Lập trình thiết kế hệ thống chuông báo tại trường học

LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển, ngành tự động hóa đạt nhiều tiến Tự động hóa làm giảm nhẹ sức lao động cho người mà cịn góp phần lớn việc nâng cao suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm Chính tự động hóa ngày khẳng định vị trí vai trị ngành công nghiệp phổ biến rộng rãi hệ thống công nghiệp giới nói chung Việt Nam nói riêng Khơng dừng lại đó, phát triển tự động hóa cịn đem lại nhiều tiện ích phục vụ đời sống hàng ngày cho người Một minh chứng rõ nét đời chng báo tự động với nhiều tiện ích hơn, đa Để phục vụ tốt đời sống người thời điểm xã hội ngày đại phát triển nay, ln địi hỏi cải tiến cơng nghệ tính tiện ích cho chuông tự động báo.Việc ứng dụng thành công thành tựu lý thuyết điều khiển tối ưu, công nghệ thơng tin, cơng nghệ máy tính, cơng nghệ điện điện tử lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác năm gần dẫn đến đời phát triển thiết bị điều khiển logic có khả lập trình ( PLC ) Cũng từ tạo cách mạng lĩnh vực kỹ thuật điều khiển Ngày biết rõ cơng nghệ PLC đóng vai trị quan trọng lượng làm não cho phận cần tự động hoá giới hoá Do điều khiển logic khả lập trình ( PLC ) cần thiết kỹ sư khí kỹ sư điện , điện tử, từ giúp họ nắm phạm vi ứng dụng rộng rãi kiến thức PLC cách sử dụng thông thường Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em giao nhiệm vụ nghiên cứu với đề tài: “Lập trình thiết kế hệ thống chuông báo trường học” Đây đề tài khơng hồn tồn phù hợp với thực tế trường trung cấp, cao đẳng đại học nay, sâu nghiên cứu thấy hấp dẫn thấy vai trị việc điều khiển tự động Xác định rõ nhiệm vụ em cố gắng hết sức, tập trung tìm hiểu Kết thu chưa nhiều bị hạn chế kiến thức, thời gian kinh nghiệm giúp em có thêm kiến thức để sau trường có tảng tiếp cận với công nghệ Trong trình làm đồ án trình độ hiểu biết em có hạn, nên nội dung đồ án khơng tránh khỏi sai sót Vì em mong bảo góp ý thầy người quan tâm đến vấn đề Qua đồ án cho em xin đuợc bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Thạc sĩ Nguyễn Đoàn Phong, người trực tiếp hướng dẫn tận tình, giúp đỡ bảo cho em, tồn thể thầy cô giáo khoa nhà trường giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em để hơm em hồn thành đồ án cách đầy đủ CHƯƠNG CHUÔNG TỰ ĐỘNG TRONG TRƯỜNG HỌC 1.1 CHUÔNG TỰ ĐỘNG TRONG TRƯỜNG HỌC Hẳn trải qua năm tháng học trò từ cấp đến cấp 2, cấp năm tháng học đầu đời gắn liền với tiếng trống tựu trường, tiếng trống báo tiết học hay làm nhịp tập thể dục tiếng trống sâu vào tiềm thúc người Việt Nam Và dường nét văn hoá người Việt Ở cấp phổ thông, thông thường quy mô trường thường nhỏ diện tích trường số lượng học sinh Thông thường 3000m chở lại cách bố trí phịng học thường xây phịng xát tập trung vào khu Vì việt sử dụng trống để báo tiết họ thích hợp Nhưng cấp học cao đại học, cao đẳng việc sử dụng tiếng trống tiếng kẻng để báo tiết học lại không hợp lý không hợp lý nguyên nhân :  Khuôn viên trường thương lớn( thường từ vài Ha trở lên)  Số lượng sinh viên lớn  Cách bố chí phịng học, phịng thí nghiệm chia theo khu, khoa riêng biểt  Khu giảng đường thường xây kến trúc nhà tầng thường từ tầng trở nên Từ nguyên mà ta sư dụng trống, kẻng để báo tiết học Thay vào người ta sư dụng hệ thống chng bấm Hệ thống chuông điện giải vấn đề:  Lắp đặt dễ dàng, hệ thống bao gồm nhiều chng đươc bố trí nhiều