Mô hình điều khiển, giám sát trạm barie đường sắt tự động

ĐẠIHỌC HỌCĐÀ ĐÀNẴNG NẴNG ĐẠI PHÂNHIỆU HIỆUĐẠI ĐẠIHỌC HỌCĐÀ ĐÀNẴNG NẴNGTẠI TẠI KON KONTUM TUM PHÂN PHAN VĂN SĨ LÊPHAN HÔNG QUÂN VĂN SĨ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT TRẠM BARIE MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT TRẠM ĐƯỜNG SẮT TỰ ĐỘNG BARIE ĐƯỜNG SẮT TỰ ĐỘNG Đà Nẵng, ngày tháng 01 năm 2021 Kon tum, tháng 05 năm 2021 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHÂN HIỆU ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TẠI KON TUM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT TRẠM BARIE ĐƯỜNG SẮT TỰ ĐỘNG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN ĐỨC QUẬN SINH VIÊN THỰC HIỆN : PHAN VĂN SĨ MSSV : 16152520201008 SINH VIÊN THỰC HIỆN : LÊ HỒNG QUÂN MSSV : 16152520201007 LỚP : K10D Kon tum, tháng 05 năm 2021 Kontum, tháng 05 năm 2021 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÂN HIỆU ĐHĐN TẠI KON TUM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ĐỀ CƯƠNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CẤP ĐẠI HỌC Tên đề tài: Điều khiển giám sát trạm Barie đường sắt tự động Sinh viên thực hiện: Phan Văn Sĩ Lớp: K10D Lê Hồng Quân Lớp: K10D Ngành: Kỹ thuật Điện – Điện tử Khóa: 10 Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Quận Ngày nhận đề tài: 25/01/2020 Ngày bảo vệ:18./ /2021  Mục tiêu đề tài, phạm vi đề tài:  Mục tiêu: + Ứng dụng điều khiển động servo vào mơ hình điều khiển giám sát trạm Barie đường tàu hỏa tự động + Ứng dụng động servo để xác định vị trí mong muốn, mô hệ thông hoạt động phần mềm Tiaportal  Phạm vi nguyên cứu: + Điều khiển gám sát thiết bị hệ thống điều khiển giám sát trạm Barie đường tàu hỏa tự động + Xây dựng thuật toán điều khiển + Xây dựng phần mềm PLC S7-1200 + Tính tốn thiết kế phần cứng + Thiết kế giao diện phần mềm Tiaportal  Phương pháp nghiên cứu, lựa chọn giải pháp cơng nghệ: Nhóm em thực đề tài sử dụng phương pháp để nghiên cứu đề tài sau:  Phân tích tổng hợp lý thuyết, kiến thức học nhà trường  Tham khảo tài liệu, hỏi đáp giáo viên hướng dẫn  Viết chương trình, lắp ráp chạy thử mơ hình Giải pháp cơng nghệ: Mơ hình điều khiển PLC S7-1200 hoạt động điện áp chiều 24VDC hoạt động dựa theo chương trình lập trình mơ phần mềm Tiaportal Nội dung nghiên cứu: gồm có chương CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ LẬP TRÌNH PLC CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN  Kế hoạch thực STT Nội dung công việc Nhận đề tài Xây dựng đề cương kế hoạch CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM  Tổng quan đường sắt việt nam  Tìm hiểu trạm barie  Các chức trạm barie Dự kiến thời gian Ghi 21/1 –25 /1/2021 23/02 - 30/02/2021 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU THIẾT LẬP TRÌNH  Giới thiệu chung  Cấu tạo PLC  Giới thiệu PLC S7-1200 sử dụng đề tài 01/03 – 07/3/2021 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH  Tìm hiểu phần cứng  Chọn động servo  Phân tích chọn cảm biến 08/03 - 14/03/2021 CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN  Lập trình điều khiển hệ thống 15/2 – 21/03/2021  Thiết kế giao diện điều khiển