đồ án 2 thiết kế tủ plc điều khiển giao thông

Trong mỗi trạng thái, một nhóm đèn giao thông được kích hoạt, cho phép luồng xe từ một hướng di chuyển.. Ví dụ, trong trạng thái 1, đèn xanh dành cho xe từ hướng A được kích hoạt, trong

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

  

BÁO CÁO ĐỒ

ộ tháng 7 năm

Ụ Ụ

I YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 3

1) Hệ thố ng giao thông 4 pha 3

2) Thông s ố kĩ thuật và mô t công ngh ả ệ 3

II LỰA CH N THI T B VÀ LINH KI Ọ Ế Ị ỆN ĐIỆN TỬ 8

1) M t t ặ ủ (lớ p cánh trong ) ở 8

2) Trong t ủ 10

III KẾT N I VÀO RA V I PLC Ố Ớ 12

1) INPUT 12

2) OUTPUT 13

IV SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY (xem chi t trong le CAD ) ế 14

1) Đấu dây cho PLC 14

2) Sơ đồ đấu dây cho Module m r ở ộng 15

V PANEL T Ủ ĐIỆ N (xem chi t trong le CAD ) ế 15

1) M ặt trướ c, h i trái và h i ph i c a t ồ ồ ả ủ ủ 15

2) M t trong t ặ ủ điện và m t sau ặ 16

VI K ẾT LUẬN 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO 17

3

I YÊU C U CÔNG NGH Ầ Ệ

Đề tài: Thiết k ế phần c ng cho t ứ ủ điều khi ển PLC điề u khi ển giao thông 4 pha 1) Hệ thống giao thông 4 pha

Điều khiển giao thông 4 pha là một phương pháp điều khiển luồng xe thông qua một ngã tư hoặc ngã ba để giảm thiểu thời gian đợi và đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông Trong hệ thống này, thời gian luân chuyển các đèn giao thông được chia thành 4 pha, mỗi pha được gọi là một trạng thái

Trong mỗi trạng thái, một nhóm đèn giao thông được kích hoạt, cho phép luồng xe từ một hướng di chuyển Ví dụ, trong trạng thái 1, đèn xanh dành cho xe từ hướng A được kích hoạt, trong khi đèn đỏ dành cho xe từ các hướng khác được bật để ngăn chặn xe đi ngang qua

Sau một khoảng thời gian nhất định, hệ thống sẽ chuyển sang trạng thái tiếp theo, cho phép luồng xe từ hướng khác di chuyển Các trạng thái được lặp lại theo một chu trình nhất định để giúp xe di chuyển thông suốt và giảm thiểu sự chờ đợi

VD :

Tại Hà Nội đèn tín hiệu 4 pha được thiết lập hai pha cho hai chiều đường Kim Mã Cầu - Giấy và Liễu Giai Nguyễn Chí Thanh, sẽ giúp các luồng phương tiện tách riêng, không - xung đột trên mặt đường Những người tham gia giao thông trên tuyến đường này khi

có đèn đỏ vẫn được phép rẽ phải tại mọi hướng

- Pha 1: Đèn xanh, chỉ dành cho các phương tiện đi thẳng theo hướng Kim Mã Cầu Giấy -

và ngược lại

- Pha 2: Đèn xanh cho xe rẽ trái (từ Kim Mã rẽ sang Nguyễn Chí Thanh hoặc đường Liễu Giai)

- Pha 3: Đèn xanh phương tiện từ Nguyễn Chí Thanh được phép đi mọi hướng, tất cả - các hướng khác dừng

- Pha 4: Đèn xanh phương tiện từ Liễu Giai đi mọi hướng, các hướng khác dừng lại.-

2) Thông s ố kĩ thuậ t và mô t công ngh ả ệ

Giao thông 4 pha gồm 20 đèn ần được điề c u khiển Giả ử loại đèn tín hiệ s u giao thông cần điều khiển có thông số như sau:

Tên thiết bị Mã sản phẩm Số lượng Công suất Đèn 3 màu D300

Đèn đếm lùi

Đèn THGT đi bộ

Bảng 1: Các n hi ệu đèn cần điề u khi n ể Thông s ố kĩ thuật chi ết từng loại đèn cụ thể:

1 Đèn 3 màu D300

Tên đèn Đèn 3 màu D300 Xanh, Vàng, Đỏ (Full ball LED Traffic Light) Model HL-FM FB 3D300-RYG

Vật liệu làm vỏ GE UV PC (Nhựa PC kháng tia cực tím, kháng khu n) hoẩ ặc Nhôm cán

