thiết kế và mô phỏng đèn giao thông cho ngã tư

Tiểu Luận Đèn Giao Thông Ngã Tư SVTH : Nhóm I
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, xã hội ngày càng
văn minh và hiện đại, sự phát triển ở đô thị ngày một đi lên. Nhu cầu về giao
thông ngày càng trở nên cấp thiết, nhất là trong các khu vực thành thị. Do nhu
cầu của đời sống con người, đặc biệt là nhu cầu đi lại, các loại phương tiện
giao thông đã tăng một cách chóng mặt. Riêng tại Việt Nam số lượng xe máy
trong những năm qua tăng một cách đột biến, mật độ xe lưu thông trên đường
ngày một nhiều, trong khi đó hệ thống đường xá tại Việt Nam còn quá nhiều
hạn chế nên thường gây ra các hiện tượng như kẹt xe, ách tắc giao thông, đặc
biệt là tai nạn giao thông ngày càng phổ biến trở thành mối hiểm họa cho
nhiều người.
Vì lý do đó các luật giao thông lần lượt ra đời và được đưa vào sử dụng
một cách lặng lẽ rồi dần trở nên phổ biến như hiện nay. Trong đó hệ thống đèn
giao thông là công cụ điều khiển giao thông công cộng thực tế và hiệu quả có
vai trò rất lớn trong việc đảm bảo an toàn và giảm thiểu tai nạn giao thông.
Việc điều khiển đèn giao thông có rất nhiều cách, có thể dùng dùng mạch
IC số , điều khiển vi điều khiển, điều khiển PLC
Sử dụng PLC trong điều khiển đèn giao thông có ưu điểm:
- Làm việc chắc chắn, liên tục và có tuổi thọ cao.
- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính,
màn hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt
các thiết bị xuất nhập.
- Có thể làm việc trong nhiều điều kiện khác nhau.
- Hướng dẫn người sử dụng đơn giản.
- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms).
GVHD :Ngô Sỹ Đồng Page 1
Tiểu Luận Đèn Giao Thông Ngã Tư SVTH : Nhóm I
CHƯƠNG II :TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200
I. GIỚI THIỆU CHUNG
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình (lập trình được ) loại nhỏ

của hãng Siemens (CHLB Đức ). Thiết bị này cho phép thực hiện linh hoạt các
thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình , thay cho việc phải
thể hiện thuật toán bằng mạch số . Với chương trình điều khiển bên trong ,
PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn , dể thay đổi thuật toán và đặc
biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (các PLC khác hoặc máy
tính ). Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối
tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào , đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu
vào/ ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hóa
về cấu hình . Chúng được chia nhỏ thành các mô đun . Số các mô đun được sử
dụng nhiều hay ít tùy theo từng bài toán , dự án cụ thể , song tối thiểu bao giờ
cũng phải có một mô đun chính là mô đun CPU . Các mô đun còn lại là các
mô đun nhận truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển , các mô đun chức năng
chuyên dụng như PID , điều khiển động cơ … các mô đun này được gọi chung
là mô đun mở rộng . Cụ thể , cấu trúc của một bộ PLC S7-200 có thể gồm các
mô đun sau:
 Mô đun nguồn PS (Power Supply )
 Mô đun CPU (Central Processing Unit )
 Các mô đun tín hiệu SM (Signal Module ) Có chức năng mở rộng
số cổng tín hiệu vào /ra
 Các mô đun chức năng FM (Function Module ) Phục vụ cho các
điều khiển chuyên dụng
 Các mô đun ghép nối IM ( Interface Module ) . Đây là loại mô
đun chuyên dùng có nhiệm vụ nối từng nhóm các mô đun mở rộng lại với nhau
thành một khối và được quản lý chung bởi một mô đun CPU
 Mô đun CP ( Communicate Module ) Phục vụ cho việc truyền
thông trong mạng được sử dụng để ghép nối giữa các PLC với nhau hoặc giữa
PLC với máy tính .
GVHD :Ngô Sỹ Đồng Page 2
Tiểu Luận Đèn Giao Thông Ngã Tư SVTH : Nhóm I