Wincc  Xây dựng mạch động lực CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN  Giới thiệu mơ hình hồn thiện  Vận hành hệ thống 22/03 – 28/03/2021  Kiểm tra, đánh giá hướng phát triển Đà Nẵng, ngày 15 tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Đức Quận Sinh viên thực hiện: Phan Văn Sĩ LỜI CẢM ƠN Trong thời đại cơng nghiệp hóa - đại hóa đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hóa ngày cao vào đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, xác, tiện lợi, gọn nhẹ…) Mặt khác nhờ phát triển nhanh chóng cơng nghệ thơng tin, cơng nghệ điện tử tạo loại thiết bị điều khiển lập trình nhằm thực cơng việc cách khoa học, đạt độ xác cao, giảm sức lao động giảm chi phí kinh tế Trạm barie tự động giảm sức lao động công nhân, công việc đạt hiệu quả, mà thời gian lại nhanh chóng, độ xác cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội Đồ án tốt nghiệp nhóm chúng em tìm hiểu lập trình PLC hiểu ứng dụng vào lĩnh vực khác đời sống Để chúng em tìm hiểu nâng cao kiến thức ngành Kĩ thuật điện – điện tử, thầy cô khoa Điện – Điện tử hỗ trợ nhiệt tình trình chúng em thực đồ án tốt nghiệp Và điều giúp chúng em hiểu nhiều cấu tạo, nguyên lý cách vận hành phận mơ hình đồ án Đề tài mang tên “Điều khiển giám sát trạm barie đường sắt tự động” Trong q trình thực đề tài nhóm chúng em cố gắng tìm hiểu học hỏi, khả cịn hạn chế nên có sai sót mong nhận thơng cảm từ q thầy Tuy gặp chút khó khăn với giúp đỡ tận tình thầy khoa Điện – Điện tử, đặc biệt hướng dẫn tận tình, chi tiết thầy giáo Nguyễn Đức Quận giúp đỡ em nhiều để hồn thành đồ án Em xin gửi tới thầy giáo Nguyễn Đức Quận tồn thể thầy khoa Điện – Điện tử lời cảm ơn chân thành nhất! MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH iii DANH MỤC CÁC BẢNG v CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM 1.1 .TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM: 1.2 HỆ THỐNG BARIE .2 Tổng quan Barie: Chức Barie: Ưu điểm: Nhược điểm: Phân loại Barie: 1.3 BARIE TÀU TỰ ĐỘNG Định nghĩa Barie tàu: Chức barie tàu tự động: .4 Ưu điểm Barie tàu: .4 Nhược điểm Barie tàu: CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ LẬP TRÌNH 2.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 2.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA BỘ VI XỬ LÝ VÀ BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 2.3 TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN Khái niệm vi điều khiển .6 Các loại vi điều khiển sử dụng thị trường Việt Nam Vi điều khiển thường gồm linh kiện Đặc điểm linh kiện .8 Cấu tạo vi điều khiển Ưu, nhược điểm vi điều khiển Ứng dụng vi điều khiển 10 2.4 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN PLC 10 2.5 TỔNG QUAN VỀ PLC 12 Giới thiệu PLC 12 Các dòng sản phẩm SIEMENS .13 PLC S7-200 .14 PLC S7-300 .17 PLC S7-400 .22 PLC S7-1200 24 Các module CPU S7 – 1200: 27 Giới thiệu phần mềm lập trình TIA portal V16.1 .34 Giới thiệu hàm dùng hệ thống 38 i CHƯƠNG 3.THIẾT KẾ MƠ HÌNH 40 3.