ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG CÔNG NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CÁC CỤM ĐÈN GIAO THÔNG TRÊN TOÀN TUYẾN PHỐ TRẦN DUY HƯNG

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ MÔN HỌC HỌC PHẦN: Mạng truyền thông công nghiệp-1-1-22(N01) Lớp học phần: TKMH Mạng truyền thông công nghiệp-1-1-22(N01) Ngày thi: 29/11/2022 Ca thi: 7h30 ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG CÔNG NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CÁC CỤM ĐÈN GIAO THƠNG TRÊN TỒN TUYẾN PHỐ TRẦN DUY HƯNG Sinh viên : Cao Thị Mỹ Linh Mã sinh viên : 191602074 Lớp : Tự động hóa – K60 GV hướng dẫn : PGS.TS Trịnh Lương Miên Hà Nội , 2022 Mục lục Mục lục TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÔNG TIN KẾT QUẢ BÀI TẬP THIẾT KẾ MƠN HỌC Thơng tin chung .4 Mục tiêu Kết nghiên cứu: 4 Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, kĩ thuật công nghệ khả áp dụng đề tài TỔNG QUAN TÌNH HÌNH VỀ BÀI TẬP THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THƠNG TRÊN TUYẾN PHỐ TRẦN DUY HƯNG VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP THIẾT KẾ MẠNG 1.1 Sơ lược hệ thống tín hiệu đèn giao thơng tuyến phố Trần Duy Hưng 1.1.1 Khảo sát tuyến phố Trần Duy Hưng 1.1.2 Cơ chế hoạt động nút tín hiệu đèn tuyến phố .8 1.2 Đánh giá lựa chọn giải pháp Mạng cho hệ thống .9 1.2.1 Lựa chọn giải pháp mạng 1.2.2 Đánh giá mạng PROFINET 10 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM TRONG MẠNG CHO HỆ THỐNG 20 2.1 Các thiết bị phần cứng 20 2.1.1 Module điều khiển truyền thông 20 2.1.2 Module giám sát .21 2.2 Cấu hình lập trình mạng 24 2.2.1 Cấu hình 24 2.2.2 Lập trình mạng 29 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CẤU HÌNH, LẬP TRÌNH TTCN CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG 34 3.1 Cấu trúc, sơ đồ khối trạm hệ thống mạng 34 3.2 Lựa chọn thành phần thiết bị, Module cho hệ thống mạng 34 3.2.1 Module PLC HMI 34 3.2.2 Cáp kết nối mạng 34 3.2.3 Jack kết nối .35 3.3 Cấu hình hệ thống mạng 36 3.4 Sơ đồ dây 38 3.5 Lập trình trao đổi dữ liệu mạng 38 KẾT QUẢ 49 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 52 Kết luận 52 Hướng phát triển thiết bị .52 THÔNG TIN KẾT QUẢ BÀI TẬP THIẾT KẾ MƠN HỌC Thơng tin chung Tên đề tài: “Thiết kế hệ thống mạng công nghiệp điều khiển, giám sát cụm đèn giao thông toàn tuyến phố Trần Duy Hưng” Sinh viên thực hiện: Cao Thị Mỹ Linh Lớp: Tự động hóa I – Khoa: Điện – Điện Tử Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trịnh Lương Miên Mục tiêu Xây dựng hệ thống mạng công nghiệp điều khiển, giám sát cụm đèn giao thơng Tính tốn, lựa chọn mạng, thiết bị điều khiển, đấu nối cho toàn hệ thống Thiết kế mơ tồn hệ thống HMI, truyền dữ liệu giữa Module điều khiển Kết nghiên cứu: Đã biết áp dụng kiến thức học từ môn học để xây dựng hệ thống giám sát, điều khiển đèn giao thơng tồn tuyến phố Trần Duy Hưng Đã biết tính tốn, chọn lựa mạng truyền thông phù hợp, Module điều khiển, thiết bị đấu nối, truyền thơng