Nghiên cứu hệ thống điều khiển giám sát mô hình đèn giao thông sử dụng PLC s7 300

LỜI NĨI ĐẦU Hiện cơng nghiệp đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày cao vào đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ ) Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, cơng nghệ điện tử phát triển nhanh chóng làm xuất loại thiết bị điều khiển khả trình PLC Điều khẳng định chiến lược phát triển tồn diện khoa học cơng nghệ, đồng thời từ có nhìn tổng quan hơn, bao quát hơn, hướng đến phát triển toàn diện lĩnh vực nhằm theo kịp phát triển nước khu vực Từ áp dụng biện pháp công nghệ, thành đạt ứng dụng vào phát triển công nghiệp cách hiệu Ở quốc gia giới, giao thông vận tải yếu tố quan trọng việc phát triển kinh tế quốc dân, đặc biệt với nước phát triển vấn đề phải đặt lên hàng đầu Nhiều số liệu điều tra cho thấy ngày ùn tắc giao thông làm thiệt hại hàng tỉ đồng, gây lãng phí thời gian phải chờ đợi Hệ thống điều khiển giao thơng tín hiệu khơng hạn chế tượng tắc nghẽn giao thông, đảm bảo cho người tham gia giao thông lại dễ dàng, tiện lợi, an tồn mà cịn kiểm sốt nạn đua xe trái phép, giảm thiểu tai nạn giao thơng góp phần ổn định trị, ổn định xã hội Xuất phát từ nhu cầu thực tế ham muốn hiểu biết lĩnh vực nên em định chọn đề tài "Nghiên cứu hệ thống điều khiển giám sát mơ hình đèn giao thơng sử dụng PLC S7-300" nhằm mục đích góp phần cải thiện tình trạng giao thơng nước Trong q trình làm khóa luận trình độ hiểu biết em có hạn, nên nội dung khóa luận khơng tránh khỏi sai sót Vì em mong góp ý bảo thầy Em xin cảm ơn thầy Trần Kim Khuê hướng dẫn giúp đỡ em hồn thành khóa luận Đồng thời em xin cảm ơn thầy cô nhiệt tình giúp đõ em năm học vừa qua, nhờ thầy em có kiến thức ngày hơm Đó kiến thức giúp em hồn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp tảng cho công việc sau em Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày…… tháng… năm…… Sinh viên thực Nguyễn Thế Anh NHẬN XÉT (Của giáo viên hướng dẫn) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Chữ ký, họ tên) NHẬN XÉT (Của giáo viên phản biện) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Chữ ký, họ tên) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ PHẦN 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước liên quan đến đề tài khóa luận Tình hình nghiên cứu nước liên quan đến đề tài khóa luận .1 Mục tiêu đề tài nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu PHẦN 2: NỘI DUNG KHÓA LUẬN .3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THÔNG .3 1.1.Hệ thống đèn tín hiệu giao thơng 1.2 Khái niệm 1.3 Phân loại 1.4 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động đèn giao thông CHƯƠNG 2: NỘI DUNG, CƠ SỞ LÍ THUYẾT VỀ PLC .7 2.1 Sơ lược PLC lý chọn PLC vào đề tài .7 2.2 Giới thiệu PLC S7-300 2.2.1 Cấu trúc bên PLC S7-300 .7 2.2.2 Phân loại PLC S7-300 2.2.3 Cấu trúc bên PLC S7-300 2.2.4 Cáp truyền thông 11 2.2.5 Phần mềm lập trình PLC S7-300 11 2.3 Giới thiệu hàm thời gian 14 2.4 Giới thiệu CPU 314 15 2.5 Tính tốn lựa chọn thiết bị 15 2.5.1 Đèn tín hiệu 15 2.5.2 Sơ đồ cung cấp cho đèn tín hiệu 16 2.5.3 Thiết bị điều khiển .17 2.5.4 Rơle 18 2.5.5 Bộ chuyển đổi UPS .19 2.6 Tủ điều khiển 19 2.6.1 Vỏ tủ điều khiển tín hiệu giao thơng 20 2.6.2 Cơ sở thiết kế tủ điều khiển 20 2.7 Giải pháp kĩ thuật 21 2.7.1 Bố trí đèn tín hiệu 21 2.7.2 Đèn chiếu sáng hộp đèn 21 2.7.3 Tủ điều khiển tín hiệu giao thơng 21 2.7.4 Cáp điện .22 2.7.5 Bảo vệ an toàn cho hệ thống 22 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH, MƠ PHỎNG CHO HỆ THỐNG TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THƠNG .24 3.1 Bài toán điều khiển 24 3.2 Yêu cầu hệ thống .24 3.3 Sơ đồ khối hệ thống 25 3.4 Lưu đồ thuật toán 26 3.5 Sơ đồ nối dây 27 3.6 Lập trình PLC S7- Manager 27 3.7 Mô Win CC 33 3.7.1.Giới thiệuvề phần mềm WINCC 33 3.7.2 Các bước mô Win CC 35 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Sự khác khối bề CPU S7-300 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hệ thống đèn giao thông Hình 1.2 Đèn giao thông Hình 1.3 Đèn cho người Hình 2.1 Các khối chức bên CPU S7-300 Hình 2.2 Đặc tính kỹ thuật số CPU S7-300 .9 Hình 2.2 Các module mở rộng thực tế Hình 2.3 Ghép nối module mở rộng PLC S7-300 10 Hình 2.5 Cáp PC/PPI kết nối RS232 RS485 11 Hình 2.6 Sơ đồ khối PLC 14 Hình 2.7 Mạch đệm đầu 17 Hình 2.8 Rơ le 18 Hình 2.9 Rơ le OMRON 8C-24VDC sơ đồ đấu chân 18 Hình 2.10 Tủ điện điều khiển 19 Hình 2.11 Ơ che cho tủ điện 23 Hình 3.1 Sơ đồ khối .25 Hình 3.2 Lưu đồ chương trình điều khiển hệ thống đèn tín hiệu giao thơng 26 Hình 3.3 Sơ đồ nối dây 27 Hình 3.4 Tạo project 36 Hình 3.5 Cửa sổ WinCC Explorer 36 Hình 3.6 Chọn Driver kết nối 37 Hình 3.7 Tạo tag .37 Hình 3.8 Cửa sổ Graphics Designer 38 Hình 3.9 Lấy thiết bị .38 Hình 3.10 Lệnh “Polygon” 39 Hình 3.11 Đèn giao thơng sau thiết lập 39 Hình 3.12 Chọn tủ điện 39 Hình 3.13 Chọn phương tiện giao thơng .40 Hình 3.14 Chọn thiết bị đếm thời gian 40 Hình 3.15 Thiết kế nút ấn 40 Hình 3.16 Chỉnh sửa nút ấn 41 Hình 3.17 Hình ảnh mơ 41 PHẦN TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tình hình nghiên cứu ngồi nước liên quan đến đề tài khóa luận Ở quốc gia giới, giao thông vận tải yếu tố quan trọng việc phát triển kinh tế quốc dân, đặc biệt với nước phát triển vấn đề phải đặt lên hàng đầu Nhiều số liệu điều tra cho thấy ngày ùn tắc giao thông làm thiệt hại hàng tỉ đồng, gây lãng phí thời gian phải chờ đợi Hệ thống điều khiển giao thông tín hiệu khơng hạn chế tượng tắc nghẽn giao thông, đảm bảo cho người tham gia giao thơng lại dễ dàng, tiện lợi, an tồn mà cịn kiểm sốt nạn đua xe trái phép, giảm thiểu tai nạn giao thơng góp phần ổn định trị, ổn định xã hội Tình hình nghiên cứu nước liên quan đến đề tài khóa luận Khi đất nước ngày phát triển kéo theo nhiều ngành nghề, lĩnh vực khác phát triển Tuy nhiên liền với hội, tồn nhiều thách thức Vấn đề giao thông khiến cho quan chức nhức nhối, tìm phương hướng giải Giao thông lĩnh vực khiến cho người tham gia giao thông người giám sát giao thơng gặp phải nhiều nhức nhối Vì tình trạng kiểm sốt tai nạn giao thông diễn trầm trọng chuyển biến tiêu cực Giao thông Việt Nam chưa hết nóng, gây nên nhiều tranh cãi, để lại nhiều hậu xấu Giao thơng Việt Nam có nhiều loại giao thơng đường bộ, giao thơng đường thủy, giao thơng đường hàng khơng Mỗi loại hình có đặc thù riêng, cần phải tìm phương hướng để giải triệt để Mục tiêu đề tài nghiên cứu Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát mơ hình đèn giao thơng sử dụng PLC S7-300 