Mục lục Mở đầu Chương Giới thiệu đèn giao thông 1.1 Định nghĩa phân loại đèn giao thông 1.2 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động 1.3 Quy trình điều khiển đèn giao thông 1.4 Làn xanh 1.5 Bài toán điều khiển đèn 1.6 Thời gian thực Chương Công cụ thực toán 2.1 Kỹ thuật số logic 2.2 Tổng quan PLC 2.3 Hệ thống điều khiển logic khả trình PLC S7-200 2.4 Phần mềm Step Micro / Win Chương : Mô hình hệ thống điều khiển đèn giao thông 3.1 Thiết bị phần cứng 3.2 Bảng kết nối vào sơ đồ đấu dây 3.3 Sơ đồ thuật toán trình hoạt động 3.4 Chương trình dạng Ladder STL 3.5 Giới thiệu mô hình hướng phát triển đồ án Kết luận Tài liệu tham khảo Page of 56 Mở đầu Trong năm gần với phát triển kinh tế tốc độ tăng không ngừng loại phương tiện giao thông Sự phát triển nhanh chóng phương tiện giao thông dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông xảy thường xuyên Vấn đề đặt để đảm bảo giao thông thông suốt sử dụng đèn điều khiển giao thông ngã tư ,những nơi giao đường giải pháp Để viết chương trình điều khiển đèn giao thông ta viết nhiều hệ ngôn ngữ khác Nhưng với ưu điểm vượt trội PLC S7- 200 : giá thành hạ , dễ thi công , sửa chữa , chất lượng làm việc ổn định linh hoạt ….nên chọn hệ thống điều khiển lập trình PLC (Programmble Logic Control) với ngôn ngữ lập trình S7 – 200 để viết chương trình điều khiển đèn giao thông Xuất phát từ nhu cầu thực tế ham muốn hiểu biết về lĩnh vực , chọn đồ án: ‘’ Điều khiển hệ thống đèn giao thông ngã tữ sử dụng PLC S7-200 ‘’ Mục đích đồ án tạo mô hình mang tính thực tế sử dụng khả PLC S7 – 200 quan trọng bước phát triển ứng dụng PLC sống ( Điều khiển đèn giao thông , tự động hoá lĩnh vực ngành sản xuất ) Page of 56 Chương Giới thiệu đèn giao thông 1.1 Định nghĩa phân loại đèn giao thông 1.1.1 Định nghĩa Đèn giao thông (còn gọi tên khác đèn tín hiệu giao thông hay đèn điều khiển giao thông) thiết bị dùng để điều khiển giao thông giao lộ có lượng phương tiện lưu thông lớn (thường ngã ba, ngã tư đông xe qua lại) Đây thiết bị quan trọng an toàn cho phương tiện mà giúp giảm ùn tắc giao thông vào cao điểm Nó lắp tâm giao lộ vỉa hè Đèn tín hiệu hoạt động tự động hay cảnh sát giao thông điều khiển Hình Đèn giao thông 1.1.2 Phân loại Dành cho xe cộ Loại màu có kiểu: xanh, vàng, đỏ Tác dụng sau: Đỏ: Khi gặp đèn đỏ, tất phương tiện lưu thông phải dừng lại phía trước vạch dừng, người sang đường Xanh: Khi gặp đèn xanh, tất phương tiện phép phải ý Người không sang đường Vàng: Đèn vàng dấu hiệu chuyển đổi tín hiệu Khi đèn vàng bật sau đèn xanh nghĩa chuẩn bị dừng, phương tiện phải dừng lại trước vạch dừng tiếp đèn đỏ sáng, trường hợp vượt vạch dừng phải nhanh chóng cho xe rời khỏi Page of 56 giao lộ Nếu đèn vàng bật sau đèn đỏ có nghĩa chuẩn bị đi, người lái xe trước tiếp đèn xanh sáng Khi đèn vàng nhấp nháy tất hướng nghĩa người lái xe phải ý Ba loại đèn lắp theo thứ tự: Nếu lắp chiều dọc đèn đỏ trên, vàng giữa, xanh Nếu lắp chiều ngang theo thứ tự đỏ bên trái, vàng giữa, xanh bên phải hay ngược lại Dành cho người Loại màu có hai màu xanh, đỏ Tác dụng sau: Đỏ: Đèn đỏ có nghĩa "không sang đường" Nó có hình ảnh người màu đỏ đứng yên chữ "dừng lại" Khi gặp đèn đỏ, người phải đứng yên vỉa hè Khi người đỏ nhấp nháy nghĩa sang đường, người phải chuẩn bị sang phía bên đường Xanh: Đèn xanh có nghĩa "được phép sang đường" Nó có hình ảnh người màu xanh bước chữ "sang đường" Khi gặp đèn xanh, người phép sang đường Khi đèn xanh nhấp nháy, người phải khẩn trương sang nốt quãng đường lại Loại đèn lắp theo thứ tự: Nếu lắp chiều dọc đèn đỏ trên, đèn xanh Nếu lắp chiều ngang đèn đỏ bên trái, đèn xanh bên phải ngược lại Loại lắp kèm với đèn đếm lùi để người có khả ước lượng thời gian sang đường Đèn đếm lùi Đèn đếm lùi loại đèn lắp đặt bổ sung bên cạnh đèn tín hiệu Đèn đếm lùi hiển thị số đếm ngược với màu sắc khác Khi đèn đếm đến "0" chuyển màu đèn Page of 56 1.2 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động 1.2.1 Cấu tạo Hình Mô hình đèn giao thông Hệ thống đèn giao thông đèn điều khiển giao thông gồm hai cột đèn lắp đặt hai đầu hai đường khác ngã tư Mỗi cột đèn gồm đèn đèn gồm: đèn xanh, đèn đỏ đèn đỏ; đèn phụ đèn dùng điều khiển đường dành cho người bộ: đèn xanh người đèn đỏ người 1.2.2 Nguyên tắc hoạt động Đèn giao thông thường hoạt động ngày, đến (12 đêm) chuyển sang trạng thái nháy vàng ngừng hoạt động Khi nháy vàng, xe cộ phải ý, người phép sang đường Đến sáng ngày hôm sau đèn lại hoạt động bình thường trở lại Đôi vài ngã tư đông đúc, đèn tín hiệu hoạt động 24/24 mà không nháy vàng Khi hoạt động, đèn thường sáng màu xanh, sau đến vàng đỏ Sau thời gian hoạt động, đèn lại chuyển xuống màu xanh Đôi số giao động, đèn vàng bật sau đèn đỏ Page of 56 1.3 Quy trình điêu khiển đèn giao thông Đèn giao thông phải bật màu riêng biệt, đèn tắt bật đèn lên, không bật nhiều màu lúc Giữa chiều đường, chiều A bật đèn đỏ chiều B phải bật đèn xanh ngược lại Khi chuyển từ xanh-đỏ đỏ-xanh bắt buộc phải bật qua màu vàng, màu vàng đệm màu xanh đỏ Khi bật đèn vàng phải bật sáng chiều đường A B 1.4 Làn xanh Khái niệm xanh đề cập đến làm để phương tiện tham gia giao thông gặp hai đèn xanh liên tiếp hai ngã tư liền Muốn phải cho chu kỳ đèn ngã tư phù hợp với tốc độ phương tiện khoảng cách hai ngã tư Và giải pháp đề cập ở ngã tư thứ hai ta lắp đặt Timer có tác dụng tạo thời gian trễ chu kỳ đèn thứ hai so với đèn thứ phù hợp “Làn xanh” giúp cho người tham gia giao thông lưu thông đường với tốc độ phù hợp nhanh chóng thuân tiện Đây mô hình phát triển tương lai Bài toán đèn giao thông đồ án chưa đề cập đến ‘’ xanh ‘’ mà chương trình cho điều khiển cho ngã tư đơn Page of 56 1.5 Bài toán điều khiển đèn Lập trình điều khiển đèn giao thông ngã tư gồm đoạn đường khác chế độ theo thời gian : Từ 5h đến 23h hàng ngày : Hệ thống đèn hoạt động tự động với chu kỳ 60s theo sơ đồ : Thời gian đèn Xanh , Đỏ , Vàng 27s , 30s , 3s Từ 23h đến 5h sáng : Hệ thống đèn vàng nhấp nháy với chu kỳ 2s : Page of 56 1.6 Thời gian thực Khái niệm thời gian thực dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà người sử dụng, tình giây, phút, Trong yêu cầu toán đặt ra, thời gian có ý nghĩa to lớn , định chế độ bình thường chạy , chế độ ban đêm chạy Thời gian chạy toán thời gian sinh hoạt người Chính , sử dụng thời gian thực điều khiển hệ thống vận hành cách hợp lý mà thể thông minh máy móc Page of 56 Chương Công cụ thực toán Dựa tảng toán học đại số boole , việc giải toán đặt dùng ngôn ngữ lập trình để tạo chương trình điều khiển hệ thống đèn theo thời gian thực nạp vào thiết bị có khả hiểu thực chương trình Trong chương trình bày “Kỹ thuật số logic bản” , dùng phần mềm “Step7 Micro/Win” để viết chương trình , nạp vào “PLC S7-200” để thực 2.1 Kỹ thuật số logic 2.1.1 Biến hàm số giá trị Biến hai giá trị, hay gọi biến Boole loại hàm số mà miền giá trị có hai phần tử Ta ký hiệu chúng chữ nhỏ in nghiêng x, y, u, v,… phần tử chúng Ví dụ : Công tắt biến Boole với giá trị: đóng (ký hiệu 1) mở (ký hiệu 0) Đèn hiệu biến Boole với hai trạng thái: Sáng (ký hiệu 1) tắt (ký hiệu 0) Hai biến Boole gọi độc lập thay đổi giá trị biến số không ảnh hưởng đến giá trị biến số Ví dụ công tắt hình 3.1 biến Boole độc lập với Hình Sơ đồ công tắc đèn Page of 56 Ngược lại, giá trị biến số y phụ thuộc vào giá trị biến số x biến y gọi biến phụ thuộc biến x Ví dụ hình 3.1 đèn biến phụ thuộc vào biến công tắc Đèn sáng biến công tắc có giá trị tắt hai biến có giá trị Hàm hai trị mô hình toán học mô tả phụ thuộc biến Boole vào biến Boole khác Chẳng hạn để biểu diễn phụ thuộc đèn, ký hiệu z, vào biến công tắc, ký hiệu x y, ta viết z = f(x,y) Một cách tổng quát hàm hai trị mô tả phụ thuộc biến số y vào n biến x1, x2,…, xn có dạng y = f(x1, x2, …, xn) Việc mô tả phụ thuộc biến Boole vào biến Boole khác thành hàm hai trị dựa vào ba phép tính Đó phép tính (ký hiệu ^), (ký hiệu v), phủ định (ký hiệu ) định nghĩa sau: Ví dụ, hàm f(x,y) biểu diễn biến đèn z phụ thuộc vào hai biến công tắc x, y là: z = f(x,y) = x^y = x.y 2.1.2 Tính chất x^1 = 1^x = x với x thuộc B ->1 phần tử đơn vị phép toán ^ xv0 = 0vx = x với x thuộc B ->0 phần tử đơn vị phép toán v xvy = yvx ( Tính chất giao hoán ) Page 10 of 56 1(tháng) 0-12 2(ngày) 0-31 3(giờ) 0-23 4(phút) 0-59 5(giây) 0-59 6(00) 00 7(ngày tuần) 1-7 , : Chủ nhật - Lệnh đặt thời gian thực Set_RTC Khi có tín hiệu EN thời gian thực set qua T Page 42 of 56 Chương Mô hình hệ thống điều khiển đèn giao thông 3.1 Thiết bị phần cứng  PLC S7-200 / CPU 224  Bóng đèn : 12 bóng đèn loại 12V  Role : Role chân  Nguồn cấp điện cho PLC  Nguồn cấp điện cho bóng đèn 3.2 Bảng kết nối vào sơ đồ đấu dây Bảng kết nối thiết bị đầu vào thiết bị đầu : Input ( đầu vào ) Output ( đầu ) Mô tả Địa Mô tả Địa Start ( Công I0.0 D1 Q0.0 V1 Q0.1 X1 Q0.2 D2 Q0.3 V2 Q0.4 X2 Q0.5 tắc khởi động hệ thống ) Page 43 of 56 Sơ đồ đấu dây : Hình 12 Sơ đồ đấu dây PLC với hệ thống đèn Page 44 of 56 Giải thích chân Role : Hình 13 Sơ đồ role chân Pin : GND Pin : NC Pin : CONTACT Pin : NO Pin : +12 VDC Pin : NC Pin : CONTACT Pin : NO Page 45 of 56 3.3 Sơ đồ thuật toán trình hoạt động Sơ đồ thuật toán Hình 14 Sơ đồ thuật toán Page 46 of 56 Quá trình hoạt động Khi nhấn nút Start , RTC kích hoạt nhận giá trị thời gian hệ thống Thời gian cài đặt Nếu thời gian lớn 5h nhỏ 23h hệ thống đèn bắt đầu hoạt động chế độ bình thường Bộ đếm T37 bắt đàu hoạt động Tương ứng với khoảng thời gian mà tín hiệu đưa đầu từ Q0.0 đến Q0.5 Các đầu nối với role để điều khiển bóng đèn Khi tín hiệu truyền , công tắc role vị trí mặc định , chưa kín mạch nên đèn chưa sáng Khi nhận tín hiệu từ đầu , công tắc role chuyển sang vị trí kế bên , mạch kín làm cho đèn sáng đèn cột không sáng đồng thời Thời gian reset sau khoảng thời gian 60s Quá trình lặp lại RTC nhận giá trị khác , tức khoảng thời gian từ 23h đến 5h Ở chế độ đèn vàng nhấp nháy , đèn vàng cột thay nháy với chu kỳ 1s 3.4 Chương trình dạng LADDER STL Dạng LADDER Network Page 47 of 56 Network Network Page 48 of 56 Network Network Page 49 of 56 Network Network Page 50 of 56 Network Network Dạng STL : Network : LD I0.0 TODR QB0 Page 51 of 56 Network : LDB>= QB3, AB QB3, 23 AN T38 TON T38, 20 Network : LDW> T37, AW T37, 270 AW T37, 300 AW T37, 570 AW T38, 10 = V1 Network : LDW> T38, AW