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

LỜI MỞ ĐẦUĐèn giao thông còn được gọi tên khác là đèn tín hiệu giao thông, đèn điều khiển giao thông, hay đèn xanh đèn đỏ là một thiết bị được dùng để điều khiển giao thông ở những giao

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ-KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN

Họ và tên sinh viên: HOÀNG NGỌC HƯNG

BÁO CÁO KẾT QUẢ

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ-KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN

Họ và 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 THÔNG BẰNG PLC

Giáo viên hướng dẫn: VÕ THỊ NGỌC

Thái Nguyên, năm 2021

LỜI MỞ ĐẦU

Đèn giao thông (còn được gọi tên khác là đèn tín hiệu giao thông, đèn điều khiển giao thông, hay đèn xanh đèn đỏ) là một thiết bị được dùng để

điều khiển giao thông ở những giao lộ có lượng phương tiện lưu thông lớn(thường là ngã ba, ngã tư đông xe qua lại). Đây là một thiết bị quan trọng khôngnhững an toàn cho các phương tiện mà còn giúp giảm ùn tắc giao thông vào giờcao điểm. Nó được lắp ở tâm giao lộ hoặc trên vỉa hè. Đèn tín hiệu giao thông

có thể hoạt động tự động hay cảnh sát giao thông điều khiển

Đề tài này giúp chúng em hiểu rõ hơn về PLC, đồng thời tích lũy thêmnhiều kiến thức mới. Đặc biệt là những kinh nghiệm trong quá trình lắp mạch,tiếp xúc thực tế công việc bên ngoài nhiều hơn về cách lắp đặt và đi dây thiết bị.Thực tế song do thời gian và kiến thức có hạn, nên đề tài còn nhiều điểm thiếusót. Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để có thể năng cao chấtlượng của đề tài và phát triển hơn

LỜI CẢM ƠN

Em chân thành cảm ơn quý thầy, cô trong khoa  Điện  , Trường Cạo Đẳng Kinh

Tế - Kĩ Thuật  đã tận tình truyền đạt kiến thức trong những năm em học tập.Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng choquá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quí báu để em bước vàođời một cách vững chắc và tự tin

Cuối cùng em kính chúc quý thầy, cô dồi dào sức khỏe và thành côngtrong sự nghiệp cao quý, luôn dồi dào sức khỏe, đạt được nhiều thành công tốtđẹp trong công việc

DANH MỤC HÌNH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ 6

Chương 1 TỔNG QUAN CHUNG 8

1.1 Lý do chọn đề tài 8

1.2 Mục đích nghiên cứu 8

1.3 Phương pháp thực hiện đề tài 8

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

2.1 Bộ điều khiển PLC S7-1200 9

2.1.1 Giới thiệu chung về PLC S7-1200 9

2.1.2 Một số module PLC S7-1200 10

2.1.3 Ứng dụng của PLC trong báo cáo: 12

2.2 TIA Portal 12

2.2.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 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 về 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 về đèn LED 25

2.4.1.2 Cấu tạo đèn LED 25

2.4.1.3 Ưu điểm và nhược điểm của đèn LED 26

2.4.1.5 Các loại đèn LED 28

2.4.1.6 Ký hiệu của 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 3 THIẾT KẾ MÔ PHỎNG ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THÔNG PLC 37

3.1 Yêu cầu công nghệ 37

3.2 Sơ đồ khối mô hình 37

3.3 Lưu đồ thuật giải 38

3.5 Sơ đồ nối dây 39

3.6 Mô hình mạch điều khiển tín hiệu đèn giao thông 39

Chương 4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 41

4.1 Mô hình thực nghiệm 41

4.2 Kết quả vận hành chế độ tự động 41

PHỤ LỤC 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

Hình 3.2 Lưu đồ thuật giải

Hình 3.3 Sơ đồ nối dây

Hình 3.4 Mô hình đồ án điều khiển đèn giao thông ngã tư.Hình 4.1 Mô hình trên Wincc

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Chương 1 TỔNG QUAN CHUNG

1.1 Lý do chọn đề tài

  Thế giới luôn vận hành, phát triền. Vô số mạch điện tử tự động thôngminh được ra đời đóng vai trò không nhỏ trong cuộc sống. Điện tử góp phầnvào quá trình tự động hoá mọi thứ giúp con người hiện đại hoá cuộc sống cũngnhư giảm sức lao động, tăng hiệu quả trong quá trình sản xuất

