Mụ hỡnh điều khiển bói đỗ xe tự động gồm cỏc thiết bị ngoại vi: 1 nỳt Start, 1 nỳt Stop, 2 cụng tắc giới hạn đúng cửa và mở, 2 sen sơ để đếm số xe vào bói và ra khỏi bói, 1 đốn bỏo hiệu xanh và đỏ, 1 cửa cú thể đúng mở.
Với số lượng thiết bị ngoại vi như trờn ta bố trớ 40 chõn đế giắc cắm cú đấu dõy sẵn với cỏc thiết bị ngoại vi. Tất cả cỏc chõn đế giắc cắm và thiết bị ngoại vi được bố trớ cõn đối trờn bề mặt modul cú kớch thước 50x60cm
Bản vẽ thiết kế sơ bộ
Hỡnh 3.15: Sơ đồ bố trớ thiết bị modul bói đỗ xe tự động
3.5.3. Xõy dựng mụ hỡnh thực hành
Modul sau khi hoàn chỉnh
Hỡnh 3.16. Mụ hỡnh hoàn thiện modul bói đỗ xe tự động
ON
OFF
sen sơ 2
3.5.4. Chương trỡnh Bảng phõn cụng địa chỉ vào-ra Bảng phõn cụng địa chỉ vào-ra Nỳt Stop: I0 Nỳt Start: I1 Sen so S1: I2 Sen so S2: I3 Giới hạn mở cửa: I4 Giới hạn đúng cửa: I5 Đốn xanh: Q1 Mở cửa: Q2 Đúng cửa: Q3 Đốn đỏ: Q4
Hỡnh 3.17. Chương trỡnh điều khiển 3.6. Mụ hỡnh thực hành điều khiển đốn giao thụng tại ngó tư
3.6.1. Tổng quan về hệ thống đốn giao thụng
Trong những năm gần đõy cựng với sự phỏt triển của nền kinh tế là tốc độ ra tăng khụng ngừng về cỏc loại phương tiện giao thụng. Sự phỏt triển nhanh chúng của
cỏc phương tiện giao thụng đó dẫn đến tỡnh trạng tắc nghẽn giao thụng xảy ra rất thường xuyờn .Vấn đề đặt ra ở đõy là làm sao để đảm bảo giao thụng thụng suốt và sử dụng hiệu quả đốn điều khiển giao thụng ở những ngó tư, những nơi giao nhau của cỏc làn đường.
Đốn giao thụng (cũn được gọi tờn khỏc là đốn tớn hiệu giao thụng, đốn điều khiển giao thụng, hay đốn xanh đốn đỏ) là một thiết bị được dựng để điều khiển giao thụng ở những giao lộ cú lượng phương tiện lưu thụng lớn (thường là ngó ba, ngó tư đụng xe qua lại). Đõy là một thiết bị quan trọng khụng những an toàn cho cỏc phương tiện mà cũn giỳp giảm ựn tắc giao thụng vào giờ cao điểm. Nú được lắp ở tõm giao lộ hoặc trờn vỉa hố.
Quy định điều khiển đốn tớn hiệu
Đốn tớn hiệu phải bật từng màu riờng biệt, đốn này tắt mới được bật đốn kia lờn, khụng được bật nhiều màu cựng một lỳc. Giữa 2 chiều đường, khi chiều A bật đốn đỏ thỡ lập tức chiều B phải bật ngay đốn xanh và ngược lại. Khi chuyển từ xanh-đỏ và đỏ- xanh bắt buộc phải bật qua màu vàng, vỡ màu vàng đệm giữa 2 màu xanh đỏ. Khi bật đốn vàng thỡ phải bật sỏng ở cả 2 chiều đường A và B.