Điện áp làm vi c ệ 12/24VDC; -265VAC 50HZ/60HZ 85

Nhiệt độ làm việc -40o~+80oCTuổi th >80,000 Hours ọ

Chứng chỉ chất lượng

Quatest, CE

Bảo hành 24 Tháng

2 Đèn mũi tên xanh

5

-Model: DGT-LED1X300-MTX

- Thân đèn được làm bằng nhựa ABS màu đen(hoặc thân đèn được làm b ng tôn ằ dập nguội và sơn tĩnh điện màu đen), thấu kính bằng nhựa PC trong suốt, tay đèn bằng thép dày 5mm

- Đường kính ngoài: 350x350mm

- S ố lượng led: đèn xanh 88 led

- Điện áp s d ng: 12 VDC - 24 VDC - 48 VDC - 220 VAC ử ụ

- Công su t tiêu th ấ ụ điện khi led xanh hoạt động: 4,5 - 5 W

- Góc quan sát: 30˚

- Chiều dài bước sóng:led xanh 500-505nm

- Cường độ sáng: >12000

3 Đèn mũi tên đỏ

- Model : DGT-LED1X300-MTX

- Thân đèn được làm bằng nhựa ABS màu đen(hoặc thân đèn được làm bằng tôn dập nguội và sơn tĩnh điện màu đen), thấu kính bằng nhựa PC trong suốt, tay đèn bằng thép dày 5mm

- Đường kính ngoài: 350x350mm

- S ố lượng led: đèn đỏ 88 led

- Điện áp s d ng: 12 VDC - 24 VDC - 48 VDC - 220 VAC ử ụ

- Công su t tiêu th ấ ụ điện khi led đỏ hoạt động: 3,8 - 4,4 W

- Góc quan sát: 30˚

- Chiều dài bước sóng: led đỏ 620-625nm,

- Cường độ sáng: >12000

4 Đèn đếm lùi

ậ ệ ế ạ

ậ ệ ế ạ Đỏ

ướ

ướ Đỏ

7

ườ độ

ấ

ố ượ

ố ượ Đỏ

ấ

Đ ệ ử ụ

Độ

ấ ả ệ

5 Đèn n hiệu giao thông đi bộ

Tên đèn Đèn THGT đi bộ

Vật liệu làm vỏ GE UV PC (Nhựa PC kháng tia cực tím, kháng khu n) hoẩ ặc Nhôm cán

Điện áp làm vi c ệ 12/24VDC; 85-265VAC 50HZ/60HZ

Nhiệt độ làm việc -40o~+80oCTuổi th >80,000 Hours ọ

Chứng chỉ chất lượng

Quatest, CE

Bảo hành 24 Tháng

II LỰA CHỌN THI ẾT BỊ VÀ LINH KI ỆN ĐIỆN TỬ

Để điều khiển giao thông 4 pha, ta sẽ sử dụng một bộ điều khiển PLC để ự ng t độ điều khi n th i gian chuyể ờ ển đổi gi a các tr ng thái và ki m soát vi c kích hoữ ạ ể ệ ạt các đèn giao thông Các cảm biến và bộ đếm thời gian được s dử ụng để đo lường lưu lượng xe và điều ch nh th i gian chuyỉ ờ ển đổi gi a các trữ ạng thái, giúp đảm bảo hiệu qu an toàn cho h ả và ệ thống điều khi n giao thông 4 pha ể

Đối với đèn 3 màu D300 sẽ dùng Solid State Relay để điều khiển do có tốc độ chuyển mạch nhanh hơn, độ tin cậy cao hơn (SSR không có các bộ phận cơ học như rơ le cơ điện, do đó không bị hỏng do mài mòn hoặc tuổi thọ ngắn Điều này giúp gia tăng độ tin cậy và giảm thiểu sự cố trong h ệthống điều khiển giao thông ), không t o ra tiạ ếng ồn

Đối với đèn đếm lùi sẽ tích h p sẵn bộ nhận diện thợ ời gian thay đổi xuất ra điều khiển đèn giao thông và nó lấy mẫu tự động, chu kỳ sau đó nó sẽ tự cập nh t ậ đúng thời gian (Ở đây sẽ sử dụng đếm lùi 2 màu 2 s ố có 3 dây xanh đỏ đen, xanh

và đỏ sẽ đấu lần lượ ới dây xanh đỏt v từ bộ đèn 3 màu và sẽ đấu với output điều khiển đèn xanh đỏ trên cùng 1 pha tương ứng trên PLC, dây đen sẽ được đấu với nguồn c p cho output còn l i ), t t c ấ ạ ấ ả các đèn cũng đều n i vố ới SSR để điều khi n ể (cả đèn tín hiệu cho người đi bộ )

Lựa chọn thi t b và mô t ế ị ả chức năng hoạt động của các thi t b trong t ế ị ủ điện (Sử dụng t 2 l p cánh ủ ớ

