Thiết kế hệ thống đèn giao thông PLC S1200 TIA portal V15 ( có sẵn file và giải thích mô phỏng phia dưới ) Hệ thống đèn giao thông hay là đèn điều khiển giao thông gồm hai cột đèn chính được lắp đặt tại hai đầu của hai làn đường khác nhau ở ngã tư. Mỗi một cột đèn gồm 6 đèn đó là 3 đèn chính gồm : đèn xanh, đèn đỏ và đèn vàng. Ngoài ra còn 2 đèn nữa đó là đèn xanh đèn đỏ cho người đi bộ Ngoài ra, mỗi một hệ thống đèn có một hộp điều khiển từ đó sẽ phát ra tín hiệu điều khiển đèn. Tín hiệu điều khiển của đèn từ CPU thông qua các cổng ra rồi đến các rơle, rồi qua hệ thống dây nối đến các đè
ĐẠI HỌC SPKT HỒ CHÍ MINH Bộ mơn Điều khiển Tự động hóa - - ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế hệ thống điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn: Thái Hữu Nguyên Sinh viên thực : Lớp: : DHTDHCK13B HCM, 6/2021 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần với phát triền kinh tế tốc độ gia tăng không ngừng loại phương tiện giao thông Sự phát triển nhanh chóng phương tiện truyền thơng dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thơng 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 s7-1200 nên chọn hệ thống điều khiển lập trình PLC với ngơn ngữ lập trình S7-1200 để viết chương trình giao thông Xuất phát từ nhu cầu thực tế ham muốn hiểu biết lĩnh vực nên đề tài “ Thiết kế kế hệ thống điều khiển đèn giao thông tự động’ phù hợp với thân em nhu cầu thực Hi vọng thơng qua đồ án hiểu biết -thiết bị tự động hoá , giải pháp tự động tích hợp tồn điện thông qua PLC S1200 quan trọng ứng dụng PLC sống ( Điều khiển đèn giao thơng, tự động hố lĩnh vực ngành sản xuất… ) Đồ án bao gồm phần : Chương I : Phân tích đặc điểm cơng nghệ Chương II : Giới thiệu thiết bị PLC S7-1200 phần mềm TIA Chương III : Thiết kế chương trình điều khiển Chương IV : Thiết kế giao diện Chương V : Mô kiếm chứng CHƯƠNG I : ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ 1.1 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động đèn giao thơng Mơ hình đèn giao thông ngã tư Cấu tạo Hệ thống đèn giao thông đèn điều khiển giao thông gồm hai cột đèn lắp đặt hai đầu hai đường khác ngã tư Mỗi cột đèn gồm đèn đèn gồm : đèn xanh, đèn đỏ đèn vàng Ngoài cịn đèn đèn xanh đèn đỏ cho người Ngoài ra, hệ thống đèn có hộp điều khiển từ phát tín hiệu điều khiển đèn Tín hiệu điều khiển đèn từ CPU thông qua cổng đến rơle, qua hệ thống dây nối đến đèn Nguyên tắc hoạt động Cơ chế hoạt động đèn giao thông đơn giản : Khi đèn đỏ đường ( đ1) bật sáng lúc đèn xanh đường sáng ( x2) 5s cuối đèn (x2) (v2) sáng lúc với (đ1) xong 5s (đ2) x(1) sáng 1.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU THIẾT BỊ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA 2.1 Giới thiệu PLC 2.1.1 Khái niệm PLC PLC viết tắt Programmable Logic Controller, thiết bị điều khiển lập trình Cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện.Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ thời gian định hay kiện đếm Một kiện kích hoạt thật sự,nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên gọi thiết bị vật lý.Một điều khiển lập trình liên tục “lặp” chương trình “người sử dụng lập chờ tín hiệu ngõ vào xuất tín hiệu ngõ thời điểm lập trình Để khắc phục nhược điểm điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển Relay) người ta chế tạo PLC nhằm thoả mãn yêu cầu sau: • Lập trình dễ dàng,ngơn ngự lập trình dễ học • Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa • Dung lượng nhớ lớn để chứa nhựng chương trình phức tạp • Hồn tồn tin cậy mơi trường cơng nghiệp • Giao tiếp với thiết bị thơng minh khác như:máy tính,nối mạng,các Modul mở rộng Giá cạnh tranh Các thiết kế nhằm thay cho phần cứng Relay, dây nối logic thời gian Tuy nhiên, bên cạnh việc địi hỏi tăng cường dung lượng nhớ tính dễ dàng cho PLC mà đảm bảo tốc độ xử lý giá Chính điều gây quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC cơng nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng từ lệnh logic đơn giản đến lệnh đếm, định thời, ghi dịch … Sau chức làm toán máy lớn … Sự phát triển máy tính dẫn đến PLC Có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều Trong PLC, phần cứng CPU chương trình đơn vị cho trình điều khiển xử lý hệ thống.Chức mà điều khiển cần thực xác định chương trình Chương trình nạp sẵn vào nhớ PLC,PLC thực việc điều khiển dựa vào chương trình này.Như muốn thay đổi chức quy trình cơng nghệ, ta cần thay đổi chương trình bên nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức thực cách dễ dàng mà không cần can thiệp vật lý so với dây nối hay Relay 2.1.2 Cấu trúc nguyên lý hoạt động PLC a Cấu trúc Tất PLC có thành phần là: Một nhớ chương trình RAM bên trong(có thể mở rộng thêm số nhớ EPROM) Một vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc kết nối PLC Các Modul vào/ra Bên cạnh đó, PLC hồn chỉnh cịn kèm theo đơn vị lập trình tay hay máy tính Hầu hết đơn vị lập trình đơn giản có đủ RAM để chứa đựng chương trình dạng hồn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình xách tay, RAM thường loại CMOS có pin dự phịng, chương trình kiểm tra sẵn sàng sử dụng truyền sang nhớ PLC Đồi với PLC lớn thường lập trình máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết đọc kiểm tr chương trình.Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458 … b Nguyên lý hoạt động PLC + Đơn vị xử lý trung tâm CPU điều khiển hoạt động bên PLC Bộ xử lý đọc kiểm tra chương trình chứa nhớ,sau thực lệnh chương trình, đóng hay ngắt đầu Các trạng thái ngõ phát tới thiết bị liên kết để thực thi Và toàn phận thực thi phụ thuộc vào chương trình điều khiển giữ nhớ + Hệ thống bus Hệ thống bus tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song: Address Bus: bus địa dùng để truyền địa tới Modul khác Data Bus: bus dùng để truyền liệu Control Bus: bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định điều khiển đồng PLC Trong PLC số liệu trao đổi vi xử lý Modul vào thông qua Data Bus Address Bus Data Bus gồm đường, thời điểm cho phép truyền bít byte cách đồng thời song song Nếu Modul đầu vào nhận địa Address Bus, Modul đầu tương ứng nhận địa liệu từ địa Data Bus Control Bus chuyển tín hiệu vào theo dõi chu trình hoạt động PLC Các địa số liệu chuyển lên bus tương ứng thời gian hạn chế Hệ thống bus làm nhiệm vụ trao đổi thông tin CPU, nhớ I/O Bên cạnh đó, CPU cấp xung Clock có tần số từ -:- MHZ Xung định tốc độ hoạt động PLC cung cấp yếu tố định thời, đồng hồ hệ thống + Bộ nhớ PLC thường yêu cầu nhớ trường hợp: Làm định thời cho kênh trạng thái I/O Làm đệm trạng thái PLC định thời, đếm, ghi Relay Mỗi lệnh chương trình có vị trí riêng nhớ, tất vị trí nhớ đánh số, nhựng số địa nhớ Địa tường ô nhớ trỏ đến đếm địa bên vi xử lý Bộ vi xử lý có giá trị đếm lên trước xử lý lệnh Với địa mới, nội dung địa ô nhớ tương ứng xuất đầu ra, trình gọi trình đọc Bộ nhớ bên PLC tạo vi mạch bán dẫn, vi mạch có khả chứa từ 2000-:-16000 dịng lệnh, tuỳ theo loại vi mạch Trong PLC nhớ RAM, EPROM sử dụng RAM(Random Access Memory) nạp chương trình thay đổi hay xố bỏ nội dung lúc Nội dung RAM bị nguồn ni bị Để tránh tình trạng PLC trang bị pin khơ, có khả cung cấp ngăng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tế