Hỡnh 3.18. Hỡnh ảnh một hệ thống đốn giao ở ngó tư
Để điều khiển hệ thống đốn giao thụng ta cú thể dựng cỏc hệ điều khiển khỏc nhau, nhưng phổ biến và thụng dụng nhất là điều khiển bằng bộ PLC
Để viết chương trỡnh điều khiển đốn giao thụng ta cú thể lựa chọn nhiều dũng PLC của cỏc hóng khỏc nhau. Nhưng với những ưu điểm vượt trội của PLC Zen như: giỏ thành hạ, dễ thi cụng , sửa chữa , chất lượng làm việc ổn định linh hoạt ….và đặc
biệt là cú điều khiển theo thời gian thực nờn tỏc giả đó chọn hệ thống điều khiển cú thể lập trỡnh được PLC Zen của hóng Omron
Hệ thống đốn giao thụng phổ biến gồm 4 cột đốn chớnh được lắp đặt tại hai đầu của hai làn đường khỏc nhau ở ngó tư. Mỗi một cột đốn gồm 5 đốn trong đú gồm cú 3 đốn chớnh: đốn xanh, đốn đỏ và đốn vàng; 2 đốn phụ là 2 đốn dựng điều khiển làn đường dành cho người đi bộ: đốn xanh người đi bộ và đốn đỏ người đi bộ.
Ngoài ra, mỗi một hệ thống đốn cú một hộp điều khiển từ đú sẽ phỏt ra tớn hiệu điều khiển đốn. Tớn hiệu điều khiển của đốn từ CPU thụng qua cỏc cổng ra rồi đến cỏc rơle, rồi qua hệ thống dõy nối đến cỏc đốn.
Phương thức điều khiển cỏc đốn ở đõy là hai cột đốn đối diện nhau sẽ cựng sỏng và cựng tắt, cỏc cột đốn này sẽ được đấu song song. Như vậy thực tế khi điều khiển ta chỉ cần điều khiển sự sỏng tắt của 2 cột đốn vuụng gúc với nhau. Vậy tổng số đốn cần điều khiển là 10 đốn
Do bộ Zen cú 8 đầu ra trong khi đú cần điều khiển 10 đốn, vỡ vậy ta lắp thờm 4 rơle để điều khiển thờm 2 đốn đỏ đi bộ
Yờu cầu điều khiển
Hệ thống điều khiển đốn giao thụng được khởi động bằng nỳt ấn Start, dừng bằng nỳt Stop và hoạt động với 3 chế độ:
Chế độ giờ cao điểm: Từ 6h30 đến 8h30 và từ 16h30 đến 18h30, ở chế độ này
Hỡnh 3.19. Sơ đồ thời gian chế độ giờ cao điểm
Chế độ bỡnh thường: Từ 8h30 đến 16h30 và từ 18h30 đến 22h30, ở chế độ này hoạt động của đốn được mụ tả như giản đồ thời gian sau:
X1 V1 Đ1 Xanh đi bộ 2 Đỏ đi bộ 2 Đ2 X2 V2 Đỏ đi bộ 1 Xanh đi bộ 1 30s 5s 60s 30s 65s 35s 5s 55s 15s 80s
Hỡnh 3.20. Sơ đồ thời gian chế độ bỡnh thường
Chế độ nghỉ: Từ 22h30 đến 6h30 ngày hụm sau, ở chế độ này tất cả đốn đỏ và đốn xanh đều tắt, tất cả đốn vàng nhấp nhỏy với chu kỡ 1s.
