đồ án điều khiển đèn giao thông sử dụng plc s7 1200

Ngay lập tức, dự án đèn tín hiệu giao thông đường bộ đã bị dừng lại vì lo sợảnh hưởng tới người tham gia giao thông Cũng từ sau vụ tai nạn đó, đèn tín hiệu giao thông phải mất thêm tới 4

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG

TRÊN S7-1200

GVHD:

SV:

MSV:

HN –

LỜI CÁM ƠN

Sau quá trình học tập và rèn luyện tại khoa … trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội cùng với sự hướng dẫn và đôn đóc tận tình của thầy

giáo…… tôi đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp cao đẳng.

Tôi xin chân thành gửi lời cám ơn sâu sắc đến thầy ……., người thầy đã động viên đã giúp đỡ tôi nhiều về mặt tinh thần cũng như kiến thức để tôi vượt qua những ngày tháng khó khăn trong sự tìm tòi hiểu biết về lĩnh vực mới để rồi cuối cùng hoàn thành được đồ án tốt nghiệp ngày hôm nay Một lần nữa xin được gửi lời cảm ơn đến Thầy, chúc Thầy luôn mạnh khỏe có được những tháng năm công tác tốt như thầy mong đợi.

Tôi xin chân thành gửi lời cám ơn đến các thầy cô trong khoa … đã dìu dắt tôi cho tôi kiến thức, cho tôi kiến thức chuyên nghành và những kinh nghiêm quý báu

cùng với sự nỗ lực của bản thân tôi đã hoàn thành đồ an tốt nghiệp hôm nay.

Tôi cũng xin gửi lời cám ơn đến gia đình , bạn bè và tất cả những người thân của tôi đã tạo điều kiện và giúp đỡ giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi có kết quả đồ an như ngày hôm nay.

Một lần nữa xin cám ơn tất cả mọi người

LỜI NÓI ĐẦU

Đèn giao thông ra đời như là một phát minh vĩ đại của con người Hãy thử tưởng tượng xem, giao thông Việt Nam hiện nay sẽ thế nào nếu đèn

giao thông không hoạt động chỉ trong 10 phút chứ chưa nói đến là không

có đèn báo giao thông.

Đèn báo giao thông là một phần không thể thiếu trong hệ thống giao thông đường bộ tại Việt Nam Từ thời xa xưa, khi chiếc ô tô đầu tiên chưa xuất hiện, những chiếc đèn báo giao thông màu xanh, màu đỏ đã được sử dụng để làm đèn chỉ dẫn cho tàu hỏa Cũng trong thời kỳ đó, phương tiện

di chuyển chủ yếu của con người là bằng xe ngựa Thập niên 1860, Ở London, ùn tắc giao thông xuất hiện khi mà con người chen chúc nhau tại mọi tuyến đường đòi hỏi phải có giải pháp nào đó để khắc phục Khi đó, một nhà quản lý giao thông đường sắt có tên John Peake Knight đã đưa ra một giải pháp khắc phục là tiền đề cho sự xuất hiện của những chiếc đèn báo giao thông ngày nay.

8 năm sau, tại giao lộ của 2 tuyến phố Bridge và Great George ở London,

hệ thống cột đèn tín hiệu đầu tiên ra đời đánh dấu một bước phát triển lớn trong lĩnh vực giao thông và quản lý giao thông Knight dự đoán, hệ thống đèn tín hiệu giao thông sẽ nhanh chóng được lắp đặt tại nhiều tuyến đường khác không chỉ tại Anh và nhiều quốc gia khác trên thế giới

Tuy nhiên, một sự cố xảy ra chỉ sau một tháng vận hành hệ thống đèn tín hiệu giaothông Một sỹ quan cảnh sát đã gặp tai nạn do khi gas trong các bóng đèn bị rò rỉ vàphát nổ Ngay lập tức, dự án đèn tín hiệu giao thông đường bộ đã bị dừng lại vì lo sợảnh hưởng tới người tham gia giao thông