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG 40 3.2 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CHO MƠ HÌNH 41 Hệ thống đường ray tàu hỏa: 41 Bộ điều khiển trung tâm: 41 Giới thiệu động Servo: .42 Cảm biến quang phát vật: 44 Nguồn 45 3.3 THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG .45 Khối nguồn: .45 Hệ thống đường ray: .46 Cơ cấu động servo xoay: 46 CHƯƠNG LẬP TRÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH 48 4.1 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY 48 4.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 49 4.3 GIAO DIỆN GIÁM SÁT TRẠM BARIE QUA WINCC 50 4.4 ĐẦU VÀO, ĐẦU RA CỦA HỆ THỐNG 50 4.5 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC .51 Chương trình 51 Chương trình 52 Chương trình trái .54 Chương trình phải 56 4.6 KẾT LUẬN 58 Mục tiêu: 58 Kết thực hiện: 58 Hướng phát triển: 58 4.7 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN 59 Ưu điểm 59 Nhược điểm: 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN ii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1 Đường sắt việt nam .1 Hình 1.2 Các loại barie tự động Hình Barie tự động Hình 2.1 Bo mạch vi điều khiển .8 Hình 2.2 Vi điều khiển Hình PLC .11 Hình Cấu trúc bên plc 13 Hình 5.Các loại plc 13 Hình 2.6 PLC S7 - 200 14 Hình 2.7.Các thành phần CPU S7-200 15 Hình Giao tiếp Modbus PLC S7-200 17 Hình PLC S7 - 300 .17 Hình 2.10.Các module mở rộng thực tế 20 Hình 11.Ghép nối Module mở rộng PLC S7-300 20 Hình 12.Ví dụ kết nối Profibus S7-300 .21 Hình 2.13 PLC S7 - 400 .22 Hình 2.14.Ví dụ kết nối MPI 23 Hình 15.Ví dụ kết nối Profibus-DP 24 Hình 2.16.Module mở rộng tín hiệu vào/ra 27 Hình 2.17 Module Analog .27 Hình 18.Module truyền .28 Hình 19 Các module PLC S7 – 1200 29 Hình 20 PLC S7 – 1200 - 1214C DC/DC/DC 29 Hình 2.21.Module nguồn ni .30 Hình 2.22 Giao diện khởi động phần mềm TIA portal V16.1 35 Hình 23 Cấu hình S7 -1200 35 Hình 2.24.Tạo dự án 36 Hình 25.Tạo tên dự án .36 Hình 26.Giao diện sau tạo dự án 36 Hình 2.27.Giao diện lựa chọn phần cứng 37 Hình 2.28.Chọn loại CPU 37 Hình 2.29.CPU PLC phần mềm Tia Portal .37 Hình 2.30 Các biến on/off .38 Hình 31.Một số hàm so sánh 38 Hình 3.1 Hệ thống đường ray .41 Hình PLC S7-1200 42 Hình 3.3 Cấu tạo động servo 42 iii Hình Chu kỳ độ rộng xung động servo 43 Hình Cảm biến quang 44 Hình Bộ nguồn chuyển đổi điện áp .45 Hình 3.7 Cấu tạo đường ray tàu trạm Barie hệ thống .46 Hình Động servo xoay 47 Hình 4.1 Sơ đồ nối dây mơ hình 48 Hình Giao diện trạm barie tự động 50 Hình 4.3 Giao diện giám sát trạm barie tự động 50 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.Một số đặc tính số CPU 15 Bảng 2 Danh sách Module mở rộng PLC S7-200 .16 Bảng 2.3 Sự khác khối bề CPU S7-300 18 Bảng Một số đặc tính kỹ thuật số CPU S7-300 .19 Bảng 2.5 Thông tin CPU 1211C/1212C/1214C 26 Bảng 2.6 Các đặc tính Module mở rộng 28 Bảng 4.1 Đầu hệ thống 50 Bảng Đầu vào hệ thống 51 v CHƯƠNG LẬP TRÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH 4.1 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY Hình 4.1 Sơ đồ nối dây mơ hình 48 4.