TÌM HIỂU MẠCH điều KHIỂN tín HIỆU đèn GIAO THÔNG BẰNG PLC

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ-KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN Họ tên sinh viên: HOÀNG NGỌC HƯNG BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI/CHUYÊN ĐỀ THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Tên đề tài/Chuyên đề: TÌM HIỂU MẠCH ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THƠNG BẰNG PLC Hệ đào tạo : Cao đẳng quy Chuyên ngành : Công nghệ Kỹ thuật điện – Điện tử Lớp : K14 CĐ Điện – Điện tử A/SEVT Khóa học : 2018 – 2021 -1- TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ-KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN Họ tên sinh viên: HOÀNG NGỌC HƯNG BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI/CHUYÊN ĐỀ THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Tên đề tài/Chuyên đề: TÌM HIỂU MẠCH ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THƠNG BẰNG PLC Giáo viên hướng dẫn: VÕ THỊ NGỌC Thái Nguyên, năm 2021 -2- LỜI MỞ ĐẦU Đèn giao thơng (cịn gọi tên khác là đèn tín hiệu giao thơng, đèn điều khiển giao thông, hay đèn xanh đèn đỏ) 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 khơng an tồn cho phương tiện mà giúp giảm ùn tắc giao thơng vào cao điểm Nó lắp tâm giao lộ vỉa hè Đèn tín hiệu giao thơng hoạt động tự động hay cảnh sát giao thông điều khiển Đề tài giúp chúng em hiểu rõ PLC, đồng thời tích lũy thêm nhiều kiến thức Đặc biệt kinh nghiệm q trình lắp mạch, tiếp xúc thực tế cơng việc bên nhiều cách lắp đặt dây thiết bị Thực tế song thời gian kiến thức có hạn, nên đề tài cịn nhiều điểm thiếu sót Rất mong nhận góp ý thầy để cao chất lượng đề tài phát triển LỜI CẢM ƠN -3- Để hoàn thành báo cáo này, em xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Võ Thị Ngọc, tận tình hướng dẫn suốt trình viết Báo cáo tốt nghiệp Em chân thành cảm ơn quý thầy, cô khoa Điện , Trường Cạo Đẳng Kinh Tế - Kĩ Thuật tận tình truyền đạt kiến thức năm em học tập Với vốn kiến thức tiếp thu q trình học khơng tảng cho q trình nghiên cứu khóa luận mà cịn hành trang q báu để em bước vào đời cách vững tự tin Cuối em kính chúc q thầy, dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý, dồi sức khỏe, đạt nhiều thành công tốt đẹp công việc -4- MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ Chương TỔNG QUAN CHUNG .8 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Phương pháp thực đề tài Chương 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bộ điều khiển PLC S7-1200 2.1.1 Giới thiệu chung PLC S7-1200 2.1.2 Một số module PLC S7-1200 10 2.1.3 Ứng dụng PLC báo cáo: 12 2.2 TIA Portal 12 2.2.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 12 2.2.2 Giao thức kết nối 15 2.2.3 Làm việc với TIA Portal V13 16 2.3 WinCC 22 2.3.1 Tổng quan WinCC .22 2.3.2 Làm việc với WinCC .22 2.4 Một só thiết bị khác 25 2.4.1 Đèn led 25 2.4.1.1 Giới thiệu đèn LED 25 2.4.1.2 Cấu tạo đèn LED 25 2.4.1.3 Ưu điểm nhược điểm đèn LED 26 2.4.1.5 Các loại đèn LED 28 2.4.1.6 Ký hiệu đèn LED 29 2.4.2 Relay 29 2.4.3 Nút nhấn .32 2.4.4 Switch 34 2.4.5 Nguồn điện 34 Chương THIẾT KẾ MƠ PHỎNG ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THÔNG PLC .37 3.1 Yêu cầu công nghệ 37 3.2 Sơ đồ khối mơ hình .37 3.3 Lưu đồ thuật giải 38 3.5 Sơ đồ nối dây 39 3.6 Mơ hình mạch điều khiển tín