Hệ thống giám sát điều khiển đèn giao thông s7 1200 3 chế độ

Ngày nay, những chiếc đèn báo giao thông được sử dụng ở tất cả các tuyến đườnggiao thông, việc trang bị hệ thống đèn báo giao thông giúp người tham gia giaothông nhận biết được đâu là th

LỜI CẢM ƠN

Sau quá trình học tập và rèn luyện nghiệm túc tại Khoa Điện trường Đại học CôngNghiệp Hà Nội cùng với sự hướng dẫn và đôn đốc tận tình của Thầy giáo bộ môn

Tự động hóa quá trình công nghệ, chúng em đã hòan thành Bài tập lớn môn

Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy bộ môn Tự động hóaquá trình công nghệ, người thầy đã động viên và giúp đỡ chúng em nhiều về mặttinh thần cũng như kiến thức để chúng em vượt qua những ngày tháng khó khăntrong sự tìm tòi hiểu biết về lĩnh vực mới để rồi cuối cùng hoàn thành được Bài tậplớn ngày hôm nay Một lần nữa xin được gửi lời cảm ơn đến thầy, chúc thầy luônkhoẻ mạnh và có được những tháng năm công tác tốt như thầy mong đợi

Chúng em xin chân thành gửi lời cám ơn đến các thầy cô trong Khoa ĐIỆN đã dìudắt chúng em cho chúng em kiến thức, cho chúng em kiến thức chuyên nghành vànhững kinh nghiêm quý báu cùng với sự nỗ lực của bản thân chúng em đã hoànthành bài tập lớn hôm nay

Chúng em cũng xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè và tất cả những người thâncủa tôi đã tạo điều kiện và giúp đỡ giúp đỡ tôi rất nhiều để chúng em có kết quảnhư ngày hôm nay

Một lần nữa xin cám ơn tất cả mọi người

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I.1:Đặt vấn đề

Đèn giao thông ra đời như là một phát minh vĩ đại của con người Hãy thử tưởngtượng xem, giao thông Việt Nam hiện nay sẽ thế nào nếu đèn giao thông khônghoạt động chỉ trong 10 phút chứ chưa nói đến là không có đèn báo giao thông

Ngày nay, những chiếc đèn báo giao thông được sử dụng ở tất cả các tuyến đườnggiao thông, việc trang bị hệ thống đèn báo giao thông giúp người tham gia giaothông nhận biết được đâu là thời điểm an toàn để họ lái xe qua ngã ba, ngã tư, đâu

là thời điểm để người đi bộ qua đường…Hệ thống này giúp điều khiển giao thôngtheo một trật tự nhất định

Sự phát triển nhanh chóng của các phương tiện giao thông đã dẫn đến tình trạng tắcnghẽn giao thông xảy ra rất thường xuyên Hệ thống giao thông đường bộ, đườngsắt…không thể thiếu những chiếc đèn báo giao thông Đèn báo giao thông giúpngười tham gia giao thông được an toàn, giúp người điều khiển giao thông dễ dàngđiều khiển giao thông hơn Là một người tham gia giao thông, hãy nghiêm chỉnhchấp hành tín hiệu của đèn báo giao thông cũng như luật giao thông đường bộ! Vàvấn đề đặt ra ở đây là làm sao để đảm bảo giao thông thông suốt và sử dụng đènđiều khiển giao thông ở những ngã tư, những nơi giao nhau của các làn đường làmột giải pháp

Để viết chương trình điều khiển đèn giao thông ta có thể viết trên nhiều hệ ngônngữ khác nhau Nhưng với những ưu điểm vượt trội của PLC S7- 1200 như : giáthành hạ , dễ thi công , sửa chữa , chất lượng làm việc ổn định linh hoạt ….nên ởđây tôi đã chọn hệ thống điều khiển có thể lập trình được PLC (ProgrammbleLogic Control) với ngôn ngữ lập trình của S7 – 1200 để viết chương trình điềukhiển đèn giao thông

Xuất phát từ những nhu cầu thực tế và những ham muốn hiểu biết về về lĩnh vựcnày, do đó nhóm chúng em đã làm đề tài về điều khiển đèn giao thông với nội dungnhư sau :

Nội dung: Sử dụng phần mềm Wincc hoặc TIA Portal và thiết bị lập trình PLC để

thực hiện các nội dung của đề tài bao gồm:

+ Thiết lập giao diện điều khiển, giám sát đèn giao thông

+ Nhập thời gian hiển thị của đèn xanh, vàng và đỏ từ màn hình giao diện + Mở/Tắt từ màn hình giao diện.

