất. PLC nhập 
ngoại khá đắt, nên đặt vấn đề sản xuất PLC có ý nghĩa về mặt kinh tế và nâng cao trình độ 
sản xuất khí cụ điện tử trong nước. 
Từ khóa: PLC, chế tạo PLC, thiết kế PLC. 
* 
1. Giới thiệu 
ữ lập trình cho PLC 
là ngôn ngữ
ữ trực 
quan dễ lập trình, các phần tử của ngôn 
ngữ gồm: tiếp điểm thường đóng, tiếp 
điểm thường mở, bộ định thời, bộ đếm. 
Đây cũng chính là các phần tử tự động 
hóa thế hệ đầu mà các kỹ thuật viên tự 
động hóa đã quá quen thuộc. 
xây dựng một 
giao diện đồ họa để soạn thảo lập trình 
cho PLC bằng ngôn ngữ ladder hoặc 
Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số 1 (14) – 2014 
 85 
soạn thảo bằng ngôn ngữ câu lệnh; xây 
dựng một công cụ chuyển đổi từ ngôn 
ngữ ladder sang ngôn ngữ
dựng một công cụ chuyển đổi từ ngôn 
ngữ instruction sang dạng hợp ngữ 
(Assembly program); viết trình biên 
dịch để biên dịch từ hợp ngữ sang file 
nhị phân để có thể nạp vào bộ nhớ 
chương trình cho vi điều khiển; xây 
dựng một công cụ cho phép nạp file nhị
ừ máy tính vào PLC. 
2. Nội dung 
Trung tâm bộ PLC là vi điều khiển 
(MCU: Micro-Controller Unit), các lối vào 
và mạch lối ra PLC liên kết với các cổng 
vào – ra của vi điều khiển thông qua các 
linh kiện ghép quang, để cách ly về phương 
diện điện, tăng khả năng chống nhiễu. 
Ngoài ra dùng linh kiện ghép quang còn 
cho phép tạo ra nhiều đường dây chung 
(common) cho mạch ra hoặc mạch vào, tiện 
lợi cho việc sử dụng. Mức logic điện lối 
vào là 0V và 24V (mức logic “1” là 24V, 
mức logic “0” là 0V). Lối ra các bộ PLC 
trên thị trường có 3 loại: 
 – Lối ra là tiếp điểm relay, cho phép 
dòng điện tải lối ra là một chiều hoặc xoay 
chiều, dòng qua tiếp điểm cho phép không 
quá 500 mA, đây là loại lối ra phổ biến nhất. 
– Lối ra là transistor, chỉ cho phép 
dòng điện tải lối ra là một chiều, dòng điện 
không quá 400 mA, điện áp không quá 
40VDC, đây là loại lối ra ít được phổ biến, 
nhưng lại có ưu điểm về thời gian chuyển 
mạch. 
– Lối ra triac, cho phép dòng điện qua 
là xoay chiều, dòng điện tối đa cho phép 
không quá 1A, điện áp không 400VAC, 
đây cũng là loại lối ra phổ biến, thích hợp 
để điều khiển cho các relay xoay chiều 
hoặc các khởi động từ. 
Hình1. Cấu trúc phần cứng bộ lập trình PLC 
 Ngôn ngữ ladder là ngôn ngữ trực 
quan, các phần tử của ngôn ngữ là: tiếp 
điểm thường mở (NO: Normal Open), tiếp 
điểm thường đóng (NC: Normal Close), bộ 
định thời (T: Timer), bộ đếm (C: Counter), 
hộp lệnh (CB: Command Box) và dây nối. 