 Trong công nghệ vi xử lý, vi điều khiển là một thành phần quan trọngkhông thể thiếu bởi những lợi ích mà nó đem lại vô cùng to lớn: nó thay thế mộtmạch điện phức tạp bằng một vi mạch nhỏ gọn với chi phí rẻ hơn gấp chục lần,tiết kiệm năng lượng mà vận hành lại nhanh chóng hơn

 Đèn giao thông là một trong những ứng dụng của vi mạch điện tử giúp

em có thể tiếp cận sát nhất với điện tử, tự động hoá

  Với những kiến thức mà em đã học được ở trên trường cũng như kinhnghiệm thực tập thực tế, cũng như mong muốn góp phần giúp hệ thống giaothông giảm thiểu ùn tắc, em đã chọn đề tài “Tìm hiểu mạch điều khiển tín hiệuđèn giao thông bằng PLC”

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Bộ điều khiển PLC S7-1200

2.1.1 Giới thiệu chung về PLC S7-1200

Bộ điều khiển PLC S7-1200 là bộ điều khiển logic lập trình (PLC) được sử dụng linh hoạt và khả năng mở rộng phù hợp đối với hệ thống vừa và nhỏ

Thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh động, hỗ trợ mạnh mẽ về tập lệnh đã làm cho PlC S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo trong công việc điều khiển, ứngdụng trong thực tế

Hình 2.1 Bộ điều khiển PLC S7 – 1200

Cấu tạo gồm 4 bộ phận cơ bản: bộ xử lí, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất/nhập

Bộ xử lí còn được gọi là bộ xử lí trung tâm (CPU), chứa bộ vi xử lí, biên dịch các tính hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ PLC. Truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động các thiết bị xuất

Bộ nguồn có nhiệm vụ cấp nguồn điện cần cho thiết bị xử lý và các mạch điện trong module giao tiếp nhập và xuất hoạt động

Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển dưới sự kiểm soát của bộ vi xử lí

Bảng 2.1 Một số PLC S7-1200 thông dụng

2.1.3 Ứng dụng của PLC trong báo cáo:

Trong bài tìm hiểu này chúng em chọn và sử dụng bộ điều khiển PLC S7-1200CPU 1214C DC/DC/DC làm bộ điều khiển chính, để nhận các tín hiệu điều khiển, 

xử lý theo chương trình đã được lập trình sẵn và điều khiển ngõ ra là hệ thống đèn giao thông

Cấu hình yêu cầu tối thiểu khi sử dụng SIMATIC STEP 7 Professional V16

Hình 2.2 Cấu hình sử dụng SIMATIC STEP 7

Bảng 2.2 Cấu hình sử dụng SIMATIC STEP 7

Danh sách mã sản phẩm cho phần mềm STEP 7 Professional

Hình 2.3 Danh sách mã sản phẩm cho phần mềm STEP 7 Professional

2.2.2 Giao thức kết nối

Để có thể kết nối giữa thiết bị và phần mềm tia Portal cần có kết nối TCP/IP

Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau

2.2.3 Làm việc với TIA Portal V13

Khởi động chương trình TIA Portal :

Click mở file “TIA Portal V13” trên Desktop của máy tính và click vào “Create new project”

Hình 2.4 Giao diện ban đầu của TIA Portal V13

Sau khi tạo project sẽ xuất hiện giao diện với các lựa chọn về thiết bị lập trình :

Devices & Networks: Chọn thiết bị lập trình, xem và thay đổi thiết bị lập trình (bao gồm: PLC, HMI, PC system)

PLC Programming: Lập trình cho PLC, xem và cập nhật chương trình mới.Visualization: Cấu hình cho giao diện HMI.Online & Diagnostics: kết nối trực tuyến PLC và chuẩn đoán lỗi

Nhấp chọn Devices & Networks nhấp “Add new device” để chọn thiết bị để lập trình như sau:

Hình 2.5 Giao diện TIA Portal_1

Click vào “Configure a device” => Click vào “Add new device” và chon thiết bị

Hình 2.6 Giao diện TIA Portal_2

Sau khi click vào CPU cần kết nối sẽ xuất hiện giao diện với nhiều cửa sổ để thiết lập kết nối, chọn các cấu hình và màn hình lập trình chính

