CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 1.1 Mô tả hoạt động hệ thống.1: Mô hình đèn giao thông ở ngã tư. Cấu tạo: Hệ thống đèn giao thông, mà thường được gọi là đèn điều khiển giao thông, là một phần quan trọng của cơ sở hạ tầng giao thông đô thị. Hệ thống này giúp điều hướng và quản lý giao thông xe cộ và người đi bộ tại các ngã tư, giao lộ, và các điểm giao cắt khác. Điều này đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn giao thông và tối ưu hóa hiệu suất luồng xe trong các thành phố và khu vực đông dân.
7 Một hệ thống đèn giao thông tiêu chuẩn bao gồm hai cột đèn chính, thường đặt ở hai bên của đường tại mỗi làn đường của ngã tư hoặc giao lộ. Mỗi cột đèn này có tổng cộng sáu đèn, được chia thành ba đèn chính và hai đèn phụ, như sau: 1. Đèn xanh (Green Light): Đèn xanh là tín hiệu cho phép xe cộ di chuyển qua làn đường tương ứng. Khi đèn xanh sáng, người lái xe được phép tiến vào và đi qua ngã tư hoặc giao lộ.
Đèn đỏ (Red Light): Đèn đỏ là tín hiệu dừng và ngăn các phương tiện trên làn đường tương ứng. Khi đèn đỏ sáng, tất cả các xe phải dừng lại. Đèn vàng (Yellow Light): Đèn vàng là tín hiệu cảnh báo, báo hiệu rằng đèn xanh sắp chuyển sang đèn đỏ. Người tham gia giao thông nên chuẩn bị dừng lại.
Đèn xanh người đi bộ (Green Pedestrian Light): Đèn xanh người đi bộ cho phép người đi bộ đi bộ qua đường tại lối dành riêng cho họ. Đèn đỏ người đi bộ (Red Pedestrian Light): Đèn đỏ người đi bộ đồng nghĩa với việc người đi bộ phải dừng lại và không được đi bộ qua đường. Nguyên tắc hoạt động Cơ chế hoạt động của hệ thống đèn giao thông thực sự rất đơn giản và tuân theo một chu trình cố định. Dưới đây là mô tả cụ thể về cách hoạt động của các tín hiệu đèn giao thông: Đèn giao thông hoạt động ở chế độ bình thường: Đèn đỏ: Khi đèn đỏ sáng, tất cả các phương tiện phải dừng lại hoàn toàn.
Người đi bộ phải đợi tại nơi an toàn và không được bắt đầu đi qua đường. Đèn vàng: Đèn vàng sáng lên để báo hiệu chuẩn bị chuyển động từ trạng thái đèn đỏ sang đèn xanh. Người lái xe nên chuẩn bị để xuất phát khi đèn chuyển sang màu xanh, nhưng không được di chuyển khi đèn đỏ. Đèn xanh: Khi đèn xanh sáng, người lái xe có quyền di chuyển qua ngã tư hoặc khu vực kiểm soát bởi đèn giao thông.
8 Người đi bộ thường phải đợi cho đến khi đèn chuyển sang màu đỏ trước khi bắt đầu băng qua đường. Đèn giao thông hoạt động ở chế độ cao điểm: Chu kỳ ngắn hơn: Trong các giờ cao điểm, đèn giao thông có thể được thiết lập với các chu kỳ ngắn hơn để giảm thời gian chờ đợi và tăng cường sự di chuyển của phương tiện. Ưu tiên theo hướng chủ đạo: Các đèn giao thông có thể được cấu hình để ưu tiên các hướng chủ đạo, nơi có lượng lớn xe di chuyển. Điều này giúp giảm tắc nghẽn và tăng cường hiệu suất của luồng giao thông.