cho tồn hệ thống Đã lập trình hệ thống mạng để điều khiển truyền thông mô HMI cho hệ thống phần mền TIA PORTAL V16.1 Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, kĩ thuật công nghệ khả áp dụng đề tài Thay bảng mạch điện tử sử dụng điều khiển cụm đèn giao thông tuyến phố Có thể điều khiển, giám sát cụm đèn tuyến phố qua hình cảm ứng cách hiệu Ln ởn định, hoạt động linh hoạt, dễ dàng sữa chữa, cài đặt bảo trì bảo dưỡng TỔNG QUAN TÌNH HÌNH VỀ BÀI TẬP THIẾT KẾ MƠN HỌC Đối với hệ thống điều khiển tự động hóa ngày nay, việc truyền thơng giữa thiết bị đóng vai trị vơ quan trọng, giúp cơng ty có thể giải tốn điều khiển, giám sát từ xa thay phương pháp thủ công, hiệu Với đề tài “Thiết kế hệ thống mạng công nghiệp điều khiển, giám sát cụm đèn giao thơng tồn tuyến phố Trần Duy Hưng” giúp cho tồn hệ thống đèn tín hiệu tuyến phố hoạt động ởn định, xác có thể tự động sửa lỗi, chuyển sang phương án dự phòng gặp lỗi Việc thiết kế hệ thống mạng công nghiệp điều khiển, giám sát cụm đèn giao thơng có thể giúp cho Ban quản lý hạ tầng giao thơng đường kiểm sốt cụm đèn tuyến phố qua hình HMI cài đặt thời gian tín hiệu đèn, điều khiển, bảo trì, bảo dưỡng dễ dàng, linh hoạt LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Sự phát triển nhanh chóng kinh tế lượng dân cư đông đúc Nhu cầu lại, vận chuyển tăng lên nhanh chóng kèm theo tốn tắc nghẽn ùn tắc giao thông Ùn tắc giao thông gây thiệt hại không nhỏ cho phát triển kinh tế quốc gia, giảm hiệu suất lao động tăng chi phí khơng cần thiết q trình sản x́t Trong bối cảnh kinh tế lạm phát khó khăn nay, lãng phí giao thơng lại đặt thêm gánh nặng đời sống kinh tế người dân Nguyên nhân vấn đề phần sở hạ tầng chưa đáp ứng nhu cầu lưu thông nay, phần việc phân chia, định thời gian hệ thống đèn giao thông giao lộ chưa hợp lý khiến cho số lượng phương tiện giao thông bị ùn tắc theo thời gian rồi dẫn đến tắc nghẽn giao thơng Qua thực trạng đó, nhóm muốn xây dựng hệ thống điều thiết giao thông tự động, phân luồng trực tiếp hiệu phần giảm bớt tình trạng ùn tắc giao thơng Đờng thời tiêu tiếp cận, bổ sung kiến thức mới, củng cố lại những kỹ kiến thức suốt q trình học tập trường Do đó, em thực chọn đề tài “Thiết kế hệ thống mạng công nghiệp điều khiển, giám sát cụm đèn giao thông tồn tuyến phố Trần Duy Hưng” để có thể giải toán nan giải việc điều khiển, giám sát hệ thống tín hiệu đèn lưu lượng lại cao điểm Cũng từ đề tài, có thể giúp chúng em đánh giá khả tích lũy kiến thức từ mơn học áp dụng kiến thức vào thực tế, nắm vững kiến thức chuyên ngành, áp dụng linh hoạt vào công việc sau PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Khảo sát tuyến phố lưu lượng giao thông tuyến phố Trần Duy Hưng Xây dựng giải pháp, phát thảo nội dung thiết kế cho tồn hệ thống Tính tốn lựa chọn mạng truyền thông, thiết bị đấu nối, module điều khiển, giám sát cho toàn hệ thống Thiết kế Topoloy mạng, cài đặt cấu hình mạng lập trình chương trình điều khiển, giám sát cho toàn hệ thống phần mềm TIA PORTAL