Hình 2.8 Màn hình lập trình chính TIA Portal

Hình 2.10 Nạp chương trình cho PLC từ TIA Portal_2

Hình 2.11 Nạp chương trình cho PLC từ TIA Portal_3

Đến đây thì chương trình đã được nạp xong, ta nhấp chọn Finish

Hình 2.12 Nạp chương trình cho PLC từ TIA Portal_4

2.3 WinCC

2.3.1 Tổng quan về WinCC

WinCC (chữ viết tắt của Windows Control Center) đây là chương trình ứng dụngdùng để giam sát,thu thập dữ liệu và điều khiển tự động quá trình sản xuất. Theonghĩa hẹp winCC là chương trình HMI (Human Machine Interface) hỗ trợ thiết kếgiao diện người – máy. Với WinCC, người sử dụng có thể tạo ra một giao diệnđiều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hoá một cách dễdàng. Phần mềm WinCC được tích hợp trong TIA Portal giúp ta dễ dàng trao đổi

Hình 2.14 Khởi tạo màn hình WinCC_2

Kết nối WinCC với PLC:

Sau khi tạo project sẽ xuất hiện giao diện thiết bị (Device view), Chúng ta cần chọn mạng giao tiếp truyền thông của thiết bị: Nhấn “Comunications 

module”=> “PROFINET/Ethernet”=> “IE general”

Hình 2.15 Kết nối WinCC với PLC_1

Tiếp theo, nhấn “Network view” => “Connections” , và Kéo thả chuột từ module PLC sang module WinCC để kết nối

Hình 2.16 Kết nối WinCC với PLC_1

Tạo giao diện giám sát, điều khiển trên WinCC:

Nhấn “PC-System_1” => “HMI_RT_1” => “Add new creen”. Màn hình giao diện chính xuất hiện,

Hình 2.17 Giao diện chính của Wincc

Để lập trình, xây dựng màn hình giám sát điều khiển, chúng ta sử dụng các công

cụ trên thanh (Toolbox) và những thiết lập trong (Properties)

2.4 Một só thiết bị khác

2.4.1 Đèn led

2.4.1.1 Giới thiệu về đèn LED

  Đèn LED là viết tắt của Light – Emiting – Diode (điốt phát sáng), lànguồn phát sáng mỗi khi được dòng điện tác động lên. Đèn LED tưởng chừngnhư một công nghệ mới ra đời gần đây, thế nhưng trong thực tế thì loại đèn này

đã được manh nha ra đời và phát triển hơn 100 năm qua

Đèn LED ban đầu được sinh ra là để thay thế cho đèn sợi tóc, đèn neonhay màn hình bảy đoạn màu. Ban đầu thì đèn LED có giá khá đắt đỏ, tuy nhiênthì trải qua thời gian, đèn LED được sản xuất đại trà hơn và được ứng dụng rấtnhiều vào đời sống hằng ngày

Ngày nay thì đèn LED đã không còn là những bóng chip nhỏ làm linhkiện nữa, chúng đã được phát triển thành các mẫu đèn LED bulb, đèn trần, đèntuýp, đèn vườn, đèn đường, đèn nhà xưởng, vv… và đang có xu hướng lấn átcác loại đèn cũ nhờ hàng loạt ưu điểm vượt trội

Hình 2.18 Giới thiệu đèn led

 

2.4.1.2 Cấu tạo đèn LED

 Đèn LED có cấu tạo cơ bản gồm các thành phần như sau:

- Phần tử phát sáng: một diot để giúp đèn LED tạo ra ánh sáng

- Bộ nguồn: bộ nguồn phải có tuổi thọ sử dụng vừa vặn so với tuổi thọ của LED

để đảm bảo cung cấp điện áp và dòng điện ổn định cho đèn

- Bộ phận tản nhiệt: Bộ phận tản nhiệt của đèn LED có vai tròn giúp phần tinhthể phát sáng hạ nhiệt độ một cách nhanh chóng. Đây là bộ phận vô cùng quantrọng đối với các loại đèn LED có công suất lớn. Nếu bộ phận này không tươngthích với đèn thì phần tử bóng LED sẽ mau già đi, hiệu suất phát sáng bị ảnhhưởng đáng kể

- Vỏ: vỏ đèn là bộ phận giúp đèn hoạt động một cách bền bỉ và ổn định. Vỏthường được chế tạo bởi các chất liệu có tính chống thấm nước, có khả năng tỏanhiệt mau chóng như nhôm…

