Thiết kế hệ thống đèn giao thông PLC S7-200 tại ngã tư

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống đèn giao thông ngã tư bằng PLC S7-200. Luận văn đầy đủ, tài liệu tham khảo, code mẫu. Tìm hiểu ngay!

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống đèn giao thông và PLC S7 200

Đồ án tập trung vào việc thiết kế hệ thống đèn giao thông tại ngã tư sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC S7-200. Hệ thống này nhằm mục đích tự động hóa việc điều khiển đèn giao thông, tăng cường an toàn giao thông và giảm ùn tắc. Việc lựa chọn PLC S7-200 là do tính phổ biến, giá thành hợp lý và khả năng lập trình linh hoạt của nó. Đồ án đề cập đến các khái niệm cơ bản về hệ thống đèn giao thông, nguyên lý hoạt động của PLC, cũng như các module vào/ra được sử dụng. Ví dụ, đồ án có thể đề cập đến việc sử dụng các cảm biến để phát hiện phương tiện, từ đó điều chỉnh thời gian đèn xanh/đỏ cho phù hợp. Phần này cũng phân tích các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến thiết kế hệ thống đèn giao thông, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và an toàn. Ví dụ, đồ án có thể trích dẫn tiêu chuẩn về thời gian tối thiểu của đèn vàng, khoảng cách an toàn giữa các phương tiện... Tóm lại, phần này đặt nền móng cho việc hiểu rõ vấn đề và phương pháp tiếp cận của đồ án.

II. Thiết kế và mô phỏng hệ thống

Phần này đi sâu vào chi tiết thiết kế của hệ thống, bao gồm sơ đồ mạch điện, chương trình điều khiển PLC và mô phỏng hoạt động. Đồ án trình bày rõ ràng cách thức kết nối các thiết bị phần cứng, như đèn giao thông, cảm biến, nút nhấn, với PLC S7-200. Chương trình PLC được viết bằng ngôn ngữ lập trình Ladder Diagram hoặc Statement List, thể hiện logic điều khiển của hệ thống. Ví dụ, chương trình sẽ bao gồm các thuật toán để chuyển đổi trạng thái đèn giao thông theo chu kỳ định trước hoặc theo tín hiệu từ cảm biến. Mô phỏng hệ thống được thực hiện trên phần mềm chuyên dụng, ví dụ như Step 7 Micro/WIN, cho phép kiểm tra hoạt động của hệ thống trước khi triển khai thực tế. Việc mô phỏng giúp phát hiện và sửa lỗi sớm, tiết kiệm thời gian và chi phí. Phần này cũng có thể đề cập đến việc lựa chọn các thông số kỹ thuật của đèn giao thông, đảm bảo độ sáng phù hợp và tuổi thọ cao.

III. Đánh giá và kết luận

Phần này đánh giá hiệu quả của hệ thống đèn giao thông được thiết kế, dựa trên các tiêu chí như tính an toàn, hiệu suất hoạt động và khả năng mở rộng. Đồ án có thể so sánh hệ thống được thiết kế với các hệ thống đèn giao thông truyền thống, nhằm làm nổi bật những ưu điểm của việc sử dụng PLC S7-200. Ví dụ, hệ thống PLC có thể tự động điều chỉnh thời gian đèn xanh/đỏ dựa trên lưu lượng giao thông thực tế, giúp giảm ùn tắc và tiết kiệm năng lượng. Đồ án cũng đề xuất các hướng phát triển trong tương lai, chẳng hạn như tích hợp hệ thống với camera giám sát, điều khiển từ xa qua internet, hoặc sử dụng trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa hoạt động. Kết luận của đồ án khẳng định tính khả thi và hiệu quả của việc ứng dụng PLC S7-200 trong việc thiết kế hệ thống đèn giao thông hiện đại.