V16.1 Kiểm tra, tinh chỉnh hồn thiện mơ hệ thống Thực báo cáo ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Hệ thống đèn tín hiệu giao thông tuyến phố Trần Duy Hưng Mạng truyền thông công nghiệp, Module điều khiển, thiết bị truyền dẫn Hệ giám sát SCADA, mô HMI CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG TRÊN TUYẾN PHỐ TRẦN DUY HƯNG VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP THIẾT KẾ MẠNG 1.1 Sơ lược hệ thống tín hiệu đèn giao thơng tuyến phố Trần Duy Hưng 1.1.1 Khảo sát tuyến phố Trần Duy Hưng − Trên đồ địa lý Thành phố Hà Nội, phố Trần Duy Hưng có chiều dài khoảng 1,6km phía Đơng Nam thuộc phường Trung Hồ, quận Cầu Giấy Đường Trần Duy Hưng phần nút giao bốn đường lớn Phía Đơng Bắc giáp với phố Đường Láng đường Nguyễn Chí Thanh Cịn phía Tây Nam giao với hai tuyến phố Kh́t Duy Tiến phố Phạm Hùng − Ngoài ra, phố Trần Duy Hưng cắt ngang phố khác đờ phố Trung Kính, phố Hồng Minh Giám Mặt khác, cịn biết đến cửa ngõ thênh thang, nối từ cửa ngõ phía Tây đại lộ Láng - Hòa Lạc − Khu vực phố Trần Duy Hưng thuộc quận Cầu Giấy nơi hội tụ nhiều địa danh công trình lớn Thành phố Hà Nội Tiêu biểu Trung tâm hội nghị quốc gia, Siêu thị Big C, Sân vận động Quốc gia Mỹ Đình số cơng trình khác − Chính thế, tuyến phố Trần Duy Hưng có lưu lượng phương tiện di chủn đơng đúc, tấp nập thường có tượng ùn tắc kéo dài vào thời gian cao điểm Để giải toán ùn tắc điều khiển lưu lượng xe cộ lại, Ban quản lý hạ tầng đường Thành phố Hà Nội lắp đặt nút đèn tín hiệu giao thơng bao gờm ngã tư ngã ba tồn tuyến phố: • Nút 1: Nút giao thông Trần Duy Hưng - Đường Láng • Nút 2: Nút giao thông Trần Duy Hưng - Hồng Đạo Thúy • Nút 3: Nút giao thơng Trần Duy Hưng - Nguyễn Chánh & Hồng Minh Giám • Nút 4: Nút giao thông Trần Duy Hưng – Khuất Duy Tiến & Phạm Hùng 1.1.2 Cơ chế hoạt động nút tín hiệu đèn tuyến phố STT Chiều dài từ nút giao thông Khoảng cách L (m) Nút 1-Nút 740 Nút 2-Nút 440 Nút 3-Nút 437 Nút 1- Nút 1617 ❖ Cấu tạo hệ thống đèn giao thông: Hệ thống đèn giao thông đèn điều khiển giao thơng gờm hai cột đèn lắp đặt hai đầu hai đường khác ngã tư Mỗi cột đèn gờm đèn đèn gờm: đèn xanh, đèn đỏ đèn đỏ; đèn phụ đèn dùng điều khiển đường dành cho người bộ: đèn xanh người đèn đỏ người Ngoài ra, hệ thống đèn có tủ điều khiển từ phát tín hiệu điều khiển đèn Hiện nay, người ta thường sử dụng Board mạch Vi xử lý Role để điều khiển tín hiệu đèn giao thông ❖ Cơ chế hoạt động đèn giao thông: Cơ chế hoạt động đèn giao thông thật rất đơn giản: Khi đèn xanh đường 1(đx1) bật sáng thì lúc đèn đỏ đường (đđ2), đèn đỏ cho người đường 1(đđn1), đèn xanh người đường (đxn2) bật sáng Sau khoảng thời gian nhất định, đèn xanh đường 1(đx1) tắt, đèn vàng 1(đv1) bật lên Khi đèn vàng 1(đv1) tắt đèn đỏ đường (đđ2), đèn đỏ cho người đường 1(đđn1), đèn xanh người đường (đxn2) tắt lúc đèn xanh (đx2), đèn đỏ 1(đđ1), đèn đỏ cho người 2(đđn2), đèn xanh cho người 1(đxn1) bật sáng Sau chu kì lặp lại 1.2 Đánh giá lựa chọn giải pháp Mạng cho hệ thống 1.2.1 