Loại phần tử Ký hiệu Tên phần tử 
Tiếp điểm thường mở 
X0, X1, tiếp điểm lối vào 
Y0, Y1, tiếp điểm của lối ra 
T0, C1,tiếp điểm của timer, counter, hoặc 
M0, M1, tiếp điểm của relay trung gian 
Tiếp điểm thường đóng 
X0, X1,  
Y0, Y1,  
T0, C1,  
M0, M1,  
Bộ định thời 
T0 K100
*,
 T1 K500
*
Bộ đếm C0 K100
* 
, C1 K500
*
Journal of Thu Dau Mot University, No 1 (14) – 2014 
 86 
Các ngõ ra hoặc relay trung gian 
Y0, Y1,  
M0, M1,  
Hộp lệnh 
RST ( Reset ), SET 
END 
Các loại dây nối 
(các dây nối không có tên) 
Bảng 1. Các phần tử của PLC, ký hiệu và cách đặt tên 
(* các hằng số K chỉ là ví dụ ) 
T0, T1, ; tên bộ đếm: C0, C1, hằng số 
K của bộ định thời, ví dụ K100, có nghĩa 
thời gian định thời là 100 đơn vị thời gian, 
đơn vị thời gian có thể là 1 ms, 10 ms hoặc 
100 ms tương ứng với các nhóm tên của bộ 
định thời. Các hằng số K của bộ đếm là số 
xung định trước để bộ đếm đếm tới số xung 
này sẽ tác động các tiếp điểm của nó. 
 Số tiếp điểm (thường đóng hay thường 
mở) của một phần tử là không hạn chế, có 
nghĩa là có thể sử dụng bao nhiêu lần cũng 
được, đây là điểm khác nhau cơ bản giữa 
ảo và thực, với một relay thực số cặp tiếp 
điểm tối đa là 4. Tuỳ thuộc vào hãng chế 
tạo mà tên các phần tử trên chương trình 
câu lệnh có khác nhau, cũng tuỳ thuộc vào 
họ bộ lập trình PLC cũng có thể có thêm 
các phần tử khác. 
 Đây là cấu hình thử nghiệm, các bộ 
định thời có đơn vị thời gian là 1ms, hằng 
số K tối đa là 65535, có nghĩa thời gian 
định thời bé nhất là 1ms và cao nhất là 
65535 ms = 65 s = 1 phút + 5 s. Đối với bộ 
đếm: số đếm tối đa là 65535. 
Các phần tử Số lượng Ký hiệu 
Đầu vào 08 X0 X7 
Đầu ra 08 Y0  Y7 
Relay trung gian 16 M0  M15 
Bộ định thời ( Timer ) 08 ( 16 bit ) T0  T7 
Bộ đếm ( Counter) 08 ( 16 bit ) C0  C7 
Bảng 2. Cấu hình bộ PLC chế tạo thử 
 Để xây dựng giao diện đồ họa soạn 
thảo chương trình ladder chúng tôi sử dụng 
component flexgrid của ngôn ngữ lập trình 
Hình 2. Giao diện đồ họa của phần mềm 
 Để chuyển chương trình ladder sang 
chương trình instruction, chương trình 
ladder được quét từ trái sang phải và từ trên 
xuống dưới, tại mỗi vị trí quét, xét vị trí của 
phần tử đang chuyển đổi sơ đồ ladder theo 
bảng dưới đây 
Ladder Program 
Instruction program 
Trường hợp 1 
Instruction program 
Trường hợp 2 
Instruction program 
Trường hợp 3 
 X0 
 LD X0 
- ở vị trí đầu thanh cái 
- ở đầu một block 
 AND X0 
- nối tiếp sau một phần 
tử khác 
 OR X0 
- nối song song dưới 
một phần tử khác 
 LDI X0 ANI X0 ORI X0 
Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số 1 (14) – 2014 
 87 
 X0 
- ở vị trí đầu thanh cái 
- ở đầu một block 
- nối tiếp sau một phần 
tử khác 
- nối song song dưới 
một phần tử khác 
 ANB 
Khi 2 block mắc nối tiếp nhau 
(Không có) (Không có) 
 ORB 
Khi 2 block mắc song song nhau 
(Không có) (Không có) 
 Y0 
 T K 
 C K 
 OUT Y0 
 OUT TK 
 OUT C K 
(Không có) (Không có) 
 END 
 RST T 
 RST C 
 END 
 RST T  
 RST C 
(Không có) (Không có) 
Bảng 3. Tóm tắt các quy luật chuyển đổi từ ladder chương trình sang 
chương trình câu lệnh 
Hình 3. Chương trình câu lệnh được chuyển 
đổi từ chương trình ladder và đặt vào cửa sổ 
instruction program. 
