(Tiểu luận) lắp đặt mô hình tủ điện điều khiển hệ thống đèn giao thông sử dụng plc siemens điều khiển 3 chế độ giờ cao điểm, giờ bình thƣờng

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP BẮC NINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ -oOo - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: LẮP ĐẶT MƠ HÌNH TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG SỬ DỤNG PLC SIEMENS ĐIỀU KHIỂN CHẾ ĐỘ: GIỜ CAO ĐIỂM, GIỜ BÌNH THƢỜNG, GIỜ THẤP ĐIỂM THEO THỜI GIAN THỰC Giảng viên hướng dẫn: Lê Thị Hiền Sinh viên thực hiện: Đào Thị Lanh 2.Nguyễn Tuấn Minh MSSV: 2006020066 MSSV: 2006020075 Nguyễn Văn Nam MSSV:2006020125 Tống Văn Giang MSSV: 2006020034 Ngơ Thị Trà MSSV: 2006020105 KHĨA: 2020-2023 NGÀNH: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Bắc Ninh, năm 2023 LỜI CẢM ƠN Sau trình học tập rèn luyện nghiêm túc Khoa Điện - Điện tử trường Cao Đẳng Công Nghiệp Bắc Ninh với hướng dẫn đơn đốc tận tình Cơ giáo LÊ THỊ HIỀN, chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Cao Đẳng Chúng em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến cô LÊ THỊ HIỀN, người động viên giúp đỡ chúng em nhiều mặt tinh thần kiến thức để chúng em vượt qua ngày tháng khó khăn tìm tịi hiểu biết lĩnh vực để cuối hoàn thành đồ án tốt nghiệp ngày hôm Một lần xin gửi lời cảm ơn đến cô, chúc ln khỏe mạnh có tháng năm công tác tốt cô mong đợi Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy cô môn Điện Tử Công Nghiệp thầy cô Khoa Điện – Điện Tử người dìu dắt chúng em, cho chúng em kiến thức chuyên ngành kinh nghiệm quý báu để với nỗ lực nhóm hồn thành đồ án tốt nghiệp ngày hôm Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình , bạn bè tất người thân tạo điều kiện giúp đỡ chúng em nhiều để nhóm có kết đồ án ngày hơm Chúng em xin chân thành cảm ơn! TÓM TẮT Trong năm gần với phát triển kinh tế tốc độ gia tăng không ngừng loại phương tiện giao thông Sự phát triển nhanh chóng phương tiện giao thơng dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thơng xảy thường xuyên Vấn đề đặt đảm bảo giao thông thông suốt sử dụng đèn điều khiển giao thông ngã tư, nơi giao đường giải pháp Để viết chương trình điều khiển đèn giao thơng ta viết nhiều hệ ngơn ngữ khác Nhưng với ưu điểm vượt trội PLC S7300 như: Giá thành hạ, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt…nên nhóm sinh viên chúng em chọn hệ thống điều khiển lập trình PLC ( Programmble Logic Control ) với ngơn ngữ lập trình S7-300 để viết chương trình điều khiển đèn giao thơng Xuất phát từ nhu cầu thực tế ham muốn hiểu biết lĩnh vực chúng em chọn đề tài làm đồ án môn : “LẮP ĐẶT MƠ HÌNH TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG SỬ DỤNG PLC SIEMENS ĐIỀU KHIÊN CHẾ ĐỘ: GIỜ CAO ĐIỂM,GIỜ BÌNH THƯỜNG, GIỜ THẤP ĐIỂM THEO THỜI GIAN THỰC” Mục đích đề tài muốn hiểu biết thiết bị tự động hóa,các giải pháp tự động hóa tích hợp tồn diện thông qua PLC S7-300 quan trọng ứng dụng PLC sống ( Điều khiển đèn giao thơng , tự động hóa lĩnh vực ngành sản xuất ) Báo cáo đề tài gồm phần : Chương 1: Tổng quan PLC Siemens Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế lắp đặt mơ hình tủ điện hệ thống đèn giao thông Chương 4: Kết luận kiến nghị MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài/ Lý chọn đề tài: Mục đích nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu: Phƣơng pháp nghiên cứu: DANH MỤC SƠ ĐỒ HÌNH VẼ BẢNG BIỂU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC SIEMENS 1.1 Tổng quan PLC 1.1.1 Lịch sử phát triển PLC: 1.1.2 Khái niệm PLC: 1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động