ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC: Điều khiển chuông tự động trong trường học

I. Khái quát chung về hệ thống chuông tự động trong giờ học a) Khái niệm:Chuông báo trường học là một thiết bị dùng âm thanh của chuông báo kết hợp đèn báo để thông báo về thời gian bắt đầu hoặc kết thúc buổi học ,tiết học .Đây là một thiết bị quan trọng giúp một trường học quản lý được thời gian học trên lớp học và thông báo chính xác thời gian học tập và giảng dậy của sinh viên và giáo viên b) Yêu cầu cần thiết • Chuông thiết kế phải báo chuông vàora tiết học chuẩn xác, đúng giờ. • việc chuyển đổi giờ học đơn giản, để có thể ứng dụng cho nhiều trường học khác nhau • Chuông báo tiết học phải có hai chế độ auto và manual. • Chuông thiết kế thông minh với việc ngừng hoạt động vào những ngày lễ, tết (dương lịch), các đợt nghỉ hè. Không báo chuông vào các đợt thi học kì • Chuông báo phải tối ưu vơi mọi điện kiện như mất điện hoặc thời gian học không cố định vẫn phát huy được công dụng báo c) Yêu cầu công nghệ Đối với đề tài này hệ thống chuông báo trường học dùng hệ thống điều khiển PLC kết hợp với chuông báo và đèn báo để điều khiển hoạt động chuyển dao của các tiết học, ca học….ở đây ta có 3 ca: ca sáng,ca chiều và ca tối • Ca sáng 6 tiết : bắt đầu từ 7h đến 11h55 phút • Ca chiều 6 tiết:bắt đầu từ 12h30 phút đến 17h25 phút • Ca tối 4 tiết :bắt đầu lúc 18h đến 21h15 phút Do việc chuyển dao giữa các tiết của các ca như nhau nên ta phân tích quá trình bắt đầu và chuyển giao của một tiết học Buổi sáng 7h chuông kêu 10s báo hiệu bắt đầu tiết học thứ nhất => sau 45 phút => chuông kêu 5s báo hiệu kết thúc tiết tiết thứ nhất => sau 5 phút ra chơi=> chuông kêu 10 giây báo hiệu vào tiết học tiếp theo…Và quá trình này lặp đi lặp lại hết 6 tiết của ca sáng …ca chiều và ca tối tương tự

I Khái quát chung về hệ thống chuông tự động trong giờ học

a) Khái niệm:Chuông báo trường học là một thiết bị dùng âm thanh của chuông báo

kết hợp đèn báo để thông báo về thời gian bắt đầu hoặc kết thúc buổi học ,tiết học Đây là một thiết bị quan trọng giúp một trường học quản lý được thời gian học trên lớp học và thông báo chính xác thời gian học tập và giảng dậy của sinh viên

và giáo viên

b) Yêu cầu cần thiết

 Chuông thiết kế phải báo chuông vào/ra tiết học chuẩn xác, đúng giờ

 việc chuyển đổi giờ học đơn giản, để có thể ứng dụng cho nhiều trường học khác nhau

 Chuông báo tiết học phải có hai chế độ auto và manual

 Chuông thiết kế thông minh với việc ngừng hoạt động vào những ngày lễ, tết (dương lịch), các đợt nghỉ hè Không báo chuông vào các đợt thi học kì

 Chuông báo phải tối ưu vơi mọi điện kiện như mất điện hoặc thời gian học không cố định vẫn phát huy được công dụng báo

c) Yêu cầu công nghệ

Đối với đề tài này hệ thống chuông báo trường học dùng hệ thống điều khiển PLC kết hợp với chuông báo và đèn báo để điều khiển hoạt động chuyển dao của các tiết học, ca học….ở đây ta

có 3 ca: ca sáng,ca chiều và ca tối

 Ca sáng 6 tiết : bắt đầu từ 7h đến 11h55 phút

 Ca chiều 6 tiết:bắt đầu từ 12h30 phút đến 17h25 phút

 Ca tối 4 tiết :bắt đầu lúc 18h đến 21h15 phút

Do việc chuyển dao giữa các tiết của các ca như nhau nên ta phân tích quá trình bắt đầu và chuyển giao của một tiết học

Buổi sáng 7h chuông kêu 10s báo hiệu bắt đầu tiết học thứ nhất => sau 45 phút => chuông kêu 5s báo hiệu kết thúc tiết tiết thứ nhất => sau 5 phút ra chơi=> chuông kêu 10 giây báo hiệu vào

tiết học tiếp theo…Và quá trình này lặp đi lặp lại hết 6 tiết của ca sáng …ca chiều và ca tối tương tự