Cấu trúc một chương trình hợp ngữ 
được chuyển đổi gồm 3 đoạn chương trình: 
1. Đoạn chương trình khởi động cho vi 
điều khiển, đoạn chương trình này là như 
nhau cho các chương trình hợp ngữ soạn 
thảo cho PLC. 
2. Đoạn chương trình chuyển đổi tương 
ứng instruction program - Assembly program. 
3. Đoạn chương trình con ngắt cho các 
timer khi có khai báo sử dụng. 
Hình 4. Chương trình hợp ngữ được tạo ra từ 
chương trình câu lệnh và đặt trên form ASM 
program 
2.7.
Chương trình biên dịch được thực hiện 
bằng 4 bước 
Bước 1: Đọc từng dòng chương trình 
assembly, xử lý sơ bộ chuỗi nhằm xóa bỏ 
các dòng trống, xóa bỏ các đoạn chú thích, 
xóa bỏ các dấu cách, xóa bỏ các dấu Tab, 
chia một dòng lệnh assembly thành các bộ 
phận chứa vào một record có các trường là 
các bộ phận đó của một file. Ví dụ dòng 
lệnh sau: 
Journal of Thu Dau Mot University, No 1 (14) – 2014 
 88 
LAB: CJNE @R0,#100,LAB1 
List.label List.part 1 List.part 2 List.part 3 List.part 4 
LAB CJNE @R0 #100 LAB1 
Dòng lệnh nào thiếu các bộ phận thì để 
trống. 
Bước 1 được thực hiện cho đến hết 
chương trình assembly, tức là đến lệnh 
END 
Bước 2: Đọc từng record của file 
temp.dat đã thực hiện ở bước 1, phân nhóm 
các trường List.part1, List.part2, List.part3, 
List.part4 bằng các private function 
Class1, Class2, Class3, Class4 . 
t1 = Class1(list.part1) 
t2 = Class2(list.part2) 
t3 = Class3(list.part3) 
t4 = Class4(list.part4) 
Bước 3: Tra mảng MN(t1,t2,t3,t4) để tìm 
số thứ tự của mảng, số thứ tự này được coi là 
số thứ tự record và đọc số record này trong 
file lenh.dat (lenh.dat chứa các record mang 
thông tin mã lệnh, số byte của lệnh và loại 
lệnh phân loại theo quy ước, đã được tạo ra 
từ trước) để lấy được các thông tin mã lệnh, 
số byte, loại lệnh chứa trong các trường 
list.malenh, list.sobyte list.loailenh, sử dụng 
private sub CreateCode tạo ra 3 trường 
list.obj1, list.obj2 và list.obj3. chứa 3 trường 
này cùng với 4 trường List.part1, List.part2, 
List.part3, List.part4 vào một record của file 
FileCode.dat. 
Bước 4: Đọc record 1 đến hết của 
FileCode.dat, ba trường list.obj1, list.obj2 và 
list.obj3 là các mã đối tượng ở dạng hexa, 
được chuyển thành dạng nhị phân và lưu vào 
file nhị phân, tức đã tạo thành file nhị phân. 
2.8. 
Sử dụng cổng nối tiếp của máy tính để 
giao tiếp với bộ logic lập trình PLC cho 
quá trình nạp chương trình vào bộ nhớ 
chương trình của vi điều khiển. Visual 
Basic hỗ trợ cho việc truy cập lên cổng nối 
tiếp của máy tính thông qua đối tượng 
Microsoft comm. 
Cổng truyền thông là COM1: 
MSComm1.CommPort = 1 
Baud rate: 600 b/s, n: không kiểm tra 
chẵn lẻ, 8:1 byte nối tiếp 8 bit, 1:1 bit stop: 
MSComm1.Settings = "600,n,8,1" 
Mở cổng truyền thông: 
MSComm1.PortOpen = True 
Truyền byte nhị phân ra cổng truyền 
thông: 
MSComm1.Output = Chr$(Bytenhiphan) 
Sau quá trình nạp cho vi điều khiển là 
quá trình đọc ngược từ vi điều khiển vào 
máy tính để kiểm tra từng byte, nếu đúng 
hết sẽ phát thông báo nạp thành công, 
ngược lại phát thông báo không thành 
công. Sử dụng cổng truyền thông xong, 
phải đóng cổng truyền thông: 
MSComm1.PortOpen = False. 
Sơ đồ phần cứng gồm 2 MCU 
AT89C51 U1 và U2, U1 có chức năng của 
PLC, U2 có chức năng của bộ nạp cho U1. 
Khi đang ở chế độ lập trình (nạp), P2.5 của 
U2 ở mức logic 0, transistor U5 ngưng, 
LM317 cấp Vpp = 12V cho U1, đồng thời 
cũng tác động mức reset = 5V cho U1. Còn 
đang ở chế độ hoạt động PLC, P2.5 của U2 
ở mức logic 1, transistor U5 dẫn, LM317 
cấp Vpp = 5V cho U1 và không tác động 
reset cho U1, để U1 hoạt động ở chế độ vi 
điều khiển. IC U8: MAX232 giao tiếp với 
máy tính và có nhiệm vụ chuyển mức 
RS232 - TTL, giao tiếp mvới máy tính ở 
đây được thiết kế là giao tiếp nối tiếp 
không bắt tay nên chỉ sử dụng 3 dây: RxD, 
Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, số 1 (14) – 2014 
 89 
TxD, và dây đất. Mạch vào và mạch ra 
được cách ly với mạch trung tâm bằng 
Opto - Transistor và Opto - Triac, mạch 
vào có mức logic 1 = 24V và mức logic 0 = 
0V, mức ngưỡng được thiết kế là 12V, nhờ 
diode zener 12V. Việc sử dụng opto 
transistor ở mạch vào khiến mạch vào chỉ 
nhạy về dòng điện, tránh nhiễu điện áp do 
cảm ứng điện từ. Mạch ra được thiết kế 
opto – triac kích cho triac. 
Hình 5 (bên trái): 
h 6 (bên phải): 
3. Các kết quả và kết luận 
Đã tạo ra được một phần mềm tích hợp 
các công cụ sau: 
– Công cụ soạn thảo chương trình 
ladder. 
– Công cụ chuyển đổi chương trình 
ladder sang chương trình instruction. 
– Công cụ chuyển đổi chương trình 
instruction sang chương trình hợp ngư. 
– Công cụ chuyển đổi chương trình 
hợp ngữ sang file nhị phân. 
– Công cụ trợ giúp phần mềm. 
– Phần mềm điều khiển quá trình nạp 
file nhị phân vào bộ điều khiển lập trình 
PLC. 
– Chế tạo bộ PLC (phần cứng ). 
MITSUBISHI.
* 
ABILITY TO MAKE SIMPLE PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC) 
Nguyen Van Son 
Thu Dau Mot University 
ABSTRACT 
 A programmable logic controller PLC is an important indispensable electronic 
instrument in an industrial automated production line. PLCs are manufactured under 
Y0
CON1
1
2.2K
U1 AT89C51
9
18
19
29
30
31
1
2
3
4
5
6
7
8
21
22
23
24
25
26
27
28
10
11
12
13
14
15
16
17
39
38
37
36
35
34
33
32
RST
XTAL2
XTAL1
PSEN
ALE/PROG
EA/VPP
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
P2.0/A8
P2.1/A9
P2.2/A10
P2.3/A11
P2.4/A12
P2.5/A13
P2.6/A14
P2.7/A15
P3.0/RXD
P3.1/TXD
P3.2/IN T0
P3.3/IN T1
P3.4/T0
P3.5/T1
P3.6/WR
P3.7/RD
P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5
P0.6/AD6
P0.7/AD7
0
Y4
U3
LM7805
12
VINVOUT
C4
12p
Y3
R1
1k
C212p
10uF
Y2
U8
MAX232
1
3
4
5
2
6
12
9
11
10
13
8
14
7
C1+
C1-
C2+
C2-
V+
V-
R1OUT
R2OUT
T1IN
T2IN
R1IN
R2IN
T1OUT
T2OUT
12V
1
X1
R1
1k
0
0
SUB-D 9
5
9
4
8
3
7
2
6
1
+
C10
1000 uF
1
1
Y1 11.059
1K
0
IN COMMON
Y1
U2 AT89C51
9
18
19
29
30
31
1
2
3
4
5
6
7
8
21
22
23
24
25
26
27
28
10
11
12
13
14
15
16
17
39
38
37
36
35
34
33
32
RST
XTAL2
XTAL1
PSEN
ALE/PROG
EA/VPP
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
P2.0/A8
P2.1/A9
P2.2/A10
P2.3/A11
P2.4/A12
P2.5/A13
P2.6/A14
P2.7/A15
P3.0/RXD
P3.1/TXD
P3.2/IN T0
P3.3/IN T1
P3.4/T0
P3.5/T1
P3.6/WR
P3.7/RD
P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5
P0.6/AD6
P0.7/AD7
1
X7
U5
C1815
C5
10 uF
OUT COMMON
X6
Y7
0
U4
LM317
3
1
2
VIN
ADJ
VOUT
1
1
0
-+
D1
2
1
3
4
1
R1
1k
1
X5
R1
10k
R1
1k
0
+
C7
X4
Y2 12
+
C8
0
J3
1
2
C112p
X3
1K
C3
12p
10uF
X2
330
R1
1k
1
0
X0
Y6
Y5
Journal of Thu Dau Mot University, No 1 (14) – 2014 
 90 
industry standards for entry logic power (logic level "1" is 24V; logic level "0" is 0V). The 
outputs are on/off, or can be the relay, triac or transistor according to the standards for 
mechanical installation. Simple PLCs such as CPM1 of OMRON or FX0 series of 
MITSUBISHI have total number of inputs and outputs not exceeding 50 with basic scripts. 
The mentioned simple PLC, which was fabricated the hardware and software, meets the 
technical criteria of PLCs and is introduced in this article. PLCs have quite simple 
hardware. The important part of making PLCs is their programming software and 
recompiled tools. Currently, there is no local business producing PLCs. For imported 
PLCs are quite expensive, locally producing PLCs is economically significant and can 
enhance production levels of electronic instrument of the country. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] MITSUBISHI, FX Series Programming Manual, Febuary, 1999. 
[2] MITSUBISHI, FX – PCS/Win – E Software Manual, Febuary, 1999. 
[3] MITSUBISHI, FX0s Series Programmable Controllers – Hardware Manual, Dec 1997. 
[4] MITSUBISHI, Introductory Guide To Programmable Controllers, Febuary, 1999. 
[5] OMRON, CPM1A Manual, Febuary 1999. 
[6] Các tài liệu tại trang web www.atmel.com. 
[7] OMRON, ES100P – Digital Controller – User’s Manual, 1994. 
[8] Gary Dunning, Introduction to Programmable Logic Controllers, Thomson Learning, 
1998, ISBN 0-8273-7866-1. 
[9] Ian G. Warnock, Programmable Controllers – Operation and Application, Prentice 
Hall, 1988.