Hình 2.19 Cấu tạo của đèn led

Tuổi thọ rất cao,

Đèn LED có độ tỏa nhiệt ít, rất an toàn cho người dùng

Độ hoàn màu vượt trội

Mẫu mã đa dạng

có màu sắc khác nhau

Hình 2.21 Cách hoạt động của đèn led

Hình 2.22 Các loại đèn led

 

- Dây đèn LED: Đây là loại đèn được sắp xếp lại thành một dây dài dẻo và linhhoạt, phù hợp trong chiếu sáng nhà, chiếu sáng trang trí cho các công trìnhnhiều góc cạnh…

2.4.1.6 Ký hiệu của đèn LED

 Đèn LED được ký hiệu bằng biểu tượng di-ot có 2 cực âm và dương cùng với 2mũi tên để thể hiện sự phát sáng

Hình 2.23 Ký hiệu của đèn led

2.4.2 Relay

Relay là gì ?

Trước khi vào nội dung chính thì chúng ta sẽ cần tìm hiểu sơ lược vềdòng thiết bị này trước nhé. Relay hay còn gọi là rơ – le là tên gọi theo tiếngPháp, là một công tắc (khóa K) điện từ được vận hành bởi một dòng điện tươngđối nhỏ có thể bật hoặc tắt một dòng điện lớn hơn nhiều. Bản chất của relay làmột nam châm điện (một cuộn dây trở thành một nam châm tạm thời khi dòngđiện chạy qua nó) và hệ thống các tiếp điểm đóng cắt có thiết kế module hóa dễdàng lắp đặt. Bạn có thể nghĩ relay sẽ như một loại đòn bẩy điện vậy, khi chúng

ta kích nó bằng một dòng điện nhỏ thì nó sẽ bật “đòn bẩy” một thiết bị nào đóđang sử dụng dòng điện lớn hơn nhiều

Hình 2.24 Relay

Điện áp và dòng điện được relay chuyển mạch sẽ rất khác so với tín hiệu được sử dụng để kích hoạt hoặc cấp điện cho relay. Nói tóm lại rơ-le hay relay 

là một thiết bị thông dụng, gọn nhẹ, giá thành dễ tiếp cận và được sử dụng rộng rãi trong đời sống hằng ngày của chúng ta

Cấu tạo của relay (rơ – le) là gì ?

Về cấu trúc cơ bản của relay (rơ – le) sẽ bao gồm một cuộn dây kim loạiđồng hoặc nhôm được quấn quanh một lõi sắt từ. Bộ phận này có phần tĩnhđược gọi là ách từ (Yoke) và phần động được gọi là phần cứng (Armature).Phần cứng sẽ được kết nối với một tiếp điểm động, cuộn dây có tác dụng hútthanh tiếp điểm lại để tạo thành trạng thái NO và NC. Mạch tiếp điểm (mạchlực) có nhiệm vụ đóng cắt các thiết bị tải với dòng điện nhỏ và được cách ly bởicuộn hút

Nguyên lý làm việc của relay (rơ – le) là gì ?

Các bạn có thể quan sát sơ đồ mô tả bên mình cung cấp bên dưới để tiệncho việc hình dung nhé. Khi dòng điện chạy qua mạch thứ nhất (1) thì nó sẽkích hoạt nam châm điện (màu nâu) và tạo ra từ trường để thu hút một tiếp điểm(màu đỏ) và kích hoạt mạch thứ hai (2). Khi tắt nguồn, một lò xo được lắp trướcvào tiếp điểm có nhiệm vụ kéo tiếp điểm trở lại vị trí ban đầu, tắt mạch thứ haimột lần nữa

Hình 2.25 Nguyên lý làm việc của relay

Đây là một ví dụ về rơ le “thường mở” (NO). Các tiếp điểm trong mạchthứ hai không được kết nối theo mặc định và chỉ bật khi dòng điện chạy quanam châm. Các rơ le khác là “thường đóng” (NC). Các tiếp điểm được kết nối

để dòng điện chạy qua chúng theo mặc định) và chỉ tắt khi nam châm được kíchhoạt, kéo hoặc đẩy các tiếp điểm ra xa nhau. Thông thường rơle mở là phổ biếnnhất

Bên dưới là một hình ảnh động khác cho thấy cách một relay liên kết haimạch với nhau. Ở phía bên trái, có một mạch đầu vào được cung cấp bởi mộtcông tắc hoặc một loại cảm biến nào đó. Khi mạch này được kích hoạt, nó cungcấp dòng điện cho một nam châm điện kéo công tắc kim loại đóng lại và kíchhoạt mạch đầu ra thứ hai (ở phía bên phải). Dòng điện tương đối nhỏ trongmạch đầu vào do đó kích hoạt dòng điện lớn hơn trong mạch đầu ra

