Sổ tay cơ bản về lập trình điều khiển logic khả trình

Sổ tay cơ bản về PLC cung cấp kiến thức và bài tập thực hành giúp người học nắm vững nguyên lý và ứng dụng của PLC trong tự động hóa.

• Trường học: Festo Didactic
• Chuyên ngành: Programmable Logic Controllers
• Đề tài: Sổ Tay Cơ Bản Về Lập Trình Điều Khiển Logic Khả Trình
• Loại tài liệu: Workbook
• Năm xuất bản: 1995
• Địa điểm: Esslingen

Mục lục chi tiết

• Preface
• Layout of this workbook
• Table of contents
• Notes on safety
• A. Section A – Course
• 1. Exercise 1: Design and commissioning of a programmable logic controller
• 1.1. Components of a PLC
• 2. Exercise 2: From problem to solution – taking into consideration IEC 1131-3
• 2.1. Practical steps for PLC programming
• 3. Exercise 3: Lamp circuit
• 3.1. The assignment function
• 4. Exercise 4: Burglar alarm
• 4.1. The NOT function
• 5. Exercise 5: Press with protective guard
• 5.1. The AND function
• 6. Exercise 6: Bell system
• 6.1. The OR function
• 7. Exercise 7: Stamping device
• 7.1. Combination of AND/OR/NOT
• 8. Exercise 8: Silo control system for two bulk materials
• 8.1. Combination circuit with branching
• 9. Exercise 9: Fire alarm
• 9.1. Setting an output
• 10. Exercise 10: Drill breakage monitoring
• 10.1. Setting and resetting an output
• 11. Exercise 11: Activating a cylinder
• 11.1. Signal edges
• 12. Exercise 12: Bonding of components
• 12.1. Pulse
• 13. Exercise 13: Embossing device
• 13.1. Switch-on signal delay
• 14. Exercise 14: Clamping device
• 14.1. Switch-off signal delay
• 15. Exercise 15: Lifting device for packages
• 15.1. Linear sequence
• 16. Exercise 16: Lifting and sorting device for packages
• 16.1. Alternative branching
• 17. Exercise 17: Stamping device with counter
• 17.1. Counting cycles
• B. Section B – Fundamentals
• 1. Chapter 1 Automating with a PLC
• 1.1. Fields of application of a PLC
• 1.2. Basic design of a PLC
• 1.3. The new PLC standard IEC 1131
• 2. Chapter 3 Boolean operations
• 2.1. Basic logic functions
• 2.2. Further logic operations
• 2.3. Establishing switching functions
• 2.4. Simplification of logic functions
• 2.5. Karnaugh-Veitch diagram
• 3. Chapter 4 Design and mode of operation of a PLC
• 3.1. Structure of a PLC
• 3.2. Main processing unit of a PLC
• 3.3. Function mode of a PLC
• 3.4. Application program memory
• 3.5. Programming device / Personal computer
• 4. Chapter 5 Programming of a PLC
• 4.1. Systematic solution finding
• 4.2. IEC 1131-3 structuring resources
• 5. Chapter 6 Common elements of programming languages
• 5.1. Resources of a PLC
• 5.2. Variables and data types
• 5.3. Program organisation units
• 6. Chapter 7 Function block diagram
• 6.1. Elements of function block diagram
• 6.2. Evaluation of networks
• 7. Chapter 8 Ladder diagram
• 7.1. Elements of ladder diagram
• 7.2. Functions and function blocks
• 7.3. Evaluation of current rungs
• 8. Chapter 9 Instruction list
• 8.1. Functions and function blocks
• 9. Chapter 10 Structured text
• 10. Chapter 11 Sequential function chart
• 10.1. Elements of sequential function chart
• 11. Chapter 12 Logic control systems
• 11.1. What is a logic control system
• 11.2. Logic control systems without latching properties
• 11.3. Logic control systems with latching properties
• 11.4. Switch-on signal delay
• 11.5. Switch-off signal delay
• 12. Chapter 14 Counter
• 12.1. Incremental/decremental counter
• 13. Chapter 15 Sequence control systems
• 13.1. What is a sequence control system
• 13.2. Function chart to IEC 848
• 13.3. Displacement-step diagram
• 14. Chapter 16 Commissioning and operational safety of a PLC
• 14.1. Operational safety of a PLC
• 14.2. The need for communication
• 14.3. Communication in the field area
• C. Section C – Solutions
• D. Section D – Appendix
• 1. Data sheets Signal input, electrical
• 2. Signalling device and distributor, electrical
• 3. Single-acting cylinder
• 4. Double-acting cylinder
• 5. On/off valve with filter regulator valve
• 6. Proximity sensor, inductive
• 7. Proximity sensor, capacitive
• 8. Proximity sensor, optical
• 9. Proximity sensor with cylinder mounting
• 10. 5/2-way single solenoid valve
• 11. 5/2-way double solenoid valve
• 12. Terminal unit for binary I/O
• Bibliography of illustrations
• Bibliography of literature
• Guidelines and standards