+ Hiển thị thời gian làm việc của các đèn Xanh-Vàng-Đỏ

Mục đích của đề tài này là hiểu biết về các thiết bị tự động hố , các giải pháp tựđộng hố tích hợp tồn diện thông qua PLC S7 – 1200 và quan trọng nhất là nhữngứng dụng của PLC trong cuộc sống ( Điều khiển đèn giao thông , tự động hố trongmọi lĩnh vực của

ngành sản xuất )

I.2:Giới thiệu phần mềm WinCC hoặc TIA portal

Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic cung cấp một môi trường thân thiệnvới người dùng, từ hiệu chỉnh, thư viện, và bộ điều chỉnh logic cần thiết đến ứngdụng điều khiển, thích hợp cho cả những người mới lẫn những người nhiều kinhnghiệm trong lập trình tự động hóa

SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic cung cấp công cụ cho quản lý và cấu hình tất cảcác thiết bị trong project, ví dụ như: PLCs vá thiết bị HMI SIMATIC TIA PortalSTEP7 Basic cung cấp hai ngôn ngữ lập trình (LAD và FBD), thích hợp vá hiệuquả trong cải tiến lập trình điều khiển trong ứng dụng.Ngoài ra SIMATIC TIAPortal STEP7 Basic còn cung cấp bộ công cụ tạo và cáu hình thiết bị HMI

SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic cung cấp một hệ thống trợ giúp trực tuyến vácung cấp 2 chế độ hiển thị khác nhau: a project-oriented view và a task-oriented set

of portals

I.2.1: Trình tự các bước thiết kế chương trình điều khiển

I.2.2: Giao diện

phần mềmSIMATIc TIA Portal STEP7 Basic

+ Các lệnh sánh

+ Các lệnh counter

+ Các lệnh toán học

+ Các lệnh chuyển đổi

I.2.3: Nạp chương trình xuống PLC

Để nạp chương trình xuống PLC chúng ta thực hiện các bước sau:

• Thiết lập PLC: Từ giao diện soạn thảo chính chọn Add new device / chọnloại PLC Sau đó chọn Online access để lấy địa chỉ IP để kết nối PLC với

máy tính.

• Chọn PLC ở chế độ STOP bằng cách từ menu chính

Online / STOP hoặcclick trái chuột lên biểu tượng JS trên thanh công cụ Lúc nàytrên giao diện xuất hiện hộp thoại thông báo xác nhận việc chọn PLC ở chế STOP,chọn yes

• Từ menu chính chọn Online / download to device hoặc click trái chuột lênbiểu tượng JJ từ thanh công cụ để nạp chương trinh xuống PLC

Hình 1: Stop cpu

I.2.4: Giao tiếp giữ máy tính và PLC

Do PLC có hỗ trợ sẵn dây cáp nối với máy tính nên ta chỉ cần nối PLC vói máytính PC qua dây cáp

Hình 2: Kết nối PLC với máy tính

I.3:Phương pháp lập chương trình điều khiển

Khác với phương pháp điều khiển cứng, trong hệ thống điều khiển lập trình, cấutrúc bộ điều khiển và cách đấu dây độc lập với chương trình

Chương trình định nghĩa hoạt động điều khiển được viết nhờ sự giúp đỡ của 1 máytính

Để thay đổi tiến trình điều khiển, chỉ cần thay đổi nội dung bộ nhớ điều khiển, chứkhông cần thay đổi cách nối dây ben ngoài.Qua đó ta thấy được ưu điểm củaphương pháp điều khiển lập trình được so với phương pháp điều khiển phần cứng