Điều chỉnh theo mức độ tắc nghẽn: Hệ thống đèn giao thông có thể sử dụng cảm biến hoặc dữ liệu thời gian thực để điều chỉnh thời gian đèn đỏ và xanh tùy thuộc vào mức độ tắc nghẽn trên con đường cụ thể. Phối hợp với phương tiện công cộng: Trong các thành phố có hệ thống phương tiện công cộng phát triển, đèn giao thông có thể được điều chỉnh để ưu tiên các phương tiện này, nhằm tăng cường tính hiệu quả của giao thông công cộng trong giờ cao điểm. Quản lý đèn đỏ: Các đèn đỏ có thể được giảm đi để giảm thời gian chờ đợi và giảm ách tắc giao thông, nhưng vẫn đảm bảo an toàn cho tất cả các phương tiện và người đi bộ. Đèn giao thông hoạt động ở chế độ đêm: Đèn đỏ: Khi đèn đỏ sáng, tất cả các phương tiện phải dừng lại hoàn toàn, giống như trong điều kiện ban ngày.Đèn đỏ giúp người lái xe nhận biết và phân biệt giữa đèn xanh và đèn đỏ dễ dàng hơn trong điều kiện ánh sáng yếu.
Đèn vàng: Đèn vàng tiếp tục đóng vai trò chuẩn bị cho sự chuyển động từ trạng thái đèn đỏ sang đèn xanh. Nó cũng cung cấp cảnh báo cho người lái xe về sự chuyển đổi sắp xảy ra, giúp họ chuẩn bị dừng lại hoặc tiếp tục di chuyển. Đèn xanh: Đèn xanh vẫn cho phép người lái xe di chuyển nhưng thường có thời gian ngắn hơn so với ban ngày để giảm tối đa thời gian chờ đợi và duy trì dòng giao thông liên tục. Ánh sáng xanh cũng giúp người lái xe nhìn rõ đường và các biển báo hướng dẫn.
9 Ánh sáng nền: Trong điều kiện đêm, đèn giao thông thường được làm sáng hơn để tăng cường khả năng nhận biết và an toàn. Các đèn đường, đèn chiếu sáng, và đèn cờ đỏ/vàng/xanh thường được thiết lập sao cho dễ nhìn thấy và nhận diện trong bóng tối. Sử dụng chất phản quang: Biểu tượng và dòng kẻ trên đèn giao thông có thể được làm từ vật liệu phản quang, giúp tăng cường khả năng nhìn thấy của chúng trong điều kiện ánh sáng yếu. Điều chỉnh thời gian chu kỳ: Trong một số trường hợp, hệ thống đèn giao thông có thể được điều chỉnh để có thời gian chu kỳ phù hợp với lưu lượng giao thông đêm, giúp tối ưu hóa hiệu suất và an toàn.
Chu trình này tiếp tục lặp lại một cách liên tục, đảm bảo luồng giao thông được điều hướng một cách an toàn và hiệu quả. Người tham gia giao thông, bao gồm cả tài xế và người đi bộ, phải tuân theo các tín hiệu và quy tắc để đảm bảo an toàn trong việc di chuyển qua các giao lộ và ngã tư.2 Giản đồ thời gian.2: Giản đồ thời gian khi hoạt động ở chế độ bình thường.3: Giản đồ thời gian khi hoạt động ở chế độ giờ cao điểm Hình 1.4: Giản đồ thời gian khi hoạt động ở chế độ ban đêm. 11 CHƯƠNG 2: - GIỚI THIỆU VỀ PLC. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL V13.1 Lịch sử hình thành.
Thiết bị điều khiển khả trình (PLC, programmable logic controller) là một loại máy tính điều khiển chuyên dụng, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình, do nhà phát minh người Mỹ Richard Morley lần đầu tiên đưa ra ý tưởng vào năm 1968. Dựa trên yêu cầu kỹ thuật của General Motors là xây dựng một thiết bị có khả năng lập trình mềm dẻo thay thế cho mạch điều khiển logic cứng, công ty Allen Bradley và Bedford Associate (Modicon) đã đưa ra trình bày đầu tiên. Trước đây thiết bị này thường được gọi với cái tên Programmable Controller, viết tắt là PC, sau này khi máy tính cá nhân PC (Personal Computer) trở nên phổ biến từ viết tắt PLC hay được dùng hơn để tránh nhầm lẫn.2 Các loại PLC thông dụng.1 Một số loại PLC thông dụng. Hãng Các dòng PLC S7 – 200: CPU 212, CPU 214, CPU 222, CPU 224… S7 – 300: CPU 313, CPU 314, CPU 315… Hãng Siemens S7 – 400: CPU 412, CPU 413, CPU 414, CPU 416… S7 – 1200: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C… Dòng CPM1A, CPM2A, CPM2C Dòng CQM1 Dòng CP1E Dòng CP1L Hãng Omron Dòng CP1H Dòng CJ1/M 12 Dòng FX: FX1N, FX1S, FX2N, FX3G… Dòng A PLC : A large CPU, QnAS CPU, AnS CPU Hãng Mitsubishi Dòng Q PLC Dòng L PLC Hãng Delta Dòng DVP – SA Dòng DVP – SC Dòng DVP – SX Dòng DVP – 2.1 Ngôn ngữ lập trình.
