đồ án tốt nghiệp thiết ké mạch PLC điều khiển đèn giao thông nhiều chế độ
KHÁI NIỆM VỀ PLC
Giới thiệu về PLC
Bộ điều khiển lập trình (PLC) là thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic một cách linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình Người dùng có thể lập trình PLC để thực hiện nhiều trình tự chương trình, được kích hoạt bởi các tác nhân đầu vào hoặc qua các hoạt động có độ trễ như thời gian định thì hoặc các chương trình đếm.
Khi chương trình được kích hoạt, thiết bị điều khiển bên ngoài, hay còn gọi là thiết bị vật lý, sẽ được bật ON hoặc OFF Bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp lại chương trình do người sử dụng thiết lập, chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra theo thời gian đã được lập trình Để khắc phục nhược điểm của bộ điều khiển sử dụng dây nối (bộ điều khiển bằng Relay), bộ PLC đã được phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu hiện đại hơn.
Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học
Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa.
Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.
Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các Modul mở rộng.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là những thành phần cơ bản cho quá trình điều khiển hệ thống Chức năng của bộ điều khiển được xác định bởi chương trình được nạp vào bộ nhớ của PLC Dựa trên chương trình này, PLC thực hiện các nhiệm vụ điều khiển hiệu quả.
Để thay đổi hoặc mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, chỉ cần điều chỉnh chương trình trong bộ nhớ của PLC Quá trình này diễn ra dễ dàng mà không cần can thiệp vật lý, khác với việc sử dụng dây nối hay Relay.
Nguyên lý hoạt động của PLC
CPU là bộ phận điều khiển các hoạt động bên trong PLC, đọc và kiểm tra chương trình lưu trữ trong bộ nhớ Sau đó, CPU thực hiện từng lệnh theo thứ tự, điều khiển việc đóng hoặc ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra này được gửi đến các thiết bị liên kết để thực hiện Tất cả các hoạt động này phụ thuộc vào chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ.
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyển tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:
Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyển địa chỉ đến các Modul khác nhau.
Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.
Vai trò của PLC
PLC được coi là trung tâm điều khiển của hệ thống Nó liên tục giám sát trạng thái hệ thống thông qua tín hiệu phản hồi từ thiết bị đầu vào Dựa vào chương trình điều khiển, PLC xác định các tiến trình hoạt động cần thiết cho thiết bị đầu ra.
PLC có khả năng điều khiển các nhiệm vụ lặp đi lặp lại hoặc kết nối nhiều nhiệm vụ thông qua thiết bị điều khiển chủ hoặc máy tính chủ khác Điều này cho phép tích hợp và quản lý các quy trình phức tạp một cách hiệu quả thông qua mạng giao tiếp.
Sự ra đời của PLC đã cách mạng hóa hệ thống điều khiển và khái niệm thiết kế liên quan Hệ điều khiển PLC mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, góp phần nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong các quy trình tự động hóa.
- Giám sát đến 80% số lượng dây nối
- Công suất tiêu thụ rất thấp
- Khả năng tự chuẩn đoán lỗi do đó giúp cho việc sửa chữa được nhanh chóng và dễ dàng
- Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng trong chương trình
- Thời gian hoàn thành 1 chu trình điều khiển chỉ mất vài ms
- Kích thước nhỏ gọn, dễ bảo quản, sửa chữa
- Dễ dàng kết nối được với các thiết bị thông mính khác như: máy tính, internet,các modul mở rộng
Các loại PLC phổ biến
Mức độ phổ biến của một loại PLC chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như lịch sử thâm nhập thị trường, giá cả, tính năng, dung lượng và khả năng giao tiếp Các hãng gia nhập thị trường sớm thường có lợi thế cạnh tranh rõ rệt, điển hình như Siemens, đã có mặt tại thị trường Việt Nam từ rất sớm.
Hiện nay, trên toàn cầu, một số hãng sản xuất PLC nổi tiếng và được nhiều công ty tin dùng bao gồm Siemens (Đức), Omron và Mitsubishi (Nhật Bản).
Delta (Đài Loan) Tại Việt Nam dòng PLC của Siemens và Mitsubishi là phổ biến nhất và được đưa vào chương trình đào tạo của các trường kỹ thuật.
