Thiết kế hệ thống điều khiển đèn đường theo làn sóng xanh cho tuyến đường lê hồng phong bằng PLC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2015 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƢỜNG THEO LÀN SÓNG XANH CHO TUYẾN ĐƢỜNG LÊ HỒNG PHONG BẰNG PLC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHÕNG - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2015 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƢỜNG THEO LÀN SÓNG XANH CHO TUYẾN ĐƢỜNG LÊ HỒNG PHONG BẰNG PLC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên :Nguyễn Trung Kiên Ngƣời hƣớng dẫn: GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn HẢI PHÕNG - 2019 Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Nguyễn Trung Kiên – MSV : 1412102074 Lớp : ĐC 1802 - Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Thiết kế hệ thống điều khiển đèn đƣờng theo sóng xanh cho tuyến đƣờng Lê Hồng Phong PLC NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính toán vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp : CÁC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hƣớng dẫn : Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ tên Trƣờng Đại học dân lập Hải Phòng Tồn đề tài : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hƣớng dẫn : Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày tháng năm 2018 Yêu cầu phải hoàn thành xong trƣớc ngày tháng .năm 2019 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Cán hƣớng dẫn Đ.T.T.N Nguyễn Trung Kiên GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn Hải Phòng, ngày tháng năm 2019 HIỆU TRƢỞNG GS.TS.NGƢT TRẦN HỮU NGHỊ CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Nội dung hƣớng dẫn: Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lƣợng đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu…) Ý kiến giảng viên hƣớng dẫn tốt nghiệp Đƣợc bảo vệ Không đƣợc bảo vệ Điểm hƣớng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên hƣớng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Phần nhận xét giáo viên chấm phản biện Những mặt hạn chế Ý kiến giảng viên chấm phản biện Đƣợc bảo vệ Không đƣợc bảo vệ Điểm hƣớng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG 1: CÁC NƯT GIAO THƠNG TUYẾN ĐƢỜNG LÊ HỒNG PHONG 1.1 HIỆN TRẠNG CÁC NƯT GIAO THƠNG ĐƢỜNG LÊ HỒNG PHONG 1.1.1 Nút giao thông Lê Hồng Phong – Ngô Gia Tự ( Sân bay Cát Bi – Lê Hồng Phong – Ngô Gia Tự ) 1.1.2 Nút giao thông Cầu vƣợt Nguyễn Bỉnh Khiêm (Lê Hồng Phong Nguyễn Bỉnh Khiêm) 1.1.3 Nút giao thông ParkSon (Lê Hồng Phong – Lô 22) 11 1.1.4 Các nút giao thông khác 12 Hình 1.10: Tham gia giao thơng Nút giao Sân Bay Cát Bi 14 1.2 MỤC TIÊU THIẾT KẾ CỦA MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THƠNG (LÀN XANH) 14 CHƢƠNG 2: ỨNG DỤNG PLC XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THƠNG THEO LÀN ĐÈN XANH 16 2.1 GIỚI THIỆU VỀ PLC 16 2.1.1 Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC S7-200 16 2.1.1.1 Cấu hình cứng 16 2.1.2 Cấu trúc nhớ 19 2.1.2.1 Phân chia nhớ: 19 2.1.3 Mở rộng ngõ vào/ra: 21 2.1.4 Thực chƣơng trình: 22 2.1.5 Ngôn ngữ lập trình S7 – 200 25 2.1.5.1 Phƣơng pháp lập trình 25 2.1.5.2 Cú pháp lệnh S7 – 200 27 2.2 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA ĐÈN GIAO THÔNG TẠI MỘT