Hiện nay, tình hình giao thông ở Việt Nam ngày một nghiêm trọng do tình trạng kẹt xe liên tục diễn ra trên các tuyến đường lớn và nhỏ, ngã tư,.. đặt biệt là vào khung giờ cao điểm, chúng ta có thể thấy hầu hết các cột đèn giao thông đều được chỉnh theo một số giây hay phút cố định nào đó và dẫn đến khi lưu thông trên các tuyến đường, dù tuyến đường đó đông hay không đông thì đèn giao thông vẫn chạy theo số giây đã được cài đặt sẵn, không có sự thay đổi dẫn đến vấn đề ùn tắc diễn ra liên tục. Và khi nhận thấy đƣợc vấn đề này, nhóm em đã nghiên cứu và chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế mô hình điều khiển giao thông theo làn sóng xanh sử dụng bộ điều khiển PLC” Đề tài này cũng không quá xa lạ với mọi ngƣời, nhƣng đến với đề tài này nhóm chúng em muốn hướng đến là một mô hình đèn giao thông có đầy đủ các số các chế độ để có thể tối ưu, bao gồm chế độ ưu tiện dọc, ưu tiên ngang, chế độ hoạt động theo thời gian thực và tạo ra giao diện Wincc có thể giám sát, điều khiển và điều chỉnh thời gian đơn giản hơn. Đề tài này giúp chúng em hiểu rõ hơn về PLC, đồng thời tích lũy thêm nhiều kiến thức mới. Đặc biệt là những kinh nghiệm trong quá trình lắp mạch, nhóm được cọ xát nhiều hơn, tiếp xúc thực tế công việc bên ngoài nhiều hơn về cách lắp đặt và đi dây thiết bị. Thực tế song do thời gian và kiến thức có hạn, nên đề tài còn nhiều điểm thiếu sót. Nhóm rất mong nhận đƣợc sự góp ý của các thầy cô để có thể năng cao chất lượng của đề tài và phát triển hơn. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ PLC S71200 chương iii. thiết kế mô hình đèn giao thông theo làn sóng xanh sử dụng bộ điều khiển plc
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐK&TĐH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Hà Nội, ngày…… tháng…02….năm 2022 ĐỀ CƯƠNG ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC Họ tên sinh viên : …………………………… Mã sinh viên: Lớp:……………………………………………… Khóa: Ngành: Công nghệ kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Chun ngành Cơng nghệ kỹ thuật điều khiển Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế mơ hình điều khiển giao thơng theo sóng xanh sử dụng điều khiển PLC Lý chọn đề tài (nếu có khơng q ½ trang) Nội dung, nhiệm vụ nghiên cứu (không trang, không chi tiết) Tài liệu tham khảo dự kiến Ngày giao đề tài: Ngày……… tháng………năm 2022 Ngày nộp quyển: Ngày 15 tháng 02 năm 2023 Phụ Trách Khoa Giảng viên hướng dẫn LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, tình hình giao thông Việt Nam ngày nghiêm trọng tình trạng kẹt xe liên tục diễn tuyến đường lớn nhỏ, ngã tư, đặt biệt vào khung cao điểm, thấy hầu hết cột đèn giao thông chỉnh theo số giây hay phút cố định dẫn đến lưu thông tuyến đường, dù tuyến đường đơng hay khơng đơng đèn giao thông chạy theo số giây cài đặt sẵn, khơng có thay đổi dẫn đến vấn đề ùn tắc diễn liên tục Và nhận thấy đƣợc vấn đề này, nhóm em nghiên cứu chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế mơ hình điều khiển giao thơng theo sóng xanh sử dụng điều khiển PLC” Đề tài không xa lạ với ngƣời, nhƣng đến với đề tài nhóm chúng em muốn hướng đến mơ hình đèn giao thơng có đầy đủ số chế độ để tối ưu, bao gồm chế độ ưu tiện dọc, ưu