Siemens đã chính thức hoạt động tại Việt Nam từ năm 1993, cung cấp các dịch vụ và sản phẩm công nghệ điện và điện tử Trong số đó, PLC Siemens đã tạo nên dấu ấn quan trọng trong ngành công nghiệp Việt Nam Các dòng sản phẩm PLC nổi bật của Siemens bao gồm Logo, S7-200, S7-1200, S7-300, S7-1500 và S7-400, trong đó S7-1200 hiện đang là dòng sản phẩm nâng cao, thay thế cho S7-200.
Hình 1.1: PLC hãng Siemens họ S7-1200
Mitsubishi Electric đã chính thức gia nhập thị trường Việt Nam từ năm 2011, tập trung vào các lĩnh vực như điều hòa không khí, hệ thống thang máy, thang cuốn, thiết bị gia dụng và tự động hóa công nghiệp Đến nay, PLC Mitsubishi đã trở nên phổ biến với các dòng sản phẩm như FX Series (Fx, Fx0, Fx0N, Fx1N, Fx2N, Fx1S) Đây là loại PLC nhỏ gọn, thích hợp cho các ứng dụng có số I/O dưới 30, giúp giảm chi phí và kích thước bảng điều khiển Bộ nhớ EEPROM cho phép lưu trữ dữ liệu ngay cả khi mất nguồn đột ngột, cùng với bộ đếm tốc độ cao và các bộ tạo ngắt giúp xử lý hiệu quả các ứng dụng phức tạp.
Hình 1.2: PLC hãng Mitsubishi họ Fx0N
Omron, thương hiệu nổi tiếng trong lĩnh vực y tế và công nghiệp, chính thức có mặt tại Việt Nam từ năm 1996 Trong ngành tự động hóa công nghiệp, Omron cung cấp đa dạng sản phẩm như biến tần, động cơ Servo, bộ lập trình điều khiển logic, màn hình HMI và phần mềm SCADA Hiện nay, PLC Omron đã trở nên phổ biến tại Việt Nam với các dòng sản phẩm như NX1 Series, NX1P Series, NJ Series, CP Series, CJ1 Series, CJ2 Series, CS1 Series và CPM Series.
Hình 1.3: PLC hãng Omron họ NJ501
Giới thiệu về hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển là một hệ thống có khả năng tự khởi động, quản lý, ra lệnh, chỉ dẫn và điều khiển các hành vi của thiết bị hoặc hệ thống khác Mục tiêu của hệ thống này là đạt được kết quả tốt nhất cho sản phẩm đầu ra theo các yêu cầu đã được xác định.
Một quá trình của hệ thống điều khiển được tạo thành từ các yếu tố sau:
- Khối xử lý trung tâm
Bộ chuyển đổi có nhiệm vụ chuyển đổi các đại lượng vật lý thành tín hiệu điện, bao gồm các nút nhấn, công tắc ON/OFF và cảm biến Những thiết bị như nút nhấn, bàn phím và công tắc gạt là cơ sở của giao tiếp giữa người và máy, hoạt động như các thiết bị đầu vào để tạo ra tín hiệu.
Khối xử lý trung tâm:
Chương trình có nhiệm vụ thông dịch các lệnh do người dùng cài đặt và điều khiển quá trình xử lý, nhằm tạo ra các tín hiệu đầu ra phù hợp với yêu cầu điều khiển.
Tín hiệu đầu ra là kết quả của quá trình xử lý hệ thống điều khiển Các ngõ ra có thể là xi lanh, động cơ điện, relay, transistor…
Cấu trúc PLC
Cấu trúc cơ bản của PLC tương tự như một hệ thống điều khiển, bao gồm các thành phần chính thiết yếu.
- Module xử lý tín hiệu
- Module nhớ và thiết bị lập trình
Sơ đồ của một bộ PLC cơ bản được biểu diễn như hình bên dưới:
Hình 1.4: Cấu trúc của một PLC
Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm, từ đó thực hiện các lệnh logic dựa trên các trạng thái này Qua chương trình trạng thái, ngõ ra được cập nhật và cũng lưu vào bộ nhớ đệm Trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm sẽ được sử dụng để đóng mở các tiếp điểm, kích hoạt các thiết bị tương ứng Nhờ vậy, tất cả hoạt động của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình đã được lưu trong bộ nhớ Chương trình này được truyền nạp vào PLC thông qua các thiết bị lập trình chuyên dụng.