NGÃ TƢ .31 2.3 THIẾT KẾ TÍN HIỆU ĐÈN HOẠT ĐỘNG TRÊN CÁC NƯT GIAO 36 THƠNG CHẠY THEO CÙNG MỘT TUYẾN ĐƢỜNG (TỔ CHỨC LÀN SÓNG XANH – GREEN LINE) 36 2.3.1 Giới thiệu phƣơng pháp điều khiển tín hiệu giao thơng theo sóng xanh 36 2.3.2 Phƣơng pháp tính tốn, đặt thời gian cho tín hiệu giao thơng 36 CHƢƠNG 3: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THƠNG THEO LÀN ĐÈN XANH TUYẾN ĐƢỜNG LÊ HỒNG PHONG .45 3.1 GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ TRONG MƠ HÌNH .45 3.1.1 Thiết bị mạch điều khiển .45 3.1.2 Thiết bị mạch động lực 45 46 3.2 VIẾT CHƢƠNG TRÌNH VỚI PLC S7-200 VÀ MÔ PHỎNG .46 3.2.1 Sơ đồ khối chƣơng trình 46 3.3 MƠ HÌNH 51 3.3.2 Mơ hình 53 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO .57 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần với phát triển kinh tế tốc độ gia tăng không ngừng loại phƣơng tiện giao thơng Sự phát triển nhanh chóng phƣơng tiện giao thơng dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông xảy thƣờng xuyên.Vấn đề đặt để đảm bảo giao thông thông suốt sử dụng đèn điều khiển giao thông ngã tƣ, nơi giao đƣờng giải pháp Để viết chƣơng trình điều khiển đèn giao thơng ta viết nhiều hệ ngôn ngữ khác Nhƣng với ƣu điểm vƣợt trội PLC S7200 nhƣ: Có thể ghép nối mở rộng, dễ thi công, sửa chữa, chất lƣợng làm việc ổn định linh hoạt Nên em chọn hệ thống điều khiển lập trình đƣợc PLC (Programmble Logic Control) với ngơn ngữ lập trình S7– 200 để viết chƣơng trình điều khiển đèn giao thông Xuất phát từ nhu cầu thực tế giao thơng đƣờng Lê Hồng Phong, tình trạng ách tắc thƣờng xảy vào thời gian cao điểm Đặc biệt nút giao Cầu Vƣợt Nguyễn Bỉnh Khiêm.Với ham muốn hiểu biết về lĩnh vực này, em xin chọn đề tài làm đồ án tốt nghiệp “Xây dựng hệ thống điều khiển đèn giao thơng theo sóng xanh tuyến đƣờng Lê Hồng Phong” Mục đích đề tài hiểu biết thiết bị tự động hoá, giải pháp tự động hố tích hợp tồn diện thơng qua PLC S7–200 quan trọng giải pháp giao thông ngã tƣ cụm ngã tƣ nhằm tiết kiệm thời gian ách tắc giao thông (điều khiển đèn giao thông theo “làn xanh”, giải pháp điều khiển đèn giao thông nút giao thông quan trọng) Trong q trình hồn thiện đồ án tốt nghiệp “Xây dựng hệ thống điều khiển đèn giao thông theo sóng xanh tuyến đƣờng Lê Hồng Phong” tơi nhận đƣợc giúp đỡ, định hƣớng phân tích chi tiết thầy Thân Ngọc Hồn đặc biệt tính tốn thời gian chung “làn sóng xanh” Muốn đảm bảo đƣợc điều sau chu kì đèn ngã tƣ thời gian chu kì đèn cho tất ngã tƣ (Tcktb) phải xấp xỉ thời gian đoạn (Δttb) Tcktb = 51 (s) Khi tổ chức “làn sóng xanh” đƣờng nằm tuyến phải đƣợc ƣu tiên mức thấp thời gian phƣơng tiện phải chờ Do bỏ qua thời gian chờ nên ta có: Bảng 2.2: Chu kỳ thời gian hƣớng Txanh = 29 (s) Tvàng = (s) Tđỏ = 19 (s) Txanh = 20 (s) Tvàng = (s) Tđỏ = 28 (s) Trong hƣớng hƣớng dọc theo trục đƣờng Lê Hồng Phong, hƣớng hai trục đƣờng lại ngã tƣ Thời gian chu kỳ đèn lúc 51 (s) Từ ta tính đƣợc thời gian tín hiệu đèn chu kỳ: Thời gian xanh hƣớng là: (29,6/51) * 52,32 = 27,5 (s) Thời gian xanh hƣớng là: (20,6/56,32) * 52,32 = 19 (s) Thời gian vàng 2,91 (s) Đồ thị tín hiệu đèn theo thời gian chu kì 51(s) đƣợc biểu thị (hình 2.13) “Làn sóng xanh” tuyến đƣờng đƣợc thiết kế tối ƣu nên không cần phải hiệu chỉnh thêm Theo nhƣ tính tốn theo phƣơng