3.6.2. Xõy dựng mụ hỡnh thớ nghiệm
Bố trớ thiết bị
Với mụ hỡnh điều khiển đốn giao thụng gồm 4 cột đốn đặt ở 4 gúc của ngó tư, mỗi cột đốn gồm 5 đốn: 3 đốn bỏo hiệu cho xe và 2 đốn bỏo hiệu cho người đi bộ. Ngoài ra trờn mụ hỡnh cũn lắp thờm 4 rơ le để điều khiển đốn đỏ đi bộ. Với số thiết bị ngoại vi như trờn ta bố trớ 28 chõn đế giắc cắm trờn bề mặt modul, cỏc chõn đế giắc cắm này đều được nối dõy sẵn tới cỏc thiết bị ngoại vi để tiện cho việc đấu dõy khi thực hành X1 V1 Đ1 Xanh đi bộ 2 Đỏ đi bộ 2 Đ2 X2 V2 Đỏ đi bộ 1 Xanh đi bộ 1 30s 5s 30s 20s 45s 35s 5s 30s 20s 50s
Hỡnh 3.21. Hỡnh ảnh bố trớ đốn giao thụng ở ngó tư
Bản vẽ bố trớ thiết bị
Hỡnh 3.22. Sơ đồ bố thiết bị modul đốn giao thụng
ON
OFF
3 2
Mụ hỡnh sau khi hoàn chỉnh
Hỡnh 3.23. Mụ hỡnh hoàn thiện modul đốn giao thụng
3.6.3. Chương trỡnh điều khiển
Phõn cụng địa chỉ vào ra Stop: I0 Start: I1 Đốn xanh 1: Q0 Đốn vàng 1: Q1 Đốn đỏ 1: Q2 Đốn xanh đi bộ 2: Q3 Đốn xanh 2: Q4 Đốn vàng 2: Q5 Đốn đỏ 2: Q6 Đốn xanh đi bộ 1: Q7
Toàn bộ hệ thống mụ hỡnh sau khi hoàn chỉnh:
Hỡnh 3.25. Toàn bộ cỏc mụ hỡnh sau khi hoàn thiện 3.7. Kết luận chương 3
Nội dung chương 3 đó xõy dựng được 5 bài thực hành ứng dụng PLC Zen - Hệ thống điều khiển khởi động động cơ ở chế độ sao/tam giỏc, mụ hỡnh cửa tự động, mụ hỡnh trũ chơi đường lờn đỉnh Olympia, mụ hỡnh bói đỗ xe tự động, mụ hỡnh đốn giao thụng.
Nghiờn cứu tổng quan về hệ thống điều khiển cho mỗi bài thực hành Thiết kế bố trớ thiết bị cho cỏc bài thực hành
Chế tạo cỏc mụ hỡnh thực hành hoàn chỉnh
Viết chương trỡnh điều khiển cho cỏc bài thực hành.
Từ mụ hỡnh thực hành đó chế tạo được ở chương 3, chương 4 sẽ xõy dựng bài giảng thực hành PLC Zen.
CHƯƠNG IV
XÂY DỰNG BÀI GIẢNG THỰC HÀNH ZEN
4.1. Cơ sở lý thuyết chung của phương phỏp dạy học thực hành
4.1.1. Khỏi niệm về thực hành và dạy học thực hành kỹ thuật
Trong dạy học, thực hành là hoạt động của sinh viờn nhằm vận dụng những kiến thức, hiểu biết về kỹ thuật, rốn luyện kĩ năng kĩ xảo cần thiết. Hoạt động thực hành cú hai dạng cụ thể trong mối quan hệ tương hỗ:
- Hoạt động thực hành vật chất: là hoạt động thực hành nhằm hỡnh thành, rốn luyện kĩ năng, kĩ xảo lao động, luyện tập cỏc thao tỏc thực hành trực tiếp trờn vật thật, trờn cỏc linh kiện, vật dụng cụ thể.
- Hoạt động thực hành trớ tuệ: là dạng thực hành thụng qua giải cỏc bài tập kĩ thuật, thiết kế, tạo lập mụ hỡnh, là hoạt động tự học, tự thõn vận động khi khụng cú sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giỏo.
Dạy học thực hành là một quỏ trỡnh sư phạm do giỏo viờn tổ chức với mục đớch dạy sinh viờn vận dụng kiến thức, kiểm tra lại lý thuyết, hỡnh thành, rốn luyện kĩ năng kĩ xảo lao động, tớnh cẩn thận chăm chỉ… cỏch bố trớ thiết bị,dụng cụ thực hành một cỏch khoa học. Với đặc thự của trường Đại học Cụng nghiệp Việt - Hung là đào tạo kỹ sư thực hành theo hướng cụng nghệ nờn việc nõng cao tay nghề và kỹ năng thực hành cho sinh viờn là thực sự cần thiết. Thụng qua việc thực hành cỏc bài tập từ đơn giản đến phức tạp, sinh viờn sẽ nắm bắt bài học một cỏch nhanh chúng, rỳt ngắn khoảng cỏch giữa lý thuyết và thực hành làm quen với cỏc cụng nghệ mới. Việc nõng cao chất lượng đào tạo thực hành tại cỏc cơ sở đào tạo sẽ giỳp sinh viờn khi ra trường cú thể làm việc ngay mà khụng cần cỏc cụng ty, doanh nghiệp đào tạo lại. Đõy chớnh là điểm yếu của sinh viờn khi ra trường.