Tóm tắt

I. Tổng quan về sổ tay lập trình điều khiển logic khả trình

Sổ tay này cung cấp cái nhìn tổng quan về lập trình điều khiển logic khả trình (PLC). Nó bao gồm các khái niệm cơ bản, cấu trúc và ứng dụng của PLC trong tự động hóa. Việc hiểu rõ về PLC là rất quan trọng cho những ai muốn tham gia vào lĩnh vực tự động hóa công nghiệp.

1.1. Khái niệm cơ bản về lập trình điều khiển logic

Lập trình điều khiển logic khả trình là một phương pháp sử dụng các thiết bị điện tử để điều khiển các quy trình công nghiệp. PLC cho phép lập trình viên tạo ra các chương trình điều khiển phức tạp thông qua các ngôn ngữ lập trình như Ladder Diagram và Function Block Diagram.

1.2. Lịch sử phát triển của PLC

PLC được phát triển vào những năm 1960 để thay thế các hệ thống điều khiển cơ khí phức tạp. Sự phát triển của công nghệ đã giúp PLC trở thành một phần không thể thiếu trong các hệ thống tự động hóa hiện đại.

II. Thách thức trong lập trình điều khiển logic khả trình

Mặc dù lập trình điều khiển logic mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại nhiều thách thức. Việc hiểu rõ các vấn đề này sẽ giúp lập trình viên tìm ra giải pháp hiệu quả hơn.

2.1. Khó khăn trong việc thiết kế hệ thống điều khiển

Thiết kế một hệ thống điều khiển hiệu quả đòi hỏi kiến thức sâu rộng về các nguyên lý lập trình và các thành phần của hệ thống. Việc lựa chọn sai thiết bị hoặc cấu hình không đúng có thể dẫn đến hiệu suất kém.

2.2. Vấn đề tương thích giữa các thiết bị

Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo rằng các thiết bị khác nhau có thể giao tiếp và hoạt động cùng nhau. Điều này đòi hỏi sự hiểu biết về các giao thức truyền thông và tiêu chuẩn công nghiệp.

III. Phương pháp lập trình điều khiển logic khả trình hiệu quả

Để lập trình PLC hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp và kỹ thuật phù hợp. Những phương pháp này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong quá trình lập trình.

3.1. Sử dụng ngôn ngữ lập trình chuẩn IEC 1131

IEC 1131 là tiêu chuẩn quốc tế cho lập trình PLC, bao gồm nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau. Việc tuân thủ tiêu chuẩn này giúp lập trình viên dễ dàng chuyển đổi giữa các hệ thống khác nhau.

3.2. Tối ưu hóa quy trình lập trình

Tối ưu hóa quy trình lập trình bao gồm việc sử dụng các mô-đun lập trình lại, tái sử dụng mã và áp dụng các phương pháp lập trình hướng đối tượng để giảm thiểu lỗi và tăng tính linh hoạt.

IV. Ứng dụng thực tiễn của lập trình điều khiển logic khả trình

Lập trình điều khiển logic khả trình được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ sản xuất đến quản lý năng lượng. Những ứng dụng này không chỉ giúp tăng hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí.

4.1. Ứng dụng trong ngành sản xuất

Trong ngành sản xuất, PLC được sử dụng để tự động hóa các quy trình sản xuất, từ việc điều khiển máy móc đến quản lý dây chuyền lắp ráp. Điều này giúp tăng năng suất và giảm thiểu lỗi do con người.

4.2. Ứng dụng trong quản lý năng lượng

PLC cũng được sử dụng trong quản lý năng lượng, giúp theo dõi và điều khiển việc tiêu thụ năng lượng trong các tòa nhà và nhà máy. Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và tương lai của lập trình điều khiển logic khả trình

Lập trình điều khiển logic khả trình đang ngày càng trở nên quan trọng trong thế giới công nghiệp hiện đại. Tương lai của PLC hứa hẹn sẽ có nhiều cải tiến và ứng dụng mới, đặc biệt là trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ PLC

Công nghệ PLC đang phát triển nhanh chóng với sự xuất hiện của các giải pháp IoT và tự động hóa thông minh. Những xu hướng này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho các kỹ sư và lập trình viên.