địa điểm cần thiết   Việc điều khiển đơn giản, cần người bảo vệ ngồi phòng ấn nút điều khiển Độ tin cậy cao Nhưng nhược điểm lớn hệ thống chng bấm người Phải người thường xuyên phải trực để bấm chng báo Đơi người trực ngủ quên xem nhầm giờ, nhiều nguyên nhân khách quan khác ảnh hưởng đến sai lệch thời gian tiết học khó phân biệt tiếng chuông vào lớp, chơi hay tan học Đứng trước vấn đề cần phải thiết kế hệ thống chuông báo tự động trường học Hệ thống chuông tự động có ưu điểm:  Thuật tốn lập trình đơn giản  Độ xác, độ tin cậy cao Khơng cần có người trực điều khiển cần ấn nút khổi động lần hệ thống chạy tự động hoàn toàn liên tục nhiều năm liên tiếp  Phân biệt rõ tiếng chuông vào lớp chơi  1.2 PHÂN TÍCH MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU DỒ ÁN 1.2.1 Mục đích:   Hệ thống báo chuông thời điểm vào, tiết học trường Hệ thống có khả chỉnh lại  Thời gian kéo dài chuông vào tiết nghỉ giải lao khác  Hệ thống chuông dùng dây điện đồng 220V 1.2.2 Yêu cầu:  Hệ thống làm việc ổn định  Có khả đưa mơ hình vào ứng dụng thực tế 1.2.3 Thời gian tiết học Trong trình học tập tìm hiểu thực tế thời điểm ra, vào tiết học trường ĐH dân lập Hải Phịng sau: Có buổi học ngày, ca có tiết học tiết kéo dài 45 phút, chơi tiết phút, riêng thời gian chơi tiết buổi 10 phút Thời gian bắt đầu buổi học chia theo mùa năm, để phù hợp với thời tiết khoảng thời gian ngày đêm Ta chia làm hai mùa:  Mùa hè khoảng đầu tháng đến tháng 11 hàng năm Với mùa hè ca sáng 6h30 kết thúc vào 11h30 Ca chiều 13h00 kết thúc 18h00  Mùa đông khoảng tháng 11 đến đầu tháng hàng năm Ca sáng 6h45 kết thúc vào 11h45 Ca chiều 12h30 kết thúc 17h30 1.2.3.1 Giờ học mùa hè Buổi sáng: Tiết Tiết Tiết Tiết Tiết Tiết Tiết Vào tiết học 6h30 7h20 8h10 9h5 9h55 10h45 Hết tiết 7h15 8h5 8h55 9h50 10h40 11h30 Thời gian chơi 5` 5` 10` 5` 5` Buổi chiều: Tiết Tiết Tiết Tiết Tiết 10 Tiết 11 Tiết 12 Vào tiết học 13h00 13h50 14h40 15h35 16h25 17h15 Hết tiết 13h45 14h35 15h25 16h20 17h10 18h00 Thời gian 5` 5` 10` 5` 5` Vào tiết học 6h45 7h50 8h25 9h20 10h10 11h00 Hết tiết 7h30 8h20 9h10 10h5 10h55 11h45 Thời gian chơi 5` 5` 10` 5` 5` Vào tiết học 12h30 13h20 14h10 15h5 15h55 16h45 Hết tiết 13h15 14h5 14h55 15h50 16h40 17h30 Thời gian 5` 5` 10` 5` 5` 1.2.3.2 Giờ học mùa đông Buổi sáng: Tiết Tiết Tiết Tiết Tiết Tiết Tiết Buổi chiều: Tiết Tiết Tiết Tiết Tiết 10 Tiết 11 Tiết 12 1.3 CẤU TẠO VÀ NGHUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHNG ĐIỆN 1.3.1 Cấu tạo Hình 1.1: cấu tạo chng điện Chng điện có cấu tạo gồm phần chính: Cuộn giây ( nam châm điện) Búa gõ Chuông Miếng sắt (tác dụng để nam châm điện hút, kéo búa gõ gõ vào chuông) Chốt kẹp 1.3.2 Nguyên lý Bộ phận chng điện nam châm điện Nam châm điện có cấu tạo cuộn dây điện quấn quanh lõi kim loại từ tính sắt hay thép Chúng hoạt động nguyên lý đơn giản sau: Khi có dịng điện qua cuộn dây chúng tạo từ trường lõi kim loại Cuộn dây khuếch đại từ trường nam châm điện hút vật chất sắt thép xung quanh giống nam châm vĩnh cửu thông thường Khi nhấn cơng tắc, dịng điện 220V khép kín Đầu tiên dịng điện qua máy biến áp đơn giản để giảm điện áp xuống khoảng vài vôn để vận hành chuông điện Tiếp dịng điện giảm áp vào hệ thống mạch chuông điện Mạch chuông điện mạch tự gián đoạn Một mạch chuông đơn giản bao gồm chi tiết (theo sơ đồ) sau: mạch điện mắc nối tiếp với sắt qua tiếp điểm Một đầu sắt gắn với đầu gõ chuông, đầu nối với thép đàn hồi cố định chốt kẹp Nam châm điện gắn vào hai đầu dây dẫn cho vị trí hút sắt Tất tạo thành mạch khép kín Khi ta ấn vào nút chng điện, dịng điện vào mạch điện tạo thành mạch kín, nam châm điện hoạt động từ gây từ tính, hút sắt phía đồng thời gây tiếng kêu đầu sắt gõ vào chng Tuy nhiên đó, sắt hở tiếp điểm làm mạch điện bị ngắt khiến nam châm điện tác dụng thả sắt Lá sắt lại chạm vào tiếp điểm, mạch lại đóng kín quy trình lặp lặp lại miễn ấn vào nút chuông điện Bằng cách này, nam châm điện tự tắt mở, gây âm không ngừng Cũng với nguyên tắc này, người ta thiết kế nhiều loại chng điện có âm khác tiếng chuông rè báo hiệu học, tiếng cịi cứu hỏa hay tiếng “kính coong” quen thuộc gia đình CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHUÔNG ĐIỆN 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHUÔNG ĐIỆN 2.1.1 Phương pháp dùng vi điều khiển Thành phần điều khiển vi điều khiển người thiết kế lập trình đổ ghi vào nhớ vi điều khiển, thực lệnh vi điều khiển kiểm tra khống chế thiết bị bên (Động cơ, cảm biến, rơle, công tắc, ) kiểm tra xong thiết bị vi điều khiển thực theo lệnh lập trình đưa định điều khiển Vi điều khiển nhận tín hiệu điều khiển từ thiết bị đầu vào : cảm biến, cơng tắc hành trình, nút điều khiển hay tín hiệu đưa vào từ bàn phím Đây thiết bị đưa lệnh điều khiển yêu cầu cho thiết bị phải đảo bảo độ tin cậy cao để có lệnh điều khiển xác Tín hiệu đầu vi điều khiển đóng vai trị lệnh điều khiển đối tượng điều khiển Đối tượng cuộn hút chng điện Lập trình đọc thời gian (RTC), thời gian thực với khoảng thời gian cài đặt trước khoảng thời gian chơi vào lớp set chân điều khiển lên chuông kêu Vi điều khiển gồm khối con:  RTC khối tạo đồng hồ gian thực Giao tiếp hai chiều với vi điều khiển  Khối chuông báo Là khối chương trình lập trình đưa vào để vi  điều khiển so sánh với thời gian RTC Khối hiển thị hiển thị giao tiếp với người vận hành Hiển thị thời gian 10 56 57 58 59 60 61 62 63 64 KẾT LUẬN Đồ án “lập trình thiết kế hệ thống chng báo trường học ” em tìm hiểu phương pháp điều khiển hệ thống chuông báo tự động cho trường học, giải việc báo hiệu vào/ra tiết học trường học cách tự động Trong đồ án em tìm hiểu đưa phương pháp điều khiển chuông báo tối ưu nhất, tự động nhất, với việc chuông hoạt động theo mùa, không báo vào thứ 7, ngày lễ, kỳ học Có hai chế độ hoạt động auto tự động Với việc sử dụng PLC S7-200 CPU 214 có nhữ hạn chế số hàm tính tốn chuyển đổi (convert), khơng có hàm chuyển đổi từ dạng Byte sang Int (B_I) ngược lại (I_B) chương trình viết khơng thể tối ưu hố mặt tính tốn thời gian chơi tự động, để sử dụng cho nhiều trường hợp nhiều môi trường khác Nên việc chuyển giao công nghệ cho trường khác nhău phức tạp Với vấn đề ta có nghiên cứu khác phục, tìm hiểu sâu đồ án sau sử dụng đời PLC cao Đồ án thực thời gian ngắn khơng tránh khỏi sai sót mong thầy thơng cảm giúp đỡ em hồn thiện đồ án Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Nguyễn Đoàn Phong hướng dẫn giúp em hoàn thành đồ án Đồng thời em xin cảm ơn tất thầy cô dạy dỗ em suốt bốn năm học vừa qua, nhờ thầy cơ, em có kiến thức ngày hơm Hải phịng, ngày tháng năm 2011 Sinh viên 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Th.S Châu Chí Đức, Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC Simatic S7200, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liêm, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, nhà