Bộ điều khiển lập trình được S7-200
II. CẤU TRÚC CHUNG BỘ PLC S7-200
PLC S7-200 có các thành phần chính là bộ xử lý trung tâm (Central
Processing Unit ) với bộ vi xử lý , các bộ nhớ làm việc và bộ nhớ chương
trình , các giao diện vào /ra (I/O Module ) .Hệ thống Bus ( Bus System ) và
khối nguồn cấp điện ( Power Supply )
Hình : 1.1
GVHD :Ngô Sỹ Đồng Page 3
O
U
T
P
U
T
S
Central
Processing
Unit
I
N
P
U
T
S
m
M
M
M
M
M

M
m
M
M
M
M
M
M
Tiểu Luận Đèn Giao Thông Ngã Tư SVTH : Nhóm I
Hình : 1.2
III. CẤU TRÚC , NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC S7-200
1. Cấu trúc
Tất cả PLC có thành phần chính là :
Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong (có thể mở rộng thêm một số
bộ nhớ ngoài EPROM )
Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC
Các modul vào/ra
Bên cạnh đó , một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm bộ lập trình
bằng tay hay bằng máy tính . Hầu hết các bộ lập trình đơn giản đều có đủ
RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung . Nếu đơn
vị lập trình là đơn vị xách tay , RAM thường là loại COMOS có pin dự phòng ,
chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới
truyền sang bộ nhớ PLC . Đối với PLC lớn thường lập trình trên máy tính
nhằm hỗ trợ cho việc viết , đọc và kiểm tra chương trình . các đơn vị lập trình
nối với PLC qua cổng RS232 , RS442, RS458 …
2. Nguyên lý hoạt động của PLC
a) Đơn vị xử lý trung tâm
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC . Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm
tra chương trình chứa trong bộ nhớ , sau đó thực hiện từng lệnh trong chương
trình ,sẽ đóng hay ngắt các đầu ra . Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các

thiết bị lien kết để thực thi . Và toàn bộ thực thi đó đều phụ thuộc vào chương
trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ .
b) Hệ thống Bus
GVHD :Ngô Sỹ Đồng Page 4
Processo
r
Memory
Power
Supply
Tiểu Luận Đèn Giao Thông Ngã Tư SVTH : Nhóm I
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu , hệ thống gồm nhiều tín
hiệu song song
Address Bus : bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ tới các modul khác
nhau
Data Bus : Bus dùng để truyền tín hiệu
Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và
điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và và các modul ra
thông qua Data bus , Anddress bus và Data bus gồm 8 đường , ở cùng thời
điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte 1 cách đồng thời hay song song
Nếu 1 modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Anddress bus , nó sẽ
chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data bus . Nếu một địa chỉ byte
của 8 đầu ra xuất hiện trên Anddress Bus , modul đầu ra tương ứng sẽ nhận
được dữ liệu từ Data Bus . Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển và
theo dõi PLC
Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong 1 thời
gian hạn chế
Hệ thống Bus sẽ làm việc trao đổi thông tin giữa CPU , bộ nhớ I/O, bên
cạnh đó CPU được cung cấp một xung lock có tần só từ 1- 8 MHZ . Xung này
quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp yếu tố định thời , đồng hồ

của hệ thống
c) Bộ nhớ
PLC thường yêu cầu bộ nhớ làm việc trong các trường hợp :
Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O
Làm bộ đếm trạng trái của các chức năng trong PLC như bộ định thời ,
đếm ghi , các Relay
Mỗi lệnh của chương trình có vị trí riêng trong bộ nhớ ,tất cả các vị trí
trong bộ nhớ đều được đánh số , những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ
Địa chỉ của từng bit nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên
trong bộ vi xử lý .Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên 1 trước khi xử lý
lệnh tiếp theo .Với 1 địa chỉ mới , nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở
đầu ra , quá trình này gọi là quá trình đọc .
GVHD :Ngô Sỹ Đồng Page 5
Tiểu Luận Đèn Giao Thông Ngã Tư SVTH : Nhóm I
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn , mỗi vi mạch
này có khả năng chứa 2000-16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch .Trong
PLC các bộ nhớ như RAM , EPROM đều được sử dụng
RAM (Random Access Memory )có thể nạp chương trình ,thay đổi , hay
xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào . Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn nuôi
bị mất .Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô , có khả
năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm .Trong
thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình , khuynh hướng
hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn
EPROM (Electrically programmable Read Only Memory ) là bộ nhớ mà
người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được
.Nội dung của EPROM không bị mất khi bị mất nguồn , nó được gắn sẵn trong
máy , đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn , nếu người sử dụng ,
không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC
.Trên PG ( Programer ) có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM
Môi trường ghi dữ liệu thứ 3là đĩa cứng hay đĩa mềm , được sử dụng

