Khoá luận tốt nghiệp thiết kế hệ thống điều khiển đèn đường theo làn sóng xanh cho tuyến đường lê hồng phong bằng plc

Khám phá giải pháp thiết kế hệ thống điều khiển đèn đường thông minh bằng PLC cho tuyến Lê Hồng Phong, tối ưu hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.

• Tác giả: Nguyễn Trung Kiên
• Người hướng dẫn: GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn
• Trường học: Trường Đại học Dân lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Điện tự động công nghiệp
• Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn đường theo làn sóng xanh cho tuyến đường Lê Hồng Phong bằng PLC
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hải Phòng

Tóm tắt

I. Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển là trọng tâm của đề tài, tập trung vào việc thiết kế và triển khai hệ thống quản lý đèn giao thông trên tuyến đường Lê Hồng Phong. Hệ thống này sử dụng PLC (Programmable Logic Controller) để điều khiển các tín hiệu đèn giao thông theo phương pháp làn sóng xanh, nhằm tối ưu hóa lưu thông và giảm thiểu tắc nghẽn. Công nghệ điều khiển hiện đại được áp dụng để đảm bảo tính linh hoạt và hiệu quả trong việc quản lý giao thông.

1.1. Nguyên lý hoạt động

Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên tắc đồng bộ hóa thời gian đèn xanh tại các nút giao thông liên tiếp. Khi một phương tiện di chuyển từ nút giao thông đầu tiên với đèn xanh, nó sẽ tiếp tục gặp đèn xanh tại các nút tiếp theo. Cảm biến ánh sáng và các thiết bị đo lường được sử dụng để thu thập dữ liệu lưu lượng xe, từ đó điều chỉnh thời gian đèn phù hợp.

1.2. Ưu điểm của hệ thống

Hệ thống mang lại nhiều lợi ích như tối ưu hóa năng lượng, giảm thời gian chờ đợi, và cải thiện an toàn giao thông. Việc sử dụng PLC giúp hệ thống dễ dàng mở rộng và tích hợp với các công nghệ khác như IoT để quản lý từ xa.

II. Đèn đường thông minh

Đèn đường thông minh là một phần không thể thiếu trong hệ thống điều khiển giao thông. Chúng được thiết kế để tự động điều chỉnh thời gian đèn dựa trên lưu lượng xe và điều kiện giao thông thực tế. Giải pháp thông minh này giúp giảm thiểu tắc nghẽn và tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng.

2.1. Thiết kế và triển khai

Các đèn giao thông được lập trình để hoạt động theo chu kỳ làn sóng xanh, đảm bảo sự liên tục trong lưu thông. Hệ thống chiếu sáng được tích hợp với PLC để điều khiển từ xa và tự động hóa quá trình vận hành.

2.2. Ứng dụng thực tế

Trên tuyến đường Lê Hồng Phong, hệ thống đèn thông minh đã chứng minh hiệu quả trong việc giảm thiểu tắc nghẽn, đặc biệt vào giờ cao điểm. Quản lý giao thông trở nên dễ dàng hơn nhờ khả năng điều chỉnh linh hoạt của hệ thống.

III. PLC và công nghệ điều khiển

PLC là công nghệ cốt lõi trong hệ thống điều khiển đèn giao thông. Với khả năng lập trình linh hoạt và độ tin cậy cao, PLC giúp hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả. Công nghệ điều khiển hiện đại được áp dụng để đảm bảo tính tự động hóa và khả năng mở rộng của hệ thống.

3.1. Cấu hình và hoạt động

PLC S7-200 được sử dụng trong hệ thống với cấu hình mạnh mẽ, bao gồm các cổng vào/ra linh hoạt và khả năng mở rộng. Hệ thống điện được thiết kế để đảm bảo nguồn cung cấp ổn định cho PLC và các thiết bị liên quan.

3.2. Lập trình và mô phỏng

Chương trình điều khiển được viết bằng ngôn ngữ lập trình S7-200, cho phép điều khiển chính xác các tín hiệu đèn giao thông. Tự động hóa quá trình lập trình giúp giảm thiểu sai sót và tăng cường hiệu quả vận hành.

