THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG đèn GIAO THÔNG LÀM VIỆC VỚI THỜI GIAN THỰC TẾ

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TPHCM  THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG LÀM VIỆC VỚI THỜI GIAN THỰC TẾ TIỂU LUẬN CUỐI KỲ (Môn học: PLC – Khoa Điện) MÃ SỐ LỚP HP: 03CLC (Chiều t2 tiết – 8) GVHD: TRẦN VI ĐƠ NHĨM THỰC HIỆN: NHÓM 02 HỌC KỲ: I –NĂM HỌC: 2020 – 2021 Thành Phố HỒ CHÍ MINH Tháng Năm 2020 Họ tên sinh viên thực đề tài: Phạm Công Thành Nguyễn Đăng Khoa - 19147144 19147115 ĐIỂM: NHẬN XÉT CỦA GV: Giáo Viên ký tên LỜI MỞ ĐẦU Có thể nói tình hình giao thơng Việt Nam nói chung nơi đơng dân tập trun nói riêng ngày một vấn đề gây nhức nhối phổ biến tình trạng kẹt xe liên tục vào khung cao điểm, có nhiều nguyên nhân chủ quan khách quan gây tình trạng ùn tắc giao thông, nguyên nhân nên kể đến lỗi đèn giao thơng số giây hay phút cố định lệch Nhận thấy vấn đề này, nhóm chúng em chọn nghiên cứu đề tài: “Thiết kế mạch điều khiển hệ thống đèn giao thông” Đến với đề tài này, với việc nghiên cứu làm việc với phần mềm PLC nhóm chúng em phần hiểu PLC tích lũy thêm kiến thức, kỹ quan trọng vấn đề làm việc với PLC nói chung cách giải vấn đề PLC cách tối ưu nói riêng Nhóm chúng em mong nhận góp ý chân thành từ phía thầy để nhóm nâng cao phát triển đề tài Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Vi Đơ, q trình học tập tìm hiểu mơn PLC – Khoa Điện nhóm nhận quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tận tình, tâm huyết từ phía thầy để chúng em hồn thành trọn vẹn đề tài “Thiết kế mạch điều khiển hệ thống đèn giao thơng” Có lẽ kiến thức vô hạn mà tiếp nhận kiến thức thân người tồn hạn chế định Do đó, q trình hồn thành tiểu luận, chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Cá nhân thành viên nhóm chúng em mong nhận đóng góp ý kiến từ để tiểu luận nhóm hồn thiện Lời cuối xin kính chúc thầy sức khỏe, hạnh phúc thành công đường nghiệp giảng dạy MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Phương pháp thực đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Bộ Điều Khiển PLC S7 – 1200 2.1.1 Giời thiệu chung PLC S7 – 1200 2.1.2 Một số module PLC S7 – 1200 2.1.3 Ứng dụng PLC đề tài: 2.2 TIA Portal 2.2.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 2.2.2 Giao thức kết nối 2.2.3 Làm Việc Với TIA Portal V16 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 11 3.1 3.1.1 3.2 Giới Thiệu 11 Sơ Đồ Khối Mô Phỏng: 11 Thực Hiện Ý Tưởng 12 3.2.1 Làm Việc Với TIA Portal V16 12 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 17 4.1 Kết Quả Thực Hiện 17 4.2 Đánh Giá 23 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 24 5.1 Kết Luận 24 5.2 Hạn Chế Của Đề Tài 24 5.3 Hướng Phát Triển 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG 1.1 Lý chọn đề tài Với mục đích áp dụng kiến thức học trường, hướng dẫn giảng viên thiết kế, lập trình mạch điện mơn PLC – Khoa Điện, nhóm chúng em muốn thiết kế hệ thống gói gọn tất điều vào đề tài liên quan đến 1.2 Mục tiêu đề