Hoạt động của PLC
Bộ vi xử lý trong PLC sẽ quét các trạng thái đầu vào và thiết bị phụ trợ, thực hiện logic điều khiển theo chương trình ứng dụng, đồng thời thực hiện các tính toán và điều khiển đầu ra tương ứng Các PLC thế hệ mới cung cấp khả năng thực hiện phép tính số học và logic, với bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý nhanh hơn và tích hợp giao diện với máy tính cùng mạng nội bộ.
Hình 1.5: Hoạt động của PLC
Ứng dụng của PLC
Bộ lập trình PLC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp như:
- Các dây chuyền tự động trong sản xuất( đóng gói, phân loại sản phẩm, sản xuất xe ô tô,…)
- Điều khiển hệ thống đèn giao thông
- Hệ thống bãi giữ xe thông minh
PLC được ứng dụng phổ biến trong tủ bảng điện tự động hóa, phục vụ cho nhiều ngành và loại máy móc như cấp nước, xử lý nước thải, giám sát năng lượng, giám sát hệ thống điện, máy đóng gói, máy đánh sợi, máy se chỉ, máy chế biến thực phẩm, máy cắt tốc độ cao và hệ thống phân bổ giám sát trong dây chuyền sản xuất.
Lý do chọn đề tài PLC
Trước khi thực hiện khóa luận, tôi đã nghiên cứu nhiều đề tài khác nhau và tham khảo ý kiến từ thầy cô và bạn bè Một số đề tài được gợi ý bao gồm năng lượng mặt trời, phân loại sản phẩm dùng PLC, và thiết kế điện cho tòa nhà Cuối cùng, tôi quyết định chọn đề tài thiết kế PLC vì nó thú vị và giúp tôi hiểu rõ cấu tạo bên trong cũng như quy trình chế tạo của một con PLC.
Bộ điều khiển PLC có ưu điểm về kỹ thuật như dễ lập trình, ngôn ngữ lập trình thân thiện và dung lượng bộ nhớ lớn, cho phép lưu trữ các chương trình phức tạp Nó cũng có khả năng giao tiếp với các thiết bị thông minh khác như máy tính, kết nối mạng và các Module mở rộng Với giá thành cạnh tranh cả trong nước và quốc tế, PLC là sản phẩm mới mẻ trên thị trường Việt Nam Để chế tạo một con PLC hoàn chỉnh, cần hiểu rõ cấu tạo, cấu trúc và nguyên lý hoạt động của nó.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PLC
Phần cứng
2.1.1 Các thành phần và chức năng của PLC
Hình 2.1 Các thành phần hoạt động của một PLC
Phần cốt lõi của PLC bao gồm CPU, bộ nhớ, thiết bị vào ra và chương trình điều khiển PLC kết nối với các thiết bị điều khiển để nhận thông tin và phát lệnh điều khiển hệ thống Các tín hiệu vào và ra của PLC không chỉ ở dạng logic (digital) mà còn có dạng tương tự (analog) Tín hiệu digital có thể đến từ nút nhấn, công tắc hành trình và thiết bị báo động, trong khi tín hiệu tương tự thường liên quan đến các tham số công nghệ Tín hiệu ra của PLC chủ yếu được sử dụng để điều khiển relay và có thể là tín hiệu tương tự cho các hệ thống liên tục.
PLC thiết kế có 10 ngõ vào, 8 ngõ ra và 2 ngõ băm xung PWM, 2 ngõ DAC và 2 ngõ Analog
Ngõ vào nhận tín hiệu từ bên ngoài và truyền đến vi xử lý, nơi thực hiện chương trình điều khiển và tính toán Vi xử lý sau đó xuất tín hiệu ra ngoài qua 8 ngõ ra để điều khiển thiết bị Hai ngõ băm xung giúp điều chỉnh tốc độ và thay đổi điện áp thông qua tần số, trong khi hai ngõ Analog nhận tín hiệu analog và chuyển đổi chúng thành tín hiệu digital qua bộ DAC để xuất ra.
Vi xử lý đóng vai trò quan trọng và cần thiết trong việc thực hiện các chức năng của PLC, trong đó Atmega 32 được coi là vi xử lý phù hợp nhất Hãy cùng khám phá cấu tạo và một số loại vi điều khiển khác góp phần tạo nên PLC.