IV. Tuyến đường Lê Hồng Phong

Tuyến đường Lê Hồng Phong là địa điểm thử nghiệm của hệ thống điều khiển đèn giao thông thông minh. Với lưu lượng xe cao và nhiều nút giao thông phức tạp, tuyến đường này là môi trường lý tưởng để đánh giá hiệu quả của hệ thống.

4.1. Hiện trạng giao thông

Tuyến đường Lê Hồng Phong thường xuyên xảy ra tắc nghẽn, đặc biệt vào giờ cao điểm. Hệ thống chiếu sáng hiện tại không đáp ứng được nhu cầu lưu thông, dẫn đến tình trạng ùn tắc kéo dài.

4.2. Giải pháp cải thiện

Hệ thống điều khiển đèn thông minh được triển khai nhằm cải thiện tình hình giao thông. Giải pháp thông minh này giúp tối ưu hóa lưu thông và giảm thiểu thời gian chờ đợi tại các nút giao thông.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2015 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƢỜNG THEO LÀN SÓNG XANH CHO TUYẾN ĐƢỜNG LÊ HỒNG PHONG BẰNG PLC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP HẢI PHÕNG - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001:2015 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƢỜNG THEO LÀN SÓNG XANH CHO TUYẾN ĐƢỜNG LÊ HỒNG PHONG BẰNG PLC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên :Nguyễn Trung Kiên Ngƣời hƣớng dẫn: GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn HẢI PHÕNG - 2019 Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc ----------------o0o----------------- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Nguyễn Trung Kiên – MSV : 1412102074 Lớp : ĐC 1802 - Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Thiết kế hệ thống điều khiển đèn đƣờng theo làn sóng xanh cho tuyến đƣờng Lê Hồng Phong bằng PLC. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ). Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán.

Địa điểm thực tập tốt nghiệp.: CÁC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ và tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Trƣờng Đại học dân lập Hải Phòng Nội dung hƣớng dẫn : Toàn bộ đề tài Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ và tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hƣớng dẫn : Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày tháng năm 2018. Yêu cầu phải hoàn thành xong trƣớc ngày.năm 2019 Đã nhận nhiệm vụ Đ.N Đã giao nhiệm vụ Đ.N Sinh viên Cán bộ hƣớng dẫn Đ.N Nguyễn Trung Kiên GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn Hải Phòng, ngày.năm 2019 HIỆU TRƢỞNG GS.NGƢT TRẦN HỮU NGHỊ CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ và tên giảng viên:. Họ và tên sinh viên:. Nội dung hƣớng dẫn:.

Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp. Đánh giá chất lƣợng của đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu…). Ý kiến của giảng viên hƣớng dẫn tốt nghiệp Đƣợc bảo vệ Không đƣợc bảo vệ Điểm hƣớng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm. Giảng viên hƣớng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ và tên giảng viên:.

Họ và tên sinh viên:. Đề tài tốt nghiệp:. Phần nhận xét của giáo viên chấm phản biện. Những mặt còn hạn chế.

Ý kiến của giảng viên chấm phản biện Đƣợc bảo vệ Không đƣợc bảo vệ Điểm hƣớng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm. Giảng viên chấm phản biện (Ký và ghi rõ họ tên) 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU. 5 CHƢƠNG 1: CÁC NÖT GIAO THÔNG TUYẾN ĐƢỜNG. 7 LÊ HỒNG PHONG.

HIỆN TRẠNG CÁC NÖT GIAO THÔNG ĐƢỜNG LÊ HỒNG PHONG. Nút giao thông Lê Hồng Phong – Ngô Gia Tự ( Sân bay Cát Bi – Lê Hồng Phong – Ngô Gia Tự ). Nút giao thông Cầu vƣợt Nguyễn Bỉnh Khiêm (Lê Hồng Phong - Nguyễn Bỉnh Khiêm). Nút giao thông ParkSon (Lê Hồng Phong – Lô 22).

Các nút giao thông khác.10: Tham gia giao thông tại Nút giao Sân Bay Cát Bi. MỤC TIÊU THIẾT KẾ CỦA MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG (LÀN XANH). 14 CHƢƠNG 2: ỨNG DỤNG PLC XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG THEO LÀN ĐÈN XANH. GIỚI THIỆU VỀ PLC.

Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC S7-200. Cấu hình cứng. Cấu trúc bộ nhớ. Phân chia bộ nhớ:.

Mở rộng ngõ vào/ra:. Thực hiện chƣơng trình:. Ngôn ngữ lập trình S7 – 200. Phƣơng pháp lập trình.

Cú pháp lệnh của S7 – 200. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA ĐÈN GIAO THÔNG TẠI MỘT NGÃ TƢ. THIẾT KẾ TÍN HIỆU ĐÈN HOẠT ĐỘNG TRÊN CÁC NÖT GIAO. 36 THÔNG CHẠY THEO CÙNG MỘT TUYẾN ĐƢỜNG (TỔ CHỨC LÀN SÓNG XANH – GREEN LINE).

Giới thiệu về phƣơng pháp điều khiển tín hiệu giao thông theo làn sóng xanh. Phƣơng pháp tính toán, đặt thời gian cho tín hiệu giao thông. 36 CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG THEO LÀN ĐÈN XANH TUYẾN ĐƢỜNG LÊ HỒNG PHONG. GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ TRONG MÔ HÌNH.

Thiết bị mạch điều khiển. Thiết bị mạch động lực. VIẾT CHƢƠNG TRÌNH VỚI PLC S7-200 VÀ MÔ PHỎNG. Sơ đồ khối của chƣơng trình.

56 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 57 4 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền kinh tế là tốc độ gia tăng không ngừng về các loại phƣơng tiện giao thông. Sự phát triển nhanh chóng của các phƣơng tiện giao thông đã dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông xảy ra rất thƣờng xuyên.Vấn đề đặt ra ở đây là làm sao để đảm bảo giao thông thông suốt và sử dụng đèn điều khiển giao thông ở những ngã tƣ, những nơi giao nhau của các làn đƣờng là một giải pháp. Để viết chƣơng trình điều khiển đèn giao thông ta có thể viết trên nhiều hệ ngôn ngữ khác nhau.

Nhƣng với những ƣu điểm vƣợt trội của PLC S7-200 nhƣ: Có thể ghép nối mở rộng, dễ thi công, sửa chữa, chất lƣợng làm việc ổn định linh hoạt. Nên ở đây em đã chọn hệ thống điều khiển có thể lập trình đƣợc PLC (Programmble Logic Control) với ngôn ngữ lập trình của S7–200 để viết chƣơng trình điều khiển đèn giao thông. Xuất phát từ những nhu cầu thực tế giao thông trên đƣờng Lê Hồng Phong, tình trạng ách tắc thƣờng xảy ra vào những thời gian cao điểm. Đặc biệt là nút giao Cầu Vƣợt Nguyễn Bỉnh Khiêm.Với ham muốn hiểu biết về về lĩnh vực này, em xin chọn đề tài làm đồ án tốt nghiệp về “Xây dựng hệ thống điều khiển đèn giao thông theo làn sóng xanh tuyến đƣờng Lê Hồng Phong”.

Mục đích của đề tài này là hiểu biết về các thiết bị tự động hoá, các giải pháp tự động hoá tích hợp toàn diện thông qua PLC S7–200 và quan trọng nhất là những giải pháp giao thông tại các ngã tƣ và cụm ngã tƣ nhằm tiết kiệm thời gian và ách tắc giao thông (điều khiển đèn giao thông theo “làn xanh”, giải pháp điều khiển đèn giao thông tại các nút giao thông quan trọng). Trong quá trình hoàn thiện đồ án tốt nghiệp “Xây dựng hệ thống điều khiển đèn giao thông theo làn sóng xanh tuyến đƣờng Lê Hồng Phong” tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ, định hƣớng và phân tích chi tiết của thầy Thân Ngọc Hoàn đặc biệt là tính toán và thời gian chung của “làn sóng xanh”. 5 Em đã thực hiện và hoàn thiện đề tài của mình với nội dung tóm tắt nhƣ sau: Trong đề tài gồm 3 phần chính: Chƣơng 1: Các nút giao thông của tuyến đƣờng Lê Hồng Phong. Trong chƣơng này chủ yếu trình bày về các nút giaoCầu Vượt Nguyễn Bỉnh Khiêm, Ngã Tư Lê Hồng Phong – Ngô Gia Tự và các ngã tƣ giao nhau giữa đƣờng Lê Hồng Phong với đƣờng nội bộ 2 làn làNgã Tư ParkSon,Ngã Tư Đông Khê – Lê Hồng Phong, Ngã Tư Lê Hồng Phong – Lô 22 và Ngã Tư Lê Hồng Phong – Đằng Lâm.