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu kiến thức tổng quan hệ thống điều khiển giám sát đèn giao thơng - Thiết kế mơ hình đèn giao thơng - Xây dựng phần mềm điều khiển PLC S7-300 Bố cục khóa luận gồm 03 chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Nội dung sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế, lập trình, mơ cho hệ thống đèn giao thông Đối tượng nghiên cứu Mơ hình hệ thống đèn tín hiệu giao thơng Phạm vi nghiên cứu - Cấu trúc hệ thống đèn giao thông - Cấu trúc hệ thống đèn giao thông Phương pháp nghiên cứu - Phân tích, tổng hợp lý thuyết - Thực nghiệm khoa học PHẦN NỘI DUNG KHĨA LUẬN CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THƠNG 1.1 Hệ thống đèn tín hiệu giao thơng 1.2.Khái niệm Hình 1.1 Hệ thống đèn giao thơng Đèn giao thơng (cịn gọi tên khác đèn tín hiệu giao thông hay đèn điều khiển giao thông) thiết bị dùng để điều khiển giao thông giao lộ có lượng phương tiện lưu thơng lớn (thường ngã ba, ngã tư đông xe qua lại) Đây thiết bị quan trọng an tồn cho phương tiện mà cịn giúp giảm ùn tắc giao thơng vào cao điểm Nó lắp tâm giao lộ vỉa hè Đèn tín hiệu hoạt động tự động hay cảnh sát giao thơng điều khiển Đèn giao thơng hoạt động hồn tồn tự động cảnh sát giao thơng điều khiển 1.3.Phân loại - Dành cho xe cộ: Bước 3: Tạo main OB1 chương trình 29 Code chương trình OB1: 30 31 32 3.7 Mơ Win CC 3.7.1.Giới thiệu phần mềm WINCC a.Các đặc điểm phần mềm WinCC - WinCC (Windows Control Center) phần mềm hãng Siemens dùng để điều khiển giám sát thu thập liệu trình sản xuất Theo nghĩa hẹp WinCC chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kế giao diện Người Máy-HMI (Human Machine Interface) hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức thu thập liệu, giám sát điều khiển trình sản xuất Những thành phần WinCC dễ sử dụng, giúp người dùng tích hợp ứng dụng có sẵn mà khơng gặp trở ngại - WinCC cung cấp module chức thường dùng công nghiệp như: hiển thị hình ảnh, tạo thơng điệp, lưu trữ báo cáo - Với WinCC, người dùng trao đổi liệu trực tiếp với nhiều PLC hãng khác Misubishi, Allen Braddly, Siemens, thông qua cổng COM với chuẩn RS232 máy tính với chuẩn RS485 PLC - WinCC ứng dụng phổ biến tự động trình điều khiển giám sát trình sản xuất Khi hệ thống dùng chương trình WinCC để điều khiển 33 thu thập liệu từ q trình, mơ hình ảnh kiện xảy trình điều khiển dạng chuỗi kiện - WinCC cung cấp nhiều hàm chức cho mục đích hiển thị, thông báo đồ họa, xử lý thông tin đo lường, tham số công thức, bảng ghi báo cáo, đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày phát triển chương trình ứng dụng thiết kế giao diện Người Máy (HMI) b Các chức phần mềm WinCC - Graphics Designer (Bộ thiết kế đồ họa): Thực dễ dàng chức mô hoạt động qua đối tượng đồ họa chương trình WinCC với nhiều thuộc tính động - Alarm Logging (Cảnh báo): thực việc hiển thị thông báo hay báo cáo hệ thống vận hành Đảm trách thơng báo nhận lưu trữ Nó chứa chức để nhận thông báo từ trình, để chuẩn bị, hiển thị, hỏi đáp lưu trữ chúng Ngồi chức Alarm Logging cịn giúp tìm nguyên nhân lỗi - Tag Logging (Đồ thị): Thu thập, lưu trữ nén giá trị đo dạng khác Tag Logging cho phép lấy liệu từ trình thực thi, chuẩn bị để hiển thị lưu trữ liệu Dữ liệu cung cấp tiêu chuẩn công nghệ kỹ thuật