Vi xử lý trung tâm:
Chip xử lý trung tâm dùng AVR Atmega 32 SMD
Hình 2.2 Sơ đồ chân Atmega 32
Hình 2.3 Ảnh thực tế atmega32
AVR Atmega 32 là dòng vi điều khiển 8 bits do hãng Atmel sản xuất, nổi bật với cấu trúc RISC đơn giản hóa So với các vi điều khiển 8 bits khác, AVR không chỉ sở hữu nhiều tính năng vượt trội mà còn được ứng dụng rộng rãi hơn, đặc biệt là về chức năng.
Mạch nạp chương trình cho AVR rất đơn giản, với một số loại chỉ cần vài điện trở để thực hiện Ngoài ra, một số vi điều khiển AVR còn hỗ trợ lập trình on-chip thông qua bootloader mà không cần đến mạch nạp.
Atmega 32 có những tính năng sau:
Bộ nhớ chương trình Flash có khả năng lập trình lại nhiều lần và sở hữu dung lượng lớn, đi kèm với SPRAM (Ram tĩnh) có dung lượng lớn Đặc biệt, nó còn tích hợp bộ nhớ lưu trữ lập trình EEPROM, mang lại nhiều tiện ích cho việc lưu trữ dữ liệu.
- Nhiều ngõ vào ra (I/O) 2 hướng 8 bits, 16 bits timer/counter tích hợp PWM.
- Các bộ chuyển đổi Analog – Digital phân giải 10 bits, nhiều kênh.
- Có thể sử dụng xung clock lên đến 16Mhz, hoặc sử dụng xung clock nội lên đến 8 Mhz
- Giao diện nối tiếp USART
Vi xử lý phụ trợ:
IC DS3231N là một trong những chip xử lý phụ quan trọng, nổi bật với khả năng hoạt động như một đồng hồ thời gian thực cực kỳ chính xác nhờ vào bộ dao động tinh thể chất lượng cao.
Hình 2.4 Sơ đồ chân DS3231
Hình 2.5 Ảnh thực tế DS3231N
LM358 là một bộ khuếch đại thuật toán công suất thấp, nổi bật với ưu điểm vượt trội so với các bộ khuếch đại thuật toán chuẩn khi được sử dụng trong các ứng dụng nguồn đơn.
Hình 2.6 Ảnh thực tế LM358
Hình 2.7 Sơ đồ chân của LM358
LM358 hoạt động hiệu quả với nguồn điện áp từ 3V đến 32V, cho phép linh hoạt trong nhiều ứng dụng Mặc dù có công suất tiêu thụ rất thấp, nhưng LM358 vẫn đạt độ lợi cao lên tới 100dB IC này được cấu tạo gồm hai bộ khuếch đại thuật toán, tương thích với nhiều loại mạch logic khác nhau.
Các tính năng của khuếch đại thuật toán:
- Bảo vệ quá áp đầu ra
- Tầng khuếch đại vi sai lối vào
- Dòng cung cấp ngõ vào thấp
- Dải tín hiệu cùng pha mở rộng tới nguồn âm
Bộ phận ngõ vào: là bộ opto cách ly PC817
PC817 là một loại opto-isolator hoạt động tương tự như các opto khác Khi cung cấp điện áp 5V vào chân số 1, LED bên trong PC817 sẽ sáng, tạo ra hiệu ứng quang điện Hiện tượng này dẫn đến việc chuyển đổi tín hiệu logic từ 1 sang 0 mà không cần sự tác động trực tiếp từ IC.
Hình 2.8 Ảnh thực tế PC817
PC817 hoạt động như một cầu nối cách ly giữa bộ xử lý vi điều khiển trung tâm và các bộ xử lý bên ngoài, giúp bảo vệ các ngõ điều khiển công suất nhỏ trên bo mạch khỏi các xung điện áp cao và các phần mạch điện công suất lớn có thể gây hư hỏng.
Hình 2.9 Sơ đồ chân PC817
Bộ phận ngõ ra: là bộ Opto cách ly TLP187
Hình 2.10 Ảnh thực tế TLP187
TLP187 hoạt động giống như PC817, với chức năng cách ly các xung điện áp cao, giúp bảo vệ các ngõ điều khiển công suất nhỏ trên bo mạch xử lý trung tâm khỏi hư hỏng.
