Thiết kế chế tạo mô hình điều khiển giám sát đèn giao thông tại ngã tư đường bộ trên cơ sở plc s7 300

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƢ ĐƢỜNG BỘ TRÊN CƠ SỞ PLC S7-300 Sinh viên thực hiện: Cao Ngọc Thái 53K1.KTĐK & TĐH Giảng viên hướng dẫn: ThS Tạ Hùng Cƣờng NGHỆ AN, 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƢ ĐƢỜNG BỘ TRÊN CƠ SỞ PLC S7-300 Sinh viên thực hiện: Cao Ngọc Thái 53K1.KTĐK & TĐH Giảng viên hướng dẫn: ThS Tạ Hùng Cƣờng Cán phản biện: ThS Phạm Hoàng Nam NGHỆ AN, 2017 LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển nhanh chóng kỹ thuật lập trình cơng nghệ cao, thiết bị logic khả trình điều khiển tự động sử dụng nhiều công nghiệp đời sống nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Để bắt kịp với tiến khoa học kĩ thuật khoa học giới đáp ứng u cầu cơng nghiệp hóa – đại hóa đất nước ngành cơng nghệp Việt Nam thay đổi nhanh chóng, cơng nghệ thiết bị đại thay công nghệ lạc hậu thiết bị cũ Các thiết bị tiên tiến với hệ thống điều khiển PLC, vi xử lý, điện khí nén, điện tử… Trong thời gian học tập nghiên cứu, chúng em học tập nghiên cứu đồ án PLC, phần mềm giám sát WinCC ứng dụng lĩnh vực hệ thống sản xuất đại Vì để nắm vững phần lý thuyết áp dụng kiến thức vào thực tế, em chọn đồ án tốt nghiệp với đềt ài: “Thiết kế chế tạo mơ hình điều khiển giám sát đèn giao thơng ngã tƣ đƣờng sở PLC S7-300” Với đề tài giao, em vận dụng kiến thức để tìm hiểu nghiên cứu lý thuyết, đặc biệt em tìm hiểu sâu vào tính tốn thiết kế phục vụ cho việc hoàn thiện sản phẩm Nội dung đề tài gồm phần Chương Khái quát chung hệ thống điều khiển Chương 2.Thiết bị điều khiển PLC hệ thống điều khiển giám sát dung WinCC Chương 3.Thiết kế, chế tạo mơ hình điều khiển giám sát ngã tư Dưới hướng dẫn bảo nhiệt tình thầy Tạ Hùng Cường em hồn thành xong đồ án Tuy nhiên thời gian kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót thực đồ án này.Vì vậyem mong sẽnhận nhiều ý kiến đánh giá,góp ý thầy cô giáo, bạn bè để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án tập trung nghiên cứu chương trình điểu khiển PLC S7-300 phần mềm giám sát WinCC để điều khiển đèn giao thơng theo mong muốn Chương trình PLC lập trình chương trình đầu vào ngõ đèn giao thông WinCC thiết kế để giám sát hoạt động ngõ để hồn thiện hệ thống đèn giao thơng PLC WinCC lập trình máy tính để mơ trình hoạt động hệ thống Sau thực xong kết nối với điều khiển PLC mơ hình đèn giao thơng để đưa sản phẩm hoàn thiện ABSTRACT The project focuses on the PLC control program S7-300 and WinCC monitoring software to control traffic lights as desired The PLC programmable programs for the inputs and outputs of the traffic lights WinCC is designed to monitor the operation of these outputs to improve traffic lights PLC and WinCC are programmed on the computer to simulate the operation of the system After the connection is complete, connect the PLC controller and the traffic light model to the finished product MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH Chƣơng KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 1.1 Khái niệm, phân loại điều khiển 1.1.1 Phương pháp điều khiển nối cứng (điều khiển lập tuyến) 1.1.2 Hệ thống điều khiển lập trình (PLC) 1.2 Sự khác hệ thống điều khiển nối cứng hệ thống điều khiển lập trình 1.3 Ứng