IV. Ứng dụng thực tiễn và giá trị của đồ án

Đồ án mang lại giá trị thực tiễn cao, có thể được ứng dụng trong việc thiết kế và triển khai hệ thống đèn giao thông tại các ngã tư, góp phần cải thiện tình hình giao thông đô thị. Việc sử dụng PLC S7-200 giúp hệ thống hoạt động linh hoạt, dễ dàng bảo trì và nâng cấp. Đồ án cũng cung cấp một tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên và các kỹ sư trong lĩnh vực tự động hóa. Ví dụ, các bản vẽ thiết kế, chương trình PLC và kết quả mô phỏng có thể được sử dụng để học tập và nghiên cứu. Đồ án cũng có thể được mở rộng để áp dụng cho các hệ thống giao thông phức tạp hơn, chẳng hạn như hệ thống đèn giao thông điều khiển theo làn đường, hệ thống giao thông thông minh. Việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống đèn giao thông thông minh là xu hướng tất yếu, góp phần xây dựng đô thị thông minh và hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

GVHD: TRAN MANH HA Đô án môn học Điêu khiển Logic Dé tai: DIEU KHIEN DEN GIAO THONG O NGA TU. ChuongI: | YEU CAU CONG NGHE I.TONG QUAN VE DE TAI: Ngày nay cùng với sự phát triển kinh tế, việc đô thị hoá cũng đang gia tăng nhanh chóng. Dẫn đến lượng phương tiện lưu thông trong các đô thị cũng tăng theo. Do đó vấn đề đảm bảo giao thông trong các đô thị , đặc biệt tại các nút giao thông diễn ra thông suốt là rất quan trọng.

Để việc đi lại tại các nút giao thông được thông suốt và thuận lợi thì chúng ta có thể nhờ đến sự giúp đỡ của lực lượng Cảnh sát giao thông và các lực lượng khác. Tuy nhiên, với các đô thị lớn có số nút giao thông nhiều thì khó có có đủ lực lượng để đảm nhiệm công việc này. Mặt khác việc nhờ đến sự giúp đỡ của Cảnh sát giao thông và các lực lượng khác cũng khó khăn và tốn kém. Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật con người đã biết ứng dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật vào trong đời sống.

Đèn giao thông là một trong những thành tựu đó. Đèn giao thông là một hệ thống đèn tín hiệu hướng dẫn các phương tiện và con người tham gia giao thông tại các nút. Đèn giao thông ra đời từ rất lâu và đã chứng tỏ cho con người thấy rằng việc sử dụng đèn giao thông là không thể thiếu trong thời đại ngày nay. Việc điều khiên đèn giao thông có rất nhiều cách, có thê ding vi điều khiển, đùng PLC.

Sử dụng PLC trong điều khiến đèn giao thông có ưu điểm: + Làm việc chắc chắn, liên tục và có tuổi thọ cao. + Có thé làm việc trong nhiều điều kiện khác nhau. + Huấn luyện người sử dụng đơn giản. SVTH: VÕ ĐÌNH BÌNH Trang - 1 - GVHD: TRAN MANH HA Đô án môn học Điêu khiển Logic I.GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ CÚỦA ĐÈ TÀI: Trong phạm vi dé tai nay, em thiét ké chương trình điều khiển đèn giao thong ở ngã tư.

+ Hệ thống đèn điều khiển các phương tiện lưu thông trên đường. Trong đó: - Hệ thống điều khiển các phương tiện tham gia giao thông trên đường gồm 12 đèn, ký hiệu (Xac,Xsc, Vac,Vnac,Đac,Đnc). - Các hệ thống đèn làm việc ở ba chế độ: + Chế độ làm việc bình thường + Chế độ đèn vàng nhấp nháy + Chế độ điều khiển bằng tay. Sơ đồ mô phỏng cách bó trí đèn tại các nút: Dac @ SVTH: VÕ ĐÌNH BÌNH Trang - 2 - GVHD: TRAN MANH HA Đô án môn học Điêu khiển Logic 1.Chế độ làm việc bình thường: +Chế độ này làm việc vào giờ lưu lượng người tham gia giao thông trên đường với mật độ bình thường.