Cũng từ sau vụ tai nạn đó, đèn tín hiệu giao thông phải mất thêm tới 40 năm mới xuấthiện trở lại mà chúng trở nên phổ biến tại các tuyến đường giao thông ở Mỹ Khi mà

sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô là rất lớn Từ đây, nhiều ý tưởng về đèn tínhiệu giao thông cũng ra đời khi mà lượng phương tiện tham gia giao thông là rất lớn

ví dụ như:

+ Năm 1910, một nhà sáng chế người Mỹ tên Ernest Sirrine đã sáng chế ra đèn tínhiệu giao thông điều khiển một cách tự động và được giới thiệu tại bang Chicago,Mỹ

+ Năm 1912, Một sỹ quan tại thành phố Salt Lake, Utah có tên Lester WireFarnsworth đã phát minh ra chiếc đèn tín hiệu giao thông sử dụng điện đầu tiên trênthế giới, đặc điểm của những chiếc đèn tín hiệu này có 2 màu là xanh lá cây và đỏ+ Đến năm 1920, Một sỹ quan cảnh sát tại thành phố Detroit- Mỹ, William Potts đãbiến đèn tín hiệu giao thông từ 2 màu thành 3 màu đó là xanh lá cây, vàng và đỏ nhưngày nay

+ Đến thập niên 1930 thì đèn tín hiệu giao thông dành cho người đi bộ qua đườngmới chính thức ra đời

Ngày nay, những chiếc đèn báo giao thông được sử dụng ở tất cả các tuyến đườnggiao thông, việc trang bị hệ thống đèn báo giao thông giúp người tham gia giao thôngnhận biết được đâu là thời điểm an toàn để họ lái xe qua ngã ba, ngã tư, đâu là thờiđiểm để người đi bộ qua đường…Hệ thống này giúp điều khiển giao thông theo mộttrật tự nhất định

Hệ thống giao thông đường bộ, đường sắt…không thể thiếu những chiếc đèn báo giao thông Đèn báo giao thông giúp người tham gia giao thông được an toàn, giúp người điều khiển giao thông dễ dàng điều khiển giao

thông hơn Là một người tham gia giao thông, hãy nghiêm chỉnh chấp hành tín hiệu của đèn báo giao thông cũng như luật giao thông đường bộ.

Với thiết kế theo dạng module, tính năng cao, SIMATIC S7-1200 thích hợp vớinhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau, cấp độ từ nhỏ đến trung bình Đặc điểm nổibật là S7-1200 được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet (Ethernet), sử dụngchung một phần mềm Simatic Step 7 Basic cho việc lập trình PLC và các màn hìnhHMI Điều này giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi công hệ thống điều khiển được

Bên cạnh CPU S7-1200 và phần mềm lập trình mới, một dải sản phẩm các mànhình HMI mới dùng cho PLC S7-1200 cũng được giới thiệu Tất cả cùng tạo ra mộtgiải pháp tích hợp, thống nhất cho thị trường tự động hóa cỡ nhỏ (MicroAutomation)

S7-1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C Mỗi loại CPU có đặc điểm

và tính năng khác nhau, thích hợp cho từng ứng dụng của khách hang

II Cấu trúc bên trong:

Cũng giống như các PLC cùng họ khác, PLC s7-1200 gồm 4 bộ phận cơ bản: bộ xử

lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất – nhập

-Bộ xử lý còn được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU) chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập, và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu

trong bộ nhớ PLC, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết

bị xuất

-Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC 24V cần thiết cho

bộ xử lý và các mạch điện trong các modune giao tiếp nhập và xuất hoạt động

-Bộ nhớ là nơi lưu giữ chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển dưới

sự kiểm soát của bộ vi xử lý

-Các thành phần nhập và xuất(input-output) là nơi bộ nhớ nhận thông tin từ các thiết

bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị điều khiển Tín hiệu nhập có thể từ cáccông tắc, các bộ cảm biến…Các thiết bị xuất có thể là các cuộn dây cảu bộ khởi độngđộng cơ, các van solenoid

-Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ nhờ sự trợ giúp của bộ lập trình hay bằng máy vi tính

2.Đấu dây

Ở đây chọn CPU 1212C, để trình bày đấu dây tiêu biểu:

Chúng ta có thể cung cấp nguồn 24VDC hay 100 – 230VAC cho PLC và cácthông số điện áp được thể hiện trong hình

Nguồn cung cấp cho PLC là 100-230VAC với tần số từ 47Hz – 63Hz Điện áp

có thể thay đổi trong khoản từ 85V – 264V Ở 264V dòng điện tiêu thụ là 20A Nguồn cung cấp là 24VAC Điện áp có thể tháy đổi trong khoảng20.4V – 28.8Vdong tiêu thụ 20A

Các ngõ vào được tác động ở mức điện thế tiêu biểu là 24VDC Các ngõ ra củaPLC ở mức 0 khi công tắc hở hay điện áp <= 5VDC Ngõ vào ở mức 1 khi côngtắc đóng hay điện áp => 15VDC Thời gian đổi trạng thái từ “0” lên “1” và từ “1”xuống “0” tối thiểu là 0.1us để PLC nhận biết được

Các ngõ ra có thể là 5VDC – 30VDC hay 5VAC – 250VAC Tùy theo cầu thực

tế mà ta có thể nối nguồn khác nhau để phù hợp với ứng dụng của nó

3.Module mở rộng.

Họ PLC s7-1200 cung cấp nhiều nhất 8 module tín hiệhgu đa dạng và một mạch tín hiệu cho bộ xử lý có khả năng mở rộng ngoài ra bạn có thể cài đặt them 3 modulegiao tiếp nhờ vào các giao thức truyề thông.

4.Phương phấp lập chương trình điều khiển.

Khác với phương pháp điều khiển cứng, trong hệ thống điều khiển lập trình, cấu trúc bộ điều khiển và cách đấu dây độc lập với chương trình

Chương trình định nghĩa hoạt động điều khiển được viết nhờ sự giúp đỡ của 1 máy tính

Để thay đổi tiến trình điều khiển, chỉ cần thay đổi nội dung bộ nhớ điều khiển, chứ không cần thay đổi cách nối dây ben ngoài Qua đó ta thấy được ưu điểm của phươngpháp điều khiển lập trình được so với phương pháp điều khiển phần cứng Do đó phương pháp này được sử dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển vì nó rất mềm dẻo

Phương pháp điều khiển lập trình được thực hiện theo các bước sau:

5.Các ngôn ngữ lập trình.

5.1ngoon ngữ lập trình LAD (ladder logic)

Chương trình LAD bao gồm cột dọc biểu diễn nguồn điện logic cùng với các kí hiệu công tắc logic tạo thành một nhánh mách điện logic nằm ngang.Ở hình bên, logic điều khiển được được biểu diễn bằng 2 công tắc thường đóng và một ngoc ra relay logic

Các kí hiệu công tắc trên được dung để xây dựng lên bất kì mạch logic nào: sự kết hợp nhiều mạch logic có thể biểu diễn mạch điều khiển cho một ứng dụng có logic điều khiển phức tạp ĐIều cần thiết cho công việc thiết kế chương trình ladder là lập tài liệu về hệ thống mà mô tả hoạt động của chúng để người sử dụng hiểu được mạch ladder một cách nhanh chóng và chính xác

Các quy ước của ngôn ngữ lập trình LAD:

- Các đường dọc trên sơ đồ biểu diễn đường công suất, các mạch được kết nối vớiđường dây này

- Mỗi lấc thang (thanh ngang) xác định một hoạt động trong quá trình điều khiển

- Sơ đồ thang được đọc từ trái sáng phải và từ trên xuống Lấc ở đỉnh than được đọc từ trái sang phải lấc thức 2 tính từ trên xuống cũng đọc tương tự… Khi ở chế đọ hoạt động, PLC sẽ đi từ đầu đến cuối chương trình thang sau đó lặp đi lặp lại nhiều lần Quá trình lần lượt đi qua tất cả các nấc thang gọi là chu trình quét

- Mỗi nấc thang bắt đầu với một hoặc nhiều ngõ vào và kết thúc với ít nhất một ngõ ra

- Các thiết bị điện được trình bày ở điều kiện chuẩn của chúng Vì vậy, công tắc thường hở được trình bày ở sơ đồ thang ở trạng thái hở, Công tắc thường đóng đước trình bày ở trạng thái đóng