Các ngôn ngữ lập trình PLC được quy định trong chuẩn IEC 61131 – 3 bao gồm: Ngôn ngữ lập trình cơ bản: Instruction List (IL): dạng hợp ngữ. Structured Text (ST): giống Pascal. Các ngôn ngữ đồ họa: Ladder Diagram (LD): giống mạch rơ le. Function Block Diagram (FBD): giống mạch nguyên lý.
Sequential Function Charts (SFC): xuất xứ từ mạng Petri/Grafcet.2 Cấu trúc và phương thức thực hiện chương trình PLC.1: Sơ đồ khối PLC 13 Bộ xử lý trung tâm (CPU): Bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý điều hành hoạt động của toàn hệ thống. Các kênh truyền (các BUS): bus dữ liệu (thường là 8 bit), đường dẫn các thông tin dữ liệu, mỗi dây truyền 1-bit dạng số nhị phân. Bus địa chỉ (thường là 8 hoặc 16 bit), tải địa chỉ vị trí nhớ trong bộ nhớ. Bus điều khiển, truyền tín hiệu điều khiển từ CPU đến các bộ phận.
Bus hệ thống, trao đổi thông tin giữa các cổng nhập xuất và thiết bị nhập xuất. Bộ nguồn: cung cấp nguồn một chiều (5V) ổn định cho CPU và các thành phần chức năng khác từ một nguồn xoay chiều (110, 220V…) hoặc nguồn một chiều (12, 24V…). Các thành phần vào/ra: đóng vai trò là giao diện giữa CPU và quá trình kỹ thuật. Nhiệm vụ của chúng là chuyển đổi, thích ứng tín hiệu và cách ly giữa các thiết bị ngoại vi (cảm biến, cơ cấu chấp hành) và CPU.
Đầu vào số (DI: Digital Input): các ngõ vào của khối này được kết nối với các bộ chuyển đổi tạo ra tín hiệu nhị phân như nút ấn, công tắc, cảm biến tạo tín hiệu nhị phân. Dải điện áp đầu vào có thể là 5 VDC, 12 – 24 VDC/VAC, 48 VDC, 100 – 120 VAC, 200 – 240 VAC… Đầu vào tương tự (AI: Analog Input): Khối này có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số. Các ngõ vào của khối này thường được kết nối với các bộ chuyển đổi tạo ra tín hiệu analog như cảm biến nhiệt độ, cảm biến lưu lượng, hay ngõ ra analog của biến tần. Các chuẩn tín hiệu tương tự thường gặp là 4 – 20mA, 0 – 5V, 0 – 10V.
Đầu ra tương tự (AO: Analog Output): Khối này có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu số được gửi từ CPU đến đối tượng điều khiển thành tín hiệu tương tự. Các đầu ra của khối này được kết nối với các đối tượng điều khiển nhận tín hiệu tương tự như ngõ vào analog của biến tần, van điện từ… Đầu ra số (DO: Digital Output): Các đầu ra của khối này được kết nối với các đối tượng điều khiển nhận tín hiệu nhị phân như đèn báo, cuộn hút Relay… Có 3 loại đầu ra số là dạng Trans (1 chiều), Triac (xoay chiều) và Relay với các dải điện áp 5 VDC, 24 VDC, 12 – 48VDC/VAC, 120 VAC, 230 VDC. 14 Phương thức thực hiện chương trình. PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp.
Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (Scan).