tiên ngang, chế độ hoạt động theo thời gian thực tạo giao diện Wincc giám sát, điều khiển điều chỉnh thời gian đơn giản Đề tài giúp chúng em hiểu rõ PLC, đồng thời tích lũy thêm nhiều kiến thức Đặc biệt kinh nghiệm q trình lắp mạch, nhóm cọ xát nhiều hơn, tiếp xúc thực tế cơng việc bên ngồi nhiều cách lắp đặt dây thiết bị Thực tế song thời gian kiến thức có hạn, nên đề tài cịn nhiều điểm thiếu sót Nhóm mong nhận đƣợc góp ý thầy để cao chất lượng đề tài phát triển Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày tháng 02 năm 2023 Sinh viên thực MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu đề tài nghiên cứu 1.1.1 Khái quát định nghĩa hệ thống đèn giao thông 1.1.2 Một số phương pháp điều khiển 1.2 Mục đích nghiên cứu .9 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu 10 1.4 Phương pháp nghiên cứu 10 1.5 Các kết đạt sau nghiên cứu 11 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 12 2.1 Giới thiệu chung S7-1200 12 2.1.1 Tổng quan 12 2.1.2 Phân loại 13 2.2 Cấu trúc s7-1200 14 2.3 Các lệnh lập trình S7-1200 17 2.3.1 Các lệnh bit 17 2.3.2 Bộ định thời (Timer) 20 2.3.3 Lệnh đếm (Counter) 25 2.3.4 Lệnh so sánh 29 2.3.5 Lệnh toán học 29 2.3.6 Nhóm lệnh chuyển đổi .31 2.4 Kết nối PLC S7-1200 (PROFINET) .33 2.4.1 Khái niệm chung 33 2.4.2 Truyền thông với thiết bị lập trình 35 2.4.3 Giao tiếp HMI- PLC 36 2.4.4 Giao tiếp PLC với PLC 36 2.5 Đặc điểm PLC S7-1200 vượt trội PLC S7-200 38 2.5.1 Phần cứng 38 2.5.2 Về truyền thông 39 2.5.3 Đặc tính kỹ thuật 41 2.5.4 Vùng nhớ vùng làm việc .41 2.5.5 Cấu trúc chương trình 41 2.5.6 Cấu trúc ngắt .42 2.6 Phần mềm .42 2.6.1 TIA Professional ( TIA) .42 2.6.2 Giới thiệu SIMATIC Win CC Professional Runtime 47 CHƯƠNG III THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐÈN GIAO THƠNG THEO LÀN SĨNG XANH SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC……………………………………………………… 56 3.1 Tính tốn thiết kế phần cứng 51 3.1.1 Relay trung gian 51 3.1.2 Chọn áp tô mát 51 3.1.3 Chọn nút ấn .52 3.1.4 Đèn báo 24VDC 53 3.2 Thiết kế phần mềm 54 3.2.1 Mô tả hoạt động 54 3.2.2 Sơ đồ hệ thống 54 3.2.3 Thuật toán điều khiển 55 3.2.4 Chương trình điều khiển 57 3.3 Chạy thử hiệu chỉnh 57 3.3.1 Kết chạy mơ hình 57 KẾT LUẬN .63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 DANH MỤC BẢNG BIỂ Bảng : Đặc điểm PLC S7-1200 14 Bảng 2 : Các thông số lệnh .20 Bảng : Bảng thông số 21 Bảng 4: Bảng thông số 22 Bảng : Bảng thông số 23 Bảng 6: Bảng thông số 24 Bảng 7: Bảng thông số 25 Bảng : Bảng thông số 26 Bảng : Bảng thông số 27 Bảng 10 : Bảng thông số CTRL_HSC 28 Bảng 11 : Các thông số 29 Bảng 12 : Thông số lệnh 30 Bảng 13 : Thông số lệnh 30 Bảng 14: Thông số lệnh 31 Bảng 16 : Các thông số 33 Bảng 17 : Điều kiện mã 33 Bảng 18 : Giao thức Ethernet 37 Bảng 19: Bảng tín so sánh tín hiệu I/O S7-1200 với S7-200 39 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.2 Phương pháp mơ hình hố, nguồn internet 11 Hình : Hình dáng bên PLC S7-1200 12 Hình 2: Cấu trúc bên ngồi s7-1200 CPU 1212C .15 Hình : Cấu trúc bên PLC 16 Hình : Sơ đồ đấu dây PLC S7-1200 .16 Hình : Hình thể trạng thái ON/OFF NO CO Ladder (LAD) 18 Hình : Lệnh đảo 19 Hình : Lệnh lấy vi phân sườn lên lấy vi phân sườn xuống 