thiết kế hệ thống điều khiển bãi đỗ xe tự động

bãi đỗ xe dùng plc s7 200, đếm sản phẩm ra vào, hiện thị xe ra vao trong bãi, dùng plc điều khiển bãi đỗ xe tự đông, 8051 đếm sản phẩm, đồ án tự động hóa, đồ án plc , bãi đỗ xe công nghệ cao. thuyết trình bãi đỗ xe dùng plc

Trường Cao Đẳng Công Nghệ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP Thuyết Trình Bãi Đỗ Xe Dùng PLC

Giáo viên hướng dẫn : Th.s Võ khánh Thoại Sinh Viên Thực Hiện: Nguyễn Quang Duy : Trần Văn Đông : Nguyễn Hải Hưng

Đề Tài

Dùng PLC lập trình điều khiển bãi đỗ xe tự động

Lời nói đầu

Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp đất nước đặc biệt là sự phát triển của côngnghệ điện tử Có thể coi là một cuộc cách mạng công nghệ trên toàn thế giới Ở nước tangành kĩ thuật điện tử đã được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển có lập trìnhProgramable Logic Controlle viết tắt là PLC

Ra đời năm 90, có thể coi là một ứng dụng điển hình của mạch vi xử lí, chiếm đến 80%

và trở thành xu thế mới trong điều kiện công nghiệp đang phát triển ở việt Nam So vớiquá trình điều khiển bằng mạch điện tử thông thường thì PLC có nhiều ưu điểm hơn hẳn,

ví dụ như: kết nối mạch điện đơn giản, rút ngắn được thời gian lắp đặt công trình, dễ dàngthay đổi công nghệ nhờ việc thay đổi nội dung chương trình điều khiển,ứng dụng điềukhiển trong phạm vi rộng,độ tin cậy cao…

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hảng sản xuất bộ điều khiển lập trình(omron,Siemens,ABB,misubishi…) với nhiều ứng dụng :tự động hóa quá trình côngnghệ cung cấp vật liệu cho quá trình sản xuất,tự động hóa các máy gia công cơ khí ,điềukhiển hệ thống trạm bơm,điều khiển các thiết bị thủy lực khí nén,tự động hóa quá trìnhlắp ráp các linh kiện điện-điện tử,điều khiển thang máy,hệ thống đèn giao thông…Ngàynay có rất nhiều nhà cao tầng ,hầm mỏ…xuất hiện làm cho diện tích đất ở ngày càng thu

hẹp, xe ngày càng nhiều vì vậy không có diện tích để xe.Để giải quyết vấn đề này người

ta xây dựng các bãi đỗ xe với các hệ thống

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC Lời nói đầu 2

Chương 1 3

1) Tổng quan về bãi đỗ xe hiện nay 3

1.1.Yêu cầu thực tế 3

1.2.Giới thiệu vài nét về bãi đỗ xe tự động chuẩn 3

Chương 2 6

2) Giới thiệu về PLC S7-200 6

2.1) Cấu trúc của CPU212 gồm : 7

2.2) Cấu trúc của CPU214 gồm: 7

2.3) Mô tả các đèn báo trên PLC S7-200: 8

2.4) Cổng truyền thông : 8

2.5) Các ưu điểm của PLC so với mạch đấu dây thuần túy : 9

2.6) Cấu trúc bộ nhớ: 10

2.7) Thực hiện chương trình trong PLC S7-200: 13

Chương 3 16

3) Thiết kế bãi đỗ xe tự động điều khiển bằng PLC S7-200 16

3.1 yêu cầu chung của bãi đỗ xe: 16

3.2 yêu cầu công nghệ : 16

3.3 Nguyên lí hoạt động cửa bãi đỗ xe: 17

Phần 2: phần thiết kế mô hình 19

Chương 4 19

4) Chương trình điều khiển và thuật toán 19

4.1 chương trình plc bãi đỗ xe 19

4.2 thuật toán 29

4.3 chương trình vi điều khiển để đếm xe hiển thị led 7 đoạn: 34

5.1) lựa chọn thiết bị vận hành 38

5.2) Một số ưu điểm và cách vận hành của thiết bị 38

a) Động cơ điện một chiều: 38

b) Cảm biến quang 39

c) Công tắt hành trình 39

d) Vi điều khiển và led 7 đoạn: 40

e) Lựa chọn plc s7-200 phù hợp 41

5.3) kết quả đạt được: 43

Chương 1

1) Tổng quan về bãi đỗ xe hiện nay

1.1.Yêu cầu thực tế.