Lựa chọn giải pháp mạng Như phần khảo sát tuyến đường Trần Duy Hưng, ta nhận thấy tuyến đường có chiều dài khoảng 1,6km bao gờm nút tín hiệu đèn giao thơng Để có thể đáp ứng hiệu trình điều khiển giám sát hệ thống tín hiệu tồn tuyến đường, chúng em xin lựa chọn sử dụng mạng truyền thông Frofinet lý sau : 10 − Mạng Profinet bốn giao thức mạng Industrial Ethernet mà chúng em tìm hiểu nghiên cứu trình học môn Mạng truyền thông công nghiệp − Do mạng Frofinet không quy định giới hạn số lượng trạm tối đa Số trạm phụ thuộc nhiều vào cấu trúc mạng, cáp truyền, đặc tính điện học thu phát Chiều dài mạng có thể mở rộng 150km cáp quang 5km cắp xoắn phù hợp với chiều dài tuyến đường Trần Duy Hưng 1,6km với số nút giao có − Mạng Frofinet hồn tồn sử dụng tất khả ưu việt Ethernet Frofibus công nghiệp cung cấp : chạy chế độ Full – duplex, truyền thông I/O tốc độ cao, an tồn dữ liệu hỗ trợ ch̉n đốn 1.2.2 Đánh giá mạng PROFINET ❖ Khái niệm mạng FROFINET Profinet (thường viết thành PROFINET, từ viết tắt Process Field Net) tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp để truyền dữ liệu qua Ethernet công nghiệp, thiết kế để thu thập dữ liệu từ điều khiển thiết bị hệ thống công nghiệp, với sức mạnh đặc biệt việc cung cấp dữ liệu theo hạn chế thời gian chặt chẽ (theo thứ tự 1ms trở xuống) Tiêu chuẩn PROFIBUS & PROFINET International (PI), tở chức có trụ sở Karlsruhe, Đức trì hỗ trợ 38 3.4 Sơ đồ dây 3.5 Lập trình trao đổi dữ liệu mạng ❖ Lập trình chương trình PLC Master: 39 40 41 42 43 44 45 ❖ Chương trình PLC Slave: 46 47 48 49 KẾT QUẢ 50 51 52 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Ưu điểm: - Thiết bị nhỏ gọn, dễ nắp đặt, sửa chữa cho người sử dụng - Chi phí thấp, t̉i thọ cao, thơng minh, đại - Có nhiều chức xử lý linh hoạt yêu cầu thực tế Ví dụ như: o Màn hình cảm ứng, xem hoạt động chạm hình o Thay đởi trực tiếp, khơng cần phím bấm o Có thể tự kết nối, chuyển sang chế độ dự phịng có lỗi Khuyết điểm: - Dữ liệu truyền xa bị sụt giảm, cần Repeater để khuếch đại tín hiệu - Cần bảo vệ trạm điều khiển môi trường, hình HMI, … Hướng phát triển thiết bị - Có thể sử dụng với nhiều loại mạng khác Modbus, CAN, Profibus, - Có thể tăng khoảng cách dây cáp cặp xoắn dây đờng - Có thể đưa dữ liệu lên đám mây, điều khiển từ xa IoT qua điện thoại Web ... phương pháp thủ công, hiệu Với đề tài ? ?Thiết kế hệ thống mạng công nghiệp điều khiển, giám sát cụm đèn giao thơng tồn tuyến phố Trần Duy Hưng? ?? giúp cho toàn hệ thống đèn tín hiệu tuyến phố hoạt động... QUAN HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG TRÊN TUYẾN PHỐ TRẦN DUY HƯNG VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP THIẾT KẾ MẠNG 1.1 Sơ lược hệ thống tín hiệu đèn giao thơng tuyến phố Trần Duy Hưng 1.1.1 Khảo sát tuyến. .. TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG TRÊN TUYẾN PHỐ TRẦN DUY HƯNG VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP THIẾT KẾ MẠNG 1.1 Sơ lược hệ thống tín hiệu đèn giao thông tuyến phố Trần Duy Hưng