xuất khoa học kỹ thuật Tống Văn On, Hoàng Đức Hải, họ nhà vi diều khiển 8051, Nhà xuất lao động - xã hội Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh (2000), Tự động hoá với Simatic S7-200, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Webside: www.lib.hpu.edu.vn www.tailieu.vn www.google.com.vn 66 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG CHUÔNG TỰ ĐỘNG TRONG TRƯỜNG HỌC 1.1 CHUÔNG TỰ ĐỘNG TRONG TRƯỜNG HỌC 1.2 PHÂN TÍCH MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU DỒ ÁN 1.2.2 Yêu cầu: 1.2.3 Thời gian tiết học 1.2.3.1 Giờ học mùa hè 1.2.3.2 Giờ học mùa đông 1.3 CẤU TẠO VÀ NGHUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CHUÔNG ĐIỆN 1.3.1 Cấu tạo 1.3.2 Nguyên lý CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHUÔNG ĐIỆN 10 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHUÔNG ĐIỆN .10 2.1.1 Phương pháp dùng vi điều khiển 10 2.1.2 Phương pháp dùng Modul LOGO! 16 2.1.2.1 Thống số LOGO!230RC 16 2.1.2.2 Đầu đầu vào LOGO!230RC 17 2.1.2.3 Sơ đồ đấu nối 17 2.1.2.4 Đồng hồ (khoá định thời gian) 18 2.1.3 Phương pháp dùng PLC S7-200 22 2.1.3.1 Đồng hồ thời gian thực 24 2.2 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 26 67 2.2.1 Phương pháp dùng vi điều khiển 26 2.2.1.1 Ưu điểm 26 2.2.1.2 Nhược điểm 26 2.2.2 Phương pháp dùng LOGO! 26 2.2.2.1 Ưu điểm 26 2.2.2.2 Nhược điểm 27 2.2.3 Phương pháp dùng PLC S7-200 27 2.2.3 Ưu điểm 27 2.2.3.2 Nhược điểm 28 2.2.4 Nhận xét lựa chọn phương án 28 CHƯƠNG ỨNG DỤNG PLC VÀO ĐIỀU KHIỂN CHUÔNG BÁO TIẾT HỌC TỰ ĐỘNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC 30 3.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TỰ ĐỘNG HOÁ VÀ PLC 30 3.1.1 Sự phát triển tự động hoá 30 3.1.2 Sự phát triển PLC 30 3.2 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH PLC S7-200 32 3.2.1 Giới thiệu chung họ PLC S7-200 32 3.2.2 Cấu trúc chung họ PLC S7-200 33 3.2.2.1 Cấu trúc phần cứng 33 3.2.2.2 Cổng truyền thông 34 3.2.2.3 Cấu trúc nhớ PLC S7-200 36 3.2.3 Phương thức thực chương trình PLC 37 68 3.3 THIẾT KẾ MƠ HÌNH CHUÔNG BÁO TIẾT HỌC TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC 39 3.3.1 Lựa chộn thiết bị dùng mơ hình 39 3.3.1.1 u cầu mơ hình 39 3.3.1.2 Mục đích việc chế tạo mơ hình 39 3.3.2 Lựa chọn thiết bị cho mơ hình 40 3.3.2.1 PLC S7-214 40 3.3.2.2 Chuông điện 40 3.3.2.3 Đèn báo 41 3.3.2.4 Rơle 41 3.3.2.4 Bộ nguồn 41 3.3.3 Yêu cầu chương trình 42 3.3.4 Lưu đồ thuật toán điều khiển 43 3.3.5 Bảng bố chí địa vào/ra PLC 48 3.3.6 Mạch đầu vào, đầu 48 3.3.6.1 Đầu vào PLC 48 3.3.6.2 Đầu PLC 49 3.3.6.3 Mạch động lực 49 3.3.7 Mô hình chng báo tiết học tự động 50 3.3.8 Chương trình viết cho PLC S7-200 51 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 69 70 ... tiếng chng vào lớp, chơi hay tan học Đứng trước vấn đề cần phải thiết kế hệ thống chuông báo tự động trường học Hệ thống chng tự động có ưu điểm:  Thuật tốn lập trình đơn giản  Độ xác, độ tin... việc chế tạo mơ hình Tạo mơ hình chng báo tiết học tự động trường đại học hoạt động tốt, từ thiết kế hệ thống chuông báo tiết học tự động hoàn chỉnh cho trường học Việc chế tạo mơ hình hoạt động... nhiệm vụ nghiên cứu với đề tài: ? ?Lập trình thiết kế hệ thống chng báo trường học? ?? Đây đề tài khơng hồn tồn phù hợp với thực tế trường trung cấp, cao đẳng đại học nay, sâu nghiên cứu thấy hấp