- Từ thực trạng thiếu các bãi đỗ xe cho các phương tiện giao thông,khiến các phương tiện

thông, tai nạn giao thông và mất mỹ quan thành phố.Bên cạnh đó ,tình trạng này càng giatăng khi số lượng phương tiện giao thông đang mỗi ngày một tăng lên.

- Như vậy nhu cầu để có bãi đỗ xe là nhu cầu cấp thiết hiện nay

1.2.Giới thiệu vài nét về bãi đỗ xe tự động chuẩn

Những yêu cầu của một bãi đỗ xe chuẩn:

- An toàn cho người và thiết bị trong hệ thống đỗ xe (phải có hệ thống an toàn tự

động ,hệ thống điều khiển ,cảnh báo tại chỗ, nhanh chóng bởi đội ngũ nhân viên trợ giúp điều khiển từ xa rất tin cậy với các thiết bị hỗ trợ:

- Camera giám soát kỹ thuật số bao quát tất cả các phần được quản lý Lưu giữ hình ảnh kỹ thuật số, trong các bộ nhớ sẽ lưu giữ ngày tháng, thời gian và số lượng

camera

- Cảm biến chuyển động như là các đơn vị dò riêng rẽ

- Các cảm biến chuyển động bằng phân tích hình ảnh kỹ thuật số khi hình ảnh camerađang di chuyển Nút ấn trong trường hợp khẩn cấp nhiều dãy với truy xuất hình ảnh tự đông

- Các loa cho việc thông báo

- Hệ thống đèn chiếu, đèn thông báo còi ,được điều khiển từ xa bằng tay hay cảnh báo

- Các thiết bị báo cháy và lọc khí.

- Trung tâm giám sát lưu động và hệ thống điều khiển để dò tìm hư hỏng nhanh chóng

và trực tiếp

*An toàn cho lưu trữ các dữ liệu kinh doanh, thu thập, quản lý, xử lý và truyền thôngqua mạng

-Thu thập:

+ Đảm bảo dữ liệu xác thực của dự án

+ Các chức năng đảm bảo hoạt động đúng

+ Kiểm tra độ tin cậy và cung cấp khả năng dự phòng

+ Bổ sung dữ liệu xử lý (như kiểu dữ liệu, ID của người xữ dụng, dãy số, thời gian chínhxác đến giây, vị trí chính xác, các khóa ID và chữ ký)

- Quản lý :

+ Đảm bảo các vùng nhớ dữ liệu không gây lỗi

+ Mặc định đo lường việc hư hỏng của bộ dự phòng

+ Thẩm tra lưu giữ đúng bằng các kiến thức tin cậy

- Xử lý :

+ Các chương trình xử lý được xác nhận

+ Kiểm tra độ đảm bảo và sự tin cậy của các dữ liệu xử lý chính

- Truyền dữ liệu qua mạng

+ Bảo vệ dữ liệu chống bị hư hỏng bằng cách xác minh lại dữ liệu.

+ Độ tin cậy của bộ nhớ dự phòng phần nào được đảm bảo mà không cần bất cứmodule bổ sung, bằng cách sử dụng các thiết bị lưu trữ tin cậy và hệ thống máy tính cóliên kết với mạng

- Thu thập ,quản lý và truyền dữ liệu kinh doanh một cách an toàn thông qua mạng vàlưu giữ ở nơi tin cậy ,hợp lý bằng nhiều cách, các kiểu tiêu chuẩn là :

- Xuất vào hệ thống kế toán, tài chính được yêu cầu

- Giải quyết các dịch vụ ngân hàng

- Giải quyết phương tiện giao dịch không thông qua ngân hàng

- Lập hóa đơn ,thỏa thuận hợp đồng với khách hàng

- Các hoạt động thống kê

- Đánh dấu thẻ của khách hàng

Chương 2

2) Giới thiệu về PLC S7-200

PLC là từ viết tắt của Programable Logic Controller ,đây là thiết bị điều khiển logic lậptrình được, nó cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông quangôn ngữ lập trình