- Thiết bị bất kì có thể xuất hiện trên nhiều nấc thang Có thể có một role đóng một hoặc nhiều thiết bị

- Các ngõ vào và ra được nhận biết theo địa chỉ của chúng Kí hiệu tùy hteo nhà sản xuất quy định

6 Phần mềm lập trình SIMATIc TIA Portal STEP7 Basic.

Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic cung cấp một môi trường thânthiện với người dùng, từ hiệu chỉnh, thư viện, và bộ điều chỉnh logic cần thiết đếnứng dụng điều khiển

SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic cung cấp công cụ cho quản lý và cấu hình

tất cả các thiết bị trong project, ví dụ như: PLCs vá thiết bị HMI SIMATIC TIAPortal STEP7 Basic cung cấp hai ngôn ngữ lập trình (LAD và FBD), thích hợp váhiệu quả trong cải tiến lập trình điều khiển trong ứng dụng Ngoài ra SIMATICTIA Portal STEP7 Basic còn cung cấp bộ công cụ tạo và cáu hình thiết bị HMI.

SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic cung cấp một hệ thống trợ giúp trực tuyến

vá cung cấp 2 chế độ hiển thị khác nhau: a project-oriented view và a task-orientedset of portals

6.1 Trình tự các bước thiết kế chương trình điều khiển

6.2 Giao diện phần mềm SIMATIc TIA Portal STEP7 Basic

Phần mềm S……….chạy hệ điều hành Windows,phần mềm làm nhiệm vụ trung gian giữa người lập trình và PLC

Các phần tử lập trình thường dùng:Các lệnh logic:

Các lệnh timers:

Các lệnh sánh:

Các lệnh counter:

• Thiết lập PLC: Từ giao diện soạn thảo chính chọn Add new device / chọnloại PLC Sau đó chọn Online access để lấy địa chỉ IP để kết nối PLC với máytính.

• Chọn PLC ở chế độ STOP bằng cách từ menu chính chọn

Online / STOP hoặc click trái chuột lên biểu tượng JS trên thanh công cụ Lúc này trên giao diện xuất hiện hộp thoại thông báo xác nhận việc chọn PLC ở chế STOP, chọn yes

• Từ menu chính chọn Online / download to device hoặc click trái chuột lên biểu tượng JJ từ thanh công cụ để nạp chương trinh xuống PLC

6.4 Giao tiếp giữ máy tính va PLC

Do PLC có hỗ trợ sẵn dây cáp nối với máy tính nên ta chỉ cần nối PLC vói máy tính

Công tắc thường hở (Normally open, viết tắc là NO) vá công tắc thường đóng(Normally Closed, viết tắc là NC) Đối với PLC, mỗi công tắc đại diện cho trạng tháimột bit trong bộ nhớ dữ liệu hay vùng ảnh của các đầu vào, ra Công tắc thường hở(ON - nghĩa là cho dòng điện đi qua) khi bit bẳng 1 còn công tắc thường đóng (ON -nghĩa là không cho dòng điện đi qua) khi bit bằng 0.

Trong LAD, các lệnh này biểu diễn bẳng chính các công tắc thường hở vàthường đóng Trong FBD, các công tắc thường hở được biểu diễn như các đầu vòahoặc ra của các khối chức nảng AND, OR hoặc XOR Công tắc thường đóng đượcbiểu diễn them dấu đảo(vòng tròn nhỏ) ở đầu vào tương ứng

là đầu vào của những khối chức năng khác(với một vòng tròn nhỏ ở đầu vào của cáckhối chức năng đó) Trong STL, lệnh này đảo giá trị của đỉnh ngăn xếp: 0 thành 1 và

1 thành 0 Lệnh này không có toán hạng

mà là sự biến đổi mức Lệnh sườn dương (Positive Transition) cho dòng năng lượng

đi qua trong khoảng thời gian bằng thời gian một vòng quét khi ở đầu vào của nó có

sự thay đổi mức từ 0 lên 1 Lệnh sườn âm (Negative Transition) cho dòng nâng lượng

đi qua trong khoảng thời gian bằng thời gian một vòng quét khi đầu vào của nó có sựthay đổi mức từ 1 xuống 0

Trong LAD, các lệnh này được biểu diễn cũng như các công tắc

Trong FDB, các lệnh này được biểu diễn bẳng các khối chức năng

Tham số:

ví dụ:

-TP: Bộ đếm thời gian Pulse tạo ra một xung có độ rộng với thời gian được đặttrước.

