Báo cáo mô phỏng đèn giao thông bằng ngôn ngữ SFC

I.Giới thiệu về ngôn ngữ SFC.21.1.Định nghĩa.21.2.Đặc điểm của ngôn ngữ SFC21.3.Cấu trúc một chương trình SFC cơ bản61.4.Ưu – nhược điểm của ngôn ngữ SFC.7II.Phân tích và thiết kế bài toán.72.1.Phân tích bài toán.72.2.Thiết kế bài toán.8III.Xây dựng mô hình trạng thái grapfect.103.1.Mô hình trạng thái grapfect 1.10IV.Mô phỏng công nghệ.114.1.Chuẩn bị.114.2.Xây dựng mô hình trên phần mềm.114.3.Kết quả mô phỏng.20

Mục lục.

I Giới thiệu về ngôn ngữ SFC 2

1.1 Định nghĩa 2

1.2 Đặc điểm của ngôn ngữ SFC 2

1.3 Cấu trúc một chương trình SFC cơ bản 6

1.4 Ưu – nhược điểm của ngôn ngữ SFC 7

II Phân tích và thiết kế bài toán 7

2.1 Phân tích bài toán 7

2.2 Thiết kế bài toán 8

III Xây dựng mô hình trạng thái grapfect 10

3.1 Mô hình trạng thái grapfect 1 10

IV Mô phỏng công nghệ 11

4.1 Chuẩn bị 11

4.2 Xây dựng mô hình trên phần mềm 11

4.3 Kết quả mô phỏng 20

I Giới thiệu về ngôn ngữ SFC.

Ngôn ngữ lập trình biểu đồ hàm tuần tự (Sequential Function Chart– SFC) là một công cụ rất mạnh trong miêu tả cấu trúc của hệ thốngđiều khiển tuần tự Hệ thống điều khiển tuần tự được chuyển sang hệthống tự động và được thực hiện từ đó

Tuy nhiên SFC không phải là ngôn ngữ độc lập, nó phải được xâydựng trên cơ sở các ngôn ngữ khác như ST, FBD, IL, LD để tạo thànhmột chương trình ứng dụng hoàn chỉnh SFC được phát triển từ ngônngữ Grafcet, một công cụ đồ họa để miêu tả chuỗi hành động

SFC đặc biệt phù hợp với các ứng dụng có thể được cấu trúc thànhcác bước xác định rõ ràng Mạch logic trong một bước có thể được lậptrình trong bất kỳ ngôn ngữ lập trình khác, ngoài ra SFC còn có một sốđặc điểm cơ bản như sau:

 Dễ lập trình và sửa lỗi chương trình

Chúng ta có thể đưa các chương trình điều khiển nguyên một nhàmáy, điều khiển các thiết bị thuộc các trạm khác và toàn bộ máy mócvào chuỗi các khối và bước của một chương trình SFC Với cách lậptrình với ngôn ngữ có dạng biểu đồ như SFC người lập trình có thể thấy

rõ hoạt động của từng bước trong hệ thống nên sẽ dễ dàng hơn cho việc

kế và sửa lỗi, nhất là những ứng dụng phức tạp như:

Hình 1 Ứng dụng SFC trong điều khiển phức tạp

 Không cần đến mạch khóa chéo phức tạp

Mạch khóa chéo chỉ được sử dụng trong sự điều khiển ngõ ra chomỗi bước Bởi vì không một công tắc khóa chéo nào được tác độnggiữa các bước với nhau trong chương trình SFC Khi mỗi bước củachương trình SFC được kích hoạt bởi điều kiện chuyển tiếp, nó sẽxóa hoạt động của bước liền trước trừ một số trường hơp ta dùng đếncác khối đặc biệt

Ví dụ về mạch khóa chéo được cho trong Hình 2

Hình 2 Mạch khóa chéo trong chương trình SFC

 SFC có sự tương đồng với dạng lưu đồ giải thuật trong cáchchuyển từ bước này sang bước khác, ta có thể quan sát qua ví dụtrong Hình 3

 Sự thiết lập cho các khối và các bước có thể thay đổi rất dễ dàngcho một ứng dụng mới Đối với các loại ngôn ngữ khác nhưLadder hay Instruction List khi ta muốn thay đổi hay mở rộngthêm cho ứng dụng thì ta có thể phải viết lại chương trình điềukhiển, điều này gây bất lợi nhất là những dây chuyền nhập khẩuhoàn toàn ở nước ngoài họ có thể mã hóa chương trình không chophép chúng ta can thiệp Tuy nhiên với SFC, ta có thể mở rộngứng dụng dễ dàng hơn Bằng cách lập trình theo khối (phần này

đồ án không đề cập) thì khi thêm một ứng dụng ta cóthể lập trình ứng dụng vào một khối riêng rồi đưa vào chươngtrình chính, thông qua các điều kiện chuyển tiếp chương trình sẽhoạt động đúng theo ý đồ của người lập trình

Cụ thể:

- Tổng cộng ta có thể tạo 320 khối trong một chương trình

SFC

- Tối đa 512 bước có thể tạo trong một khối

- Có tới 2000 bước tuần tự có thể tạo cho toàn bộ các khối ngõ ra

- Một điều kiện chuyển tiếp khác có thể được tạo trong

đuy nhất một khối ladder

 Có thể tạo nhiều khối mở đầu trong một chương trình

Chúng ta có thể tạo một chương trình với nhiều bước mở đầu như

ví dụ trong Hình 3 Khi có nhiều khối mở đầu được kích hoạt

(S0,S1,S2,S3) tại bất kỳ một bước mà có điều kiện chuyển tiếp

được thỏa mãn (t4 đến t7) thì bước S8 sẽ được thực thi

Hình 4 Chương trình SFC với nhiều bước mở đầu

Theo tiêu chuẩn IEC, một chương trình SFC bao gồm ba thành phầnchính là:

 Các bước (steps)

 Các sự chuyển tiếp (transitions)

 Các tác động (actions)

Hình 5 Cấu trúc một chương trình SFC cơ bản

- Ưu điểm: SFC là một ngôn ngữ mạnh trong lập trình các hệ thốngtuần tự, đặc biệt là khi thiết kế sử dụng phương pháp Grafcet

- Nhược điểm:

 SFC không phải là một ngôn ngữ hoàn chỉnh, việc địngnghĩa các trạng thái hay chuyển tiếp đều phải dựa vào mộttrong bốn ngôn ngữ còn lại

 Với các phép điều kiện đơn giản, không nên dùng SFC vìthời gian thực hiện lâu hơn các ngôn ngữ khác

II Phân tích và thiết kế bài toán.

 Ngã tư có 4 hướng chia làm 2 cặp đèn giao thông điều khiển 2hướng đi

Như hình trên cặp đèn giao thông ở hướng 1 sẽ được điềukhiển giống nhau, và cũng tương tự hướng 2 cặp đèn giao thông sẽ đượcđiều khiển giống nhau

 Quy ước: mỗi cột đèn có 3 màu

 Màu xanh: Tất cả các phương tiện di chuyển

 Màu vàng: các phương tiện đi chậm

 Màu đỏ: các phương tiện dừng

 Hai hướng đối diện nhau thì có chung tín hiệu đèn

Quy định tín hiệu đèn của các hướng

 Hướng 1: xanh1 , vang1 , do1

 Hướng 2: xanh2 , vang2 , do2

 Ở tất cả các hướng thì thời gian đèn đỏ sáng bằng tổng thờigian đèn xanh và đèn vàng sáng Ngoài ra ta còn có nút nhấnstop để dừng toàn bộ hệ thống đèn (có thể phục vụ cho việcbảo trì bảo dưỡng hệ thống đèn khi có lỗi xảy ra).

 Thiết kế bài toán có 2 chế độ lựa chọn:

+ Chế độ ban ngày (Mode 1): nhấn m1 thì chế độ ban ngàyđược bật

Thời gian sáng của các đèn như sau:

+ Chế độ ban đêm ( Mode 2): nhấn m2 thì chế độ ban đêmđược bật

Thời gian sáng của các đèn như sau:

 Công nghệ sử dụng:

 Ta sử dụng timer trong việc đếm thời gian chuyển đổimàu sắc của đèn

 CPU là 315 2-dp mã 6ES7 315-2AH14-0AB0

 Modul PC-system cp 5512 mã 6GK1 551-2AAOO

III Xây dựng mô hình trạng thái grapfect.

III.1 Mô hình trạng thái grapfect 1.

Grapfect của bài toán này như sau:

III.2 Mô hình trạng thái Grapfcet 2.

IV Mô phỏng công nghệ.

IV.1 Chuẩn bị.

 Ta sử dụng các phần mềm sau để mô phỏng công nghệ:

 Phần mềm Wincc V14 để mô phỏng công nghệ

 Phần mềm PLCSIM V14 để chạy giả lập

 Phần mềm TIA V14 để viết chương trình

IV.2 Xây dựng mô hình trên phần mềm.

 Các tín hiệu vào ra

Các trạng thái của công nghệ:

 Sơ đồ cấu trúc SFC tương ứng với công nghệ.

 Mạch điều khiển của trạng thái stop.

 Mạch điều khiển của trạng thái start.

 Mạch điều khiển của trạng thái ban đêm.

 Mạch điều khiển của trạng thái “vang1” sáng

 Mạch điều khiển của trạng thái “vang2” sáng.

 Mạch điều khiển của trạng thái ban ngày

 Mạch điều khiển của trạng thái “xanh1” bật.

 Mạch điều khiển của trạng thái “vang1” bật

 Mạch điều khiển của trạng thái “do1” bật.

 Mạch điều khiển của trạng thái “do2” bật

 Mạch điều khiển của trạng thái “xanh2” bật.

 Mạch điều khiển của trạng thái “vang2” bật

 Mô hình đèn giao thông mô phỏng trong wincc

IV.3 Kết quả mô phỏng.

 Kết quả mô phỏng trạng thái ban ngày dành cho 1 hướng đi

 Kêt quả mô phỏng trạng thái ban đêm

 Kết quả mô phỏng trạng thái start

 Kết quả mô phỏng trạng thái stop.