5.2. Tầm quan trọng của đào tạo và phát triển kỹ năng

Để theo kịp với sự phát triển của công nghệ, việc đào tạo và phát triển kỹ năng cho các kỹ sư lập trình PLC là rất cần thiết. Các chương trình đào tạo chuyên sâu sẽ giúp nâng cao năng lực và khả năng cạnh tranh trong ngành.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Tài liệu Learning System for Automation and Communications: Programmable Logic Controllers - Workbook Basic Level (Mã tài liệu: D.S301-C-FPC-A-GB, Mã đặt hàng: SPS FPC GS 093314, Xuất bản: 12/1995, Thiết kế bố cục: 7. Ebel, Bản quyền: Festo Didactic KG, D-73734 Esslingen) là tài liệu đào tạo thực hành thuộc gói công nghệ TP301. Đây là học phần cơ sở trong cấu trúc chương trình đào tạo TP300 thuộc hệ thống đào tạo kỹ thuật tự động hóa và truyền thông của Festo Didactic.

Trong chương trình đào tạo kỹ thuật bậc đại học và cao đẳng, học phần này giữ vị trí cầu nối giữa lý thuyết cơ sở kỹ thuật điện – điện tử, đại số logic với các ứng dụng thực tế trong điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất, công nghệ cơ điện tử và hệ thống điều khiển công nghiệp.

                                  HỆ THỐNG ĐÀO TẠO FESTO TP301

Mục tiêu học tập của giáo trình bao gồm:

• Nắm vững cấu trúc phần cứng và nguyên lý hoạt động của thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC).
• Nắm bắt và ứng dụng cấu trúc lập trình theo chuẩn quốc tế IEC 1131-3.
• Phát triển kỹ năng khai báo biến, định cấu hình phần cứng và lập trình trên 5 ngôn ngữ tiêu chuẩn: Sơ đồ bậc thang (Ladder Diagram - LD), Sơ đồ khối chức năng (Function Block Diagram - FBD), Danh sách lệnh (Instruction List - IL), Văn bản cấu trúc (Structured Text - ST) và Biểu đồ hàm tuần tự (Sequential Function Chart - SFC).
• Rèn luyện kỹ năng kết nối, kiểm thử và đưa vào vận hành hệ thống điều khiển kết hợp cơ cấu chấp hành điện - khí nén.

Giáo trình được cấu trúc thành bốn phần chuyên biệt:

• Section A (Course): Cung cấp 17 bài tập thực hành được xây dựng theo mức độ nâng cao dần, kèm theo phiếu bài tập (worksheets) chi tiết.
• Section B (Fundamentals): Hệ thống hóa cơ sở lý thuyết, các khái niệm kỹ thuật và thuật ngữ chuyên ngành gồm 16 chương lý thuyết hỗ trợ.
• Section C (Solutions): Cung cấp lời giải mẫu và giải thích kỹ thuật cho các bài tập trong Section A.
• Section D (Appendix): Cung cấp bảng dữ liệu kỹ thuật (data sheets) của linh kiện phần cứng và bảng giải thích thuật ngữ (glossary).

Điểm đặc thù của tài liệu là phương pháp tiếp cận mở và trung lập về mặt thiết bị. Mặc dù các bài tập được xây dựng trên bộ thực hành chuẩn của Festo Didactic, tài liệu cung cấp cấu hình và lời giải tương thích cho nhiều hệ thống PLC công nghiệp của các nhà sản xuất khác nhau, bao gồm Festo FPC100, Siemens S5-95U, AEG A120 và Mitsubishi Melsec A1S.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung của giáo trình được triển khai song song giữa phần bài tập thực hành (Section A) và phần lý thuyết cơ sở (Section B), bao gồm các khối chủ đề trọng tâm:

                               TIẾN TRÌNH THỰC HÀNH (SECTION A: EXERCISES 1 - 17)