 Khơi động ta ấn nút( I0.0 ) đèn báo Q0.1có điện, tiếp điểm Q0.1 làm nhiệm vụ duy trì

đóng lại dẫn tới bộ đọc thời gian READ_TIME được cấp nguồn Ấn nút I0.2 cho bộ SET_TIME hoạt động để cập nhập thời gian cho PLC

Bộ READ_TIME là bộ đọc thời gian trong PLC yêu cầu cấp điện liên tục.Lệnh này đọc nội dung của đồng hồ thời gian thực rồi chuyển sang mã BCD và lưu vào bộ đệm 8 byte liên tiếp nhau theo thứ tự như sau:

Byte 0 Năm (0-99)

Byte 1 Tháng (0-12)

Byte 2 Ngày (0-31)

Byte 3 Giờ (0-23)

Byte 4 Phút (0-59)

Byte 5 Giây (0-59) Byte 7 Ngày trong tuần (1-7) ) 1: Sunday

Hình5: bộ READ_TiME trong PLC

Bộ SET_TIME là bộ cập nhật thời gian trong PLC yêu cầu chỉ cấp điện bằng thòi gian đóng cắt của nút ấn

2

Lệnh này có tác dụng ghi nội dung của bộ đệm 8 byte với byte đầu tiên đƣợc chỉ định trong toán hạng T vào đồng hồ thời gian thực Trong đó T thuộc 1 trong những vùng nhớ sau : VB, IB, QB,

MB, SMB Nếu cần điều chỉnh các thông số về năm, tháng, ngày, giờ, phút, giây, ngày trong tuần thì điều chỉnh các byte nhƣ sau

Byte 0 Năm (0-99)

Byte 1 Tháng (0-12)

Byte 2 Ngày (0-31)

Byte 3 Giờ (0-23)

Byte 4 Phút (0-59)

Byte 5 Giây (0-59) Byte 7 Ngày trong tuần (1-7) ) 1: Sunday

Các tiếp điểm so sánh VB3,VB4,VB5 (so sanh mốc thời gian) khi thỏa mãn với các điều kiện so sánh đã đặt ra thì chúng se hoạt động

Trong đó : VB3 là bộ so sánh giờ

VB4 là bộ so sánh phút

VB5 là bộ so sánh giây

II Phân tích và lựa chọn mô hình hệ thống chuông tự động cho đề tài

1)Phân tích hệ thống

Chuông tự động thực hiện theo một chương trình định sẵn, chương trình này do người lập trình thực hiện Chương trình được nạp vào PLC Bộ điều khiển làm nhiệm vụ điều khiển hoạt động chuông điện Thành phần cơ bản của bộ điều khiển là một PLC, mỗi khi thực hiện lệnh PLC sẽ kiểm tra và khống chế các thiết bị bên ngoài (Động cơ, các cảm biến, công tắc ) Khi kiểm tra

xong các thiết bị đó PLC điều khiển thực hiện theo lệnh đã lập trình và đưa ra các quyết định điều khiển PLC nhận tín hiệu điều khiển từ các thiết bị đầu vào như các nút ấn, công tắc, công tắc hành trình hay tín hiệu đưa vào từ bàn phím Ngoài ra trong PLC còn có đồng hồ thời gian thực cũng có thể được dùng như một đầu vào Đây là các thiết bị đưa lệnh điều khiển vì vậy yêu cầu cho các thiết bị này là phải đảm bảo độ tin cậy cao để có được lệnh điều khiển chính xác Tín hiệu đầu ra của PLC đóng vai trò là lệnh điều khiển các đối tượng điều khiển Ta đưa vào PLC các thuật toán, các hàm để PLC phân tích và tính toán điều khiển chuông, PLC điều khiển đóng/ ngắt chuông báo tiết học với thời gian được ta cài đặt trước

2)Mô hình hệ thống

Sau đây ta có sơ đồ khối tổng quan hệ thống chuông báo trường học

III Thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống

1.Giản đồ thời gian( lưu đồ thuật toán )

Lưu đồ thuật toán

4

Giản đồ thời gian

2.Viết chương trình mô phỏng

I0.0 : Nút ấn start

I0.1: Nút ấn stop

I0.2 Nút ấn cấp nguồn cho bộ đọc thời gian

Q0.1 Duy trì nguồn cho toàn bộ mạch

Q0.2 rơ le điều khiển chuông ca sáng

Q0.32 rơ le điều khiển chuông ca chiều

Q0.42 rơ le điều khiển chuông ca tối

6

8

IV Thuyết minh nguyên lý của mạch

Khởi động ấn I0.0 đèn báo Q.01 có điên ,đồng thời các tiếp điểm Q0.1 đóng lại duy trì nguồn