Do đó phương pháp này được sử dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển vì nórất mềm dẻo

Phương pháp điều khiển lập trình được thực hiện theo các bước sau:

Hình 3: Cấu trúc 1 project

CHƯƠNG II: LỰA CHỌN THIẾT BỊ

II.1: Thiết bị điều khiển

Để viết chương trình điều khiển đèn giao thông ta có thể viết trên nhiều hệ ngônngữ khác nhau Nhưng với những điểm ưu việt vượt trội của s7-1200, như là sựtiếp nối phát triển của S7-200 – bộ điều khiển đã quen thuộc với người sử dụng.Với thiết kế theo dạng module, tính năng cao, SIMATIC S7-1200 thích hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau, cấp độ từ nhỏ đến trung bình Đặc điểm nổi bật là S7-1200 được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet (Ethernet), sử

dụng chung một phần mềm Simatic Step 7 Basic cho việc lập trình PLC và các màn hình HMI Điều này giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi công hệ thống điều khiển được nhanh chóng, đơn giản.

Bên cạnh CPU S7-1200 và phần mềm lập trình mới, một dải sản phẩm các màn hình HMI mới dùng cho PLC S7-1200 cũng được giới thiệu.Tất cả cùng tạo ra mộtgiải pháp tích hợp, thống nhất cho thị trường tự động hóa cỡ nhỏ (Micro

Automation) S7-1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C Mỗi loại CPU

có đặc điểm và tính năng khác nhau, thích hợp cho từng ứng dụng của khách hàng

Giới thiệu về s7-1200

II.1.1: Cấu trúc bên ngoài của PLC S7-1200

Hình 4: Cấu trúc plc s7 1200

Hình 5: Cấu trúc bên trong plc s7 1200

II.1.2: Cấu trúc bên trong của PLC S7-1200

Cũng giống như các PLC cùng họ khác, PLC s7-1200 gồm 4 bộ phận cơ bản: bộ

xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất – nhập

-Bộ xử lý còn được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU) chứa bộ vi xử lý, biên dịchcác tín hiệu nhập, và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình đượclưu trong bộ nhớ PLC, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến cácthiết bị xuất

-Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC 24V cần thiếtcho bộ xử lý và các mạch điện trong các modune giao tiếp nhập và xuất hoạt động-Bộ nhớ là nơi lưu giữ chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiểndưới sự kiểm soát của bộ vi xử lý

-Các thành phần nhập và xuất(input-output) là nơi bộ nhớ nhận thông tin từ cácthiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị điều khiển Tín hiệu nhập cóthể từ các công tắc, các bộ cảm biến…Các thiết bị xuất có thể là các cuộn dây cảu

bộ khởi động động cơ, các van solenoid

-Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ nhờ sự trợ giúp của bộ lập trình haybằng máy vi tính

II.1.3: Đấu dây

Ở đây chọn CPU 1212C, chúng ta có thể cung cấp nguồn 24 VDC hay 100 – 230VAC cho PLC và các thông số điện áp được thể hiện trong hình

Hình 6: Sơ đồ đấu dây in/out

Nguồn cung cấp cho PLC là 100-230VAC với tần số từ 47Hz – 63Hz Điện áp cóthể thay đổi trong khoản từ 85V – 264V Ở 264V dòng điện tiêu thụ là 20A

Nguồn cung cấp là 24VAC Điện áp có thể tháy đổi trong khoảng20.4V – 28.8Vdong tiêu thụ 20A

Các ngõ vào được tác động ở mức điện thế tiêu biểu là 24VDC Các ngõ ra củaPLC ở mức 0 khi công tắc hở hay điện áp <= 5VDC Ngõ vào ở mức 1 khi côngtắc đóng hay điện áp => 15VDC Thời gian đổi trạng thái từ “0” lên “1” và từ “1”xuống “0” tối thiểu là 0.1us để PLC nhận biết được