PLC 10 1.3 Các dòng PLC hãng Siemens 13 1.3.1 PLC S7-200 13 1.3.2 PLC S7-300 15 1.3.3 PLC S7-1200 17 1.3.4 PLC S7-1500 19 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 22 2.1 Cấu trúc hoạt động hệ thống 22 2.2 Thiết bị điều khiển sử dụng mơ hình 22 2.2.1 Khối nguồn 22 2.2.2 PLC S7 300 CPU313C 23 2.2.3.Các thiết bị phụ trợ kèm 25 2.2.4 Phần mềm TIA Portal V16 31 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT MƠ HÌNH TỦ ĐIỆN HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THƠNG 35 3.1.Thuật toán điều khiển 35 3.1.1 Quy trình cơng nghệ 35 3.1.2 Giản đồ mô tả thời gian đèn sáng 37 3.2 Thi cơng mơ hình .39 3.2.1 Danh sách thiết bị sử dụng mơ hình: 39 3.2.2 Sơ đồ nối dây thiết bị 39 3.2.3.Thi cơng mơ hình 40 3.2.4.Bảng gán địa 41 3.2.5 Chƣơng trình điều khiển .41 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ NGHỊ KIẾN .50 4.1 Kết luận 50 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài/ Lý chọn đề tài: Ngày nay,với đời thiết bị tự động hóa Những thành tựu cơng nghệ điều khiển tự động có phép người ta tích hợp hệ thống có giải pháp kỹ thuật linh hoạt, tối ưu tự động hóa hồn tồn Trong tất lĩnh vực kinh tế, trị, văn hóa, xã hội…Tự động hóa dần khẳng định vai trò quan trọng tất yếu Sự phát triển tồn diện xã hội song hành với phát triển khoa học công nghệ Giao thông vấn đề quan trọng xã hội việc giải vấn đề giao thông công việc mà toàn xã hội phải quan tâm Hiện giao lộ, ngã ba, ngã tư…rất đông người qua lại nên vấn đề ùn tắc giao thông tránh khỏi, chí xảy nạn người qua đường khơng có ý thức loại xe tranh qua đường mà không chấp hành luật lệ giao thông Để giảm bớt tai nạn tượng ùn tắc phải có Cảnh sát giao thơng túc trực làm nhiện vụ phân luồng điều tiết giao thông, đặc biệt cao điểm Nhưng cảnh sát giao thơng khơng cịn nhiệm vụ tình trạng ùn tắc tiếp tục xảy ra, lại hệ thống đường Việt Nam phức tạp nên phải cần số lượng lớn cảnh sát giao thông giao lộ, ngã ba, ngã tư… Vì phải tốn nhiều chi phí cho vấn đề Chính điều mang lại hiệu kinh tế không cao không văn minh Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn nên việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo chốt đèn giao thông tự động cần thiết hữa ích Mạch đèn giao thơng trơng khơng có lơi hay đẹp cơng dụng thiết thực phải công nhận Với mật độ cư dân đông đường xá nước ta chưa cải thiện đóng vai trị điều tiết giao thơng, giảm ách tắc, tai nạn Đó cơng dụng trực tiếp cịn cơng dụng gián tiếp ? Có nhiều chương trình để sử dụng cho hệ thống đèn giao thông chẳng hạn : dùng vi xử lí, dùng IC kỹ thuật số, dùng PLC… Sau xin trình bày phương pháp sử dụng chương trình PLC cho chốt đèn giao thơng Mục đích nghiên cứu: Là sinh viên ngành điện - điện tử từ biết PLC tạo nhiều thuận lợi để làm việc tốt Khi cịn ngồi ghế nhà trường, việc tìm hiểu, nghiên cứu để nắm vững phương pháp lập trình PLC có ý nghĩa điều kiện tốt học hỏi , tích lũy kinh nghiệm Với đề tài tốt nghiệp giúp ích cho chúng em nhiều q trình học hỏi Mục đích nghiên cứu đề làm quen với thực tế, thấy mối quan hệ lý thuyết thực tiễn Mục đích đề tài nhằm: - Tìm hiểu phần cứng phần mềm PLC - Tìm hiểu sử dụng chương trình mơ PLC - Biết cách sử dụng lệnh sử dụng chương trình PLC - Ứng dụng PLC để viết chương trình đèn giao thông cho chốt đèn giao thông Phạm vi nghiên cứu: - Chỉ tìm hiểu PLC Siemenes - Phần cứng phần mềm PLC Siemenes - Thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông - Xây dựng mô hình thực tế Phƣơng pháp nghiên cứu: - Tìm hiểu tài liệu qua tập giáo trình,sách - Nghiên cứu Internet - Nghiên cứu, học hỏi bạn bè thầy cô - Thiết kế, lắp đặt mơ hình tủ điện DANH MỤC SƠ ĐỒ HÌNH VẼ BẢNG BIỂU Hình 1.1: Các khối PLC Hình 1.2: Các khối chức đặc biệt PLC Hình 1.3: Sơ đồ ghép nối hệ điều khiển PLC Siemens Hình 1.4: Hình khối mặt trước PLC S7-200 Hình 1.5 Sơ đồ chân kết nối PLC S7-200 Hình 1.6: Tổng quan Siemens S7- 300 Hình 1.7: Sơ đồ chân kết nối PLC S7-300 Hình 1.8: PLC S7-1200 Hình 1.9: Sơ đồ chân kết nối PLCS7-1200 Hình 1.10: PLC S7-1500 Hình 1.11: Sơ đồ chân kết nối PLC S7-1500 Hình 2.1: Sơ đồ khối tín hiệu Hình 2.2: Nguồn tổ ong 24VDC Hình 2.3: PLC S7-300 CPU313C – 6ES7 313-5BG04-0AB0 Hình 2.4: Nút nhấn Hình 2.5: Cấu tạo nút nhấn thường mở Hình 2.6: Cấu tạo nút nhấn thường đóng Hình 2.7: Đèn báo tín hiệu 220VAC PHI 22 Hình 2.8: Cơng tắc vị trí Hình 2.9: Aptomat pha LS Hình 2.10: Giao diện ban đầu TIA Portal Hình 2.11: Relay 24V Hình 2.10: Đế cắm Relay Hình 3.1: Giản đồ mơ tả thời gian đèn sáng Hình 3.2: Lưu đồ thuật tốn Hình 3.3: Sơ đồ kết nối PLC Hình 3.4: Mặt ngồi cánh tủ Hình 3.5: Mặt tủ điện Hình 3.6: Chương trình điều khiển CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC SIEMENS 1.1 Tổng quan PLC 1.1.1 Lịch sử phát triển PLC: Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) sáng tạo từ ý tưởng ban đầu nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motors vào năm 1968 nhằm thay mạch điều khiển Rơle thiết bị điều khiển rời rạc cồng kềnh Đến thập niên 70, công nghệ PLC bật điều khiển theo chu kỳ theo bít tảng CPU Thiết bị AMD 2901 AMD 2903 trở nên ngày phổ biến Lúc phần cứng phát triển: nhớ lớn hơn, số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn, nhiều loại module chuyên dụng Vào năm 1976, PLC có khả điều khiển ngõ vào/ra xa kỹ thuật truyền thông, khoảng 200 mét Đến thập niên 80, nỗ lực chuẩn hoá hệ giao tiếp với giao diện tự động hoá, hãng General Motors cho đời loại PLC có kích thước giảm, lập trình biểu tượng máy tính cá nhân thay thiết bị lập trình đầu cuối chuyên dụng hay lập trình tay Đến thập niên 90, giao diện phần mềm có cấu trúc lệnh giảm cấu trúc giao diện cung cấp từ thập niên 80 đổi Cho đến loại PLC lập trình ngơn ngữ cấu trúc lệnh (STL), sơ đồ hình thang (LAD), sơ đồ khối (FBD) Hiện có nhiều hãng sản xuất PLC như: Siemens, Allen-Bradley, General Motors, Omron, Mitsubishi, Festo, LG, GE Fanuc, Modicon… PLC Siemens gồm có họ: Simatic S5, Simatic S7, Simatic S500/505 Mỗi họ PLC có nhiều phiên khác nhau, chẳng hạn như: Simatic S7 có S7-200, S7-300, S7-400… Trong loại S7 có nhiều loại CPU khác S7-300 có CPU 312, CPU 314, CPU 316, CPU 315-2DP, CPU 614… 1.1.2 Khái niệm PLC: - PLC chữ viết tắt "Programmable Logic Controller" hiểu điều khiển có khả lập trình Chương trình người lập nạp vào nhớ PLC sau PLC thực logic q trình điều khiển, PLC thực chất Modull hoá trình điều khiển thiết bị vi mạch (IC) Về mặt cấu trúc PLC thiết kế dựa ngun tắc kiến trúc máy tính Nó máy tính cơng nghiệp để thực dãy trình sản xuất thường gắn nơi sản xuất để thuận tiện cho việc vận hành theo dõi - Hiện giới PLC sản xuất đa dạng chủng loại, hãng sản xuất như: Mitsubisi, Omron, Siements, Fefaus… 1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động PLC a Cấu tạo PLC Trong hệ thống điều khiển sử dụng PLC điển hình có khối chính: - Khối tiếp nhận tín hiệu đầu vào Khối xử lý trung tâm CPU Khối xuất tín hiệu ngồi Hình 1.1: Các khối PLC - Nguồn cung cấp (Power Supply) biến đổi điện cung cấp từ bên ngồi mức thích hợp cho mạch điện tử bên PLC (thơng thường 220VAC Ỉ 5VDC 12VDC) - Phần giao diện đầu vào biến đổi đại lượng điện đầu vào thành mức tín hiệu số (digital) cấp vào cho CPU xử lý 10