RAM dùng để khởi tạo kiểm tra chương trình Khuynh hướng dùng CMOSRAM nhờ khả tiêu thụ thấp tuổi thọ lớn EPROM(Electricall Programmble Read Only Memory) nhớ mà người sử dụng bình thường đọc khơng ghi nội dung vào Nội dung EPROM không bị mất nguồn ni, gắn sắn máy, nhà sản xuất nạp chữa hệ điều hành sắn Nếu người sử dụng khơng muốn mở rộng nhớ dùng thêm EPROM gắn bên PLC Trên PG(progammer) có sắn chố ghi xố EPROM Mơi trường ghi liệu thứ ba đĩa cứng đĩa mềm sử dụng máy lập trình Đĩa cứng địa mềm có dung lượng lớn nên thường dùng để lưu trữ chương trình lớn thời gian dài + Kích thước nhớ: • Các PLC loại nhỏ chứa 300-:-1000 dịng lệnh tuỳ vào cơng nghệ chế tạo • Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K-:-16K, có khả chứa từ 2000-:16000 dịng lệnh Ngồi cịn cho phép gắn thêm nhớ mở rộng RAM, EPROM + Các ngỏ vào I/O Các đường tín hiệu từ cảm biến nối vào Modul (các đầu vào PLC)các cấu chấp hành nối với Modul (các đầu PLC) Hầu hết PLC có điện áp hoạt động bên 5V, tín hiệu xử lý 12/24DVC 100/240VAC Mỗi đơn vị I/O có địa chỉ, hiển thị trạng thái kênh I/O cung cấp đèn LED PLC điều náy làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dệ dàng đơn giản Bộ xử lý đọc xác định trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực đóng hay ngắt mạch đầu 2.2 Khái niệm chung PLC S7-1200 PLC S7-1200 dòng sản phẩm Siemens sản xuất năm 2009, đời với mục đích thay cho hệ trước PLC S7-200 S7- 1200 mang lại tính linh hoạt sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ yêu cầu điều khiển tự động kết hợp thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt tập lệnh mạnh mẽ khiến cho S7-1200 trở thành giải pháp hoàn hảo cho việc điều khiển ứng dụng đa dạng khác Các thành phần PLC S7-1200: điều khiển nhỏ gọn với phân loại phiên khác giống điều khiển AC DC phạm vi rộng mạch tương tự số mở rộng điều khiển modum trực tiếp CPU làm giảm chi phí sản phẩm 13 module tín hiệu số tương tự khác module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP Bổ sung cổng Ethernet Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC điện áp 24VD 2.3 Giới thiệu phần mềm TIA TIA Portal – tên quen thuộc lĩnh vực tự động hóa Đúng tên gọi TIA Portal: Total Intergrated Automation Portal, phần mềm sở tích hợp tất phần mềm cấu hình, lập trình cho hệ tự động hóa truyền động điện: PLC, HMI, Inverter Siemens Để thiết kế TIA portal, Siemens nghiên cứu nhiều phần mềm ứng dụng điển hình tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầu khách hàng toàn giới Là phần mềm sở để tích hợp phần mềm lập trình Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho phần mềm chia sở liệu, tạo nên thống giao diện tính tồn vẹn cho ứng dụng Ví dụ, tất thiết bị mạng truyền thông cấu hình cửa sổ Hướng ứng dụng, khái niệm thư viện, quản lý liệu, lưu trữ dự án, chẩn đoán lỗi, tính online đặc điểm có ích cho người sử dụng sử dụng chung sở liệu TIA Portal Tất khiển PLC, hình HMI, truyền động Siemens lập trình, cấu hình TIA portal Việc giúp giảm thời gian, công sức việc thiết lập truyền thông thiết bị Ví dụ người sử dụng sử dụng tính “kéo thả’ biến chương trình điều khiển PLC vào hình chương trình HMI Biến gán vào chương trình HMI kết nối PLC – HMI tự động thiết lập, không cần cấu hình thêm Phần mềm Simatic Step V11, tích hợp TIA Portal, để lập trình cho S7-1200, S7-300, S7-400 hệ thống tự động PC-based Simatic WinAC Simatic Step V15 chia thành module khác nhau, tùy theo nhu cầu người sử dụng Simatic Step V11 hỗ trợ tính chuyển đổi chương trình PLC, HMI sử dụng sang chương trình TIA Portal Phần mềm Simatic