Các ngõ ra có thể là 5VDC – 30VDC hay 5VAC – 250VAC Tùy theo cầu thực tế

mà ta có thể nối nguồn khác nhau để phù hợp với ứng dụng của nó

II.1.4: Module mở rộng

Hình 7: Module mở rộng

Họ PLC s7-1200 cung cấp nhiều nhất 8 module tín hiệhgu đa dạng và một mạchtín hiệu cho bộ xử lý có khả năng mở rộng.ngoài ra bạn có thể cài đặt them 3module giao tiếp nhờ vào các giao thức truyề thông

II.1.5: Các ngôn ngữ lập trình

Ngôn ngữ lập trình LAD (ladder logic)

Chương trình LAD bao gồm cột dọc biểu diễn nguồn điện logic cùng với các kíhiệu công tắc logic tạo thành một nhánh mách điện logic nằm ngang.Ở hình bên,logic điều khiển được được biểu diễn bằng 2 công tắc thường đóng và một ngoc rarelay logic

Các kí hiệu công tắc trên được dung để xây dựng lên bất kì mạch logic nào: sự kếthợp nhiều mạch logic có thể biểu diễn mạch điều khiển cho một ứng dụng có logicđiều khiển phức tạp ĐIều cần thiết cho công việc thiết kế chương trình ladder làlập tài liệu về hệ thống mà mô tả hoạt động của chúng để người sử dụng hiểu đượcmạch ladder một cách nhanh chóng và chính xác

Các quy ước của ngôn ngữ lập trình LAD:

- Các đường dọc trên sơ đồ biểu diễn đường công suất, các mạch được kết nốivới đường dây này

- Mỗi lấc thang (thanh ngang) xác định một hoạt động trong quá trình điềukhiển

- Sơ đồ thang được đọc từ trái sáng phải và từ trên xuống Lấc ở đỉnh thanđược đọc từ trái sang phải lấc thức 2 tính từ trên xuống cũng đọc tương tự…Khi ở chế đọ hoạt động, PLC sẽ đi từ đầu đến cuối chương trình thang sau đólặp đi lặp lại nhiều lần Quá trình lần lượt đi qua tất cả các nấc thang gọi làchu trình quét

- Mỗi nấc thang bắt đầu với một hoặc nhiều ngõ vào và kết thúc với ít nhất mộtngõ ra

- Các thiết bị điện được trình bày ở điều kiện chuẩn của chúng Vì vậy, côngtắc thường hở được trình bày ở sơ đồ thang ở trạng thái hở, Công tắc thườngđóng đước trình bày ở trạng thái đóng

- Thiết bị bất kì có thể xuất hiện trên nhiều nấc thang Có thể có một role đóngmột hoặc nhiều thiết bị.

- Các ngõ vào và ra được nhận biết theo địa chỉ của chúng Kí hiệu tùy hteonhà sản xuất quy định

- Lệnh đếm xuống (counter down)

- Bộ đếm lên/ xuống (counter up/donw)

II.2: Thiết bị cơ cấu chấp hành

Bao gồm các loại đèn LED xanh, đỏ vàng

CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI VÀ CHƯƠNG TRÌNH III.1: Sơ đồ khối

Hình 8: Sơ đồ khối

III.2: Sơ đồ đấu nối thiết bị điều khiển - đo lường - chấp hành

Hình 9: Input

Hình 10: Output

III.3: Phân tích nguyên lí hoạt động

 Cấu tạo:

Hệ thống giao thông hay là đèn điều khiển giao thông gồm 4 cột, mỗi cột gồm 5đèn: 2 đèn đỏ(1 đèn đỏ dừng phường tiện giao thông, 1 đèn đỏ cho người đi bộ), 2đèn xanh(1 đèn xanh cho các phương tiện giao thông, 1 đèn xanh cho người đi bộ),

1 đèn vàng

 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống điều khiển đèn giao thông

