CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG – PHƯƠNG ÁN ĐỀ XUẤT 1.1 LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG: 1.1.1 Lịch sử đời phát triển: - Tháng 10 năm 1868, hệ thống đèn giao thông lắp Luân Đôn để báo hiệu cho đoàn tàu ngang qua Trên cột hình khuỷu tay có hai đèn: màu đỏ màu xanh dùng cho ban đêm Đèn đỏ nghĩa dừng lại đèn xanh ý - Tháng năm 1914, công ty tín hiệu giao thông đời Mỹ chịu trách nhiệm lắp đèn ngã tư bang Ohio, đèn tín hiệu chưa có đèn vàng - Đến năm 1921, đèn tín hiệu có đủ ba màu: xanh, đỏ, vàng sĩ quan cảnh sát Williams Posst, sống thành phố Detroit sáng chế - Sau năm 1923, hệ thống đèn tín hiệu phải có người vận hành - Năm 1950, đèn xanh đỏ tự động sử dụng rộng rãi Canada phát triển nhanh chóng giới Ngày nay, hệ thống đèn tín hiệu đại nhiều, tích hợp nhiều tính “biết đếm”, đa chế độ hay tự động chụp hình xe vượt đèn đỏ Hình 1.1: Đèn giao thông qua thời kì 1.1.2 Hệ thống đèn tín hiệu giao thông Việt Nam: - Ở Việt nam đèn tín hiệu điều khiển giao thông đặt ngã ba, ngã tư đường phố đông đúc, phức tạp dùng để báo hiệu, điều khiển lại loại xe cộ người đường, nhằm đảm bảo trật tự giao thông, ngăn ngừa tai nạn, làm cho giao lưu thành thị dễ dàng, thuận lợi Trang 1.1.3 Một số hình ảnh hệ thống đèn tín hiệu giao thông: Hình Hệ thống tín thành 1.2 đèn hiệu phố Philadelphia, Mĩ - Thành phố Philadelphia thành phố lớn Mĩ, có mạng lưới giao thông phức tạp Các kĩ sư thành phố cố gắng kết nối tất hệ thống đèn tín hiệu thành mạng lưới cáp quang đến trung tâm mà họ tinh chỉnh thời gian đỏ- xanhvàng vô phức tạp từ xa để giữ cho giao thông lưu thông tốt người có đủ thời gian qua đường - Các hệ thống tín hiệu giao thông dùng nguồn lượng mặt trời ngày phổ biến Trung Quôc Với nhu cầu lượng ngày cao lượng hóa thạch ngày trở nên khan không đáp ứng đủ phát triển kinh tế nên nước hướng tới sử dụng nguồn lượng tái tạo hướng chủ đạo để giải vấn đề lượng Hình 1.3 Hệ thống đèn tín hiệu Trung Quốc Trang 1.2 PHƯƠNG ÁN PHÂN LUỒNG GIAO THÔNG TẠI NGÃ ĐƯỜNG PHỐ: 1.2.1 Yêu cầu công nghệ: - Ngã điểm giao cắt tuyến đường - Mỗi tuyến có dải phân cách - Mỗi chiều có đường cho xe giới Tại ngã quy định bên phải dành cho xe bên phải, dành cho xe thẳng, bên trái dành cho xe rẽ trái Đồng thời tuyến có phần dành cho người qua đường - Mỗi chiều có hộp đèn điều khiển rẽ phải, thẳng rẽ trái điều khiển riêng - Có tín hiệu cho người - Có chế độ chờ bình thường chế độ chờ cao điểm, thực theo thời gian thực Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống Trang 1.2.2 Quy trình vận hành hệ thống: - Lượt 1: Ưu tiên cho tuyến + Tuyến 1: Đèn rẽ trái đèn thẳng chuyển xanh, đèn rẽ phải chuyển đỏ + Tuyến 2: Cả đèn rẽ phải, thẳng rẽ trái chuyển đỏ để người qua đường + Tuyến 3: Đèn rẽ phải chuyển xanh, đèn thẳng rẽ trái chuyển đỏ + Tuyến tuyến 5: Hoạt động giống tuyến - Lượt 2: Ưu tiên cho tuyến + Tuyến 1: Đèn rẽ trái đèn thẳng chuyển đỏ, đèn rẽ phải chuyển xanh + Tuyến 2: Đèn rẽ trái đèn thẳng chuyển xanh, đèn rẽ phải chuyển đỏ + Tuyến 3: Cả đèn rẽ phải, thẳng rẽ trái chuyển đỏ để người qua đường + Tuyến tuyến 5: Hoạt động giống tuyến Trang - Lượt 3: Ưu tiên cho tuyến + Tuyến 1: Đèn rẽ phải đèn thẳng chuyển đỏ, đèn rẽ trái chuyển xanh + Tuyến tuyến 5: Hoạt động giống tuyến + Tuyến 3: Đèn rẽ phải đèn thẳng chuyển xanh, đèn rẽ trái chuyển đỏ + Tuyến 4: Cả đèn rẽ phải, thẳng rẽ trái chuyển đỏ để người qua đường - Lượt 4: Ưu tiên cho tuyến + Tuyến 1: Đèn rẽ trái đèn thẳng chuyển đỏ, đèn rẽ phải chuyển xanh + Tuyến tuyến 3: Hoạt động giống tuyến + Tuyến 4: Đèn rẽ trái đèn thẳng chuyển