Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông ở ngã tư dùng bộ điều khiển PLC OMRON

Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án PLC MỤC LỤC Y LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC .4 1.1- Đặc điểm điều khiển lập trình .4 1.2- Những khái niệm 1.3- Cấu trúc phần cứng PLC 1.3.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU - Center - Processing - Unit) 1.3.2 Bộ nhớ phận khác: 1.3.3 Khối vào 10 1.3.4 Thiết bị lập trình: 11 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC ZEN CỦA OMRON 12 2.1 Giới thiệu PLC 12 2.1.1 Khái niệm PLC 12 2.2 Giới thiệu điều khiển lập trình ZEN Omron 12 2.3 Các loại ZEN phiên V2 .15 2.4 Nối nguồn –ngõ vào – ngõ cho ZEN 17 2.5 Đặc tính kỹ thuật 18 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHÙ HỢP 20 3.1 Đặt vấn đề .20 3.1.1 Yêu cầu công nghệ 20 3.2: Nguyên tắc hoạt động đèn giao thông 21 3.3 Lựa chọn phần cứng 22 3.3.1 PLC 10C4DR-D-V2 .22 3.3.2 Cột tín hiệu giao thông bát giác 2.6-3.9m .24 3.3.3 Modul mở rộng ZEN-8E1DR .24 3.3.3 Đèn giao thông D200-Xanh –Vàng –Đỏ .25 3.3.4 Cáp lập trình ZEN –CIP01 cho PLC ZEN 25 Cáp lập trình ZEN-CIF01 cho PLC ZEN Omron 25 3.3.5 Nút Ấn 26 CHƯƠNG IV: THUẬT TỐN, CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ MƠ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM 27 4.3 Giản đồ thời gian .29 GVHD: ThS Đoàn Ngọc Anh Sinh viên: Hoàng Trung HIếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án PLC Error! Bookmark not defined 4.4 Sơ đồ kết nối thiết bị với phần cứng 30 4.4 Chương trình điều khiển 31 4.5 Giới thiệu phần mềm mô .33 4.6 Mơ chương trình điều khiển đèn giao thông chế độ 34 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 36 LỜI NĨI ĐẦU GVHD: ThS Đồn Ngọc Anh Sinh viên: Hoàng Trung HIếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án PLC Nền công nghiệp giới đà phát triển ngày cao, vấn đề tự động điều khiển đặt lên hàng đầu q trình nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ vào sản xuất Nó địi hỏi khả xử lý, mức độ hồn hảo, xác hệ thống sản xuất ngày cao hơn,để đáp ứng nhu cầu số lượng, chất lượng, thẩm mỹ ngày cao xã hội Sự xuất máy tính vào năm đầu thập niên 60, hỗ trợ người làm việc tốt nhiều lĩnh vực từ kinh tế, y tế, giáo dục, quốc phòng đến nhiều lĩnh vực khác hàng khơng, vũ trụ Với địi hỏi người, nhà nghiên cứu khơng dừng lại đó, nhiều thiết bị, phần mềm đời chuyên phục vụ cho ngành cơng nghiệp, tính ưu biệt ln nâng cao Một thiết bị phải kể đến PLC Với khả ứng dụng nhiều ưu điểm bậc, PLC ngày thâm nhập sâu rộng sản xuất Nhận thức tầm quan trọng đó, nên cần nghiên cứu, tìm hiểu PLC, nhằm góp phần vào cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Vấn đề tự động hóa công nghiệp để nâng cao suất lao động giao thông để giảm tỷ lệ tai nạn gia thông ngã ba, ngã tư nơi đông xe máy ô tô lại Việc khảo sát sử dụng phần mềm lập trình PLC ZEN hãng OMRON để điều khiển đèn giao thông ngã tư nội dung đồ án mà em trình bày GVHD: ThS Đoàn Ngọc Anh Sinh viên: Hoàng Trung HIếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án PLC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 1.1- Đặc điểm điều khiển lập trình Hiện nhu cầu điều khiển linh hoạt có giá thành thấp thúc đẩy phát triển hệ thống điều khiển lập trình (Programmable Logic Control) Hệ thống sử dụng CPU nhớ để điều khiển máy móc hay q trình hoạt động Trong hồn cảnh điều khiển lập trình (PLC) thiết kế nhằm thay phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle thiết bị cồng kềnh, tạo khả điều khiển thiết bị dể dàng linh hoạt dựa việc lập trình lệnh logic bản, ngồi PLC cịn thực tác vụ khác làm tăng khả cho hoạt động phức tạp Hình 1.1Sơ đồ khối bên PLC - Hoạt động PLC kiểm