quan trọng liên quan đến trạng thái hoạt động toàn hệ thống - Report Designer (Báo cáo): Có nhiệm vụ tạo thông báo, báo cáo kết lưu dạng trang nhật ký kiện - User Achivers (Lưu trữ liệu): Cho phép người sử dụng lưu trữ liệu từ chương trình ứng dụng có khả trao đổi với thiết bị tự động khác Điều có nghĩa cơng thức, thơng số chương trình WinCC soạn thảo, lưu giữ sử dụng hệ thống - Web Navigator: Hệ thống quản lý, điều khiển giám sát thơng qua Internet giúp người dùng truy cập vào mạng hệ thống, điều khiển hệ thông nơi đâu - WinCC sử dụng công cụ thiết kế giao diện đồ họa mạnh như: Toolbox, control, đặt dễ dàng giao diện thiết kế Ngoài ra, để phục vụ cho công việc 34 giám sát điều khiển tự động WinCC cịn trang bị thêm nhiều tính mà cơng cụ khác khơng có như: - Các control thơng qua hệ thống quản trị liệu gắn với biến theo dõi trạng thái hệ thống điều khiển Thơng qua đó, tác động đến việc giám sát trạng thái - Thông qua hệ thống, thông điệp thực hành động tương ứng trạng thái thay đổi - Trong WinCC, ngôn ngữ C-Sript dùng để thao tác giúp cho việc xử lý kiện phát triển cách mềm dẻo linh hoạt - WinCC tạo giao diện Người-Máy (HMI) dựa sở giao tiếp người với hệ thống máy tính, thiết bị điều khiển (PLC) thơng qua hình ảnh, sơ đồ, hình vẽ câu chữ có tính trực quan Có thể giúp người vận hành theo dõi trình làm việc, thay đổi tham số, cơng thức, trình hoạt động, thể giá trị thời giao tiếp với q trình cơng nghệ thông qua hệ thống tự động - Giao diện HMI cho phép người vận hành giám sát qui trình sản xuất cảnh báo, báo động hệ thống có cố Do WinCC chương trình thiết kế giao diện Người - Máy thật cần thiết, khơng thể thiếu hệ thống có q trình tự động hóa phức tạp đại 3.7.2 Các bước mô Win CC Bước 1: Khởi động WinCC Bước 2: Tạo dự án (project) Ngay sau khởi động WinCC, hộp thoại tạo dự án xuất Có ba lựa chọn để tạo dự án mới: “Single-User project”, “Multi-User project”, “Multi-Client project” 35 Hình 3.4 Tạo project Tạo dự án mới: - Chọn “Single-User project” nhấn OK để xác nhận - Nhập tên dự án làm vào chọn đường dẫn lưu Sau làm xong hệ thống lên cửa sổ “WinCC Explorer” cho phép quan sát toàn phần dự án Hình 3.5 Cửa sổ WinCC Explorer Bước 3: Cài đặt điều khiển cho plc - Trong cửa sổ bên trái “WinCC Explorer” nhấp phải lên biểu tượng “TagManager” chọn “Add New Driver” 36 Hình 3.6 Chọn Driver kết nối - Trong hộp thoại “Add New Driver” Chọn Driver thích hợp nhấn “Open” để xác nhận Bước 4: Tags nhóm Tag Tags dùng WinCC biểu thị giá trị thực, ví dụ mực nước hồ nước, giá trị bên tính tốn hay mô bên WinCC Các tag trình vị trí nhớ PLC hay thiết bị tương tự Hình 3.7 Tạo tag Bước 5: Hiệu chỉnh hình ảnh trình Mở cửa sổ “Graphics Designer” cửa sổ bên phải WinCC Explorer cửa sổ có giao diện sau: 37 Hình 3.8 Cửa sổ Graphics Designer Bước bước thiết kế hệ thống, toàn hệ thống thể cách toàn cảnh Sau vào Cửa sổ Graphics Designer để thiết kế hệ thống ta thực lấy thiết bị cho hệ thống lắp ráp lại, trình tự lấy thiết bị cho hệ thống: Nhấn “Library” chọn “Global library” chọn tiếp “Siemens HMI Symbol library” Hình 3.9 Lấy thiết bị Sau làm bước xong, ta đến mục để chọn thiết bị cần dùng cho hệ thống: Hệ thống chủ yếu lập trình mơ chương trình, không cần nhiều đến thiết bị mà đa số trang trí mơ Ta dùng