điện đến mạch gồm các tiếp điểm so sánh thời gian hoạt động phụ thuộc vào bộ đọc thời gian thực của PLC là READ_TIME …bộ đọc thời gian READ_TIME luôn được cấp nguồn liên tục

Muốn cập nhập thời gian cho PLC ta ấn nút I0.2 sau đó cập nhập thời gian cho PLC thông qua

bộ cập nhập thời gian của PLC là SET_TIME lưu ý chỉ cấp điện bằng thời gian đóng cắt của nút ấn

10

VB1:bộ so sánh năm ( 0-99 )

VB2:bộ so sánh tháng( 0-12)

VB3:bộ so sánh giờ (0-24 )

VB4 :bộ so sánh phút ( 0-60 )

VB5:bộ so sánh giây ( 0-60 )

VB7:bộ so sánh các ngày trong tuần (1-7)

Căn cứ vào việc phân tích thời gian của các tiết học ta cài đặt thông số của các tiếp điểm so sánh Đúng 7h sáng tiếp điểm so sánh VB3 đóng ,0 phút tiếp điểm VB4 đóng,t >=0 giây tiếp điểm VB5 đóng ,rơle Q0.2 có điện ( đèn Q0.2 sáng) do đó tiếp điểm Q0.2 ở mạch chuông đóng lại chuông kêu (Q0.0) báo hiệu bắt đầu tiết 1 của ca học buổi sáng ,sau 10 giây tiếp điểm VB5(t=<10 giây) mở ra cắt điện rơle Q0.2 (đèn Q0.2 )tắt đồng thời tiếp điểm Q0.2 ở mạch chuông mở ra…chuông ngừng kêu

Sau 45 phút tức thời gian cài đặt ở VB4 t=69 VB4 đóng lại ,t>=0 giây tiếp điểm VB5 đóng lại nên rơle Q0.2 có điện (đèn Q0.2 sáng ) đóng tiếp điểm ở mạch chuông đóng lại ,chuông kêu ( Q0.0 ) báo hiệu kết thúc tiếp thứ nhất của ca sáng

Sau 5 phút ra chơi VB4(t=80) thì VB4 đóng lại ,t>=0 giây tiếp điểm VB5 đóng lại nên rơle Q0.2

có điện ( đèn Q0.2 sáng) do đó tiếp điểm Q0.2 ở mạch chuông đóng lại chuông kêu (Q0.0) báo hiệu bắt đầu tiết 2 của ca học buổi sáng ,sau 10 giây tiếp điểm VB5(t=<10 giây) mở ra cắt điện rơle Q0.2 (đèn Q0.2 )tắt đồng thời tiếp điểm Q0.2 ở mạch chuông mở ra…chuông ngừng kêu Quá trình này lặp đi lặp lại hết 6 tiết của ca học buổi sáng và đến 11h55 phút kết thúc ca học buổi sáng

Quá trình hoạt động của ca chiều tương tự bắt đầu lúc 12h30 phút kết thúc lúc 17h 25 phút Quá trình hoạt động của ca tối tương tự bắt đầu lúc 18h kết thúc lúc 21h 15 phút

V Lựa chọn thiết bị (động cơ,cảm biến,rowle,công tắc tơ,PLC ……)

Các thiết bị dùng trong hệ hống gồm có:

1 PLC S7-200( CPU-224 )

2 Chuông điện

3 Nút ấn

4 Đèn báo

5 Rơle

6 Nguồn điện

a) PLC S7-200 ( CPU-224 )

PLC S7-224: Thiết bị điều khiển chính của toàn bộ mô hình thiết bị này , dùng nguồn xoay chiều 220V Chức năng điều khiển theo chương trình lập trình sẵn theo chương trình cho trước

b) Chuông điện

Hình ảnh:chuông điện

Chuông điện sử dụng nguồn điện xoay chiều 220VAC Chế tạo dựa trên nguyên lý điện từ trường Dùng lại búa gõ Chuông điện kêu Reng–Reng phùhợp cho chuông báo trường học

c) Đèn báo

12

Hình ảnh đèn báo

Đèn báo pha dùng cho các tủ điện Có các màu đỏ, vàng, xanh lá cây , trắng, xanh dương Loại đèn này sử dụng công nghệ LED, đường kính 22mm

d) Rơ le

Hình ảnh rơ le

Rơle là thiết bị dùng để đóng cắt mạch động lực( cơ cấu chấp hành ) Được điều khiển bởi PLC Cách li dữa mạch động lực với mạch điều khiển.

SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI HỆ THỐNG CHUÔNG BÁO TRƯỜNG HỌC

14