tra tất trạng thái tín hiệu ngõ vào đưa từ trình điều khiển, thực logic lập chương trình kích tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên tương ứng Với mạch giao tiếp chuẩn khối vào khối PLC cho phép kết nối trực tiếp đến cấu tác động (actuators) có cơng suất nhỏ ngõ mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers) ngõ vào, mà khơng cần có mạch giao GVHD: ThS Đoàn Ngọc Anh Sinh viên: Hoàng Trung HIếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án PLC tiếp hay rơle trung gian Tuy nhiên, cần phải có mạch điện tử công suất trung gian PLC điều khiển thiết bị có cơng suất lớn - Việc sử dụng PLC cho phép hiệu chỉnh hệ thống mà khơng cần có thay đổi mặt kết nối dây; thay đổi thay đổi chương trình điều khiển nhớ thơng qua thiết bị lập trình chun dùng Hơn nữa, chúng cịn có ưu điểm thời gian lắp đặt đưa vào hoạt động nhanh so với hệ thống điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực việc nối dây phức tạp thiết bị rời - Về phần cứng, PLC tương tự máy tính truyền thống chúng có đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển cơng nghiệp + Khả chống nhiễu tốt + Cấu trúc dạng modul dễ dàng thay thế, tăng khả (nối thêm modul mở rộng vào / ra) thêm chức (nối thêm modul chuyên dùng) + Việc kết nối dây mức điện áp tín hiệu ngỏ vào ngỏ chuẩn hố + Ngơn ngữ lập trình chun dùng: Ladder, Intruction, Functionchat dể hiểu dể sử dụng + Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng - Những đặc điểm làm cho PLC sử dụng nhiều việc điều khiển máy móc cơng nghiệp điều khiển trình 1.2- Những khái niệm - Bộ điều khiển lập trình ý tưởng nhóm kĩ sư hãng General Motors Vào năm 1968 họ đề tiêu kĩ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển công nghiệp: + Dễ lập trình thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp nhà máy + Cấu trúc dạng modul để dễ dàng bảo trì sửa chữa GVHD: ThS Đoàn Ngọc Anh Sinh viên: Hoàng Trung HIếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Công nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án PLC + Tin cậy môi trường sản xuất nhà máy công nghiệp + Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ mạch rơ-le chức tương đương - Những tiêu tạo quan tâm kĩ sư thuộc nhiều ngành nghiên cứu khả ứng dụng PLC công nghiệp Các kết nghiên cứu đưa thêm số yêu cầu cần phải có chức PLC: tập lệnh từ lệnh logic đơn giản hỗ trợ thêm lệnh tác vụ định thời, tác vụ đếm, sau lệnh xử lý tốn học, xử lý bảng liệu, xử lý xung tốc độ cao, tính tốn số liệu số thực 32 bit, xử lý thời gian thực đọc mã mạch, vv - Đồng thời phát triển phần cứng đạt nhiều kết nhớ lớn hơn, số lượng ngõ vào / nhiều hơn, nhiều modul chuyên dùng Vào năm 1976 PLC có khả điều khiển ngõ vào / kĩ thuật truyền thông, khoảng 200 mét - Các họ PLC hãng sản xuất phát triển từ loại hoạt động độc lập với 20 ngõ vào / dung lượng nhớ chương trình 500 bước đến PLC có cấu trúc modul nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả chức chuyên dùng khác: + Xử lý tín hiệu liên tục (analog) + Điều khiển động servo, động bước + Truyền thông + Số lượng ngõ vào/ra + Bộ nhớ mở rộng - Với cấu trúc modul cho phép mở rộng hay nâng cấp hệ thống điều khiển dùng PLC với chi phí cơng sức GVHD: ThS Đoàn Ngọc Anh Sinh viên: Hoàng Trung HIếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án PLC Bảng 1.1: So sánh đặc tính kỹ thuật hệ thống điều khiển Chỉ tiêu so sánh Giá thành Rơ - le Khá thấp Mạch số Thấp Máy tính Cao PLC Thấp Chức Kích thước Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn vật ly Tốc độ điều khiển Khả chống Chậm Xuất sắc Rất nhanh Tốt Khá nhanh Khá tốt Nhanh Tốt nhiễu Lắp đặt Mất thời Mất Mất nhiều thời Lập trình gia gian thiết kế gian lập trình lắp đặt đơn