xanh, đèn rẽ phải chuyển đỏ + Tuyến 5: Cả đèn rẽ phải, thẳng rẽ trái chuyển đỏ để người qua đường Trang - Lượt 5: Ưu tiên cho tuyến + Tuyến 1: Cả đèn rẽ phải, thẳng rẽ trái chuyển đỏ để người qua đường + Tuyến 2: Đèn rẽ trái đèn thẳng chuyển đỏ, đèn rẽ phải chuyển xanh + Tuyến tuyến 4: Hoạt động giống tuyến + Tuyến 5: Đèn rẽ trái đèn thẳng chuyển xanh, đèn rẽ phải chuyển đỏ - Các lượt sau theo chu kì 1.3 CÁC PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG: 1.3.1 Phương án điều khiển đèn giao thông IC số: - Với mạch dùng IC số có ưu điểm sau: + Giá thành rẻ + Mạch đơn giản dễ thực + Tổn hao công suất bé, mạch dùng pin acquy - Tuy nhiên sử dụng kỹ thuật số khó khăn việc thay đổi chương trình Muốn thay đổi chương trình buộc ta phải thay đổi phần cứng Do lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kinh tế mà nhiều yêu cầu không thực nhờ phương pháp 1.3.2 Phương án điều khiển đèn giao thông vi điều khiển: - Ngoài ưu điểm phương pháp trên, phương pháp có ưu điểm sau: + Do vi điều khiển có sử dụng timer, hệ thống ngắt, câu lệnh đơn giản nên việc lập trình đơn giản Trang + Trong mạch sử dụng nhớ chương trình có quy mô nhỏ tiện lợi mà vi xử lý không thực + Nó giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lý giao tiếp giao tiếp song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính 1.3.3 Phương án điều khiển đèn giao thông với vi mạch dùng kĩ thuật vi xử lí: -Với phương pháp có ưu điểm sau: + Ta thay đổi cách linh hoạt việc thay đổi phần mềm phần cứng không thay đổi mà mạch dùng IC số thực mà thực cứng nhắc mà người công nhân khó tiếp cận, dễ nhầm + Số linh kiện sử dụng mạch Mạch đơn giản mạch dùng IC số Song phần cứng vi xử lý sử dụng CPU đơn chíp mà nhớ RAM, ROM, timer, hệ thống ngắt Do việc viết chương trình gặp nhiều khó khăn 1.3.3 Phương án điều khiển đèn giao thông với PLC: - Với phương pháp sử dụng PLC có ưu diểm sau: + Lập trình đơn giản, độ tin cậy cao + Chức điều khiển thay đổi dễ dàng thiết bị lập trình (máy tính, hình) mà không cần thay đổi phần cứng yêu cầu thêm bớt thiết bị nhập xuất + Thời gian hoàn thành chu trình điều khiển nhanh Vì nhóm chúng em chọn phương án dùng PLC để điều khiển Trang CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 2.1.CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC: - PLC viết tắt Programmable Logic Controller, thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình 2.1.1 Hình dáng bên ngoài: 2.1.1.1.Các đèn trạng thái: - Đèn RUN màu xanh: định PLC chế độ làm việc thực chương trình nạp vào nhớ chương trình - Đèn STOP màu vàng: Chỉ định PLC chế độ STOP, dừng chương trình thực lại (các đầu chế độ off) - Đèn SF màu đỏ, đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng có nghĩa lỗi phần cứng hệ điều hành Ở cần phân biệt rõ lỗi hệ thống với lỗi chương trình người dùng, lỗi chương trình người dùng CPU nhận biết Hình 2.1: CPU S7-200 module trước download xuống CPU, phần mềm lập trình làm nhiệm vụ kiểm tra trước dịch sang mã máy - Đèn Ix.x- màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off đầu vào số - Đèn Qx.x- màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off đầu vào số - Port truyền thông nối tiếp: RS 485 protocol, chân sử dụng cho việc phối ghép với PC, PG, TD200, TD200C, OP, mạng biến tần, mạng công nghiệp - Tốc độ truyền - nhận liệu theo kiểu PPI tốc độ chuẩn 9600 baud Trang - Tốc độ truyền - nhận liệu theo kiểu Freeport 300 đến 38400 baud 2.1.1.2 Công tắc chọn chế độ: - Công tắc chọn chế độ RUN: Cho phép PLC thực chương trình, chương trình gặp lỗi gặp lệnh STOP PLC tự