1. Cấu trúc phần cứng và các bước lập trình PLC (Exercise 1 – Exercise 2; Chapter 1, 4, 5):

   • Giới thiệu cấu trúc hệ thống tự động hóa điều khiển bởi PLC gồm: Bộ xử lý trung tâm (MPU/CCU), bộ nhớ chương trình (RAM có pin nuôi nguồn, EPROM), mô-đun đầu vào/đầu ra số (Binary I/O modules), thiết bị lập trình (PC/Programming device) và các thiết bị hiển thị/điều khiển.
   • Quy trình 5 bước trong thiết kế hệ thống điều khiển: Mô tả bài toán -> Lập phương án giải pháp (Bảng chức năng, đồ hình chức năng IEC 848) -> Hiện thực hóa (Cấu hình, khai báo biến, lập trình) -> Kiểm thử và đưa vào vận hành -> Lập tài liệu kỹ thuật.

2. Các phép toán logic cơ bản (Exercise 3 – Exercise 6; Chapter 3):

   • Hiện thực hóa các hàm logic nền tảng: Phép gán tín hiệu (Assignment function - Exercise 3), phép đảo NOT (Exercise 4), phép logic AND (Exercise 5) và phép logic OR (Exercise 6).
   • Biểu diễn mối quan hệ logic thông qua bảng chân trị (Function table), phương trình đại số Boolean và chuyển đổi sang các ngôn ngữ lập trình LD, FBD, IL, ST.

3. Hệ thống điều khiển logic không nhớ (Exercise 7 – Exercise 8; Chapter 12):

   • Thiết kế mạch logic tổ hợp kết hợp nhiều cổng AND/OR/NOT thông qua bài toán cơ cấu dập phôi (Stamping device - Exercise 7).
   • Kỹ thuật rẽ nhánh tín hiệu trong mạch tổ hợp áp dụng cho hệ thống cấp liệu silo chứa hai loại vật liệu rời (Silo control system for two bulk materials - Exercise 8).

4. Hệ thống điều khiển logic có đặc tính nhớ (Exercise 9 – Exercise 11; Chapter 12):

   • Thiết lập trạng thái lưu giữ tín hiệu (Latching properties) sử dụng các lệnh Set và Reset ngõ ra trong bài toán hệ thống báo cháy (Fire alarm - Exercise 9) và giám sát gãy mũi khoan (Drill breakage monitoring - Exercise 10).
   • Kỹ thuật bắt sườn tín hiệu (Signal edges - sườn lên/sườn xuống) điều khiển kích hoạt xi lanh khí nén (Exercise 11).

5. Hệ thống điều khiển có đáp ứng thời gian (Exercise 12 – Exercise 14; Chapter 13):

   • Ứng dụng các khối định thời (Timers) trong công nghiệp: Định thời xung (Pulse) trong bài toán gắn kết linh kiện (Bonding of components - Exercise 12); Định thời trễ khi bật (Switch-on signal delay) cho thiết bị dập nổi (Embossing device - Exercise 13); Định thời trễ khi tắt (Switch-off signal delay) cho thiết bị kẹp giữ (Clamping device - Exercise 14).

6. Hệ thống điều khiển tuần tự và bộ đếm (Exercise 15 – Exercise 17; Chapter 14, 15):

   • Cấu trúc chuỗi tuần tự tuyến tính (Linear sequence) ứng dụng cho cơ cấu nâng kiện hàng (Lifting device for packages - Exercise 15).
   • Kỹ thuật rẽ nhánh có điều kiện lựa chọn (Alternative branching) trong hệ thống nâng và phân loại hàng (Exercise 16).
   • Ứng dụng bộ đếm chu kỳ (Counting cycles / Incremental-decremental counter) kết hợp cơ cấu dập phôi (Exercise 17), lập trình theo biểu đồ chức năng tuần tự IEC 848 và Sequential Function Chart (SFC).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống lý thuyết hỗ trợ tại Section B bao gồm:

• Lý thuyết hệ thống số và mã hóa dữ liệu (Chapter 2): Hệ thập phân, nhị phân, thập lục phân (Hexadecimal), mã BCD, số nhị phân có dấu và nguyên lý tạo tín hiệu số/tín hiệu nhị phân.
• Đại số logic và phương pháp tối giản (Chapter 3): Các tiên đề Boolean, kỹ thuật lập hàm chuyển mạch và phương pháp tối giản hàm logic bằng biểu đồ Karnaugh-Veitch (K-map).
• Cấu trúc dữ liệu và tài nguyên PLC theo IEC 1131-3 (Chapter 6): Quy chuẩn định danh tài nguyên (Inputs %IX, Outputs %QX, Memory %MX), phân loại biến (Local variables, Global variables), các kiểu dữ liệu cơ bản (BOOL, INT,...) và các đơn vị tổ chức chương trình (Program Organisation Units - POUs bao gồm Functions, Function Blocks, Programs).
• Ngôn ngữ lập trình chuẩn hóa (Chapters 7 – 11): Cú pháp, phần tử cơ bản và cách thức biên dịch/thực thi của 5 ngôn ngữ: FBD, LD, IL, ST và SFC.
• Biểu đồ dịch chuyển - bước (Displacement-step diagram) và biểu đồ chức năng IEC 848 (Chapter 15): Phương pháp mô tả trực quan chuyển động của các cơ cấu chấp hành khí nén theo từng bước hoạt động.
• Truyền thông và an toàn vận hành PLC (Chapter 16): Mạng truyền thông cấp trường (Fieldbus communication), nguyên lý cách ly quang (Optocoupler isolation) tại mô-đun I/O và các biện pháp bảo vệ hệ thống.

Kỹ năng phát triển

Qua hệ thống bài tập và lý thuyết, tài liệu hướng tới xây dựng các nhóm kỹ năng:

• Kỹ năng phân tích và mô hình hóa: Chuyển đổi mô tả vận hành bằng lời và sơ đồ vị trí (Positional sketch) thành bảng chức năng (Function table), phương trình Boolean hoặc lưu đồ Grafcet/IEC 848.
• Kỹ năng khai báo và quản lý cấu trúc phần mềm: Khai báo cấu hình phần cứng (Configuration), tài nguyên vi xử lý (Resource), tác vụ quét (Task) và bảng phân bổ địa chỉ đầu vào/đầu ra (Allocation list).
• Kỹ năng lập trình đa ngôn ngữ: Khả năng chuyển đổi giải thuật linh hoạt giữa các dạng biểu diễn đồ họa (LD, FBD, SFC) và dạng dòng lệnh/văn bản (IL, ST).
• Kỹ năng đấu nối và lắp ráp phần cứng: Thao tác bố trí thiết bị trên bàn gá rãnh (Slotted assembly board) hoặc bàn cắm (Plug-in board), đấu nối điện áp điều khiển 24V DC, kết nối cảm biến và van đảo chiều khí nén.
• Kỹ năng kiểm thử và gỡ lỗi (Debugging): Nạp chương trình vào bộ nhớ RAM của PLC, thực hiện kiểm tra chức năng từng bước (Function check), xử lý lỗi logic và lưu chương trình vào bộ nhớ cố định (EPROM).

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình sư phạm tích hợp công nghệ (Festo Didactic Learning System), kết hợp chặt chẽ giữa 4 thành phần: Phần cứng (Hardware), Tài liệu hướng dẫn (Teachware), Phần mềm (Software) và Khóa học (Courses).

                            QUY TRÌNH THỰC HIỆN BÀI TẬP THỰC HÀNH

Phương pháp giảng dạy dựa trên việc giải quyết bài toán kỹ thuật theo tiến trình lũy tiến:

• Mỗi bài tập trong Section A bắt đầu bằng việc xác định rõ mục tiêu huấn luyện (Training aim), cơ sở kiến thức kỹ thuật liên quan (Technical knowledge), mô tả bài toán (Problem description) và sơ đồ nguyên lý/vị trí.
• Học viên trực tiếp hoàn thiện các Phiếu bài tập (Worksheets) theo 5 bước tiêu chuẩn:
  1. Vẽ và hoàn thiện sơ đồ kết nối điện (Electrical circuit diagram) tương thích với địa chỉ phần cứng của dòng PLC đang sử dụng.
  2. Xây dựng bảng chức năng và suy biến phương trình logic tương ứng.
  3. Lập bảng khai báo biến (Designation, Data type, Address, Comment).
  4. Lập trình giải thuật trên một trong các ngôn ngữ được hỗ trợ.
  5. Kiểm tra an toàn, nạp chương trình vào PLC, vận hành thực tế trên mô hình cơ điện khí nén và hiệu chỉnh lỗi.

Về phương diện đánh giá và tự học:

• Tự học và đối chiếu: Giáo trình thiết kế các phần bổ trợ liên kết trực tiếp (ví dụ: các chỉ mục "B 4.1", "B 6.3" dẫn chiếu trực tiếp sang các mục lý thuyết tương ứng ở Section B). Sau khi thực hiện, người học có thể tự kiểm tra, đối chiếu kết quả với Section C (Solutions).
• Hệ thống câu hỏi bản chất: Cuối mỗi bài tập đều có các câu hỏi lý thuyết chuyên sâu (ví dụ: khảo sát trạng thái ngõ ra không duy trì khi mất tín hiệu ngõ vào, nguyên lý cấu tạo mô-đun ngõ ra PLC, cơ chế cách ly quang).

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Tiên phong chuẩn hóa theo IEC 1131-3: Giáo trình được biên soạn tại thời điểm chuẩn IEC 1131 (sau này là IEC 61131) được ban hành, giúp định hình phương pháp giảng dạy lập trình PLC theo cấu trúc chuẩn hóa quốc tế, thay thế cho các tập lệnh phụ thuộc riêng lẻ vào từng nhà sản xuất.
• Tích hợp liên ngành Cơ - Điện - Khí nén: Các bài toán thực hành không dừng lại ở mức mô phỏng tín hiệu đèn/còi đơn thuần mà kết nối trực tiếp với các cơ cấu truyền động khí nén công nghiệp thực tế như: Xi lanh tác động đơn (Single-acting cylinder), xi lanh tác động kép (Double-acting cylinder), van điện từ 5/2 (5/2-way single/double solenoid valves), bộ lọc điều áp (Filter regulator) và hệ thống cảm biến công nghiệp (cảm biến quang, tiệm cận cảm ứng từ, điện dung).
• Khả năng chuyển đổi linh hoạt trên nhiều nền tảng phần cứng: Toàn bộ hệ thống bài tập được thiết kế độc lập với phần cứng cụ thể, đồng thời cung cấp hướng dẫn giải chi tiết cho 4 dòng PLC tiêu biểu trong công nghiệp lúc bấy giờ: Festo FPC100, Siemens S5-95U, AEG A120 và Mitsubishi Melsec A1S.
• Quy chuẩn an toàn công nghiệp: Giáo trình tích hợp nghiêm ngặt các quy định an toàn lao động và vận hành kỹ thuật theo tiêu chuẩn DIN 58 126 và VDE 0100 (vận hành ở điện áp an toàn cực thấp dưới 24V DC, áp suất khí nén giới hạn tối đa 8 bar, quy trình xả áp và ngắt nguồn trước khi thao tác nối dây).

---

Bảng phân bổ linh kiện và cấu hình bài tập thực hành (Technology Package TP301)

Theo tài liệu, các bài tập thực hành (từ Exercise 1 đến Exercise 17) sử dụng các phần tử phần cứng thuộc bộ thiết bị TP301 (Bàn gá rãnh Order No. 080 261 hoặc Bàn cắm Order No. 080 260) với cấu hình phân bổ chi tiết:

Tên linh kiện / Thiết bị	Mã linh kiện (Slotted)	Mã linh kiện (Plug-in)	Số lượng	Các bài tập ứng dụng (Ex 1 - 17)
Khối cấp tín hiệu đầu vào điện (Signal input, electrical)	011 088	011 088	1	Ex 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13
Khối chỉ thị và phân phối điện (Signalling device & distributor)	030 311	030 311	1	Ex 1, 2, 3, 4, 5
Cảm biến quang tiệm cận (Proximity sensor, optical)	152 904	150 758	1	Ex 6, 7, 8, 9, 10
Cảm biến cảm ứng từ tiệm cận (Proximity sensor, inductive)	152 902	150 757	1	Ex 6, 7, 8, 9, 10
Cảm biến điện dung tiệm cận (Proximity sensor, capacitive)	152 903	150 759	1	Ex 6, 7, 8, 9, 10
Cảm biến gắn thân xi lanh (Proximity sensor with mounting)	152 905	030 331	4	Ex 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17
Van điện từ 5/2 một cuộn coil (5/2-way single solenoid valve)	152 909	030 315	2	Ex 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17
Van điện từ 5/2 hai cuộn coil (5/2-way double solenoid valve)	152 910	030 317	1	Ex 9, 15, 16
Xi lanh tác động kép (Double-acting cylinder)	152 888	013 415	2	Ex 7, 9, 11, 13, 15, 16, 17
Xi lanh tác động đơn (Single-acting cylinder)	152 887	011 711	1	Ex 8, 10, 12, 14
Van đóng cắt kèm bộ lọc điều áp (On/off valve with filter regulator)	152 894	011 758	1	Sử dụng trong tất cả bài tập khí nén (Ex 7 – 17)
Đế phân phối khí nén (Manifold)	152 896	011 713	1	Sử dụng trong tất cả bài tập khí nén (Ex 7 – 17)
Bộ nguồn 24V DC & Cáp nối (Power supply & Cable set)	151 503 / 030 332	151 503 / 030 332	1	Sử dụng bắt buộc cho toàn bộ bài tập (Ex 1 – 17)

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên chuyên ngành kỹ thuật: Giáo trình phục vụ cho sinh viên đại học và cao đẳng thuộc các khối ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Robot và Hệ thống tự động.
• Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần trang bị kiến thức nền tảng về:
  • Điện khí nén cơ bản (Electro-pneumatics).
  • Nguyên lý hoạt động của các loại cảm biến công nghiệp (Sensor technology).
  • Cơ sở mạch logic số và đại số Boolean.
• Giảng viên và cán bộ đào tạo: Tài liệu đóng vai trò là khung chương trình bài giảng thực hành (lab workbook) hoàn chỉnh, cung cấp hệ thống phiếu bài tập chuẩn hóa và các bài toán mẫu phục vụ công tác đánh giá kỹ năng thực hành PLC.
• Kỹ sư và kỹ thuật viên tự học: Tài liệu cung cấp cấu trúc đối chiếu trực tiếp giữa bài tập (Section A), lý thuyết hỗ trợ (Section B) và nghiệm pháp (Section C), giúp người tự học hệ thống hóa kiến thức lập trình theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 1131-3.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với những ai?

Giáo trình phù hợp với sinh viên chuyên ngành Tự động hóa, Cơ điện tử, Kỹ thuật Điện từ năm thứ 2 hoặc năm thứ 3; học viên tại các trung tâm đào tạo nghề kỹ thuật công nghiệp; và kỹ sư đang vận hành hệ thống sản xuất muốn chuẩn hóa kiến thức lập trình PLC theo chuẩn IEC 1131-3.

2. Cần trang bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học giáo trình này?

Người học cần có kiến thức cơ bản về cơ cấu dẫn động khí nén - điện khí nén, nguyên lý cảm biến công nghiệp (quang, tiệm cận cảm ứng, điện dung), mạch điện điều khiển một chiều 24V DC và các khái niệm cơ bản về logic số (cổng AND, OR, NOT, hàm Boolean).

3. Giáo trình này hỗ trợ những ngôn ngữ lập trình PLC nào?

Giáo trình hướng dẫn đầy đủ 5 ngôn ngữ lập trình theo tiêu chuẩn IEC 1131-3:

• Ngôn ngữ hình vẽ: Sơ đồ bậc thang (LD), Sơ đồ khối chức năng (FBD), Biểu đồ hàm tuần tự (SFC).
• Ngôn ngữ văn bản: Danh sách lệnh (IL), Văn bản cấu trúc (ST).

4. Giáo trình hỗ trợ các dòng phần cứng PLC của những hãng nào?

Tài liệu được xây dựng để áp dụng chung cho mọi dòng PLC tuân thủ IEC 1131. Trong đó, phần lời giải và cấu hình tại Section C cung cấp giải pháp mẫu chi tiết cho 4 dòng PLC: Festo FPC100, Siemens S5-95U, AEG A120 và Mitsubishi Melsec A1S.

5. Có tài liệu bổ trợ nào đi kèm với cuốn sách bài tập (Workbook) này không?

Hệ thống học tập Festo TP301 bao gồm gói thiết bị hoàn chỉnh:

• Sách giáo khoa lý thuyết (Textbooks).
• Phần mềm mô phỏng và lập trình PLC trên máy tính.
• Các phim tài liệu, bảng trong suốt phục vụ trình chiếu (Overhead transparencies/videos).
• Bảng dữ liệu kỹ thuật chi tiết của từng linh kiện (Data sheets) được tích hợp ở Section D.

---

Kết luận

Tài liệu Programmable Logic Controllers - Workbook Basic Level (TP301) của Festo Didactic cung cấp phương pháp tiếp cận chuẩn mực và có cấu trúc đối với lĩnh vực điều khiển lập trình PLC. Giá trị học thuật cốt lõi của tài liệu nằm ở việc gắn kết chặt chẽ quy chuẩn quốc tế IEC 1131-3 với mô hình thực hành cơ điện khí nén thực tế.

Lộ trình học tập khuyến nghị:

1. Đọc và nắm vững các chương lý thuyết tương ứng tại Section B (Fundamentals) để hiểu rõ cấu trúc phần cứng, kiểu dữ liệu và cú pháp lệnh.
2. Thực hiện tuần tự 17 bài tập tại Section A (Course) theo đúng 5 bước kỹ thuật trên phiếu bài tập (Worksheets).
3. Đối chiếu giải thuật và cấu hình với Section C (Solutions) để tối ưu hóa chương trình.
4. Tra cứu thông số thiết bị và định mức an toàn tại Section D (Appendix) nhằm đảm bảo an toàn tuyệt đối cho phần cứng và người vận hành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Learning System for Automation and Communications Programmable logic Controllers Workbook Basic level 093314 Order No.SPS FPC GS Designation: D.S301-C-FPC-A-GB Edition: 12/1995 Layout: 7. Ebel © Copyright by Festo Didactic KG, D-73734 Esslingen, 1995 All rights reserved, including translation rights. No part of this publica- tion may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, or otherwise, without the prior written permission of Festo Didactic. 3 Preface The Festo Didactic Learning System for Automation and Communica- tions is designed to meet a number of different training and vocational requirements, and the training packages are structured accordingly: Basic packages convey basic knowledge spanning a wide range of technologies Technology packages deal with important areas of open and closed-loop control technology Function packages explain the basic functions of automated systems Application packages provide basic and further training closely oriented to everyday industrial practice The modular design of the learning system permits applications beyond the limits of the individual packages.

PLC actuation, for example, is therefore possible of pneumatic, hydraulic and electrical actuators. All learning packages have an identical structure: Hardware Teachware Software Courses The hardware consists of industrial components and installations adapted for didactic purposes. The courseware is matched methodologically and didactically to the training hardware. The courseware comprises: Textbooks (with exercises and examples) Workbooks (with practical exercises, worksheets, supplementary notes, solutions and data sheets) Overhead transparencies and videos (as a visual means of teaching support) The teaching and learning media are available in several languages.

They have been designed for use in classroom teaching, but can also be used for self-study purposes. In the software field, computer-based training programs and programm- ing software for programmable logic controllers are available. Festo’s Didactic range of products for basic and further training is com- pleted by a comprehensive selection of courses matched to the con- tents of the technology packages. Festo Didactic • TP301 4 Layout of this workbook The workbook is structured as follows: Section A – Course Section B – Fundamentals Section C – Solutions Section D – Appendix Section A – Course teaches the programming of programmable logic controllers with the help of a series of progressive exercises.

Any necessary technical knowledge required for the implementation of an exercise is provided at the beginning. Functions are limited to the most elementary requirements. More detailed knowledge may be gained in section B. Section C – Solutions provides the solutions to the exercises with brief explanations.

Section B – Fundamentals contains generally applicable technical knowledge to supplement the training contents of the exercises in Sec- tion A. Theoretical links are established and the necessary technical terminology explained with the help of examples. An index provides an easy means of locating terminology. Section D – Appendix which contains data sheets and a glossary serves as a means of reference.

TP301 • Festo Didactic 5 Technology package TP301. 11 Table of contents Component/exercise table. 13 Notes on safety. 16 Section A – Course Components of a programmable logic controller Exercise 1: Design and commissioning of a programmable logic controller Components of a PLC.

A-3 Programming to IEC 1131 Exercise 2: From problem to solution – taking into consideration IEC 1131-3 Practical steps for PLC programming. A-9 Basic logic operations Exercise 3: Lamp circuit The assignment function. A-15 Exercise 4: Burglar alarm The NOT function. A-25 Exercise 5: Press with protective guard The AND function.

A-35 Exercise 6: Bell system The OR function. A-45 Logic control systems without latching properties Exercise 7: Stamping device Combination of AND/OR/NOT. A-55 Exercise 8: Silo control system for two bulk materials Combination circuit with branching. A-65 Logic control systems with latching properties Exercise 9: Fire alarm Setting an output.

A-73 Exercise 10: Drill breakage monitoring Setting and resetting an output. A-81 Festo Didactic • TP301 6 Exercise 11: Activating a cylinder Signal edges. A-89 Logic control systems with time response Exercise 12: Bonding of components Pulse. A-101 Exercise 13: Embossing device Switch-on signal delay.

A-111 Exercise 14: Clamping device Switch-off signal delay. A-121 Sequence control systems Exercise 15: Lifting device for packages Linear sequence .