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 49 4.3 GIAO DIỆN GIÁM SÁT TRẠM BARIE QUA WINCC Hình Giao diện trạm barie tự động Hình 4.3 Giao diện giám sát trạm barie tự động 4.4 ĐẦU VÀO, ĐẦU RA CỦA HỆ THỐNG Bảng 4.1 Đầu hệ thống Đầu Địa Ghi Q0.1 Đèn Q0.3 Đèn phải Q0.5 Đèn trái QW1000 Barie phải QW1002 Barie trái QW1004 Barie 50 Bảng Đầu vào hệ thống Đầu vào Địa Ghi I0.0 Stop I0.1 Start I0.5 Cảm biến trái đầu I0.6 Cảm biến trái cuối I0.7 Cảm biến đầu I0.2 Cảm biến cuối I0.3 Cảm biến phải đầu I0.4 Cảm biến phải cuối 4.5 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC Chương trình 51 Chương trình 52 53 Chương trình trái 54 55 Chương trình phải 56 57 4.6 KẾT LUẬN Mục tiêu:  Tìm hiểu tổng quan hệ thống đường sắt trạm barie hệ thống giao thơng  Tìm hiểu tổng quan nguyên lí hoạt động PLC S7-1200  Tìm hiểu phần mềm TIA Portal V16 chương trình điều khiển giám sát WinCC  Tìm hiểu phần cứng nguyên lí hoạt động thiết bị dùng mơ hình  Xây dựng lưu đồ thuật tốn, sơ đồ nối dây  Viết chương trình Kết thực hiện:  Trình bày tổng quan hệ thống đường sắt trạm barie hệ thống giao thơng  Trình bày  Trình bày ngun lý hoạt động cảm biến, động servo  Xây dựng lưu đồ thuật toán  Xây dựng chương trình  Nắm nguyên lý vận hành trạm barie cảm biến dùng mơ hình  Qua áp dụng cho trường hợp khác đáp ứng nhu cầu thiết yếu xã hội  Từ ứng dụng ta áp dụng mơ hình vào việc giáo dục cho ngành học thuộc chuyên môn kĩ thuật trường đại học, cao đẳng, trung cấp Hướng phát triển:  Trong tương lai, mơ hình hệ thống nghiên cứu sâu để đưa hệ thống vào ứng dụng thực tế lĩnh vực thuộc hệ thống giao thơng nói chung giao thống đường sắt nói riêng  Mong đề tài bạn sinh viên khóa sau tiếp tục thực yêu cầu khắc phục hạn chế đề tài này, để tạo hệ thống có chất lượng cao phục vụ cho sản xuất đời sống xã hội 58 4.7 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN Ưu điểm  Khảo sát tồn mơ hình điều khiển, giám sát trạm barie đường sắt tự động nắm nguyên lý hoạt động mơ hình  Lập trình chương trình phần mềm TIA Portal V16 cho việc điều khiển giám sát trạm barie tự động mơ hình  Sử dụng phần mềm TIA Portal chương trình điều khiển giám sát WinCC  Tìm hiểu kiến thức nguyên lý hoạt động, thành phần PLC S7-1200 Nhược điểm:  Chưa hiểu hết ngun lí hoạt động mơ hình, nhiều hạn chế nghiên cứu áp dụng vào thực tế  Chưa tìm hiểu sâu vào chương trình thuật tốn sơ đồ đấu dây, nhiều thiếu sót q trình tìm hiểu 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [ ] Trường đại học Sư phạm kỹ thuật – Giaso trình điều khiển logic – PLC [ ] www.nghiepvu.dsvn.vn [ ] www.thegioidienco.vn [ ] www.plcmitsubishi.com [ ] www.barietudongthongminh.com NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN Đánh giá Báo cáo đồ án tốt nghiệp: …./10 điểm ... MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1 Đường sắt việt nam .1 Hình 1.2 Các loại barie tự động Hình Barie tự động Hình 2.1 Bo mạch vi điều khiển .8 Hình 2.2 Vi điều khiển... chạy đến trạm 3.2 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CHO MƠ HÌNH Hệ thống đường ray tàu hỏa: Hình 3.1 Hệ thống đường ray Để thiết kế mơ hình điều khiển, giám sát trạm Barie điều khiển đường tàu hỏa tự động này,... .45 Hình 3.7 Cấu tạo đường ray tàu trạm Barie hệ thống .46 Hình Động servo xoay 47 Hình 4.1 Sơ đồ nối dây mơ hình 48 Hình Giao diện trạm barie tự động 50 Hình