tài Tìm hiểu sâu rõ ràng vấn đề liên quan đến việc lập trình, xử lí thơng tin làm việc với phần mềm PLC Đặc biệt thiết kế mạch điện điều khiển đèn giao thông làm việc với chế độ giống với thời gian làm việc thực tế đèn với phương pháp tối ưu 1.3 Phương pháp thực đề tài Các bước thực đề tài: CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Bộ Điều Khiển PLC S7 – 1200 2.1.1 Giời 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 1.1 Bộ điều khiển PLC S7 – 1200 Cấu tạo gồm phận bản: nguồn, xử lí, nhớ, giao tiếp xuất/nhập - Bộ nguồn có nhiệm vụ cấp nguồn điện cho thiết bị xử lí mạch điện module giao tiếp nhận xuất hoạt động - Bộ xử lí cịn gọi xử lí trung tâm (CPU), chứa vi xử lí, biên dịch tín hiệu nhập thực hoạt động điều khiển theo chương trình lưu nhớ PLC Truyền định dạng tín hiệu hoạt động thiết bị xuất - Bộ nhớ nơi lưu trữ chương trình sử dụng cho hoạt động điều khiển kiểm soát vi xử lí - Các thành phần nhập xuất (input/output) nơi nhớ nhận thông tin từ thiết bị ngồi vi truyền thơng đến thiết bị điều khiển 2.1.2 Một số module PLC S7 – 1200 Hình 1.2 Một số module PLC S7 – 1200 thông dụng 2.1.3 Ứng dụng PLC đề tài: Trong đề tài chúng em chọn sử dụng điều khiển PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC làm điều khiển chính, để nhận tín hiệu diều khiển, xử lí theo chương trình lập trình sẵn điều khiển ngõ mạch hệ thống đèn giao thông 2.2 TIA Portal 2.2.1 Giới thiệu SIMATIC STEP Phần mềm sở tích hợp tất phần mềm lập trình điều khiển co hệ thống tự động hóa truyền động điện, với tên gọi Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) Đây phần mềm lập trình điều khiển trực quan, hiệu xác thực giúp người sử dụng thiết kế tồn chương trình tự động hóa cách tối ưu giao diện phần mềm Sử dụng phần mềm STEP7 cho phép người dung viết chương trình điều khiển cho thiết bị dự án PLC giám sát điều khiển thiết bị thông qua chương trình S7 Việc định địa Moules xuất/nhập thực phần mềm Chương trình chuyển xuống CPU cáp giao tiếp 2.2.2 Giao thức kết nối - Để kết nối thiết bị phần mềm TIA Portal cần có kết nối TCP/IP - Đề PC SIMATIC S7 – 1200 giao tiếp với nhau, điều quan trọng địa IP hai thiết bị phải phù hợp với 2.2.3 Làm Việc Với TIA Portal V16 - Khởi động chương trình TIA Portal V16: Hình 2.1 Giao diện ban đầu TIA Portal V16 - Tạo project chọn CPU: Hình 2.2 Giao diện TIA portal V16 - Chọn cấu hình hình lập trình chính: CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Giới Thiệu - Mạch điện hệ thống đèn giao thông thiết kế lập trình để mạch thực chức điều khiển hệ thống đèn giao thông với chế độ làm việc thời gian cài đặt giống thực tế - Chế độ làm việc hệ thống đèn giao thông thực tế: Vào ban ngày: Đèn giao thông hoạt động với thông số thời gian sáng ba loại đèn bảng sau: Xanh Vàng Đỏ Xanh Vàng Đỏ 7s 3s 10s 7s 3s 10s Vào ban đêm (từ 23h đến 5h): Đèn giao thông làm việc với chế độ cảnh báo nghĩa đèn đỏ đèn xanh đồng loạt tắt có đèn vàng hoạt động 3.1.1 Sơ Đồ Khối Mơ Phỏng: Hình 3.1 Sơ đồ khối mô - Hệ thống điều khiển: Hệ thống nút nhấn switch để chọn điểu khiển 11 - Bộ điều khiển PLC: Có nhiệm vụ nhận xử lý tín hiệu, từ dựa vào thuật tốn người dung lập trình để xuất tín hiệu cho hệ thống đèn giao thơng - Hệ thống đèn giao thông: Đối tượng điều khiển để hiển thị tín hiệu đèn giao thơng Lưu Đồ Thuật Giải: Hình 3.2 Lưu đồ thuật giải 3.2 Thực Hiện Ý Tưởng 3.2.1 Làm Việc Với TIA Portal V16 - Với ý tưởng đề nhóm viết chương trình cho TIA Portal V16 gồm network với chi tiết cụ thể sau: 12 Network 1: Khởi Động Hệ Thống Đèn Giao Thông Ở network mạch khởi động hệ thống đèn gồm nút Start/Stop tiếp điểm trì Q0.0 (với tiếp điểm trì, hệ thống trì tín hiệu làm việc – nguồn điện – sau nhấn nút Start) Hình 3.2.1 Network Network 2: Tạo Bộ Đếm Thời Gian Của Chế Độ Làm Việc Vào Ban Ngày Ở network mạch khởi động đếm thời gian (timer T1) hệ thống đèn khởi động – cấp điện – lúc tiếp điểm thường hở Q0.0 có điện đóng lại timer T1 có điện, đếm bắt đầu đếm thời gian, điều khiển hệ thống làm việc Hình 3.2.2 Network Network 3: Mạch Điều Khiển Chế Độ Làm Việc Vào Ban Ngày 13 Ở network mạch điều khiển hệ thống đèn giao thơng với đèn tín hiệu làm việc chế độ mặc định vào ban ngày, network nhóm sử dụng tập lệnh so sánh để lập trình cho mạch điều khiển Hình 3.2.3 Network Network 4: Bộ Cài Đặt Thời Gian Theo Thời Gian Thực (Read Local Time) 14 Ở network mạch cài đặt thời gian theo thời gian làm việc hệ thống đèn giao thơng thực tế Hình 3.2.4 Network Network 5: Mạch Khởi Động Chế Độ Làm Việc Vào Ban Đêm Ở network mạch khởi động hệ thống làm việc chế độ ban đêm, lúc khung cài đặt tiếp điểm Q0.7 có điện điều khiển tiếp điểm thường đóng Q0.7 network network hở ra, ngắt điện cho hệ thống đồng thời điều khiển tiếp điểm thường hở Q0.7 network đóng lại, điều khiển hệ thống làm việc chế độ ban đêm Hình 3.2.5 Network Network 6: Tạo Bộ Đếm Thời Gian Của Chế Độ Làm Việc Vào Ban Đêm 15 Ở network mạch khởi động đếm thời gian (timer T2), tiếp điểm thường hở Q0.7 có điện đóng lại timer T2 có điện, đếm bắt đầu đếm thời gian, điều khiển hệ thống làm việc Hình 3.2.6 Network Network 7: Mạch Điều Khiển Chế Độ Làm Việc Vào Ban Đêm Ở network mạch điều khiển hệ thống đèn giao thông với đèn tín hiệu làm việc chế độ mặc định vào ban ngày, network nhóm sử dụng tập lệnh so sánh network để lập trình cho mạch điều khiển Hình 3.2.6 Network 16 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.1 Kết Quả Thực Hiện - Sau viết lập trình với TIA Portal V16 nạp chương trình vào cho PLC nhóm thu kết sau: Chạy chương trình nhấn vào nút Start, đếm thời gian bắt đầu hoạt động khoảng 0s – 7s đèn XANH1 sáng Hình 4.1 Khởi động hệ thống đèn XANH1 sáng Trong khoảng 7s – 10s đèn XANH1 tắt đồng thời đèn VÀNG1 sáng, khoảng tổng thời gian đèn XANH1 VÀNG1 sàng đồng thời đèn ĐỎ2 hoạt động 17 Hình 4.2 Đèn XANH1 tắt, đèn VÀNG1 sáng Trong khoảng thời gian 10s – 17s đèn XANH2 sáng Hình 4.3 Đèn XANH2 sáng Trong khoảng 17s – 20s đèn XANH2 tắt đồng thời đèn VÀNG2 sáng tổng thời gian đèn XANH2, VÀNG2 sáng đèn ĐỎ1 hoạt động 18 Hình 4.4 Đèn