động chuyển sang chế độ STOP công tắc chế độ RUN (nên quan sát đèn trạng thái) - Công tắc chọn chế độ STOP: Khi chuyển sang chế độ STOP, dừng cưỡng chương trình chạy, tín hiệu lúc off - Công tắc chọn chế độ TERM: cho phép người vận hành chọn hai chế độ RUN/STOP từ xa, chế độ dùng để download chương trình ngƣời dùng 2.1.1.3 Vít chỉnh định tương tự: Mỗi CPU có từ đến vít chỉnh định tương tự, xoay góc 270, dùng để thay đổi giá trị biến sử dụng chương trình 2.1.1.4 Pin nguồn nuôi nhớ: Sử dụng tụ vạn pin Khi lượng tụ bị cạn kiệt PLC tự động chuyển sang sử dụng lượng từ pin 2.1.1.5.Cổng truyền thông: - Tuỳ vào loại CPU hoạt động mà chúng có số cổng truyền thông khác nhau, S7 200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với phích cắm chân để kết nối với thiết bị lập trình với PLC khác - Tốc độ truyền nối chuẩn PPI 9600 - Kết nối với thiết bị lập trình sử dụng cáp MPI - Nối S7200 với máy tính qua cổng RS232 cần có thiết bị chuyển đổi RS232/ RS485 2.1.2 Giao tiếp sensor cấu chấp hành: - S7-200 có hai loại sau: AC/DC/RLY, loại điện áp nguồn cung cấp từ 85 đến 264VAC, tần số 47 đến 63 Hz; - Điện áp vào: có nguồn cung cấp điện áp chuẩn cho sensor 24VDC - Điện áp ra: loại sử dụng nguồn điện ngoài, DC AC không vượt 220V Nếu sử dụng thiết bị tiêu thụ có công suất bé khoảng chừng vài Woat lấy trực tiếp nguồn cảm biến Trang 2.1.3 Mở rộng cổng vào ra: Số module mở rộng tuỳ thuộc vào loại CPU Cách mắc nối module mở rộng mắc nối tiếp (theo móc xích) phía bên phải module CPU 2.2.CẤU TRÚC PHẦN MỀM 2.2.1 Phân chia nhớ: - Bộ nhớ chia làm vùng bản, hầu hết vùng nhớ có khả đọc/ghi trừ vùng nhớ đặc biệt SM (Special Memory) vùng nhớ có số đọc, số lại đọc/ghi + Vùng nhớ chương trình: Là miền nhớ dùng để lưu giữ lệnh, chương trình Vùng thuộc kiểu non-valatie đọc/ghi + Vùng nhớ tham số: Là miền lưu giữ tham số từ khoá, địa trạm giống vùng chương trình, vùng thuộc kiểu (non-valatile) đọc/ghi + Vùng liệu: Được sử dụng để cất liệu chương trình bao gồm kết phép tính, số định nghĩa chương trình, đệm truyền thông + Vùng đối tượng: Timer, đếm, đếm tốc độ cao cổng vào/ra tương tự đặt vùng nhớ cuối Vùng không thuộc kiểu non-valatile đọc/ghi Hình 2.2 Bộ nhớ 2.2.2 Vùng nhớ liệu đối tượng cách truy cập: 2.2.2.1 Vùng nhớ liệu đối tượng: - Vùng nhớ liệu vùng nhớ động, truy cập theo bit, byte, từ đơn (word), từ kép (double word) truy nhập đƣợc với mảng liệu Được sử dụng làm Trang 10 Trang 34 4.5.4 Chương trình chế độ thấp điểm Trang 35 Trang 36 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO 5.1 KẾT LUẬN: - Đồ án đề phương pháp phân luồng giao thông hợp lí ngã đường phố, nút giao thông phức tạp - Đồ án giải tình trạng giao thông nút giao thông thời điểm khác thông qua việc chia làm chế độ hoạt động: chế độ bình thường, cao điểm thấp điểm - Chương trình mà chúng em viết đáp ứng đầy đủ mục đích vạch để phân luống giao thông - Qua đồ án giúp chúng em hiểu cách lập trình việc đấu nối thiết bị đầu vào, đầu cho PLC S7200 Đồng thời giúp chúng em biết cách phân tích đầu vào, đầu hệ thống bắt gặp sơ đồ công nghệ - Cuối chúng em xin chân thành cám ơn thầy giáo PGS TS Đoàn Quang Vinh tận tình giúp đỡ để chúng em hoàn thành đồ án 5.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO: Giáo trình “ Điều khiển logic ” thầy TS Nguyễn Kim Ánh Tự động hóa với PLC S7-200 thầy Nguyễn Doãn Phước Trang web google.com.vn Trang 37 PHẦN PHỤ LỤC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHƯƠNG TRÌNH Ở CHẾ ĐỘ CAO ĐIỂM Trang 38 Trang 39 Trang 40 Trang 41 Trang 42 Trang 43 Trang 44 Trang 45 Trang 46 Trang 47 Trang 48