19 Hình 2.8: Lệnh xuất đầu 19 Hình 2.9: Lệnh SET/RESET .20 Hình 2.10: Lệnh Timer TP 20 Hình 11 : Giản đồ định xung 21 Hình 2.12: Lệnh TON 21 Hình 13: Giản đồ định ON-delay 22 Hình 2.14: Lệnh TOF 22 Hình 15: Giản đồ định OFF-delay .23 Hình 2.16: Lệnh TONR 24 Hình 17 : Giản đồ định có nhớ ON-delay 24 Hình 2.18: Lệnh CTU 25 Hình : Biểu đồ thời gian CTU 25 Hình 2.20: Lệnh CTD 26 Hình : Giản đồ thời gian CTD 26 Hình : Lệnh CTUD 27 Hình 23: Giản đồ thời gian CTUD 27 Hình 2.24: Lệnh CTRL_HSC .28 Hình 2.25: Lệnh so sánh .29 Hình 2.26: Lệnh ADD 29 Hình 2.27: Lệnh MUL 30 Hình 2.28: Lệnh MOD 31 Hình 2.29: Lệnh CONV 32 Bảng 15 : Thông số lệnh 32 Hình 2.30: Lệnh ROUND/TRUNC .32 Hình 2.31: Các cấu trúc kết nối PLC với thiết bị khác 34 Hình 32: Kết nối CPU với máy tính 35 Hình 33: Kết nối HMI với PLC S7-1200 36 Hình 34: Kết nối PLC với PLC .36 Hình 35: Hình so sánh khả mở rộng modul S7-1200 với S7-200 .39 Hình 36: Các kết truyền thông PLC S7-1200 40 Hình 37 : Hình so sánh nhớ S7-200 S7-1200 41 Hình 38: Hình mơ tả chương trình S7-200 S7-1200 41 Hình 39: Hình mơ tả cấu trúc ngắt S7-200 S7-1200 42 Hình 40: Biểu tượng phần mềm 43 Hình 41: Màn hình khởi động 43 Hình 42: Tạo Project .44 Hình 43: Cấu hình thiết bị cho dự án 44 Hình 2.44: Lựa chọn thiết bị PLC cần dùng cho dự án 45 Hình 45: Cấu hình IP cho PLC 45 Hình 46: Cửa sổ lập trình 46 Hình 48: Thêm chương trình khối liệu 47 Hình 49: Chọn PC System 49 Hình 50: Cấu hình cho trạm PC Station 49 Hình 51: Cấu hình mạng cho trạm PC Station 50 Hình 52: Giao diện hình thiết kế WinCC 50 Hình 3.1 MY4ZN-D2 +PYF14A 51 Hình 3.2 áp tơ mát pha hai cực 32A .52 Hình 3.3 Nút nhấn nhả 52 Hình 3.4: Đèn báo 24VDC 53 Hình 3.5: Sơ đồ khối hệ thống 54 Hình 3.6: Lưu đồ thuật tốn chọn khung hoạt động 56 Hình 7: Lưu đồ thuật toán hệ thống 56 Hình 3.9: Bảng tag PLC 57 Hình 3.10: Tủ điều khiển mơ hình ngã tư theo ngun lý sóng xanh 59 Hình 3.11: Mơ hình đèn giao thông thời gian thực Giao diện WinCC hệ thống sóng xanh 61 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1.1 Khái quát định nghĩa hệ thống đèn giao thông a Khái niệm: Đèn giao thơng (cịn gọi tên khác hệ thống đèn tín hiệu giao thơng, đèn điều khiển giao thông, hay đèn xanh đèn đỏ) thiết bị dùng để điều khiển giao thông giao lộ có lượng phương tiện lưu thơng lớn (thường ngã ba, ngã tư đông xe qua lại) Đây thiết bị quan trọng an tồn cho phương tiện mà cịn giúp giảm ùn tắc giao thơng vào cao điểm Nó lắp tâm giao lộ vỉa hè Đèn tín hiệu giao thơng hoạt động tự động hay cảnh sát giao thông điều khiển b Lịch sử Chỉ dành cho tàu hỏa Ra đời trước ô tô, đèn tín hiệu ban đầu dành cho tàu hỏa Lúc đầu, thắp sáng khí gas Sau 43 năm chúng chạy điện cần người điều khiển hoàn toàn tự động vào năm 1950 Ban đầu tín hiệu giao thơng chưa có đèn vàng thay cịi hú vang cần Lịch sử đèn tín hiệu có từ tháng 10 năm 1868, người ta đặt hệ thống đèn bên tịa nhà quốc hội Anh Ln Đơn Chúng lắp để báo hiệu cho đoàn tàu ngang qua Trên cột hình khuỷu tay có hai đèn: màu đỏ màu xanh dùng cho ban đêm Đèn đỏ nghĩa dừng lại đèn xanh ý Tháng năm 1914, công ty tín hiệu giao thơng đời Mỹ chịu trách nhiệm lắp đèn ngã tư bang Ohio Điều đặc biệt đèn tín hiệu chưa có đèn vàng nên chuyển trạng