XANH2 tắt, đèn VÀNG2 sáng Mạch thời gian hiển thị 18 giờ, lúc thời gian hiển thị không nằm khung thời gian cài đặt mạch điều khiển chế độ làm việc cho ban đêm nên mạch điều khiển chế độ mặc định vào ban ngày hoạt động bình thường Hình 4.5 Mạch thời gian điều khiển chế độ làm việc ban đêm Tiến hành cài đặt thời gian thực đến khung 23h30’ 19 Hình 4.6 Thao tác cài đặt khung thực Vì lúc thời gian hiển thị nằm khoảng thời gian thực cài đặt nên Q0.7 có điện Hình 4.7 Mạch điều khiển chế độ làm việc ban đêm có điện 20 Lúc tiếp điểm thường đóng Q0.7 trở thành tiếp điểm thường hở ngắt timer T1 mạch đèn giao thông ngừng hoạt động Hình 4.7 Mạch hệ thống ngừng hoạt động Nhưng đồng thời tiếp điểm thưởng hở Q0.7 trở thành tiếp điểm thường đóng cấp điện cho đếm timer T2, lúc đèn VÀNG1 VÀNG2 sáng theo chu kỳ 3s tắt – 2s sáng (chế độ cảnh báo) 21 Hình 4.8 Đèn VÀNG1, VÀNG2 hoạt động với chế độ cảnh báo Với thao tác nhấn nút Stop, toàn mạch ngắt điện ngừng hoạt động hồn tồn 22 Hình 4.9 Nhấn nút Stop, hệ thống ngừng hoạt động 4.2 Đánh Giá - Mạch làm việc tương đối ổn định xác với mục đích mà nhóm lên ý tưởng - Bên cạnh đó, mạch điều khiển thiết kế này, nhóm cho chưa phải thiết kế tối ưu cho mục đích 23 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết Luận Nhóm hồn thành đề tài “Thiết kế mạch điều khiển hệ thống đèn giao thông làm việc với thời gian thực tế”, đảm bảo mục tiêu đề tài đặt trước đó: - Thiết kế, xây dựng mạch điểu khiển hệ thống đèn giao thơng - Lập trình PLC điều khiển đèn giao thông làm việc chế độ mặc định vào ban ngày chế độ cảnh báo vào ban đêm 5.2 Hạn Chế Của Đề Tài - Do mặt đặc thù thời gian kiến thức hạn chế nên việc áp dụng kiến thức vào làm thực tế gặp số trở ngại, thiếu sót định việc thiết kế, viết mạch điều khiển việc tìm kiếm tài liệu cho đề tài - Thêm vào thuật tốn chương trình viết cịn chưa mức tối ưu hóa 5.3 Hướng Phát Triển - Khắc phục hạn chế mặt thiết kế, viết chương trình xây dựng thuật tốn cách tìm hiểu nâng cao kiến thức cá nhân thành viên nhóm - Tìm hiểu đưa ý tưởng đề tài thiết kế mạch điện điều khiển nói chung đề tài đèn giao thơng nói riêng 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Hiếu, Tự động Hóa PLC S7 – 1200 với TIA Portal, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật [2] Siemens, SIMATIC S7 – 1200 Programmable controller [3] Web: http//www.automation.org.vn/ [4] Web: http//www.automation.siemens.com/ 25 ... 3.2.3 Network Network 4: Bộ Cài Đặt Thời Gian Theo Thời Gian Thực (Read Local Time) 14 Ở network mạch cài đặt thời gian theo thời gian làm việc hệ thống đèn giao thơng thực tế Hình 3.2.4 Network... hệ thống đèn giao thông thiết kế lập trình để mạch thực chức điều khiển hệ thống đèn giao thông với chế độ làm việc thời gian cài đặt giống thực tế - Chế độ làm việc hệ thống đèn giao thông thực... Mạch thời gian điều khiển chế độ làm việc ban đêm Tiến hành cài đặt thời gian thực đến khung 23h30’ 19 Hình 4.6 Thao tác cài đặt khung thực Vì lúc thời gian hiển thị nằm khoảng thời gian thực