Ngoài ra còn có các linh kiện khác để tạo nên con PLC hoàn chỉnh như tụ, điện trở các loại, thạch anh, biến trở, led,…
TLP187 so với PC817 có nhiều ưu điểm hơn:
Khả năng chống nhiễu cao
Tạo dòng kích lớn tác động đóng relay
LM2576 là bộ chuyển đổi điện áp DC-DC, với dải đầu vào từ 7-40V và đầu ra cố định 5V, sử dụng nguồn xung không liên tục Bộ chuyển đổi này có nhiều loại với các mức điện áp đầu ra khác nhau như LM2576-3.3V, LM2576-5V, LM2576-12V và LM2576-15V Trong mạch PLC, tôi sử dụng loại LM2576-5V.
Hình 2.12 Sơ đồ mạch nguồn
2.1.3 Nguyên lý hoạt động board PLC
Nguyên lý thiết kế cho PLC bao gồm 10 ngõ vào số từ I1 đến I10, cùng với 2 ngõ vào Analog AI1 và AI2 Hệ thống được cấp nguồn từ V_IN với điện áp từ 12VDC đến 24VDC, bao gồm ba ngõ nối đất (GND), hai ngõ +12VDC và một ngõ +5VDC.
Hình 2.13 Sơ đồ chân ngõ vào
Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý hoạt động ngõ vào của opto PC
Khi cấp nguồn 12VDC vào V_IN, Atmega32 mặc định nhận 5VDC Điện áp 5VDC này chạy qua điện trở 10k vào ngõ IN1, tạo mức 1 cho vi điều khiển Để đưa ngõ IN1 về mức 0, ta cấp 12VDC vào chân I1 qua điện trở 4,7k, kích hoạt opto Khi opto dẫn, LED bên trong phát sáng, mở 2 cực của transistor, cho phép dòng điện chạy qua Kết quả là điện áp 5VDC từ chân số 4 IN1 giảm xuống chân số 3 GND của opto, đưa ngõ IN1 về mức 0.
Tương tự các ngõ còn lại từ IN2-IN10 hoạt động như IN1.
PLC thiết kế 8 ngõ ra từ O1-O8 và 2 ngõ băm xung PWO1 và PWO2, 1 ngõ cấp nguồn V_IN, 2 ngõ GND, 2 ngõ 12V, 2 ngõ 5V và 2 ngõ DAC0.
Hình 2.15 Sơ đồ chân ngõ ra
Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý hoạt động ngõ ra của TLP187
Phần mềm
Về phần mềm, chúng ta sử dụng 2 loại phần mềm là phần mềm viết chương trình LDMICRO và phần mềm nạp code AVR Studio sử dụng mạch nạp STK500.
2.2.1 Phần mềm LDMICRO Để lập trình board Arduino thành chương trình PLC, ta viết chương trình trên phần mềm LDMICRO sử dụng ngôn ngữ LADDER và phần mềm này thường được viết trong một số ngôn ngữ lập trình như C hoặc Basic (2)
Chương trình LDMICRO thường được viết như sau:
TON là 1 tiếp điểm chậm trễ khi bật, TOF là 1 tiếp điểm chậm trễ khi tắt, là input, là output
Chương trình này được viết dưới dạng ladder Nhiều người đã tìm ra được cách này đầu tiên cho việc thực hiện viết chương trình PLC.
Chương trình này có vẻ hơi giống sơ đồ mạch điện.
Chương trình này rất dễ hiểu, vì chúng ta không cần viết mã code để mô tả đầu ra Thay vào đó, chúng ta cần thực hiện các phép tính để hiểu cách thức hoạt động của chương trình PLC.
Những lệnh cơ bản trong ldmicro:
Những tín hiệu thường hở thường gặp trong chương trình:
“Xnew” là ngõ vào thường hở, “Rnew” là tiếp điểm thường hở của relay,
“Ynew” là tiếp điểm ngõ ra thường hở.
Những tín hiệu thường đóng thường gặp trong chương trình:
“Xnew” là ngõ vào thường đóng, “Rnew” là tiếp điểm thường đóng của relay,
“Ynew” là tiếp điểm ngõ ra thường đóng.
Những tín hiệu đầu ra thường hở thường gặp trong chương trinh:
“Rnew” là ngõ ra của biến trung gian hay relay thường hở Còn “Ynew” là ngõ ra thường hở.