hiệu đèn giao thơng 39 Chương KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 41 4.1 Mơ hình thực nghiệm 41 4.2 Kết vận hành chế độ tự động 41 PHỤ LỤC 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 -5- DANH MỤC HÌNH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ Bảng 2.1 Một số PLC S7-1200 thơng dụng Hình 2.2 Cấu hình sử dụng SIMATIC STEP Bảng 2.2 Cấu hình sử dụng SIMATIC STEP Hình 2.3 Danh sách mã sản phẩm cho phần mềm STEP Professional Hình 2.4 Giao diện ban đầu TIA Portal V13 Hình 2.5 Giao diện TIA Portal_1 Hình 2.6 Giao diện TIA Portal_2 Hình 2.7 Màn hình lập trình TIA Portal Hình 2.8 Màn hình lập trình TIA Portal Hình 2.9 Nạp chương trình cho PLC từ TIA Portal_1 Hình 2.10 Nạp chương trình cho PLC từ TIA Portal_2 Hình 2.11 Nạp chương trình cho PLC từ TIA Portal_3 Hình 2.12 Nạp chương trình cho PLC từ TIA Portal_4 Hình 2.13 Khởi tạo hình WinCC_1 Hình 2.14 Khởi tạo hình WinCC_2 Hình 2.15 Kết nối WinCC với PLC_1 Hình 2.16 Kết nối WinCC với PLC_1 Hình 2.17 Giao dện Wincc Hình 2.18 Giới thiệu đèn led Hình 2.19 Cấu tạo đèn led Hình 2.20 Ưu điểm đèn led Hình 2.21 Cách hoạt động đèn led Hình 2.22 Các loại đèn led Hình 2.23 Ký hiệu đèn led Hình 2.24 Relay Hình 2.25 Nguyên lý làm việc relay Hình 2.26 Cấu tạo relay Hình 2.27 Một số loại relay Hình 2.28 Giới thiệu nút nhấn Hình 2.29 Ký hiệu nút nhấn Hình 2.30 Sơ đồ khối nguồn tổ ong (nguồn xung) Hình 2.31 Cấu tạo nguồn tổ ong -6- Hình 3.1 Sơ đồ khối Hình 3.2 Lưu đồ thuật giải Hình 3.3 Sơ đồ nối dây Hình 3.4 Mơ hình đồ án điều khiển đèn giao thơng ngã tư Hình 4.1 Mơ hình Wincc Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt -7- Chương TỔNG QUAN CHUNG 1.1 Lý chọn đề tài Thế giới vận hành, phát triền Vô số mạch điện tử tự động thơng minh đời đóng vai trị khơng nhỏ sống Điện tử góp phần vào q trình tự động hố thứ giúp người đại hoá sống giảm sức lao động, tăng hiệu trình sản xuất Trong công nghệ vi xử lý, vi điều khiển thành phần quan trọng thiếu lợi ích mà đem lại vơ to lớn: thay mạch điện phức tạp vi mạch nhỏ gọn với chi phí rẻ gấp chục lần, tiết kiệm lượng mà vận hành lại nhanh chóng Đèn giao thơng ứng dụng vi mạch điện tử giúp em tiếp cận sát với điện tử, tự động hoá Với kiến thức mà em học trường kinh nghiệm thực tập thực tế, mong muốn góp phần giúp hệ thống giao thông giảm thiểu ùn tắc, em chọn đề tài “Tìm hiểu mạch điều khiển tín hiệu đèn giao thơng PLC” 1.2 Mục đích nghiên cứu Thiết kế, xây dựng mơ hình điều khiển đèn giao thơng; Lập trình PLC điều khiển đèn giao thơng + Điều khiển đèn ngã tư giao thông + Điều khiển đèn cho người ngã tư + Xây dựng hình điều khiển, giám sát hệ thống đèn giao thông Wincc; 1.3 Phương pháp thực đề tài Các bước thực đề tài: Phân tích đề => Tính chọn thiết bị => Vẽ sơ đồ tổng quan =>Vẽ sơ đồ thuật toán => Lập trình mơ hệ thống => Kết nối linh kiện => Chạy mơ hình -8- Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Bộ điều khiển PLC S7-1200 2.1.1 Giới thiệu chung PLC S7-1200 Bộ điều khiển PLC S7-1200 điều khiển logic lập trình (PLC) sử dụng linh hoạt khả mở rộng phù hợp hệ thống vừa nhỏ Thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh động, hỗ trợ mạnh mẽ tập lệnh làm cho PlC S7-1200 trở thành giải pháp hồn hảo cơng việc điều khiển, ứng dụng thực tế Hình 2.1 Bộ điều khiển PLC S7 – 1200 Cấu tạo gồm phận bản: xử lí, nhớ, nguồn, giao tiếp xuất/nhập Bộ xử lí cịn gọi xử lí trung tâm (CPU), chứa vi xử lí, biên dịch tính hiệu nhập thực hoạt động điều khiển theo chương trình lưu nhớ PLC Truyền định dạng tín hiệu hoạt động thiết bị xuất Bộ nguồn có nhiệm vụ cấp nguồn điện cần cho thiết bị xử lý mạch điện module giao tiếp nhập xuất hoạt động Bộ nhớ nơi lưu trữ chương trình sử dụng cho hoạt động điều khiển kiểm sốt vi xử lí -9- Các thành phần nhập xuất (input/output) nơi nhớ nhận thơng tin từ thiết bị ngồi vi truyền thông đến thiết bị điều khiển 2.1.2 Một số module PLC S7-1200 Chức CPU 1211C Kích thước vật lý CPU 1212C 90×100×75 CPU 1214C 110 × 100 × 75 Bộ nhớ người dùng - Work 30 KB 50 KB 75 KB - Load MB MB MB - Retentive 10 KB 10 KB 10 KB I/O tích hợp cục - Kiểu số - 6DI/4DO - 8DI/6DO - 14DI/10DO - Kiểu tương tự - 2AO - 2AO - AO Số module mở rộng Không Số board tín hiệu Số module truyền thơng ( mở rộng phía bên trái) Bộ đếm tốc độ cao Ngõ xung tần số cao Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (Tùy chọn) cổng truyền Ethernet FROFINET Bảng 2.1 Một số PLC S7-1200 thơng dụng -10- Kí hiêụ nút nhấn Hình 2.29 Ký hiệu nút nhấn 2.4.4 Switch Công tắc điện gì? Cơng tắc (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp contact /kɔ̃takt/)[1] tên thiết bị (xét mạch điện), linh kiện (xét thiết bị điện), có tác dụng đóng, mở dịng điện, chuyển hướng sang trạng thái khác.  Công tắc điện phận điện tạo ngắt mạch điện tự động thủ công Hai thành phần quan trọng công tác điện loại kết nối mà công tắc tạo cực tĩnh cực động Công tắc điện thiết bị điện thiếu hệ thống dây điện gia đình hoạt động sản xuất Ngày nay, cơng tắc điện đại với tính điều khiển từ xa có khả tiết kiệm điện hiệu 2.4.5 Nguồn điện Nguồn tổ ong cách ngọi khác nguồn xung Cái tên nguồn tổ ong bắt nguồn từ hình dạng lỗ thơng thoát nhiệt nguồn xung đục lỗ lục giác giống với cấu tạo tổ ong nên dân gian gọi cho thân thuộc dễ nhớ Nguồn xung nguồn có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện chiều chế độ dao động xung tạo mạch điện tử kết hợp với một biến áp xung Chúng ta biết nguồn tuyến tính cổ điển sử dụng biến áp sắt từ để làm nhiệm vụ hạ áp sau dùng chỉnh lưu kết hợp với ic nguồn tuyến tính tạo cấp điện áp chiều theo yêu cầu như: 3.3V, 5V, 6V… Nguồn tuyến tính thường nặng, cồng kềnh tốn vật liệu nên khơng cịn sử dụng nhiều vài trường hợp (vì nguồn tuyến tính có vài ưu điểm tốt mà nguồn xung không đạt được, nguồn xung tạo ra sóng hài làm ảnh hưởng xấu tới chất lượng lưới điện) -32- Hình 2.30 Sơ đồ khối nguồn tổ ong (nguồn xung) Ưu điểm nguồn tổ ong: Giá thành rẻ, gọn, nhẹ dễ tích hợp cho thiết bị nhỏ gọn, hiệu suất cao, Nhược điểm: Chế tạo đòi hỏi kỹ thuật cao, thiết kế phức tạp, việc sửa chữa khó khăn cho người học , tuổi thọ thường khơng cao (do cấu tạo chủ yếu các linh kiện bán dẫn) Hình 2.31 Cấu tạo nguồn tổ ong Nhìn vào board mạch ta thấy bo nguồn xung bao gồm linh kiện sau: – Biến áp xung: Cũng cấu tạo gồm cuộn dây quán lõi từ giống biến áp thơng thường có điều biến áp sử dụng lõi ferit biến áp thường sử dụng lỗi thép kỹ thuật điện Với kích thước biến áp -33- xung cho công suất lớn biến áp thường nhiều lần Ngoài biến áp xung hoạt động tốt dải tần cao biến áp thường hoạt động dải tần thấp – Cầu chì: Bảo vệ mạch nguồn bị ngắn mạch – Cuộn chống nhiễu, tụ lọc sơ cấp, điode chỉnh lưu: Có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều 220V thành điện áp chiều tích trữ tụ lọc sơ cấp để cung cấp lượng cho cuộn sơ cấp máy biến áp xung – Sị cơng suất: Đây linh kiện bán dẫn dùng cơng tắc chuyển mạch , là transistor, mosfet, IC tích hợp, IGBT có nhiệm vụ đóng cắt điện từ chân (+) tụ lọc sơ cấp vào cuộn dây sơ cấp biến áp xung cho xuống mass – Tụ lọc nguồn thứ cấp: Dùng để tích trữ lượng điện từ cuộn thứ cấp biến áp xung để cấp cho tải tiêu thụ Chúng ta biết cuộn sơ cấp biến áp đóng cắt điện liên tục sị cơng suất xuất từ trường biến thiên dẫn đến cuộn thứ cấp biến áp xuất điện áp Điện áp chỉnh lưu qua vài diode đưa tụ lọc (tụ điện) thứ cấp để san phẳng điện áp – IC quang IC TL431 : Có nhiệm vụ tạo điện áp cố định để khống chế điện áp bên thứ cấp ổn định theo mong muốn Chúng làm nhiệm vụ khống chế dao dộng đóng cắt điện vào cuộn sơ cấp biến áp xung cho điện áp bên thứ cấp đạt yêu cầu -34- Chương THIẾT KẾ MÔ PHỎNG ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THƠNG PLC 3.1 u cầu cơng nghệ Hệ thống đèn giao thông ngã tư làm việc với chế độ hoạt động mặc định: Đèn giao thông hoạt động theo bảng sau: 3.2 Xanh Vàng 5s 3s Đỏ Xanh Vàng 8s 5s 3s Bảng 3.1 Yêu cầu công nghệ Sơ đồ khối mô hình Hình 3.1 Sơ đồ khối -35- Đỏ 8s Màn hình điều khiển, giám sát: Hệ thống lập trình thị hình Wincc, giám sát, cài đặt điều khiển hệ thống trực tiếp Wincc Hệ thống điều khiển: hệ thống nút nhấn switch để ta chọn chế độ điều khiển Bộ điều khiển PLC: có nhiệm vụ nhận tín hiều điều khiển từ dựa vào thuật tốn người dùng lập trình để xuất tín hiệu cho hệ thống đèn Hệ thống đèn giao thông: Là đối tượng điều khiển, để hiểu thị tín hiệu đèn giao thơng 3.3 Lưu đồ thuật giải Hình 3.2 Lưu đồ thuật giải -36- 3.5 Sơ đồ nối dây Hình 3.3 Sơ đồ nối dây 3.6 Mơ hình mạch điều khiển tín hiệu đèn giao thơng -37- Hình 3.4 Mơ hình đồ án điều khiển đèn giao thông ngã tư -38- Chương KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1 Mơ hình thực nghiệm Hình 4.1 Mơ hình Wincc 4.2 Kết vận hành chế độ tự động Đầu tiên: Xanh1 , Đỏ hoạt động -39- Sau 5s: Xanh tắt, Vàng Đỏ hoạt động Sau 3s: Vàng 1, Đỏ tắt, Đỏ 1, Xanh hoạt động Sau 5s: Xanh tắt, Đỏ Vàng hoạt động -40- Sau 3s: Hệ thống quay lại trình, Đỏ Vàng tắt, Xanh Đỏ hoạt động -41- PHỤ LỤC Chương trình điều khiển -42- -43- -44- TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Trần Văn Hiếu , Tự động hóa PLC S7 1200 với tia Portal, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Tiếng anh: Siemens, SIMATIC S7 S7-1200 Programmable controller Trang Web: Web: http://www.automation.org.vn/ Web: http://www.automation.siemens.com/ -45- -46- ... thiểu ùn tắc, em chọn đề tài ? ?Tìm hiểu mạch điều khiển tín hiệu đèn giao thơng PLC? ?? 1.2 Mục đích nghiên cứu Thiết kế, xây dựng mơ hình điều khiển đèn giao thơng; Lập trình PLC điều khiển đèn giao. .. đề: TÌM HIỂU MẠCH ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG BẰNG PLC Giáo viên hướng dẫn: VÕ THỊ NGỌC Thái Nguyên, năm 2021 -2- LỜI MỞ ĐẦU Đèn giao thơng (cịn gọi tên khác là? ?đèn tín hiệu giao thơng,? ?đèn. .. khiển PLC: có nhiệm vụ nhận tín hiều điều khiển từ dựa vào thuật tốn người dùng lập trình để xuất tín hiệu cho hệ thống đèn Hệ thống đèn giao thông: Là đối tượng điều khiển, để hiểu thị tín hiệu