4.1.2. Nhiệm vụ của dạy học thực hành
Dạy học bằng thực hành cú nhiệm vụ:
- Hoàn thiện và vận dụng những hiểu biết kĩ thuật ở mức độ khỏc nhau (đơn lẻ hoặc tổng hợp) vào cỏc thao tỏc thực hành.
- Hỡnh thành và phỏt triển tư duy về kĩ thuật, bồi dưỡng năng lực nghiệp vụ thực hành, thao tỏc kĩ thuật.
- Thực hiện cỏc chức năng giỏo dục (tỏc phong làm việc nhanh nhẹn, tạo hứng thỳ và bộc lộ năng khiếu nghề nghiệp, tớnh cẩn thận, cần cự chăm chỉ trong lao động, an toàn lao động và vệ sinh mụi trường), củng cố kiến thức lý thuyết.
- Tạo bước chuyển giao khụng thể thiếu giữa học lý thuyết và thực tế,giữa chương trỡnh đào tạo và thực tế cụng việc sau khi tốt nghiệp khoỏ đào tạo ở cỏc trường kĩ thuật.
4.1.3. Phương phỏp dạy học thực hành kĩ thuật
Trong dạy học thực hành kĩ thuật cần sử dụng linh hoạt, phối hợp nhiều phương phỏp, phương tiện dạy học khỏc nhau, tuỳ theo mục đớch và nội dung của bài học. Với đặc thự thực hành mụn lập trỡnh PLC tại trường, căn cứ vào cơ sở vật chất và trang thiết bị, giỏo viờn sẽ ỏp dụng cỏc biện phỏp khỏc nhau sao cho đạt mục đớch giỏo dục cao nhất. Giỏo viờn cú thể thao tỏc thị phạm, gợi ý hướng dẫn phõn tớch bài toỏn, trờn cơ sở lý thuyết đó được học, sinh viờn sẽ vận dụng vào để lập trỡnh điều khiển bài toỏn. Hiện tại phũng thực hành PLC của trường Đại học Cụng nghiệp Việt - Hung gồm cú cỏc bộ thực hành của cỏc hóng khỏc nhau như S7-300, LOGO, CPM1A, CPM2A, ZEN. Trong quỏ trỡnh thực hành, sinh viờn sẽ được làm quen và thực hành lập trỡnh trờn cỏc bộ PLC này, thụng qua đú sinh viờn cú thể nhận thấy rằng sự khỏc nhau giữa bộ lập trỡnh PLC của cỏc hóng là khụng nhiều. Điểm khỏc biệt cơ bản giữa cỏc hóng và giữa cỏc bộ điều khiển của cựng một hóng là cỏch khai bỏo địa chỉ, cõu lệnh và chức năng điều khiển của từng bộ. Khi đó lập trỡnh thành thạo trờn một bộ PLC của hóng này thỡ việc chuyển sang lập trỡnh trờn bộ PLC của hóng khỏc sẽ khụng gặp nhiều khú khăn. Việc thực hành lập trỡnh thành thạo trờn cỏc bộ PLC này sẽ giỳp sinh viờn cú thể nhanh chúng tiếp cận và sử dụng được cỏc bộ điều khiển lập trỡnh PLC khỏc khi ra trường.
4.2. Xõy dựng bài thực hành lập trỡnh điều khiển Zen
Với thời lượng chương trỡnh, phần thực hành PLC ZEN sẽ được bố trớ sau khi thực hành trờn bộ CPM1A và CPM2A của hóng Omron. Mục đớch của phần thực hành ZEN là giỳp sinh viờn làm quen với phần mềm lập trỡnh Zen Support Software và lập
trỡnh cỏc bài tập cơ bản trờn bộ điều khiển ZEN. Phần lập trỡnh ZEN cú thời lượng 3 buổi
Buổi 1: Tiếp cận thiết bị và thực hành với đầu vào ra. Buổi 2: Thực hành với Timer và Counter.