Những tín hiệu đầu ra thường đóng thường gặp trong chương trình:
“Rnew” là ngõ ra của biến trung gian hay relay thường đóng Còn “Ynew” là ngõ ra thường đóng
Những tiếp điểm timer thường dùng trong chương trình:
“Ton” là tiếp điểm của timer, cho phép điện đi qua sau khi đã chờ một khoảng thời gian mà bạn đã cài đặt, trước khi tiếp tục qua tiếp điểm “Ton”.
“Toff” đây là tiếp điểm của timer, có chức năng dùng để ngắt ngõ ra trong thời gian cài đặt tiếp điểm “Toff”.
Chương trình ladder này được dùng cho PIC16 và AVR như:
Với Ldmicro, bạn có thể tạo sơ đồ bậc thang cho chương trình của mình và mô phỏng logic thời gian thực trên PLC Sau khi gán địa chỉ cho chip mong muốn, bạn có thể chạy thử mô phỏng trên vi điều khiển để kiểm tra các tín hiệu đầu vào và đầu ra.
Sau khi gán các chân, bạn có thể biên dịch mã PIC hoặc AVR cho chương trình của mình Trình biên dịch sẽ tạo ra một file hex, cho phép bạn ghi chương trình vào vi điều khiển thông qua bất kỳ lập trình viên PIC/AVR nào.
Hướng dẫn sử dụng và viết lệnh cơ bản của phần mềm:
Hình 2.20 Biểu tượng của phần mềm ldmicro Sau khi tải ldmicro về, ta thấy giao diện của phần mềm như sau:
Hình 2.21 Giao diện chính của ldmicro Để viết một chương trình, đầu tiên ta chọn loại vi điều khiển mà ta sử dụng.
Trên thanh công cụ, chọn mục Cài đặt (Setting) và sau đó chọn Microcontroller Tại đây, bạn sẽ thấy danh sách các loại PIC và AVR mà phần mềm hỗ trợ Do board PLC được thiết kế sử dụng AVR Atmega32, hãy chọn Atmel AVR Atmega 32-40-PIDP.
Hình 2.22 Chọn vi điều khiển mà ta sử dụng
Chúng ta có thể điều chỉnh tần số và thời gian hoạt động phù hợp với PIC hoặc AVR đã chọn bằng cách truy cập vào mục Setting và chọn MCU Parameters.
Hình 2.23 Cài đặt tần số và thời gian hoạt động của chip
Viết chương trình ta chọn Instruction → Xuất hiện các tập lệnh cơ bản.
Hình 2.24 Các lệnh trong chương trình Một số lệnh thường gặp trong chương trình như:
Tiếp điểm đầu vào Input:
Tiếp điểm thường hở: Chọn Instruction → Insert Contacts hoặc phím C Xuất hiện 1 lệnh có biểu tượng như hình bên dưới.
Hình 2.25 Lệ nh tiếp điểm thường hở Để thay đổi thuộc tính ta nhấp đúp vào biểu tượng đó:
Hình 2.26 Bảng thay đổi thuộc tính
- Name: tên của tiếp điểm mặc định là new (có thể thay đổi theo tên mong muôn của người lập trình).
- Internal Relay là tiếp điểm của Rờ le.
- Input pin là tiếp điểm ngõ vào.
- Output pin là tiếp điểm ngõ ra.
- Negated là tiếp điểm đóng.
Khi hoàn tất ta nhấp OK Ví dụ tiếp điểm này là nút nhấn Start thì ta có như sau:
Để thêm tiếp điểm, hãy di chuyển chuột đến bên phải tiếp điểm Start và nhấp để thêm tiếp điểm Stop, thực hiện theo các bước đã nêu trước đó.
Vì tiếp điểm Stop là thường đóng nên ta chọn thuộc tính của nó là Negated.
Hình 2.29 Chọn tiếp điểm thường đóng
Tiếp điểm đầu ra output:
Ta di chuyển chuột sang phải tiếp điểm vừa thêm
Trên thanh công cụ chọn lệnh: Instruction → Insert Coil hoặc phím L
Ta được câu lệnh như sau:
Hình 2.31 Câu lệnh có ngõ vào và ngõ ra
Ví dụ: để viết chương trình điều khiển động cơ có nút nhấn Start và Stop thì ta có chương trình như sau:
Hình 2.32 Chương trình điều khiển động cơ
Sau khi hoàn thiện chương trình, bạn tiến hành chạy mô phỏng bằng cách chọn Simulate trên thanh công cụ, sau đó nhấn Simulate Mode hoặc sử dụng phím tắt Ctrl+M Tiếp theo, hãy chọn Simulate để bắt đầu quá trình mô phỏng.