S7-200 là thiết bị của hãng Siemens, cấu trúc theo kiểu modul có các modull mở

rộng.Thành phần cơ bản của S7-200 là khối xử lý CPU212 hoặc CPU214

2.1) Cấu trúc của CPU212 gồm :

- 512 từ đơn (word) để lưu chương trình thuộc miền nhớ ghi/đọc được và không bịmất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM Vùng này gọi là vùng nhớ Non-volatile

- 512 từ đơn để lưu dữ liệu trong đó có 100 thuộc vùng nhớ ghi/đọc thuộc miền volatile

- 8 cổng vào logic và 6 cổng ra logic và có thể ghép nối thêm 2 modul để mở rộng thêmcác cổng logic vào ra

- Tổng số cổng vào ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra 64 bộ tạo thời gian trễ, trong

đó có 2 timer có độ phân giải 1ms, 6 timer có độ phân giải 10 ms, 54 timer có độ phângiải 100 ms

- 64 bộ đếm được chia làm 2 loại, một loại chỉ đếm lên (CTU), một loài vừa đếm lênvừa đếm xuống (CTUD) 386 bit nhớ đặc biệt dùng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặcchế đọ làm việc

- Có các chế độ ngắt: ngắt truyền thống, ngắt theo sườn xung, ngắt theo thời gian và ngắtbáo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2Khz)

-Dữ liệu không bị mất trong khoảng thời gian 50 giờ kể từ khi PLC bị mất điện

2.2) Cấu trúc của CPU214 gồm:

- 2018 từ đơn (word) để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ghi và không bịmất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM Vùng nhớ này gọi là vùng nhớ Non-volatile

- 14 cổng vào logic và 10 cổng ra logic, và có thể ghép nối thêm 7 modul để mởrộng số cổng vào ra

- Tổng số cổng vào ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra

- 128 bộ tạo thời gian trễ, trong đó có 4 timer có độ phân giải 1ms, 16 timer có độphân giải 10 ms và 108 timer có độ phân giải là 100 ms

- 128 bộ đếm (counter) chia làm 2 loại, một loại chỉ đếm tiến (CTU) và một loại vừađếm tiến vừa đếm lùi (CTUD)

- 688 bit nhớ đặc biệt dùng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặt chế độ làm việc

- Có các chế độ ngắt: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn xung, ngắt theo thời gian vàngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2Khz) và (7 Khz)

- 2 bộ phát xung cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM

- 2 bộ điều chỉnh tương tự

- Dữ liệu không bị mất trong khoảng thời gian 190 giờ từ khi PLC mất điện

2.3) Mô tả các đèn báo trên PLC S7-200:

- Đèn đỏ SF: đèn sáng khi PLC đang làm việc báo hiệu hệ thống bị hỏng hóc

- Đèn xanh RUN: đèn xanh sáng chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc

- Đèn vàng STOP: đèn sáng thống báo PLC đang ở trạng thái dừng Dừng tất cảchương trình đang thực hiện

- Đèn xanh Ix.x : đèn sáng báo hiệu trạng thái của tín hiệu của cổng vào đang ở mứclogic 1 ngược lại là mức logic 0

- Đèn xanh Qx.x : đèn sáng báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng

ra đang ở mức logic 1, ngược lại là mức logic 0

2.4) Cổng truyền thông :

- Chân 1: nối đất.

- Chân 2: nối nguồn 24VDC

- Chân 3: truyền và nhận dữ liệu

- Chân 4: không sữ dụng

- Chân 5: đất

- Chân 6: nối nguồn 5VDC

- Chân 7: nối nguồn 24VDC

- Chân 8: truyền và nhận dự liệu

- Chân 9: không sữ dụng

2.5) Các ưu điểm của PLC so với mạch đấu dây thuần túy :

- Kích cỡ nhỏ

- Thay đổi thiết kế dễ dàng và nhanh khi có yêu cầu kỹ thuật, qui trình công nghệ

- Có chức năng chẩn đoán lỗi và ghi đè

- Các ứng dụng của S7-200 có thể dẫn chứng bằng tài liệu

- Các ứng dụng được phân bố nhân bản nhanh chóng và thuận tiện

- S7-200 có thể điều khiển hàng loạt các ứng dụng khác nhau trong tự động hóa.Với cấu trúc nhỏ gọn, có khả năng mở rộng, giá rẻ và một tập lệnh simatic mạnhcủa S7-200 là một lợi giải hoàn hảo cho các bài toán tự động hóa vừa và nhỏ.Ngoài ra S7-200 còn có các ưu điểm sau đây :

- Cài đặt, vận hành đơn giản

- Các CPU có thể sử dụng trong mạng, trong hệ thống phân tán hoặc sữ dụng đơnlẻ.