Hình 2.26 Cấu tạo của relay

 Thứ nhất: mạch đầu vào (vòng màu xanh) bị tắt và không có dòng 

điện chạy qua cho đến khi một cái gì đó (có thể là cảm biến hoặc đóng công tắc) bật nó. Mạch đầu ra (vòng lặp màu đỏ) cũng bị tắt

 Thứ hai: khi một dòng điện nhỏ chạy trong mạch đầu vào. Nó sẽ kích 

hoạt nam châm điện (được hiển thị ở đây dưới dạng một cuộn dây màuxanh đậm). Và tạo ra một từ trường xung quanh nó

 Thứ ba: nam châm điện năng lượng kéo thanh kim loại trong mạch 

đầu ra về phía nó, đóng công tắc và cho phép dòng điện lớn hơn nhiều chạy qua mạch đầu ra

 Thứ tư: mạch đầu ra vận hành một thiết bị có dòng điện cao như đèn 

hoặc động cơ điện

Các loại relay (rơ – le) trên thị trường hiện nay:

Theo mình được biết thì trên thị trường hiện nay sẽ có hai dạng relay là module rơ-le đóng ở mức thấp (nối cực âm vào chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng) và module rơ-le đóng ở mức cao (nối cực dương vào chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng). Nếu chúng ta so sánh giữa 2 module rơ-le có cùng thông số kỹ thuật thì hầu hết mọi linh kiện của nó đều giống nhau, chỉ khác nhau ở chỗ cái transistor của mỗi module. Chính vì bộ phận transistor này nên ta mới có được 2 loại module rơ-le (có 2 loại transistor là NPN – kích ở mức cao, và PNP – kích ở mức thấp)

Hình 2.27 Một số loại relay

 2.4.3 Nút nhấn

Công tắc nút nhấn

Hình 2.28 Giới thiệu về nút nhấn

Nút ấn là một loại công tắc đơn giản điều khiển hoạt đô ̣ng của máy hoặcmột số loại quá trình. Hầu hết, các nút nhấn là nhựa hoặc kim loại. Hình dạngcủa nút ấn có thể phù hợp với ngón tay hoặc bàn tay để sử dụng dễ dàng. Tất cảphụ thuộc vào thiết kế cá nhân. Nút ấn có 2 loại chính là nút nhấn thường mởhoặc nút nhấn thường đóng

 Nguyên lí làm viê ̣c của nút nhấn

Nút nhấn có ba phần: Bộ truyền động, các tiếp điểm cố định và các rãnh

Bộ truyền động sẽ đi qua toàn bộ công tắc và vào một xy lanh mỏng ở phíadưới. Bên trong là một tiếp điểm đô ̣ng và lò xo. Khi nhấn nút, nó chạm vào cáctiếp điểm tĩnh làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm. Trong một số trường hợp,người dùng cần giữ nút hoặc nhấn liên tục để thiết bị hoạt đô ̣ng. Với các nútnhấn khác, chốt sẽ giữ nút bật cho đến khi người dùng nhấn nút lần nữa

Ứng dụng

Công tắc nút nhấn sử dụng nhiều trong các ứng dụng khác nhau như máytính, điện thoại nút nhấn và nhiều thiết bị gia dụng. Bạn có thể nhìn thấy chúngtrong nhà, văn phòng và trong các ứng dụng công nghiệp ngày nay. Chúng cóthể bật, tắt máy hoặc làm cho thiết bị thực hiện các hoạt đô ̣ng cụ thể, như trườnghợp với máy tính. Trong một số trường hợp, các nút nhấn có thể kết nối thôngqua liên kết cơ học, điều khiển mô ̣t nút nhấn khác hoạt đô ̣ng

Đa số, các nút sẽ có màu sắc cụ thể để biểu thị mục đích của chúng. Ví dụ nhưnút nhất màu xanh thường được sử dụng để bâ ̣t thiết bị hay nút nhấn màu đỏ đểtắt thiết bị. Điều này tránh gây nên mô ̣t sô nhầm lẫn. Nút dừng khẩn cấp thường

là các nút ấn lớn, thường có màu đỏ và có đầu lớn hơn để sử dụng dễ dàng hơn.