thái, cảnh sát lại bấm còi hú vang báo cho lái xe biết Đèn tín hiệu màu (Từ năm 1920 đến nay) Đến năm 1920, đèn tín hiệu có đủ ba màu: đỏ, vàng, xanh; sĩ quan cảnh sát Williams Posst, sống thành phố Detroit sáng chế Năm 1923, Gerrette Morgan nhận phát minh đèn tín hiệu giao thơng, ông người trực tiếp làm nên cách mạng đèn tín hiệu đại 4.0 Nguyên nhân dẫn tới phát minh Morgan tình trạng tai nạn xảy nhiều đường phố Mỹ năm Ơng thấy cần có tiêu chuẩn thống để hệ thống tín hiệu sẵn có hoạt động hiệu Sau nhiều năm nghiên cứu, Morgan thiết kế cột đèn hình chữ T Trong tín hiệu như: "dừng lại", "đi" "dừng lại tất hướng" Khi đèn báo "dừng lại hướng", người phép băng qua đường Sau năm 1923, hệ thống phải có người vận hành Tính riêng thành phố Việt Nam, 100 cảnh sát phải làm việc 16 hàng ngày tổng tiền lương 250.000 USD năm Do khó khăn nói trên, kỹ sư lệnh thiết lập phát triển hệ thống đèn hoạt động tự động Tuy nhiên gần 20 năm sau, ước mơ cảnh sát trở thành thực Năm 1950, đèn tín hiệu xanh đỏ sử dụng rộng rãi Canada phát triển nhanh chóng giới Ngày nay, hệ thống đèn tín hiệu đại nhiều, có tính đặc biệt chụp hình xe vượt đèn đỏ Bên cạnh nhiều nước phát minh thú vị đèn chế độ Anh, New Zeland, Phần Lan v.v Đèn từ đỏ chuyển sang đỏ vàng đến xanh lại vàng Trạng thái đỏ vàng báo cho lái xe biết đèn xanh sáng lên khoảng thời gian ngắn [1] Hiện nay, số nước giới xuất đèn tín hiệu giao thơng có khả "biết đếm" [2] c Các loại đèn giao thông ý nghĩa Loại màu (dành cho xe cộ) Loại màu có kiểu: xanh, vàng, đỏ Tác dụng sau: Đỏ: Khi gặp đèn đỏ, tất phương tiện lưu thông phải dừng lại phía trước vạch dừng (trừ trường hợp xe rẽ phải (với quốc gia lưu thông bên phải) rẽ trái (với quốc gia lưu thông bên trái) thẳng ngã ba theo đèn báo biển báo rẽ phải (với quốc gia lưu thông bên phải) rẽ trái (với quốc gia lưu thông bên trái) thẳng xe quyền ưu tiên làm nhiệm vụ) Tuy nhiên, số quốc gia, với trường hợp xe rẽ phải (với quốc gia lưu thông bên phải) rẽ trái (với quốc gia lưu thông bên trái) thẳng ngã ba theo đèn báo biển báo rẽ phải (với quốc gia lưu thông bên phải) rẽ trái (với quốc gia lưu thông bên trái) thẳng xe quyền ưu tiên làm nhiệm vụ hướng bị ùn tắc, trường hợp nói phải dừng lại (giống thể đèn xanh mà hướng định tới bị ùn tắc phải dừng lại) Xanh: Khi gặp đèn xanh, tất phương tiện phép Ở số quốc gia, tín hiệu đèn xanh báo hiệu đi, trừ hướng định tới bị ùn tắc tiến vào nút giao khơng kịp khỏi nút giao trước đèn chuyển màu Vàng: Đèn vàng dấu hiệu chuyển đổi tín hiệu từ xanh sang đỏ Khi đèn vàng bật sau đèn xanh nghĩa chuẩn bị dừng, phương tiện phải dừng lại trước vạch dừng tiếp đèn đỏ sáng, trường hợp vượt vạch dừng dừng gây nguy hiểm tiếp phải nhanh chóng cho xe rời khỏi giao lộ Nếu đèn vàng bật sau đèn đỏ có nghĩa chuẩn bị đi, người lái xe trước chuẩn bị để tiếp đèn xanh sáng Thơng thường đèn xanh bật sau đèn đỏ Ở số quốc gia Đức cịn có tín hiệu đèn vàng đỏ bật lúc để thông báo cho người điều khiển phương tiện biết sẵn sàng nhấn ga để chạy đèn bắt đầu xanh Nếu đèn vàng nhấp nháy tất hướng (hoặc không hoạt động) có nghĩa người lái xe phải giảm tốc độ, ý quan sát, nhường đường cho người qua đường phương tiện khác Ở Việt Nam, thường đèn chuyển sang