trong máy lập trình .Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường
được lưu những chương trình lớn trong thời gian dài
Kích thước bộ nhớ :
- Các loại PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 – 1000 dòng lệnh tùy vào
công nghệ chế tạo
- Các loại PLC loại lớn có kích thước từ 1K-16K , có khả năng chứa từ
2000-16000 dòng lệnh
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM , EPROM
1. Các ngõ vào ra I/O
Các đường tín hiệu từ đường cảm biến được nối vào các modul ( các đầu
cào của PLC ) các cơ cấu chấp hành được nối với modul ra ( các đầu ra của
PLC )
Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiệu xử lý là
12/24 VDC hoặc 100/240 VAC
Mỗi đơn vị I/O có duy nhất 1 địa chỉ , các hiển thị của các trạng thái của
kênh I/O được cung cấp đèn Led trên PLC , điều này là cho việc kiểm tra hoạt
động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản
Bộ xử lý đọc và xác định các đầu vào ( ON/OFF ) để thực hiện đóng
ngắt mạch đầu ra
GVHD :Ngô Sỹ Đồng Page 6
Tiểu Luận Đèn Giao Thông Ngã Tư SVTH : Nhóm I
2. CÁC HOẠT ĐỘNG XỬ LÝ BÊN TRONG PLC
a) Xử lý chương trình
Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ PLC các lệnh đặ trong
một vùng chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ
PLC có bộ đếm địa chỉ bên trong vi xử lý , vì vậy chương trình bên
trong bộ nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện 1 cách tuần tự từng lệnh một , từ
đầu cho đến cuối chương trình . Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến
cuối được gọi là một chu kỳ thực hiện . Thời gian thực hiện 1 chu kỳ tùy thuộc
vào tốc độ xử lý của PLC và độ lớn của chương trình .Một chuonge trình thực

hiện bao gồm ba giai đoạn nối tiếp nhau :
♦ Đầu tiên , bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả các đầu vào,phần
chương trình phục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi
là hệ điều hành.
♦ Tiếp theo bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự từng lệnh một trong
chương trình,trong khi đọc và xử lý các lệnh,bộ vi xử lý sẽ đọc
các tín hiệu đầu vào,thực hiện các phép toán logic và kết quả sau
đó sẽ xác định trạnh thái của đầu ra.
♦ Cuối cùng bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đàu ra tại
các modul đầu ra.
b) xử lý xuất nhập:
gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I/O trong PLC.
♦ Cập nhập liên tục:
Điều này đòi hỏi CPU quét các lệnh ngỏ vào(mà chúng xuất hiện trong
chương trình khoảng thời gian delay được xây dựng bên trong để chắc chắn
rằng chỉ có nhưng tín hiệu hợp lý mới được đọc vaogf trong bộ nhớ xử lý.Các
lệnh ngỏ ra được lấy trực tiếp tới các thiết bị.theo hoạt động logic của chương
trình,khi lệnh OUT được thực hiện thì các ngỏ ra cài lại vào đơn vị I/O.vì thế
chúng vẫn giữ được trạnh thai chơ tới khi lần cập nhập kế tiếp.
♦ Chụp ảnh quá trình xuất nhập:
Hầu hết các loại lơn PLC có thể có vài trăm đầu I/O.vì thế CPU chỉ có
thể xử lý một lệnh ở một thời điểm.trong suốt quá trình thực thi,trạng thái mỗi
ngỏ nhập phải được xét đén riêng lẻ nhằm dò tìm các tắc động của nó trong
chương trình.do chung ta yêu cầu relay 3ms cho mỗi ngỏ vào nên thời gian
cho hệ thống lấy mẫu liên tục trở nên rất dài và tăng theo số ngỏ vào.
Để làm tốc độ cho chương trình các ngỏ I/O được cập nhập tới một
vùng đặc biệt trong chương trình,ở đây vùng RAM đặc biệt này dùng như bộ
GVHD :Ngô Sỹ Đồng Page 7
Tiểu Luận Đèn Giao Thông Ngã Tư SVTH : Nhóm I
đệm lưu trạng thái các logic điều khiển và các đơn vị I/O,mỗi ngỏ vào ra điều

