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 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2015 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG THEO LÀN SÓNG XANH CHO TUYẾN ĐƯỜNG 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 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2015 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG THEO LÀN SÓNG XANH CHO TUYẾN ĐƯỜNG 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 Người hướng 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 TRƯỜNG 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 đường theo sóng xanh cho tuyến đường 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 tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp : CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Trường Đại học dân lập Hải Phịng Tồn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2018 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng .năm 2019 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Nguyễn Trung Kiên GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn Hải Phòng, ngày tháng năm 2019 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Nội dung hướng dẫn: Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu…) Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên hướng 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 Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: CÁC NƯT GIAO THƠNG TUYẾN ĐƯỜNG LÊ HỒNG PHONG 1.1 HIỆN TRẠNG CÁC NÖT GIAO THÔNG ĐƯỜNG 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 vượt 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 thông Nút giao Sân Bay Cát Bi 14 1.2 MỤC TIÊU THIẾT KẾ CỦA MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THƠNG (LÀN XANH) 14 CHƯƠNG 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 chương trình: 22 2.1.5 Ngơn ngữ lập trình S7 – 200 25 2.1.5.1 Phương 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 TƯ 31 2.3 THIẾT KẾ TÍN HIỆU ĐÈN HOẠT ĐỘNG TRÊN CÁC NƯT GIAO 36 THƠNG CHẠY THEO CÙNG MỘT TUYẾN ĐƯỜNG (TỔ CHỨC LÀN SÓNG XANH – GREEN LINE) 36 2.3.1 Giới thiệu phương pháp điều khiển tín hiệu giao thơng theo sóng xanh 36 2.3.2 Phương pháp tính tốn, đặt thời gian cho tín hiệu giao thơng .36 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THƠNG THEO LÀN ĐÈN XANH TUYẾN ĐƯỜNG 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 CHƯƠNG TRÌNH VỚI PLC S7-200 VÀ MƠ PHỎNG 46 3.2.1 Sơ đồ khối chương 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 phương tiện giao thơng Sự phát triển nhanh chóng phương tiện giao thơng dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông xảy thường xuyên.Vấn đề đặt để đảm bảo giao thông thông suốt sử dụng đèn điều khiển giao thông ngã tư, nơi giao đường giải pháp Để viết chương trình điều khiển đèn giao thơng ta viết nhiều hệ ngôn ngữ khác Nhưng với ưu điểm vượt trội PLC S7-200 như: Có thể ghép nối mở rộng, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt Nên em chọn hệ thống điều khiển lập trình PLC (Programmble Logic Control) với ngơn ngữ lập trình S7–200 để viết chương trình điều khiển đèn giao thơng Xuất phát từ nhu cầu thực tế giao thông đường Lê Hồng Phong, tình trạng ách tắc thường xảy vào thời gian cao điểm Đặc biệt nút giao Cầu Vượt 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 đường Lê Hồng Phong” Mục đích đề tài hiểu biết thiết bị tự động hố, giải pháp tự động hố tích hợp tồn diện thơng qua PLC S7–200 quan trọng giải pháp giao thông ngã tư cụm ngã tư 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 thơng quan trọng) Trong q trình hồn thiện đồ án tốt nghiệp “Xây dựng hệ thống điều khiển đèn giao thơng theo sóng xanh tuyến đường Lê Hồng Phong” nhận giúp đỡ, định hướng phân tích chi tiết thầy Thân Ngọc Hồn đặc biệt tính tốn thời gian chung “làn sóng xanh” Muốn đảm bảo điều sau chu kì đèn ngã tư thời gian chu kì đèn cho tất ngã tư (Tcktb) phải xấp xỉ thời gian đoạn (Δttb) Tcktb = 51 (s) Khi tổ chức “làn sóng xanh” đường nằm tuyến phải ưu tiên mức thấp thời gian phương tiện phải chờ Do bỏ qua thời gian chờ nên ta có: Bảng 2.2: Chu kỳ thời gian hướng Txanh = 29 (s) Tvàng = (s) Tđỏ = 19 (s) Txanh = 20 (s) Tvàng = (s) Tđỏ = 28 (s) Trong hướng hướng dọc theo trục đường Lê Hồng Phong, hướng hai trục đường lại ngã tư Thời gian chu kỳ đèn lúc 51 (s) Từ ta tính thời gian tín hiệu đèn chu kỳ: Thời gian xanh hướng là: (29,6/51) * 52,32 = 27,5 (s) Thời gian xanh hướng 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) biểu thị (hình 2.13) “Làn sóng xanh” tuyến đường thiết kế tối ưu nên không cần phải hiệu chỉnh thêm Theo tính tốn theo phương pháp sóng xanh, thời gian đặt mơ hình thời gian tối ưu mà tín hiệu đèn làm