dụng hệ thống điều khiển 10 Chƣơng THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT DÙNG WINCC 11 2.1 Thiết bị điều khiển PLC .11 2.1.1 Khái niệm 11 2.1.2 Cấu trúc PLC 11 2.1.3 Cấu tạo PLC 12 2.1.4 Ưu nhược điểm hệ thống 13 2.1.5 Phân loại PLC 14 2.1.6 Hệ thống điều khiển PLC S7 - 300 15 2.1.7 Cấu trúc nhớ CPU PLC S7 - 300 22 2.1.8 Vịng qt chương trình 24 2.1.9 Những khối OB đặc biệt 25 2.1.10 Thanh ghi trạng thái 27 2.1.11 Giới thiệu phần mềm lập trình PLC Step7 Manager 28 2.1.12 Tập lệnh s7-300 32 2.2 Giới thiệu hệ thống giám sát điều khiển WinCC 41 2.2.1 Giới thiệu 41 2.2.2 Cài đặt Mô Tags (Tags Simulator) 42 2.2.3 Soạn thảo PROJECT WinCC 42 Chƣơng THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT ĐÈN GIAO TẠI NGÃ TƢ 48 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 48 3.2 Thiết kế chương trình điều khiển giám sát WinCC 48 3.3 Thiết kế chương trình điều khiển PLC .49 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển nối cứng có tiếp điểm Hình 1.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển nối cứng không tiếp điểm .7 Hình 1.3 Sơ đồ điều khiển theo kiểu nối cứng: Hình 1.4 Phần xử lý thay thiết bị điều khiển Hình 2.1 Cấu trúc PLC .11 Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc PLC 12 Hình 2.3 Cấu tạo PLC điển hình .12 Hình 2.4 Một số loại PLC 15 Hình 2.5 Sơ đồ kết nối trạm PLC S7 – 300 20 Hình 2.6 Phương pháp truy cập theo bit 21 Hình 2.7 Q trình hoạt động vịng qt 24 Hình 2.8 Tạo Project WinCC 43 Hình 2.9 Chọn PLC Drivers từ Tag Management 44 Hình 2.10 Tạo Tags 45 Hình 2.11 Tạo nhóm Tags 46 Hình 2.12 Cửa sổ Graphic Desiger 46 Hình 3.1 Các đầu vào, 48 Hình 3.2 Giao diện thiết kế WinCC 49 Hình 3.3 Giao diện PLC sau thực 49 Chƣơng KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 1.1 Khái niệm, phân loại điều khiển Điều khiển trình hệ thống tác động hay nhiều đại lượng gọi đại lượng vào, đại lượng khác gọi đại lượng thay đổi theo quy luật định hệ thống Hiện người ta chia công nghệ điều khiển làm hai loại là: * Phương pháp điều khiển nối cứng (điều khiển lập tuyến) * Phương pháp điều khiển lập trình được(điều khiển qua phần mềm máy tính) 1.1.1 Phương pháp điều khiển nối cứng (điều khiển lập tuyến) Khái niệm: Phương pháp điều khiển nối cứng hệ thống thực phần tử tự động nối với đường dây Trong điều khiển nối cứng người ta chia làm hai loại: điều khiển nối cứng tiếp điểm điều khiển nối cứng không tiếp điểm a Phương pháp điều khiển nối cứng có tiếp điểm: Dùng khí cụ điên tử rơle, công tắc tơ với cảm biến, đèn, cơng tắc, khí cụ nối lại với theo mạch điện cụ thể để thực yêu cầu công nghệ định mạch đổi chiều quay, mạch khởi động giới hạn dòng hay mạch điều khiển động chạy dừng Các phần tử Các phần tử Các phần tử đầu vào điều khiển đầu Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển nối cứng có tiếp điểm b Phương pháp điều khiển nối cứng không tiếp điểm: Dùng cổng logic đa hay mạch (Gọi chung IC số ) kết hợp với cảm biến, đèn, công tắc - Các IC số nối lại với theo sơ đồ logic cụ thể để thực yêu cầu công nghệ định Các mạch điều khiển nối cứng sử sụng linh kiện điện tử công suất, quang trở, triac, tranzitor để thay công tắc mạch động lực Các phần Các tin hiệu điều khiển đầu vào Hình 1.