Buổi 3: Bài thực hành tổng hợp và nõng cao
4.2.1. Tiếp cận thiết bị và thực hành với đầu vào ra.
Mục đớch
Giỳp sinh viờn làm quen với phần mềm ZEN Support Software, cỏc lệnh cơ bản ,cỏch lập trỡnh và cỏch mụ phỏng bằng phần mềm ZEN Support Software
Yờu cầu:
- Sinh viờn ụn lại kiến thức lý thuyết trước khi lờn thực hành
- Tỡm hiểu ý nghĩa cỏc đốn bỏo, sơ đồ đấu dõy của bộ ZEN 20C3AR-A-V2
Nội dung cỏc bước thực hiện
4.2.1.1. Phần mềm ZEN Support Software
a. Yờu cầu cài đặt phần mềm
Để cài đặt được phần mềm này yờu cầu cấu hỡnh mỏy tớnh
Bảng 4.1. Yờu cầu cấu hỡnh mỏy tớnh
Hệ điều hành Windows 95, 98; ME, 2000, NT4.0 Service Pack 3
CPU Pentium 133Mhz hay cao hơn
Bộ nhớ Tối thiểu 64MB
Dung lượng đĩa cứng Tối thiểu 40MB trống
CD ROM Cần cú ổ CD ROM
Truyền tin 1 cổng COM RS-232C
Chuột và bàn phớm Cần cú
Màn hỡnh SVGA, 256 màu
b. Cỏc chức năng chớnh của phần mềm
- Lập trỡnh chương trỡnh dưới dạng ngụn ngữ LAD - Chạy mụ phỏng và kiểm tra lỗi
c. Giới thiệu về ZEN 20C3AR-A-V2 Cỏc thụng số cơ bản
• Loại Zen kiểu kinh tế( khụng kết nối được với cỏc module mở rộng ) • Cú phớm bấm và màn hỡnh LCD
• Cú 20 đầu vào ra ( 12 đầu vào và 8 đầu ra ) • Kiểu đầu vào xoay chiều
• Kiểu đầu ra Rơle
• Nguồn cấp xoay chiều 220V Ngụn ngữ lập trỡnh
Với PLC Zen của OMRON sử dụng ngụn ngữ LAD để lập trỡnh. Ngụn ngữ này rất thuận tiện và dễ hiểu, vỡ vậy khoảng 95% người lập trỡnh đều sử dụng ngụn ngữ này. Để thuận tiện cho việc lập trỡnh chỳng ta cần nắm rừ cỏc định nghĩa cơ bản của ngụn ngữ LAD và cỏc biểu tượng mà ngụn ngữ LAD sử dụng.
Định nghĩa về LAD:LAD là một ngụn ngữ lập trỡnh bằng đồ hoạ, rất phự hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic. Ngụn ngữ cú cấu trỳc chuỗi bậc thang, mỗi bậc thang là sự kết nối giữa cỏc tiếp điểm và cuộn dõy. Đầu ra là kết quả của sự kết nối logic đú. Những thành phần cơ bản dựng trong LAD tương ứng với cỏc thành phần của bảng điều khiển bằng rơle.
Mạng LAD: là đường nối cỏc phần tử mạng điện thành một mạch hoàn chỉnh đi từ đường nguồn bờn trỏi sang đường nguồn bờn phải. Đường nguồn bờn trỏi là dõy núng, đường nguồn bờn phải là dõy trung hoà hay là đường trở về nguồn cung cấp. Dũng điện chạy từ trỏi qua cỏc tiếp điểm đúng đến cỏc hộp cỏc cuộn dõy rồi trở về bờn phải nguồn.
Sơ đồ cấu trỳc chương trỡnh theo ngụn ngữ LAD Vớ dụ ngụn ngữ LAD
Trong ngụn ngữ LAD thứ tự ưu tiờn xử lý logic của chương trỡnh được thực hiện từ trỏi qua phải và từ trờn xuống dưới.
Phương phỏp lập trỡnh
Tuỳ vào từng loại Zen mà chỳng ta cú thể lựa chọn phương phỏp lập trỡnh cho thớch hợp. Cú hai phương phỏp được sử dụng để lập trỡnh cho Zen:
Cú thể lập trỡnh trực tiếp bằng phớm bấm đối với Zen cú màn hỡnh hiển thị LCD (đi kốm phớm bấm ).
Cú thể lập trỡnh bằng mỏy tớnh thụng qua phần mềm Zen Support Software, mỏy tớnh được kết nối với Zen qua một Cable truyền.