Để chạy động cơ, người dùng chỉ cần nhấn đúp vào nút nhấn xStart Để ngừng động cơ, có thể nhấn đúp lại vào nút xStart hoặc nhấn đúp vào nút nhấn xStop.
Hình 2.34 Chạy mô phỏng chương trình điều khiển động cơ Để thêm câu lệnh mới ta chọn trên thanh công cụ Edit → Insert Rung After
Hình 2.35 Thêm một câu lệnh mới
Lệnh Timer (đếm thời gian):
Lệnh On Delay: Trên thanh công cụ chọn Instruction → Insert TON (Delayed Turn On)
Ta nhấn đúp vào biểu tượng Tnew để thay đổi tên và thời gian mong muốn với 1000ms = 1s
Hình 2.36 Thay đổi thời gian cài đặt lệnh On DelayLệnh Off Delay: Thanh công cụ chọn Instruction → Insert TOF (Delayed TurnOff)
Tương tự như On Delay ta nhấp đúp vào biểu tượng OFF để thay đổi thuộc tính
Thay đổi thời gian cài đặt lệnh Off Delay
Gán địa chỉ và xuất file hex
Sau khi hoàn thành chương trình, bước tiếp theo là xuất file hex để nạp vào chip Trước khi thực hiện xuất, cần gán địa chỉ chính xác theo chân của PIC hoặc AVR đã được chọn.
Ví dụ trên Atmega32 ta sẽ nhập địa chỉ nút nhấn Start, Stop, Dongco tương ứng lần lượt với chân PD2 ,PD3, PB2 của nó:
Hình 2.38 Gán địa chỉ ngõ vào, ngõ ra cho vi điều khiển
Sau khi gán địa chỉ xong ta xuất file hex như sau: Đầu tiên ta phải Save lại chương trình File → Save, chọn nơi lưu
Tiếp theo trên thanh công cụ chọn Compile hoặc F5 → lưu nơi xuất file hex → xuất hiện bảng xác nhận file ta chọn Save.
Hình 2.39 Xuất file hex Cửa sổ Compile Succesful hiện lên đã xuất file hex thành công → OK
2.2.2 Phần mềm nạp chương trình AVR Studio 4
Hình 2.40 Biểu tượng của phần mềm AVR Studio
Ta khởi động chương trình
Bảng chào mừng hiện ra, ta chọn cancel
Hình 2.41 Giao diện phần mềm AVR Để nạp chương trình, trên thanh công cụ chọn Tools → Program AVR →
Hình 2.42 Thiết lập kết nối mạch nạp
After selecting Connect, the Select AVR Programmer window appears We will use the STK500 programmer and COM port 6 corresponding to the computer (as indicated in the Device Manager) and then click OK.
Hình 2.43 Chọn cổng tương ứng giữa mạch nạp với máy tính
Cửa sổ nạp hiện ra, trong mục Main ta chọn chip Atmega32 và nhấn Read Signature để kết nối.
Hình 2.44 Chọn vi điều khiển muốn nạp
Tiếp theo vào mục Program → Flash → nhấn vào biểu tượng → chọn nơi lưu file hex → nhấn vào nút Program để nạp chương trình
Hình 2.45 Chọn file hex và nạp chương trình Khi nạp thành công sẽ hiện 5 dòng OK bên dưới:
Hình 2.46 Khi nạp thành công hiện 5 dòng OK
Hình 2.47 Mạch nạp AVR - STK500
AVR-STK500_USB là thiết bị lập trình (Programmer) lý tưởng cho vi điều khiển 89S51/52 và tất cả các dòng AVR Nó tương thích với nhiều trình biên dịch (Compiler) cho AVR, bao gồm AVR Studio, Codevision AVR, WinAVR, và AVR Dude.
Kết nối PC chỉ bằng một cáp mini USB nhỏ gọn với tốc độ cực cao, tương thích với mọi loại laptop mà không cần nguồn điện ngoài, lấy nguồn trực tiếp từ PC qua cổng USB.