tốt nhiệm vụ 43 điều khiển giao thông Nếu thay đổi hay điều chỉnh ngã tư xảy tượng cân chu kỳ thời gian đạt sóng xanh Chính thời gian tính tốn tối ưu, nên xảy tắc đường hay ách tắc lượng xe nhiều cần dùng biện pháp điều hành cảnh sát giao thơng Ngồi khơng có cách khác điều khiển tín hiệu đèn trường hợp Ngoài với thời gian 28s đèn xanh hướng 20s đèn xanh hướng thời gian đặt phù hợp tăng thêm nhiều chu kỳ đèn tối đa khả thông xe giảm thiểu khả gặp đèn đỏ trục đường Như trục đường Lê Hồng Phong tuyến đường ưu tiên sóng xanh mà mơ hình đặt Nhận thấy việc áp dụng phương pháp tính tốn theo sóng xanh cần đảm bảo yếu tố khoảng cách nút giao thông, tính đồng giao thơng ví dụ lượng xe tương đương, thời gian di chuyển ngã tư tương đương Ngoài khoảng cách ngã tư phải nhỏ, tiết kiệm chi phí dây chi phí lắp đặt khác Qua chương hai nhận thấy việc dùng PLC điều khiển theo phương pháp sóng xanh giải pháp hay có nhiều khả phát triển mở rộng hệ thống điều khiển Có khả kết nối mạng, khả mở rộng chức giám sát, đặc biệt khả làm việc ổn định 44 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAOTHƠNG THEO LÀN ĐÈN XANH TUYẾN ĐƯỜNG 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 chương trình lập trình sẵn theo chương trình cho trước Trong mơ hình có tính tốn đến việc mở rộng việc ghép nối điều khiển với thiết cụm ngã tư 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 lưu 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 tư theo tỉ lệ thực tế 1:1:4 thực tế từ Lô 22 đến ParkSon 300m, ParkSon đến Cầu Vượt Nguyễn Bình Khiêm 300m, từ Cầu Vượt Nguyễn Bỉnh Khiêm đến ngã tư Ngô Gia Tự - Lê Hồng Phong 1200m 45 3.2 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH VỚI PLC S7-200 VÀ MÔ PHỎNG 3.2.1.Sơ đồ khối chương 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 Thỏ a mãn ĐK thờ i gian hoạt động chế độ “làn sóng xanh” gian th ực PLC 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 Chương trình hoạt động chế độ đêm khuya Chương trình hoạt động chế độ “làn sóng xanh” Cấp tín hiệu đóng điện cho đèn Xanh, Vàng Đỏ chiều tương ứng 47 3.2.2 Chương trình viết PLC S7-200 48 Ngôn ngữ LAD : 49 3.2 M ô ph ỏn g PL C S7 20 0đ iều kh iển đè n gia o thông 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 tương đương 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 thơng I0.0 I1.1 : Các nút bấm sử dụng chương 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 ni mở rộng khơng 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 đường Lê Hồng Phong Tổng chiều dài mơ hình 260cm, chiều rộng 60cm, kích thước đường mơ hình 30cm, chiều cao cột 30cm Mỗi ngã tư gồm cột lắp đặt 14 đèn xanh đỏ vàng Hình 3.3: Mơ hình điều khiển ngã tư 53 Trong mơ hình có số đoạn chỉnh thẳng để tiện cho việc thiết kế lắp đặt khoan ống ngã tư có cấu tạo không đối xứng thi công cố ý thiết kế đối xứng mơ hình Mơ hình trọng việc giải “làn sóng xanh” lên chưa giải đền Hình 3.4: Nút giao thơng mơ hình 54 Hình 3.5: Hướng giao thông từ Lô 22 Lê Hồng Phong Sân bay Cát Bi 55 KẾT LUẬN Trong thời gian làm đồ án em tự tìm hiểu phương án thiết kế “làn xanh” cho đèn giao thông nhằm cải thiện tình hình giao thơng ngã tư trọng điểm, giải tốt nhiệm vụ đèn giao thông giúp cho giao thông thông suốt hợp lý Do thời gian có hạn số điều kiện không thuận lợi ý nên e chưa thiết kế mơ hình thực tế hồn chỉnh, nên e trình bày mơ hệ thống Trong đồ án em chủ yếu tìm hiểu đưa giải pháp “áp dụng phương pháp xây dựng theo sóng xanh” Tối ưu hóa nhằm giúp người tham gia giao thông thuận tiện nhất, ước lượng tính tốn thời gian di chuyển, khả xung đột phương tiện ngã tư Từ thông số chung tốc độ xe di chuyển, số lượng xung đột giao thông, độ rộng ngã tư từ đặt thơng số cho nút giao thông cách hợp lý Sau thực đồ án em tập hoàn thành nội dung sau: Mô tả thực trạng nút giao thơng tuyến đường Lê Hồng Phong Tìm hiểu PLC S7-200, ứng dụng PLC xây dựng mô hệ thống giao thơng điều khiển theo sóng xanh Đồ án thực thời gian ngắn không tránh khỏi sai sót mong thầy thơng cảm giúp đỡ em hoàn 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 Doãn Phước, Phan Xuân 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 Hưng, 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 ĐƯỜNG THEO LÀN SÓNG XANH CHO TUYẾN ĐƯỜNG LÊ HỒNG PHONG BẰNG PLC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG... đèn xanh, đèn đỏ đèn đỏ; đèn phụ đèn (hình 2.8) dùng điều khiển đường dành cho người bộ: đèn xanh người đèn đỏ người Ngoài ra, hệ thống đèn có hộp điều khiển từ phát tín hiệu điều khiển đèn Tín... HÌNH ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAOTHÔNG THEO LÀN ĐÈN XANH TUYẾN ĐƯỜNG 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