Chƣơng 2: Ứng dụng PLC xây dựng hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông theo “làn sóng xanh”. Nội dung chủ yếu về giới thiệu PLC S7 – 200, hoạt động của đèn tín hiệu tại ngã tƣ mục tiêu thiết kế của mô hình. Chƣơng 3: Xây dựng mô hình điều khiển. Nội dung chủ yếu giới thiệu về tính toán và thiết kế thời gian chung cho các cụm đèn, chƣơng trình điều khiển chung, mô hình của đề tài.

6 CHƢƠNG 1: CÁC NÖT GIAO THÔNG TUYẾN ĐƢỜNG LÊ HỒNG PHONG 1. HIỆN TRẠNG CÁC NÖT GIAO THÔNG ĐƢỜNG LÊ HỒNG PHONG 1. Nút giao thông Lê Hồng Phong – Ngô Gia Tự ( Sân bay Cát Bi – Lê Hồng Phong – Ngô Gia Tự ) Chiều rộng mặt đƣờng phía Lê Hồng Phong 40m đến 45m, Ngô Gia Tự 20m. Khoảng cách giữa 2 vạch cho ngƣời đi bộ theo trục đƣờng Lê Hồng Phong là 43m và theo trục đƣờng Ngô Gia Tự 20m.

Đƣờng Lê Hồng Phong – Ngô Gia Tự là lối đi thuận 2 chiều cho các loại phƣơng tiện, thô sơ, xe máy, xe ô tô….1: Nút giao thông Lê Hồng Phong – Ngô Gia Tự. Ngã tƣ có hai trục đƣờng kích thƣớc hình học không đối xứng, đặc biệt chiều rộng đƣờng và lƣu lƣợng xe khác nhau tƣơng đối lớn, khi bố trí các cụm đèn tín hiệu cho phƣơng tiện và ngƣời đi cần thêm đèn báo cho rẽ phải khi đèn đỏ (hƣớng Ngô Gia Tự để tránh ùn tắc bởi đƣờng nhỏ hơn). Đèn báo cho phép rẽ này đƣợc mắc song song với đèn đỏ của hƣớng Ngô Gia Tự khi đèn đỏ sang thì đèn báo cho phép rẽ phải () sáng xanh. 7 Nút giao thông Ngô Gia Tự - Lê Hồng Phong không phải nút quan trọng nhƣng đây là một ngã tƣ có nhiều phƣơng tiện giao thông tham gia cục bộ.

Khu vực nút giao thông gần nhiều nơi tập trung đông ngƣời nhƣ gần Sân bay Cát Bi, chợ Cát Bi, trƣờng cấp 3 Hải An, 1 số trƣờng cấp 1, cấp 2 và lƣợng công nhân viên, ngƣời lao động tan làm trở về nhà vào các khung giờ nhất định, nên vào thời gian cao điểm giao thông thƣờng rơi vào tình trạng ách tắc giao thông vào các thời điểm khoảng 7h20 sáng, buổi trƣa khoảng 11h40, buổi chiều khoảng 17h40. Trong những năm gần đây tình trạng ách tắc này không có tình hình cải thiện mà còn càng khó xử lý do lƣợng xe ngày một nhiều hơn.2: Tham gia giao thông nút giao thông Lê Hồng Phong – Ngô Gia Tự. Nút giao thông Cầu vƣợt Nguyễn Bỉnh Khiêm (Lê Hồng Phong - Nguyễn Bỉnh Khiêm) Đây là nút giao thông của Thành Phố, đặc biệt khác với các ngã tƣ thông thƣờng, là nút có 2 trục đƣờng cắt nhau, có vòng xuyến lớn và có đƣờng cắt nhỏ cho phép phƣơng tiện rẽ phải mà không chịu sự điều khiển của 8 đèn tín hiệu giao thông, phƣơng tiện đi thẳng và rẽ trái vì thế lƣu lƣợng giảm đi đáng kể.