1) Mặt t ủ (lớp cánh ở trong )

 Nút nh n start mã HH002738 ấ để khởi động h ệ thống đèn xanh start báo sáng, nút nhấn Stop mã HH002737 d ng h để ừ ệ thống, đèn đỏ Stop s báo sáng ẽ

9

 Công t c chuy n m ch 3 v trí mã XA2ED33 ắ ể ạ ị giữa các chế độ ự độ t ng (Auto ) t– ắt (Off) _ điều khiển b ng tay (Man ) Chằ ế độ ự độ t ng s k t h p th i gian th c cẽ ế ợ ờ ự ủa PLC để b t t t ch ậ ắ ế độ ban ngày và ban đêm Chế độ điều khi n b ng tay thì s ể ằ ẽ điều khiển chế độ ban đêm và ban ngày không tùy thuộc vào thời gian, mỗi chế độ đều

có đèn xanh báo

Chế ban ngày thì 3 độ đèn xanh đỏ vàng m i pha s ỗ ẽ đều sáng, m i m t pha ỗ ộ

sẽ lắp 1 đèn đếm lùi cùng v i b ớ ộ 3 đèn xanh - vàng - đỏ để hiện th ịthời gian Chế độ ban đêm thì tất cả đèn vàng đều nhấp nháy

 Khi nh n nút d ng kh n c p (HH003162 ) ấ ừ ẩ ấ thì đèn vàng báo lỗi sẽ sáng

2) Trong t ủ

Lựa ch n các thiọ ết bị trong tủ:

 1 MCB Schneider EZ9F34216 16A 4.5kA 2P 230V: Dùng để ấp điệ c n và bảo vệ cho PLC và các thi t b ế ị điện

 Chọn PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/Rly mã 6ES7214-1BG40-0XB0; SIMATIC

S7-1200, CPU 1214C, COMPACT CPU, AC/DC/RLY, ONBOARD I/O: 14 DI 24V DC; 10 DO RELAY 2A; 2 AI 0 10V DC, POWER SUPPLY: AC 85 264 V AC AT 47 63 HZ, – – – PROGRAM/DATA MEMORY: 100 KB: điều khiển các n hiệu giao thông theo yêu cầu kĩ thuật

11

 Sử d ng màn hình HMI 6AV2123-2DB03-0AX0 k t n i vụ ế ố ới PLC để hiện th thông n ị

và điều khiển hệ thống, giao ếp trực p v i PLC ế ớ

 2 Module m r ng ở ộ SIMATIC S7-1200, DIGITAL OUTPUT SM 1222, 8 DO, RELAY 2A

có mã: 6ES7222-1HF32-0XB0 ( Có th s d ng 1 Module m rể ử ụ ở ộng 16 DO để thay thế )

 Sử d ng 20 SSR 25 AA-ụ H để điều khi n n hi u giao thông (không c n s dể ệ ầ ử ụng đế tản nhiệt do đèn tín hiệu công su t nhấ ỏ )

 Nguồn c p cho input s l y t ngu n PLC, ngu n cấ ẽ ấ ừ ồ ồ ấp cho đầu ra s s d ng luôn ẽ ử ụ nguồn 220V

 Ngoài ra còn có các thanh ray để cài thiết bị, các máng đi dây và cầu đấu

III KẾT NỐI VÀO RA V I PLC Ớ

1) INPUT

Tất c các thiả ết b u vào sị đầ ử dụng nguồn 24 VDC có th l y t ngu n t ong ( ể ấ ừ ồ ổ ở đây dùng trực p t ngu n ra 24VDC c a PLC ) ế ừ ồ ủ

Tên thiết bị linh kiện điện tử Mã sản

phẩm Số lượng Đầu vào số

Nút nhấn start

Nút nhấn stop

Công tắc chuyển mạch 3 vị trí để

chuyển giữa chế độ auto

Nút nhấn xanh chế độ ban ngày và

ban đêm

Nút dừng khẩn cấp

Bảng 2: Đầu vào c ủa PLC và đị a ch ỉ kết nối

13

2) OUTPUT

Do đầu ra PLC là relay nên ta có th s dể ử ụng được cả thiết b xoay chi u và 1 chi u, ị ề ề ở đây

ta s s d ng thi t b xoay chi u hoẽ ử ụ ế ị ề ạt động mở ức điện áp 220VAC

Tên thiết bị Mã sản phẩm Số lượng Chân kết nối đầu ra

Đèn xanh báo start

Đèn đỏ báo stop

Đèn vàng báo dừng khẩn

cấp

Tất cả các DO còn lại

Bảng 3: Đầ u ra của PLC và đị a chỉ kết nối

Tổng c ng s có ộ ẽ 20 đèn chính cần được điều khiển mà CPU 1214 AC/DC/Rly ch ỉcó 10 đầu

ra (đã sử ụng 7 DO để d điều khiển đèn mặt tủ ) nên ta cần kết nối thêm hai module mở rộng SIMATIC S7-1200, DIGITAL OUTPUT SM 1222, 8 DO, RELAY 2A có mã: 6ES7222-1HF32-0XB0 (có th thay b ng m t module m r ng 16DO ) ể ằ ộ ở ộ

IV SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY (xem chi ti t trong file CAD ) ế

1) Đấu dây cho PLC

Nguồn c p cho input c a PLC s s d ng ngu n 24 VDC t PLC, t t c các linh ki n s ấ ủ ẽ ử ụ ồ ừ ấ ả ệ ẽ đấu vào ếp điểm thường h ở để tiện cho vi c việ ết chương trình

Hình 1: Sơ đồ đấu dây Input PLC

Ngu n c p cho output c a PLC s d ng ngu n 220VAC ồ ấ ủ ử ụ ồ

Hình 2: Sơ đồ đấu dây cho Output PLC

15

2) Sơ đồ đấu dây cho Module mở rộng

Module m r ng s ở ộ ẽ được nuôi t ngu n cừ ồ ủa PLC, điện áp cấp cho output của module

mở rộng cũng sử ụng điện áp 220VAC d

Hình 3: Sơ đồ đi dây cho Module mở rộng

V PANEL T Ủ ĐIỆN (xem chi ết trong le CAD )

1) Mặt trước, hồi trái và h i ph i c a t ồ ả ủ ủ

Kích thước tủ: 856 x 571 x 230 mm

Trên m t t s bao gặ ủ ẽ ồm:

Hàng đầu gồm 3 nút lần lượt là các nút START, STOP và E.STOP (nút d ng khừ ẩn cấp )

Hàng th 2 lứ ần lượt là đèn báo START, đèn báo STOP, đèn báo FAULT (lỗi ) Hàng th 3 g m công t c chuy n m ch 3 v trí AUTO _ OFF _ MAN, nút ứ ồ ắ ể ạ ị ấn chế độ ban ngày, nút n ấ chế ban độ đêm

Hàng cu i gố ồm đèn báo ban ngày và ban đêm

2) Mặt trong t ủ điện và mặt sau

Hình 4: Panel t PLC và m t sau ủ ặ

17

 Khoang đầu của tủ gồm các thi t b lế ị ần lượt là MCB, PLC, 2 module m r ng và ở ộ cuối là màn hình HMI

 Các khoang sau gồm các SSR để điều khiển n hiệu và cầu đấu

VI KẾT LUẬN

Trong đồ án 2 với đề tài "Thi t k ế ế phần c ng cho t ứ ủ điều khiển PLC để ều khi n giao đi ể thông 4 pha", em đã tiến hành m hiểu và thực hiện việc thiết kế phần c ng cho m t h ứ ộ ệ thống điều khiển giao thông thông qua sử dụng PLC (Programmable Logic Controller) Mục êu của đồ án là xây d ng m t t ự ộ ủ điều khiển có khả năng tự động điều khi n n ể hiệu đèn giao thông, tối ưu hóa luồng giao thông và gi m t c ngh n trên các tuyả ắ ẽ ến

đường

Qua quá trình th c hiự ện đồ án, em đã tiến hành các bước cơ bản như tìm hiểu về yêu cầu h ệ thống, lựa ch n các linh kiệọ n phù h p, thiợ ết kế mạch đi dây và panel tủ PLC Tuy nhiên, để triển khai th c t trên các tuyự ế ến đường th c t , c n có s ự ế ầ ự phối h p và thợ ử nghiệm k ỹ lưỡng với các cơ quan chức năng và chuyên gia trong lĩnh vực giao thông

Đồng thời, cần ếp t c nghiên cứu và cải ụ ến đểđảm bảo nh n cậy và hiệu su t cấ ủa

hệ thống trong mọi điều kiện thời ết và tình huống giao thông

Trong tương lai, em hy vọng rằng công nghệ điều khiển giao thông sử dụng PLC và các phần cứng tương ứng sẽ được áp dụng r ng rãi và mang l i l i ích to l n cho vi c quộ ạ ợ ớ ệ ản

lý và điều khiển giao thông trong các thành phố

TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả

h ps://www.youtube.com/watch?v=7AIFqk56HpM&list=PLtRQ8Lsw2isHH-GvK57alg2-jyDtkp7V8

h ps://www.youtube.com/watch?v=cKt3Z-IoOps

h ps://chat.openai.com/