pháp sóng xanh, thời gian đặt mơ hình thời gian tối ƣu mà tín hiệu đèn làm tốt nhiệm vụ 43 điều khiển giao thông Nếu thay đổi hay điều chỉnh ngã tƣ xảy tƣợng cân chu kỳ thời gian đạt sóng xanh Chính thời gian tính tốn tối ƣu, nên xảy tắc đƣờng hay ách tắc lƣợng xe nhiều cần dùng biện pháp điều hành cảnh sát giao thơng Ngồi khơng có cách khác điều khiển tín hiệu đèn trƣờng hợp Ngồi với thời gian 28s đèn xanh hƣớng 20s đèn xanh hƣớng thời gian đặt phù hợp tăng thêm nhiều chu kỳ đèn tối đa khả thông xe giảm thiểu khả gặp đèn đỏ trục đƣờng Nhƣ trục đƣờng Lê Hồng Phong tuyến đƣờng đƣợc ƣu tiên sóng xanh mà mơ hình đặt Nhận thấy việc áp dụng phƣơng pháp tính tốn theo sóng xanh cần đảm bảo yếu tố khoảng cách nút giao thơng, tính đồng giao thơng ví dụ lƣợng xe tƣơng đƣơng, thời gian di chuyển ngã tƣ tƣơng đƣơng Ngoài khoảng cách ngã tƣ phải nhỏ, tiết kiệm chi phí dây chi phí lắp đặt khác Qua chƣơng hai nhận thấy việc dùng PLC điều khiển theo phƣơng pháp sóng xanh giải pháp hay có nhiều khả phát triển mở rộng đƣợc hệ thống điều khiển Có khả kết nối mạng, khả mở rộng chức giám sát, đặc biệt khả làm việc ổn định 44 CHƢƠNG 3: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAOTHƠNG THEO LÀN ĐÈN XANH TUYẾN ĐƢỜNG LÊ HỒNG PHONG 3.1 GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ TRONG MƠ HÌNH 3.1.1 Thiết bị mạch điều khiển Một PLC S7-200: Thiết bị điều khiển tồn mơ hình thiết bị dùng nguồn 24v chiều Chức điều khiển theo chƣơng trình lập trình sẵn theo chƣơng trình cho trƣớc Trong mơ hình có tính tốn đến việc mở rộng việc ghép nối điều khiển với thiết cụm ngã tƣ với nhau, ghép nối điều khiển thiết bị giám sát 3.1.2 Thiết bị mạch động lực -Một biến áp 5A: biến đổi điện áp 220v điện áp 24v, nguồn ni PLC thiết bị mơ hình dùng điện áp 24v -Một chỉnh lƣu điện áp xoay chiều thành điện áp chiều 24v, PLC đèn tín hiệu 24v chiều -6 rơ le trung gian làm nhiệm vụ chấp hành điều khiển phần cứng, trực tiếp cấp nguồn cho đèn tín hiệu theo yêu cầu, rơ le dùng nguồn 24v chiều -48 đèn tín hiệu 16 đèn xanh, 16 đèm vàng, 16 đèn đỏ: Tổng chiều dài mơ hình 260cm, rộng 60cm, khoảng cách ngã tƣ theo tỉ lệ thực tế 1:1:4 thực tế từ Lô 22 đến ParkSon 300m, ParkSon đến Cầu Vƣợt Nguyễn Bình Khiêm 300m, từ Cầu Vƣợt Nguyễn Bỉnh Khiêm đến ngã tƣ Ngô Gia Tự - Lê Hồng Phong 1200m 45 3.2 VIẾT CHƢƠNG TRÌNH VỚI PLC S7-200 VÀ MƠ PHỎNG 3.2.1.Sơ đồ khối chƣơng trình Các tín hiệu vào nút bấm Trung tâm điều khiển Thực điều khiển Các đèn tín hiệu (Xanh, Vàng, Đỏ) 46 Thuật tốn mơ hình: Begin Read_RTC Đọ c giá tr ị th i gian th ực PLC Thỏ a mãn ĐK thờ i gian hoạt động chế độ “làn sóng xanh” Thỏ a mãn ĐK th i gian hoạt động chế độ đêm So sánh giá tr ị Read_RTC vớ i giá trị thời gian Chƣơng trình hoạt động chế độ đêm khuya Chƣơng trình hoạt động chế độ “làn sóng xanh” Cấp tín hiệu đóng điện cho đèn Xanh, Vàng Đỏ chiều tƣơng ứng 47 3.2.2 Chƣơng trình viết PLC S7-200 48 Ngơn ngữ LAD : 49 3.2 M ô ph ỏn g PL C S7 20 0đ iều kh iển đè n gia o thơng 50 3.3 MƠ HÌNH 3.3.1 Sơ đồ đấu nối Dựa vào bảng bố trí đầu vào, ta có sơ đồ đấu nối thiết bị ngoại vi với Hình 3.1: Sơ đồ kết nối CPU 214 51 - Trên hình có đầu rơ le trung gian 0.1 đến 0.3 L 1.1, 1.2 1L - Có đầu vào I0.0 I0.1 tƣơng đƣơng với Sart Stop 52 Hình 3.2: Sơ đồ đấu