có 1 địa chỉ I/O RAM này.suốt quá trình coppy tất cả các trạng thái vào trong
I/O RAM.quá trình này xảy ra ở một trong vài chương trình(từ star đến end)
Thời gian cập nhập tất cả các ngỏ vào phụ thuộc tổng số I/O được copy
tiêu biểu vài ms.Thời gian thực thi chương trình phụ thuộc ào chương trình
điều khiển chương trình tương ứng mỗi lệnh mất khoảng từ 1÷10 µs.
CHƯƠNG III :HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG NGÃ TƯ
I. Nguyên lý hoạt động
Tuyến 2
X V Đ
Tuyến 1

Quy ước : Đỏ 1 = Q0.4 Đỏ 2=Q0.5
Vàng 1= Q0.2 Vàng 2= Q0.1
Xanh 1= Q0.0 Xanh2=Q0.3
GVHD :Ngô Sỹ Đồng Page 8
Tiểu Luận Đèn Giao Thông Ngã Tư SVTH : Nhóm I
Thời gian Xanh =30 s
Vàng= 5s
Đỏ=25s
Giản đồ thời gian
II. Lập trình điều khiển đèn giao thông ngã tư
GVHD :Ngô Sỹ Đồng Page 9
Tiểu Luận Đèn Giao Thông Ngã Tư SVTH : Nhóm I
KẾT LUẬN
GVHD :Ngô Sỹ Đồng Page 10
Tiểu Luận Đèn Giao Thông Ngã Tư SVTH : Nhóm I
Tiểu luận “điều khiển đèn giao thông ngã tư “ là 1 phần quan trọng
trong điều khiển logic lập trình PLC nói riêng và môn hệ thống cơ điện tử nói
chung . PLC là môn học rất đa dạng ,phong phú được ứng dụng nhiều trong
các ngành công nghiệp vừa và nhỏ , nó là một phần không thể thiếu trong hệ

thống cơ điện tử và ứng dụng thực tế . Trong thời gian làm đề tài “điều khiển
hệ thống đèn giao thông “ chúng em đã học hỏi được rất nhiều kiến thức bổ
ích trong học tập cũng như phục vụ cho những công việc sau này .Tuy thời
gian có hạn hẹp, nhưng được sự hướng dẫn tận tình của thầy NGÔ SỸ ĐỒNG
cùng với sự cố gắng của cả nhóm, nhóm em đã hoàn thành đề tài tiểu luận của
mình đúng theo thời gian qui định.
Sau khi hoàn thành đề tài này, cả nhóm cũng đã tìm hiểu và nắm vững
hơn kiến thức về PLC, hiểu hơn về Hệ thống Cơ Điện Tử , hiểu hơn về ứng
dụng PLC trong lĩnh vực sản xuất .
Với thời gian có hạn, kiến thức chỉ nắm bắt được một phần nào nên khó
tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thi công mô phỏng mô hình và hoàn
tất đề tài tiểu luận .
Thông qua đề tài tiểu luận này, ta thấy PLC được ứng dụng rất rộng rãi
và đa dạng trong rất nhiều lĩnh vực sản xuất.Đặc biệt là trong lĩnh vực tự động
hóa sản xuất
Cuối cùng, một lần nữa cả nhóm xin gởi lời cảm ơn đến thầy đã hướng
dẫn và cung cấp cho em nhiều kiến thức quí báu trong quá trình làm đề tài tiểu
luận này .
Hà Nội ngày 23 tháng 12 năm 2011
sinh viên thực hiện.
Nhóm I
GVHD :Ngô Sỹ Đồng Page 11
Tiểu Luận Đèn Giao Thông Ngã Tư SVTH : Nhóm I
GVHD :Ngô Sỹ Đồng Page 12
Tiểu Luận Đèn Giao Thông Ngã Tư SVTH : Nhóm I
GVHD :Ngô Sỹ Đồng Page 13
Tiểu Luận Đèn Giao Thông Ngã Tư SVTH : Nhóm I
GVHD :Ngô Sỹ Đồng Page 14