WinCC V11, tích hợp TIA Portal, dùng để cấu hình cho hình TP MP tại, hình Comfort, để giám sát điều khiển hệ thống máy tính (SCADA) CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Thiết kế mạch giải thích ngun lý hoạt động chương trình Network : Mở / tắt hệ thống + tín hiệu hoạt động Network : Khi hệ thống hoạt động thời gian thực hoạt động Network :Khi hệ thống hoạt động từ 5h sáng đến 22h tối( sử dụng so sánh ) chu kỳ hoạt động Nếu nằm ngồi 5h – 22h chu kỳ ban ngày đóng Network hoạt động Network : Khi chu kỳ ban ngày đóng dẫn tới đèn vàng đèn vàng hoạt động Network : Khi chu kỳ hoạt động timer ( tổng đèn 50s ) chia hoạt động Network : Từ 0- 20s đèn xanh hoạt động , 20-25s đèn vàng hoạt động Network : Từ 25s – 45s đèn xanh hoạt động - từ 45s – 50s vàng hoạt động Network :Khi đèn xanh vàng hoạt động đèn đỏ hoạt động Network : Khi đèn xanh vàng hoạt động đỏ hoạt động Network 10 : Gán trung với gian với output Network 11 : Gán trung với gian với output e Network 12 : Vì chế độ ban đêm hoạt động đếm dây vàng hoạt động nên em làm thêm network để ngắt đếm ban đêm Network 13: Bộ đếm đèn xanh ( em sử dụng trừ -20 đến ) Network 14 : Bộ đếm đèn vàng ( có ngắt đếm ) Network 15 : Bộ đếm đèn đỏ Network 16 : Bộ đếm xanh Network 17 : Bộ đếm vàng ( có ngắt đếm ) Network 18: Bộ đếm đỏ CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ GIAO DIỆN 4.1 Giới thiệu phần mềm Wincc : WinCC (Windows Control Center) phần mềm hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển thu thập liệu trình sản xuất Nói rỏ hơn, WinCC chương trình dùng để thiết kế giao diện Người Máy – HMI (Human Machine Interface) hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức thu thập số liệu, giám sát điều khiển trình sản xuất Với WinCC, người dùng trao đổi liệu với PLC nhiều hãng khác như: Siemens, Mitsubishi, Allen braddly, Omron, thông qua cổng COM với chuẩn RS232 PC chuẩn RS485 PLC Với WinCC, ta tận dụng nhiều giải pháp khác cho để giải công việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mơ nhỏ đến quy mơ lớn, hệ thống thực sản xuất – MES (Manufacturing Excution System) WinCC mơ hình ảnh kiện xảy trình điều khiển dạng chuổi kiện Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức cho mục đích hiển thị, thơng báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, tham số cơng thức, chương trình thiết kế giao diện Người Máy – HMI tin dùng 4.2 Giao diện đèn giao thông Wincc Nút ON : gán với M5.1 + fuction Setbit Nút OFF : gán với M5.2 + fuction Setbit Đèn tín hiệu : gán Q0.6 Đèn đỏ : gán Q0.2 Đèn vàng : gán Q0.1 Đèn xanh : gán Q0.0 Đèn đỏ : gán Q0.5 Đèn vàng : gán Q0.4 Đèn xanh : gán Q0.3 Bộ đếm : gán vào TIMER TIMER CHƯƠNG V : MÔ PHỎNG KIẾM CHỨNG 5.1 Mô WinCC * Chế độ ban ngày Nhấn nút ON chu kỳ ban ngày hoạt động Khi hệ thống chế độ bạn đêm ( từ 23h tối đến 5h sáng ) lúc đèn tồn vàng nhờ vào Network 12 đếm đèn vàng hoàn toàn ngắt file https://mega.nz/file/uI1kXSJJ#wbJRVKkGB6zKyG3Ybnt5ZsHv5zX-1_9qyIdO-TgX-Eg ... qua hệ thống dây nối đến đèn Nguyên tắc hoạt động Cơ chế hoạt động đèn giao thông đơn giản : Khi đèn đỏ đường ( đ 1) bật sáng lúc đèn xanh đường sáng ( x 2) 5s cuối đèn (x 2) (v 2) sáng lúc với (? ? 1). .. tới đèn vàng đèn vàng hoạt động Network : Khi chu kỳ hoạt động timer ( tổng đèn 50s ) chia hoạt động Network : Từ 0- 20s đèn xanh hoạt động , 20-25s đèn vàng hoạt động Network : Từ 25s – 45s đèn. .. 12 : Vì chế độ ban đêm hoạt động đếm dây vàng hoạt động nên em làm thêm network để ngắt đếm ban đêm Network 13: Bộ đếm đèn xanh ( em sử dụng trừ -20 đến ) Network 14 : Bộ đếm đèn vàng ( có ngắt