thiết thời kế lắp đặt Khơng Có Có giản Có tạp Để thay đổi điều Rất khó Khó Khá đơn giản Rất đơn giản khiển Cơng tác bảo trì Kém -có Kém-nếu Kém -có nhiều Tốt-các nhiều IC mạch điện tử modul công tắc hàn Khả điều khiển tác vụ phức được chuyên dùng tiêu chuẩn hóa - Theo bảng so sánh, PLC có đặc điểm phần cứng phần mềm làm cho trở thành điều khiển cơng nghiệp sử dụng rộng rãi 1.3- Cấu trúc phần cứng PLC - PLC gồm ba khối chức bản: Bộ vi xử lý, nhớ, vào / Trạng thái ngõ vào PLC phát lưu vào nhớ đệm PLC thực lệnh logic trạng thái chúng thơng qua chương trình trạng thái GVHD: ThS Đồn Ngọc Anh Sinh viên: Hoàng Trung HIếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án PLC ngỏ cập nhật lưu trữ vào nhớ đệm sau trạng thái ngỏ nhớ đệm dùng để đóng mở tiếp điểm kích hoạt thiết bị tương ứng, hoạt động thiết bị điều khiển hồn tồn tự động theo chương trình nhớ, chương trình nạp vào PLC thơng qua thiết bị lập trình chuyên dùng Bus Địa Bộ đệm Bộ nhớ chương trình EEPRO M tuỳ Bus Điều khiển Bộ nhớ chương trình EPROM Nguồn pin xử Bộ đệm Clock Bộ nhớ liệu RAM lý chọn Bộ đệm CPU vi Bộ nhớ hệ thống ROM Khố i vào Bus Dữ Liệu Bus hệ thống (Vào/Ra) Mạch chốt Mạch giao tiếp Bộ đệm Bộ lọc Pannsel lập trình Mạch cách ly Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc bên PLC 1.3.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU - Center - Processing - Unit) - Bộ xử lý trung tâm điều khiển quản lý tất hoạt động bên PLC.Việc trao đổi thông tin CPU, nhớ khối vào thực GVHD: ThS Đoàn Ngọc Anh Sinh viên: Hoàng Trung HIếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án PLC thông qua hệ thống bus điều khiển CPU Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock tần số chuẩn cho CPU thường hay MHz, tùy thuộc vào xử lý sử dụng.Tần số xung clock xác định tốc độ hoạt động PLC dùng để thực đồng cho tất phần tử hệ thống 1.3.2 Bộ nhớ phận khác: - Tất PLC dùng loại nhớ sau: + ROM (Read Only Memory): nhớ đơn giản (loại đọc) gồm ghi, ghi lưu trữ từ với tín hiệu điều khiển, ta đọc từ vị trí ROM nhớ khơng thay đổi mà nạp chương trình lần + RAM (Random Access Memory): nhớ truy xuất ngẫu nhiên, nhớ thông dụng nhớ để cất giữ chương trình liệu người sử dụng Dữ liệu RAM bị mất điện Do điều giải cách nuôi RAM nguồn pin riêng + EEPROM: Đây loại nhớ ma kết hợp truy xuất linh hoạt RAM nhớ đọc không thay đổi ROM khối, nội dung xố ghi lại điện nhiên vài lần + Bộ nguồn cung cấp: Bộ nguồn cung cấp PLC sử dụng hai loại điện áp AC DC, thông thường nguồn dùng cấp điện áp 100 đến 240V, 50/60 Hz, nguồn DC có giá trị: 5V,24V DC + Nguồn nuôi nhớ: Thông thường pin để mở rộng thời gian lưu giữ cho liệu có nhớ, tự chuyển sang trạng thái tích cực dung lượng tụ cạn kiệt phải thay vào vị trí để liệu nhớ khơng bị GVHD: ThS Đồn Ngọc Anh Sinh viên: Hoàng Trung HIếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án PLC + Cổng truyền thông: PLC dùng cổng truyền thơng để trao đổi liệu chương trình, loại cổng truyền thông thường dùng là: RS232, RS432, RS 485.Tốc độ truyền thông tiêu chuẩn: 9600baud + Dung lượng nhớ: Đối với PLC loại nhỏ nhớ có dung lượng cố định (thường 2K) dung lượng đủ đáp ứng cho khoảng 80% hoạt động điều khiển công nghiệp giá thành nhớ giảm liên tục nhà sản suất PLC trang bị nhớ ngày lớn cho sản phẩm họ 1.3.3 Khối vào - Mọi hoạt động xử lý tin hiệu bên PLC có mức điện áp 5V DC; 15V DC (điện áp cho TTL, CMOS) tín hiệu điều khiển bên ngồi lớn nhiều, thường 24V DC đến 240V DC với dòng lớn - Như khối vào có vai trị mạch giao tiếp mạch vi điện tử PLC với mạch công suất bên ngồi, kích hoạt cấu tác động: Nó thực chuyển đổi mức điện áp tín hiệu cách ly Tuy nhiên khối vào cho phép PLC kết nối trực tiếp với cấu tác động có cơng suất nhỏ (