-TON(On-Delay Timer): Bộ đóng trễ

-TOF(OFF-Delay Timer): Bộ ngắt trễ

-TONF(Rete/7f/Ve On-Delay Timer): Bộ đóng trễ có nhớ

7.2.1 TP

Thông số:

7.2.2 lệnh TON

7.2.4 TONR

7.3.2 lệnh đếm xuống (counter down)

Thông số:

7.3.3 Bộ đếm lên/ xuống (counter up/donw)

7.7 MIN and MAX

+ MIN: so sánh các giá trị của hai tham số IN1 và IN2 và đưa giá trị nhỏ hơn rat ham

số OUT

+MAX: so sánh giá trị của hai tham số IN1 và IN2 và đưa giá trị lơn hơn rat ham số OUT

Thông số :

7.8 NHóm lệnh toán logic 7.8.1 Hàm AND, OR, XOR

Các thông số:

7.8.2 lệnh đảo (INVERT)

CHƯƠNG 1: Giới thiệu về đèn giao thông

Do lượng xe ùn tắc 24h hàng ngày là khác nhau, nên chúng ta sẽ chia làm 3 chế độhoạt động:

+ Chế độ bình thường: xe cộ đi lại tại ngã tư có mật độ trung bình từ 8h sáng đến22h đêm

+ Chế độ cao điểm: Xe cộ tại thời điểm đó qua lại với mật đọ dầy đặc, vào những lúcsáng sáng sớm từ 6h sáng đến 8h sáng, chiều từ 16h đến 18h

+ chế độ thấp điểm: đây là chế độ làm việ cảu đèn giao thông khi xe cộ hoath đọngvào ban đêm với mật độ thấp, từ 22h đêm hôm trước đến 6h sáng hôm sau

1 Nguyên lý hoạt động của đèn giao thông:

1.1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của đèn giao thông

Cấu tạo:

Hệ thống giao thông hay là đèn điều khiển giao thông gồm 4 cột, mỗi cột gồm 5 đèn: 2 đèn đỏ(1 đèn đỏ dừng phường tiện giao thông, 1 đèn đỏ cho người đi bộ), 2 đèn xanh( 1 đèn xanh cho các phương tiện giao thông, 1 đèn xanh cho người đi bộ), 1 đèn vàng.

1.2.Nguyên tắc hoạt động của hệ thống điều khiển đèn giao thông.

Cơ chế hoạt động của đèn giao thông thực ra rất đơn giản: Khi đèn xanh(G1) của làn đường 1 sáng, thì đèn đỏ(R2) của làn đường 2 cũng sáng, đèn đỏ(SR1) cho người đi bộ ở làn đường 1 sáng, đèn xanh(SG2) cho người đi bộ ở lần đường 2 sáng, sau một khoảng thời gian nhất định đèn xanh(G1) ở lần đường 1 tắt đèn vàng(Y1) ở lần đường 1 được bật lên Khi đèn vàng(Y1) ở lần đường 1 tắt thì đèn đỏ(R2) ở làn đường 2 cũng tắt, cùng lúc đó đèn xanh(G2) ở làn đường 2 bật lên, lúc này đèn đỏ (R1) ở làn đường 1 được bật lên, đèn đỏ(SR2) cho người đi bộ ở làn đường 2 bật lên, đèn xanh(SG1) cho người đi bộ ở làn đường 1 bật lên,

Sau khoảng thời gian nhất định thì đèn vàng(Y2) ở làn đường 2 được bật lên, khi đèn vàng(Y2) ở lần đường 2 tắt thì đèn đỏ(R2) ở làn đường 2 bật lên và lặp lại chu trình.

2 Giản đò thời gian