Khi ấn nút Start khởi động hệ thống thì : Start 5s Đèn XAC› Dac sang lên. 25s Dén Vac, Dac sang lén 5 `. s Dén Vgc, Dac sang Đèn Xhc› Dac sang lên.Chế độ vàng nhấp nháy: Chế độ này làm việc khi lưu lượng người tham gia lưu thông trên đường ít, như vào lúc khuya. Sử dụng nút ấn N3 Khi ấn N3 Vục,Vpc sáng lên 3s Vạc,Vgc tắt SVTH: VÕ ĐÌNH BÌNH Trang - 3 - GVHD: TRAN MANH HA Đô án môn học Điêu khiển Logic 3.Ché đô điều khiển bằng tay: Chế độ này sử dụng vào giờ cao điểm khi lưu lương người tham gia lưu thông trên đường lớn.

Khi ấy nếu đề làm việc ở chế độ tự động thì có thể gây ach tac giao thông và có thé để lại những hậu quả nặng nề về kinh tế. + Chế độ này sử dụng 2 nút ấn là N1, N2, N4. Trong đó N4 chọn chế độ điều khiển bằng tay. - Khi ấn nút N1 thì các đèn (XAc,Đ;c) sáng lên.

Cho phép các phương tiện theo tuyến A lưu thông. Chỉ khi nào ấn N2 thì các đèn (XAc,Đạc) mới tắt. - Khi ấn nút N2 thì các đèn (Xsc,Đạc) sáng lên. Cho phép các phương tiện theo tuyến B lưu thông.

Chỉ khi nào ấn NI thì các đèn (Xpc,Đạc) mới tắt. SVTH: VÕ ĐÌNH BÌNH Trang - 4- GVHD: TRAN MANH HA Đô án môn học Điêu khiển Logic CHƯƠNGII: GIOI THIEU VE PLC $7_200.CAU HiNH PHAN CỨNG: PLC, viết tắt của Programmable Logic Control, la thiét bi diéu khién logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khién logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. S7-200 là thiết bị của hãng Simens, cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU212 và CPU214.Cấu trúc của CPU212 gồm: + 512 từ đơn (word) để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc// ghi được và không bị mat dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM.

Vùng nhớ này gọi là vùng nhớ non-volatile. + 512 từ đơn để lưu dữ liệu, trong đó có 100 từ nhớ đọc/ghi thuộc miền non-volatile. + 8 cổng vào logic và 6 cổng ra logic, và có thể ghép nói thêm 2 modul để mở rộng số công vào ra. + Tổng số công vào ra cực dai là 64 công vào và 64 công ra.

+ 64 bộ tạo thời gian trễ, trong đó có 2 Timer có độ phân giải I ms, 6 Timer có độ phân giải I0 ms va 54 Timer có độ phân giải là 100 ms. + 64 bộ đếm (Counter) chia làm 2 loại, một loại chỉ đếm tiễn (CTU) và một loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi (CTUD) + 368 bit nhớ đặc biệt dùng làm các bit trạng thái hoặc các bịt đặt chế độ làm việc. + Có các chế độ ngắt: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn xung, ngắt theo thời gian va ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2kHz). Dữ liệu không bị mắt trong khoảng thời gian 50 giờ kê từ khi PLC bị mất điện.

SVTH: VÕ ĐÌNH BÌNH Trang - 5 - GVHD: TRAN MANH HA Đô án môn học Điêu khiển Logic 2.Cấu trúc của CPU214 gồm: + 2018 từ đơn (word) đề lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ghi được và không bị mất dữ liệu nhờ có giao điện với EEPROM. Vùng nhớ này gọi là vùng nhớ non-volatile. + 2018 từ đơn để lưu dữ liệu, trong đó có 512 từ nhớ đầu đọc/ghi thuộc miền non- volatile. + 14 công vào logic và 10 cổng ra logic, và có thể ghép nói thêm 7 modul để mở rộng số công vao ra.

+ Tổng số cổng vào ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra. + 128 bộ tạo thời gian trễ, trong đó có 4 Timer có độ phân giải 1 ms,16 Timer có độ phân giai 10 ms va 108 Timer có độ phân giải là 100 ms. + 128 bộ đếm (Counter) chia làm 2 loại, một loại chỉ đếm tiến (CTU) và một loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi (CTUD) + 688 bit nhớ đặc biệt dùng làm các bịt trạng thái hoặc các bịt đặt chế độ làm việc. + Có các chế độ ngắt: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn xung, ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2kHz) và (7kHz).