- Có khả năng tích hợp trên qui mô lớn

- ứng dụng cho các điều khiển đơn giản và phức tạp

+ Vùng tham số: là miền lưu giư các tham số như: từ khóa, địa chỉ trạm…Nó thuộc kiểu non-volatile

+ Vùng dữ liệu: là miền nhớ động, có thể truy cập theo từng bit, từng Byte, từng từ đơn

và từ kép Được dùng để lưu trữ các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ Vùng dữ liệu được chia thành nhiều miền nhớ nhỏ với các chức năng khác nhau

*V variable memory

*I Input image register

*O output image register

*M Internal memory bits

*SM Special memory bits

- Vùng đối tượng: được sử dụng để lưu trữ cho các đối tượng lập trình như các giátrị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm, hay Timer Dữ liệu kiểu đối tượng baogồm các thanh ghi của timer, bộ đếm, các bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ratương tự và các thanh ghi Accumulator(AC)

- Vùng đối tượng cũng được phân ra thành nhiều vùng nhỏ

2.7) Thực hiện chương trình trong PLC S7-200:

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi chu trình Được gọi là một vòng quét (scan) Mỗi vòng quét bắt đầu từ giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình

Trong vòng quét chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc (MEND).

Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung từ bộ đếm ảo tới các cổng ra

Các chương trình trong PLC S7-200 có cấu trúc bao gồm chương trình chính (main program) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt.

- Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình MEND

- Chương trình con là một bộ phận của chương trình chính và được viết sau lệnh kếtthúc chương trình chính

- Chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình chính Nếu cần sử dụng thìchương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính

Chương 3

3) Thiết kế bãi đỗ xe tự động điều khiển bằng PLC S7-200.

3.1 yêu cầu chung của bãi đỗ xe:

- Dễ điều khiển làm việc tin cậy,

- Các cảm biến phải báo chính xác,

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị,

- Chi phí vận hành thấp,

- Dễ kiểm tra và sửa chữa khi có sự cố,

- Hệ thống điện hoạt động tốt, đúng thiết kế

- Các bộ phận chủ yếu: đông cơ Cảm biến công tắt hành trình, đèn báo

3.2 yêu cầu công nghệ :

- Cấu tạo :Trong giới hạn của đề tài thiết kế và điều kiện thực tế nên bãi đỗ xe chúng

em được thiết kế như sau:

+ Xe được chia làm 2 bãi đỗ riêng và giới hạn số lượng 100 xe trong bãi: chiều cao

<2m đỗ bãi 1, > 2m đỗ bãi 2, bãi xe có cửa ra vào được điều khiển độc lập, hệ thống đèn báo xe khi xe còn chổ trống và xe đầy, cùng với đèn báo cháy khi có cháy, Có đènchiếu sáng khi hoạt đông trời tối, có led 7 đoạn để hiển thị số xe thực tế đang có trong bãi, để nhận biết xe ra vào ở mỗi cửa ra vào chúng em đặt cảm biến, hệ thống camera

để nhận diện khuôn mặt và biển số xe, hệ thống loadcell giới hạn xe vào bãi , Máy Quét thẻ để tiện thanh toán

3.3 Nguyên lí hoạt động cửa bãi đỗ xe:

- Khi có xe vào Giới hạn bãi đỗ xe <= 32 chổ vào bãi Loadcell định khối lượng xe.khikhối lượng lớn thì hệ thống đèn báo quá tải báo, hệ thống camera, máy quét thẻ(TP1), mởbarie bằng tay không nhận tính hiệu, khi xe dưới 32 chổ vào, qua cảm biển S1 nhận tínhiệu xe vào, và camera sẽ chụp biến số và đặt mật khẩu lấy cho chủ xe.khi xe đến hệ

thống quét thẻ, khi người dùng quét thẻ sẽ nếu thẻ hết kiền thì quá trình quay thuận bariecửa vào(QT_barie1) sẽ không được bật, khi nhận được tín hiệu quét thẻ (TP1) quay thuậnbarie cửa vào được bật lên Sau khoảng thời gian 30s thì QN_barie tự động đóng, ngoài racòn có công tắt điều khiển barie bằng tay Khi xe qua cảm biến S2, kết thúc quá trình đếmđươc 1 xe vào bãi, led 7 đoạn sẽ đếm giảm đi số xe còn trong bãi, Khi có xe ra, cảm biếnS3 nhận được tín hiệu, hệ thống kiểm ra biển số xe được thực hiên, đúng thì quay thuậnbarie cửa ra Sau 15s quá trình đóng barie của ra thực hiện, xe qua cảm biến S4 kết thúcquá trình xe ra, led 7 đoạn sẽ đếm tăng lên số xe còn trong bãi,

Phần 2: phần thiết kế mô hình.

Chương 4

4) Chương trình điều khiển và thuật toán

4.1 chương trình plc bãi đỗ xe

chức năng của tập lệnh:

 Bảng phân bố các đầu vào ra :

- Các đầu vào :

ST

T

10 CT1 I1.1 Công tất hành trình phía trên barie cửa vào

14 CT2 I1.5 Công tất hành trình phía dưới barie cửa

vào

16 Camera_cua_ra I1.7 Xác nhận camera cửa ra

17 CT3 I2.0 Công tắt hành trình phía trên barie cửa ra

18 CT4 I2.1 Công tắt hành trình phía dưới barie cửa ra

20 Bt_dbr I2.3 Đóng bằng tay barie cửa ra

trống

4.2 thuật toán

4.3 chương trình vi điều khiển để đếm xe hiển thị led 7 đoạn:

unsigned char dem;

void delay(unsigned int t){

unsigned int i,j;

dựa vào lệnh ngắt INT0 và INT1 của vi điều khiển 89S52 để đếm xe ra vào trong bãi:

- Ngắt ngoài: đối với vi điều khiển các ngắt ngoài (INT) xảy ra khi có một mức thấp hoặc một cạnh xuống trên chân /INT0 hoặc /INT1 của bộ vi điều khiển (các tín hiệu

này có thể từ một nút nhấn do người điều khiển vận hành,hoặc từ một cảm biến bên ngoài đưa vào…)

-Các cờ tạo ngắt này là các bit IE0 và IE1 trong TCON.Khi quyền điều khiển đãchuyển đến ISR ,cờ tạo ngắt chỉ được xóa nếu ngắt được tích cực bằng cạnh xuống,nếu ngắt được tích cực theo mức, thì nguồn yêu cầu ngắt bên ngoài sẽ điều khiểnmức của cờ thay cho phần cứng

+ Các thức tích cực ngắt được đặt bởi các bit ITX (x :0 hoặc 1_tương ứng INT0hoặc INT1), nếu ITX =0, ngắt được tích cực bằng mức thấp, còn nếu ITX =1, ngắtđược tích cực bằng cạnh xuống ( sườn âm_sự thay đổi từ 1 xuống 0) Nếu ngắtngoài được tích cực bằng cạnh xuống thì nguồn bên ngoài phải giữ chân /INTx ởmức cai tối thiểu trong 1 chu kỳ máy, và giữ nó ở trong 1 chu kỳ máy ở mức thấpcũng tối thiểu trong một chu kỳ máy để đảm bảo CPU phát hiện được cạnh xuống.Nếu ngắt ngoài được tác động theo mức thì nguồn bên ngoài phải giữ tín hiệu yêucầu tác động trên chân /INTx (ở mức thấp) cho tới khi ngắt đượ+ c đáp ứng vàkhông tác động lại nữa khi ISR đã hoàn tất, nếu không ngắt lại lặp lại tức thì dù cáclệnh yêu cầu thực hiện ngắt vẫn chưa thực hiện xong

Chương 5

5.1) lựa chọn thiết bị vận hành

 các thiết bị sử dụng trong hệ thống gồm có:

- Động cơ điện một chiều: dùng để đóng mở các cửa vào ra

- cảm biến quang: để nhận biết số xe vào ra