nối mạch động lực R1 R6 : Các rơle trung gian sử dụng mơ hình D1 D48 : Các đèn báo xanh đỏ vàng tín hiệu giao thông I0.0 I1.1 : Các nút bấm sử dụng chƣơng trình điều khiển Đây sơ đồ đấu dây thực mơ hình điều tín hiệu giao thơng theo sóng xanh Nguồn cấp cho PLC 24V chiều Nguồn nuôi mở rộng không sử dụng mơ hình thực nghiệm 3.3.2 Mơ hình Giới thiệu tổng thể mơ hình điều khiển tín hiệu đèn giao thơng theo sóng xanh đoạn đƣờng Lê Hồng Phong Tổng chiều dài mơ hình 260cm, chiều rộng 60cm, kích thƣớc đƣờng mơ hình 30cm, chiều cao cột 30cm Mỗi ngã tƣ gồm cột đƣợc lắp đặt 14 đèn xanh đỏ vàng Hình 3.3: Mơ hình điều khiển ngã tƣ 53 Trong mơ hình có số đoạn đƣợc chỉnh thẳng để tiện cho việc thiết kế lắp đặt khoan ống ngã tƣ có cấu tạo khơng đối xứng thi công đƣợc cố ý thiết kế đối xứng mơ hình Mơ hình trọng việc giải “làn sóng xanh” lên chƣa giải đƣợc đền Hình 3.4: Nút giao thơng mơ hình 54 Hình 3.5: Hƣớng giao thơng từ Lơ 22 Lê Hồng Phong Sân bay Cát Bi 55 KẾT LUẬN Trong thời gian làm đồ án em tự tìm hiểu phƣơng án thiết kế “làn xanh” cho đèn giao thơng nhằm cải thiện tình hình giao thơng ngã tƣ trọng điểm, giải tốt nhiệm vụ đèn giao thông giúp cho giao thông đƣợc thơng suốt hợp lý Do thời gian có hạn số điều kiện không đƣợc thuận lợi nhƣ ý nên e chƣa thiết kế đƣợc mơ hình thực tế hồn chỉnh, nên e trình bày mô hệ thống Trong đồ án em chủ yếu tìm hiểu đƣa giải pháp “áp dụng phƣơng pháp xây dựng theo sóng xanh” Tối ƣu hóa nhằm giúp ngƣời tham gia giao thơng thuận tiện nhất, ƣớc lƣợng tính tốn thời gian di chuyển, khả xung đột phƣơng tiện ngã tƣ Từ thông số chung tốc độ xe di chuyển, số lƣợng xung đột giao thông, độ rộng ngã tƣ từ đặt thơng số cho nút giao thông cách hợp lý Sau thực đồ án em tập hồn thành nội dung nhƣ sau: Mơ tả thực trạng nút giao thông tuyến đƣờng Lê Hồng Phong Tìm hiểu PLC S7-200, ứng dụng PLC xây dựng mô hệ thống giao thông điều khiển theo sóng xanh Đồ án đƣợc thực thời gian ngắn khơng tránh khỏi sai sót mong thầy thơng cảm giúp đỡ em hồn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên Nguyễn Trung Kiên 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.TS Phan Cao Thọ, KS.Trần Trung Việt, Tổ chức giao thơng đèn tín hiệu "Làn Sóng Xanh", Nhà xuất Đà Nẵng 2.Nguyễn Dỗn Phƣớc, Phan Xn Minh, Tự động hóa với Simatic S7-200 3.Th.S Châu Chí Đức, Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC Simatic S7-200 4.Lê Văn Doanh, Đặng Văn Đào, Lê Hải Hƣng, Ngô Xuân Thành, Nguyễn Anh Tuấn (2008), Chiếu Sáng Tiện Nghi Và Hiệu Quả Năng Lượng, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 5.Www.google.com.vn 57 ... HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2015 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƢỜNG THEO LÀN SÓNG XANH CHO TUYẾN ĐƢỜNG LÊ HỒNG PHONG BẰNG PLC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG... Tư Đông Khê – Lê Hồng Phong, Ngã Tư Lê Hồng Phong – Lô 22 Ngã Tư Lê Hồng Phong – Đằng Lâm Chƣơng 2: Ứng dụng PLC xây dựng hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thơng theo làn sóng xanh Nội dung... 14 1.2 MỤC TIÊU THIẾT KẾ CỦA MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG (LÀN XANH) 14 CHƢƠNG 2: ỨNG DỤNG PLC XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THƠNG THEO LÀN ĐÈN XANH 16 2.1