Cơ chế hoạt động của đèn giao thông thực ra rất đơn giản: Khi đèn xanh của lànđường 1 sáng, thì đèn đỏ của làn đường 2 cũng sáng, đèn đỏ cho người đi bộ ở lànđường 1 sáng, đèn xanh cho người đi bộ ở lần đường 2 sáng, sau một khoảng thờigian nhất định đèn xanh ở lần đường 1 tắt đèn vàng ở lần đường 1 được bật lên

Khi đèn vàng ở lần đường 1 tắt thì đèn đỏ ở làn đường 2 cũng tắt, cùng lúc đó đènxanh ở làn đường 2 bật lên, lúc này đèn đỏ ở làn đường 1 được bật lên, đèn đỏ chongười đi bộ ở làn đường 2 bật lên, đèn xanh cho người đi bộ ở làn đường 1 bật lên,

Sau khoảng thời gian nhất định thì đèn vàng ở làn đường 2 được bật lên, khi đènvàng ở lần đường 2 tắt thì đèn đỏ ở làn đường 2 bật lên và lặp lại chu trình

 Giản đồ thời gian

Hình 11: Giản đồ thời gian

III.3.1:Chương trình điều khiển

III.3.1.1: Chương trình chính

III.3.1.2: Khối chương trình điều khiển FB1

III.3.1.3: Chương trình mô phỏng FC1

III.3.2:Màn hình giao diện HMI

Hình 12: Giao diện giám sát điều khiển

III.3.2.1: Hoạt động

Hình 13:Giao diện khi chương trình hoạt động

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ THỰC HIỆN

Đề tài tìm hiểu về PLC S7 – 1200 và chương trình ứng dụng của nó vào điều khiểnđèn giao thông chỉ đề cập qua một số vấn đề như: nguyên lý làm việc, tổ chức bộ nhớ, các cú pháp lệnh của S7 – 1200, nhiệm vụ của đèn giao thông …mà không cóđiều kiện để tìm hiểu cụ thể

Phần tìm hiểu nguyên tắc hoạt đông của đèn giao thông và chương trình điều khiểncủa nó nói chung đã trình bày được một số nội dung: về cấu tạo của đèn giao

thông, nguyên tắc hoạt động, khai báo phần cứng, viết chươg trình …Qua đó ta thấy được rằng để thiết kế một hệ thống đèn giao thông là tương đối phức tạp nên trong đề tài này dù đã cố gắng nhưng vẫn chưa thật đầy đủ và còn thiếu sót rất nhiều Ngay như khi trình bày về cấu tạo nguyên tắc của đèn cũng mới chỉ dừng lại

ở trình bày sơ lược chưa đi sâu về mạch lực, ghép nối, các thiết bị khác…

Phần trình bày về phần mềm Micro PLC S7 – 1200(công cụ chính để thực hiện bài toán) được phân thành phần như: cấu hình cứng, cấu trúc bộ nhớ, mở rộng ngõ vào/ra, thực hiện chương trình, ngôn ngữ lập trình, microwin Từ đó ta thấy PLC Simatic S7 – 1200 có phạm vi kiến thức và sự hiểu biết tương đối lớn, trong một khoảng thời gian ngắn ngủi không thể tìm hiểu hết được

Khi tìm hiểu cũng không có sự so sánh với các công nghệ khác, ưu điểm và nhược điểm của công nghệ còn chưa được chỉ rõ Thực chất của quá trình là giới thiệu quaqua về nó , biến nó trở thành bước đệm để tìm hiểu về Micro PLC và ứng dụng củaMicro PLC trong cuộc sống, đó là nội dung chính của đề tài môn này

Trong quá trình thực hiện vì khó khăn của thiết bị và trình độ còn hạn chế nên chưathể xây dựng một mô hình minh hoạ cụ thể, điều đó đã nói nên phần nào những thiếu sót trong đề tài này.Và đây cũng là sự mong muốn phát triển tiếp theo của đề tài này

Đề tài được thực hiện trong một thời gian ngắn nên không tránh khỏi những sai sót mong các thầy cô thông cảm và giúp đỡ chúng em hòan thiện đồ án này