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển nối cứng không tiếp điểm Trong hệ thống điều khiển nối cứng, linh kiện hay khí cụ điện nối vĩnh viễn với Do muốn thay đổi lại nhiệm vụ điều khiển phải nối dây lại tồn mạch điện Với mạch phức tạp không hiệu tốn Phương pháp điều khiển nối cứng thực theo bước sau 1.1.2 Hệ thống điều khiển lập trình (PLC) Trong hệ thống điều khiển lập trình cấu trúc điều khiển cách nối dây độc lập với chương trình Chương trình định nghĩa hoạt động điều khiển ghi trực tiếp vào nhớ điều khiển nhờ trợ giúp lập trình hay máy vi tính Để thay đổi chương trình điều khiển cần thay đổi nội dung nhớ điều khiển, phần nối dây bên ngồi khơng bị ảnh hưởng ưu điểm phương pháp điều khiển lập trình Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển lập trình: Xác định u cầu cơng nghệ Thiết kế thuật giải Soạn thảo chương trình Nạp chương trình vào nhớ Chạy thử kiểm tra Lưu vào nhớ, in thành tài liệu… 1.2 Sự khác hệ thống điều khiển nối cứng hệ thống điều khiển lập trình đƣợc Có thể minh họa ví dụ sau: - Điều khiển hệ thống máy bơm nước qua khởi động từ K1, K2, K3 Trình tự điều khiển sau: Các máy bơm hoạt động nghĩa K1 chạy trước tiếp đến K2 cuối K3 chạy Để thực nhiệm vụ theo yêu cầu cũa mạch điều khiển ta thiết kế sau: 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 KẾT LUẬN Trong trình thực em thấy ứng dụng PLC vào trình điều khiển đèn giao thông dễ hiểu dễ làm Giảm thiểu dây nơi, contactor, rơ lê… Khả tự chuẩn đốn giúp cho việc sửa chữa nhanh chóng dễ dàng Chức điều khiển thay đổi dễ dàng thiết bị lập trình, khơng có u cầu thay đổi đầu vào khơng cần phải nâng cấp phần cứng Dễ dàng kết nối với thiết bị thơng minh khác như: máy tính, kết nối mạng Internet Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng chương trình Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa độ tin cậy cao Từ đề tài lần em có hướng phát triển xây dựng hộ thống đèn giao thông thực tế mốt cách hoàn thiện Và học hỏi để xây dựng đề tài khác ứng dụng thiết bị điều khiển PLC phần mềm giám sát WinCC Nghệ An, ngày 27 tháng năm 2017 Sinh viên thực Cao Ngọc Thái 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Trần Thu Hà, KS Phạm quang huy, Lập trình s7 với wincc, Nhà xuất Hồng Đước [2] Nguyễn Phùng Quang (1996), Điều khiển động truyền động xoay chiều ba pha, NXBGD Hà Nội [3] Nguyễn Dỗn Phước (2007), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXBKH KT [4] Ngô Quang Hà, Trần Văn Trọng, Kỹ thuật điều khiển lập trình (SPS - PLC), Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội - 2006 [5] ThS Nguyễn Bá Hội, Giáo trình tập lệnh PLC Siemens S7-300, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội – 2000 [6] Lê Văn Tấn Dũng, Điều khiển lập trình PLC mạng, Nhà xuất khoa học kỹ thuật – 2003 [7] Datasheeet s7 300 [8] Help step 66 ... THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƢ ĐƢỜNG BỘ TRÊN CƠ SỞ PLC S7- 300 Sinh viên thực hiện: Cao Ngọc Thái 53K1.KTĐK... Khái quát chung hệ thống điều khiển Chương 2 .Thiết bị điều khiển PLC hệ thống điều khiển giám sát dung WinCC Chương 3 .Thiết kế, chế tạo mơ hình điều khiển giám sát ngã tư Dưới hướng dẫn bảo nhiệt... Chƣơng THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT ĐÈN GIAO TẠI NGÃ TƢ 48 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 48 3.2 Thiết kế chương trình điều khiển giám sát WinCC 48 3.3 Thiết kế