lệnh “Polygon” để tạo khn hình ngã tư theo ý muốn 38 Hình 3.10Lệnh “Polygon” Để tạo đèn giao thông ta dùng lệnh “Circle” để tạo hình trịn, sau vào “Tag Management” thiết lập Tag để có màu sắc đèn giao thơng Hình 3.11 Đèn giao thơng sau thiết lập Đế lấy tủ điện: Chọn “Prosess” mục “Siemens HMI Symbol library” Hình 3.12 Chọn tủ điện Để lấy phương tiện giao thông ta vào mục“Siemens HMI Symbol library” chọn phương tiện 39 Hình 3.13 Chọn phương tiện giao thông Để lấy thiết bị đếm thời gian vào “Displays” chọn “Digital Output” Hình 3.14 Chọn thiết bị đếm thời gian Để trang trí mơ đẹp ta vào “Library” chọn thiết bị thích hợp để trang trí Bước 6: Tạo nút ấn (Button) Trong Object Palette chọn "Windows Objects" chọn nút ấn, sau hiểu chỉnh thơng số nút Hình 3.15 Thiết kế nút ấn Để chỉnh sửa nút ấn kích chuột phải vào chọn “Properties” để chỉnh sửa, sau làm giao diện sau: 40 Hình 3.16 Chỉnh sửa nút ấn Sau làm xong bước phần mơ thiết kế hồn thành, ta hình ảnh mơ phỏng: Hình 3.17 Hình ảnh mơ 41 KẾT LUẬN Thực gì: Sau tháng thực đề tài khóa luận, hướng dẫn nhiệt tình Ths.Trần Kim Khuê - Giảng viên trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam với nỗ lực thân việc tìm hiểu từ nguồn tài liệu liên quan Khóa luận tốt nghiệp em hệ thống đèn giao thông sử dụng PLC điều khiển hoàn thành Tuy đồ án làm lý thuyết nói lên tổng quan hệ thống đèn giao thông, lập trình cho PLC điều khiển mơ giám sát phần mềm Wincc Tồn đề tài: Do đề tài dừng lại lý thuyết, đồng thời hạn chế kiến thức thân nên việc tính tốn thiết kế chưa bám sát thực tế Trên sở lý thuyết đề tài tới việc xây dựng mơ hình q trình dài, cần nghiên cứu tìm hiểu sâu việc tính tốn thiết kế hệ thống cho phù hợp đạt hiệu cao Hướng phát triền: Đề tài ‘‘Nghiên cứu hệ thống điều khiển giám sát mơ hình đèn giao thơng sử dụng PLC S7-300’’được thực mơ hình thí nghiệm Để đưa đề tài vào áp dụng thực tiễn đời sống cần phải nâng cấp mở rộng hệ thống Hệ thống đáp ứng yêu cầu điều khiển ổn định Do đó, tương lai, kết hợp với phương pháp, thuật tốn… để hệ thống đáp ứng ổn định mức theo thời gian mong muốn 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lập trình PLC SCADA mạng truyền thông công nghiệp Tác giả: Lê Ngọc Bích – Phạm Quang Huy Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2016 Lập trình ứng dụng PLC S7-300 Tác giả: Nguyễn Hoàng Dũng Nhà xuất Đại học Cần Thơ, 2008 Giao diện Người – Máy HMI lập trình với S7-300 WinCC Tác giả: Trần Thu Hà - Phạm Quang Huy Nhà xuất Hồng Đức, 2010 4.Các nguồn tài liệu Website www.dientuvietnam.net www.candaithanh.com www.svs.vn www.tailieu.vn www.slideshare.net ... thông sử dụng PLC S7- 300 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu kiến thức tổng quan hệ thống điều khiển giám sát đèn giao thông - Thiết kế mơ hình đèn giao thơng - Xây dựng phần mềm điều khiển PLC S7- 300. .. cho hệ thống đèn giao thơng Đối tượng nghiên cứu Mơ hình hệ thống đèn tín hiệu giao thơng Phạm vi nghiên cứu - Cấu trúc hệ thống đèn giao thông - Cấu trúc hệ thống đèn giao thông Phương pháp nghiên. .. ‘? ?Nghiên cứu hệ thống điều khiển giám sát mơ hình đèn giao thơng sử dụng PLC S7- 300? ??’được thực mơ hình thí nghiệm Để đưa đề tài vào áp dụng thực tiễn đời sống cần phải nâng cấp mở rộng hệ thống Hệ thống