USB driver tương thích với Win8, WinXP, WinVista, Win7.(4)
Hình 2.48 Vị trí cổng kết nối dây nạp
Các chức năng, chân kết nối và đèn LED chỉ báo được ghi chú rõ ràng, giúp dễ dàng nhận diện và tránh nhầm lẫn Đầu kết nối 6 pin cho phép cắm trực tiếp vào board mạch đích mà không cần dây nối, hoặc có thể kết nối qua cáp ISP theo chuẩn 5x2.
Dây cổng nạp được chia làm 2 đầu, đầu 10 chân sẽ đưa vô cổng board mạch Atmega32 và đầu 6 chân sẽ đưa vô công mạch STK 500.
Cổng kết nối dây nạp
Hình 2.49 Dây nạp chương trình và các ngõ ra của nó
ỨNG DỤNG PLC VÀO MÔ HÌNH ĐÈN GIAO THÔNG
Giới thiệu đèn giao thông
Đèn giao thông là thiết bị quan trọng dùng để điều khiển giao thông tại các giao lộ có lưu lượng phương tiện lớn Nó không chỉ đảm bảo an toàn cho các phương tiện mà còn góp phần giảm ùn tắc giao thông vào giờ cao điểm Đèn giao thông thường được lắp đặt tại trung tâm giao lộ hoặc trên vỉa hè.
Mô hình PLC kết hợp đèn giao thông
Mô hình PLC kết hợp đèn giao thông sử dụng nguồn AC 220V được bảo vệ bởi thiết bị đóng cắt MCCB Nguồn này được chuyển đổi thành DC 12V để cấp điện cho board PLC và 4 cột đèn LED Hệ thống sử dụng 2 công tắc, trong đó một công tắc có chức năng chuyển đổi giữa các chế độ hoạt động của đèn giao thông.
2 chế độ Auto và bằng tay, 1 để chọn đèn tuyến 1 hoặc 2.
Sơ đồ đấu dây của hệ thống đèn
Chương trình điều khiển
Hình 3.3 Chương trình điều khiển đèn giao thông
Sau khi viết xong chương trình, ta sẽ gán địa chỉ theo đúng chân của atmega32: Bảng 3.1 Bảng địa chỉ ngõ ra, ngõ vào tương ứng chân của Atmega32:
Tên ngõ vào Địa chỉ ngõ vào Tên ngõ ra Địa chỉ ngõ ra
Man Line 1 PD3 Yellow 1 PB0
Man Line 2 PC2 Green 1 PB1
Chế độ điều khiển tự động (Auto) cho phép người dùng khởi động chương trình bằng cách nhấp đúp chuột vào nút Automan Khi có điện, đèn của cả hai tuyến sẽ hoạt động theo thời gian đã cài đặt cho Ton delay Theo nguyên tắc đèn giao thông, tổng thời gian đèn xanh và vàng bằng thời gian đèn đỏ Cụ thể, đèn xanh tuyến 1 hoạt động trong 5 giây, sau đó chuyển sang đèn vàng trong 3 giây, trong khi đèn đỏ tuyến 2 hoạt động trong 8 giây Sau khi chu kỳ này kết thúc, đèn xanh tuyến 2 sẽ sáng trong 5 giây và đèn đỏ tuyến 1 sẽ hoạt động trong 8 giây Chu kỳ này sẽ tiếp tục lặp lại.
Chế độ điều khiển bằng tay cho phép người dùng điều khiển các tuyến bằng cách nhấp đúp chuột vào nút XBline1 hoặc XBline2 Để kích hoạt tuyến 1, nhấn đúp vào XBline1, lúc này đèn xanh tuyến 1 và đỏ tuyến 2 sẽ sáng Để dừng tuyến 1, nhấn đúp lại vào XBline1 Đối với tuyến 2, trước tiên cần tắt tuyến 1, sau đó nhấn đúp vào XBline2 để bật tuyến 2, khiến đèn xanh tuyến 2 và đỏ tuyến 1 sáng lên Để dừng tuyến 2, nhấn đúp lại vào XBline2.
Mô phỏng trên Proteus
Ta sẽ chạy thử mô phỏng trên proteus xem chương trình được viết đúng hay không.
Hình 3.4 Mô phỏng chế độ Auto
Chế độ bằng tay tuyến 1:
Hình 3.5 Mô phỏng chế độ bằng tay tuyến 1
Chế độ bằng tay tuyến 2:
Mô phỏng chế độ bằng tay tuyến 2