+ 2 bộ phát xung cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiêu PWM. + 2 bộ điều chỉnh tương tự. Dữ liệu không bị mắt trong khoảng thời gian 190 giờ kê từ khi PLC bị mắt điện.Mô tả các đèn báo trên S7-200: - Đèn đỏ SF: đèn sáng khi PLC đang làm việc báo hiệu hệ thống bị hỏng hóc. - Đèn xanh RUN: đèn xanh sang chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc.

- Đèn vàng STOP: đèn sáng thông báo PLC đang ở trạng thái dừng. Dừng tắt cả chương trình đang thực hiện. - Đèn xanh Ix.x: đèn sá ng báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị của công. - Đèn xanh Qx.x: đèn sáng báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của công.

SVTH: VÕ ĐÌNH BÌNH Trang - 6 - GVHD: TRAN MANH HA Đô án môn học Điêu khiển Logic 4.Công truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS185 với 9 phích cắm. - Chân 2: nói nguồn 24VDC. -Chân 3: truyền và nhận dữ liệu. - Chân 4: không sử dụng.

- Chân 5: đất - Chân 6: nói nguồn 5VDC - Chân 7: nối nguồn 24VDC. - Chan 8: Truyén va nhận dữ liệu. - Chân 9: không sử dụng.CÁU TRÚC BỘ NHỚ: 1.Phân chia bô nhớ: Bộ nhớ của SŠ7-200 được chia thành 4 ving voi | tu co nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn cung cấp. Bộ nhớ có tính năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ phần các bit nhớ đặc biệt.

+ 4 vùng nhớ gồm: - Vùng chương trình:là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu giữ các lệnh chương trình .Vùng này thuộc kiểu non-volatile. - Vùng tham số: là miền lưu giữ các tham số như: từ khoá, địa chỉ trạm.Nó thuộc kiểu non-volatile. SVTH: VÕ ĐÌNH BÌNH Trang - 7 - GVHD: TRAN MANH HA Đô án môn học Điêu khiển Logic - Vùng dữ liệu: là miền nhớ động, có thể truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn và từ kép. Được dùng để lưu trữ các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng , các hàm dich chuyên, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ.

Vùng dữ liệu được chia thành nhiều miền nhớ nhỏ với các chức năng khác nhau. *V Variable memory #] Input image register *O Output image register *M Internal memory bits * SM Special memory bits CPU212 CPU214 7654321 7654321 Miền V(đọc/ghi) vo vo V1023 V4095 10.x(x=0:7) SVTH: VÕ ĐÌNH BÌNH Trang - 8- GVHD: TRAN MANH HA Đô án môn học Điêu khiển Logic Vùng nhớ SM0.x(x=0:7) Vùng nhớ SM30.x(x=0:7 + Vùng đối tượng: được sử đụng dé lưu trữ cho các đối tượng lập trình như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm, hay Timer. Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các thanh ghi của Timer, bộ đếm, các bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra tương tự và các thanh ghi Accumulator(AC). Vùng đối tượng cũng được phân ra thành nhiều vùng nhỏ.

0 bit Timer T0 d T0 (đọc/ghi) (word) T0(word) T0 T63 T63 T127 IF127 Bộ đếm C0(word) C0 C0(word) C0 (doc/ghi) C63 C63 C127 L127 Bộ đệm AW0(word) AW0(word) công vào tương tự(chỉ đọc) AW30 AW30 SVTH: VÕ ĐÌNH BÌNH Trang - 9- GVHD: TRAN MANH HA Đô án môn học Điêu khiển Logic Bộ đệm AQW0(word) công ra AQW0(word) tương tự ° (chỉ ghi) AQW30 AQW30 2.Thực hiên chương trình trong PLUC S7-200: PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi chu trình được gọi là một vòng quét (scan). Mỗi vòng quét bắt đầu từ giai đoạn đọc đữ liệu từ các cổng vào vùng đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong vòng quét chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc (MEND).

Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi.