Đề tài khảo sát, thiết kế và chế tạo hệ điều khiển giao thông tại giao lộ trâu quỳ

MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU


MỞ ĐẦU
Trong thời buổi công nghiệp hóa – hiện đại hóa, chúng ta đang tiếp cận với
những công nghệ hiện đại của thế giới trong nhiều lĩnh vực trong đó có điều khiển và
tự động hóa. Từ khi hội nhập WTO, Đảng và Nhà nước ta luôn chú trọng phát triển
điện – đường – trường – trạm theo hướng hiện đại hóa cơ sở hạ tầng nhằm theo kịp các
nước trong khu vực và trên thế giới. Giao thông luôn được coi là vấn đề quan trọng
trong mọi thời đại. Với sự gia tăng không ngừng của các phương tiện giao thông nên
tình trạng tắc nghẽn giao thông ngày càng nhiều và số lượng các vụ tai nạn giao thông
cũng tăng lên đáng kể trong những năm gần đây đã trở thành mối hiểm họa cho người
tham gia giao thông. Không những vậy, giao thông nước ta còn nhiều hạn chế, nhiều
tuyến đường sắt băng qua các quốc lộ lớn gây ảnh hưởng đến việc lưu thông và an
toàn cho người điều khiển các phương tiện.
Vậy vấn đề đặt ra là làm thế nào để đảm bảo việc lưu thông dễ dàng và giảm
thiểu các vụ tai nạn giao thông, đặc biệt là tại những ngã tư, nơi giao lộ giữa đường bộ
và đường sắt.
Nhận thấy đây là vấn đề rất sát thực, với những kiến thức được trang bị trong
suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại Trường Đại học Sư phạm kĩ thuật Hưng Yên
chúng em đã lựa chọn đề tài: “Khảo sát và thiết kế hệ điều khiển giao thông tại giao
lộ Trâu Quỳ”.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện – Điện tử đặc
biệt là thầy Đỗ Công Thắng đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo chúng em trong suốt quá
trình thực hiện đồ án.
Do hạn chế về mặt thời gian cũng như chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế nên

đồ án của chúng em không tránh khỏi thiếu sót, chúng em rất mong nhận được những
ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô và các bạn để đồ án hoàn thiện hơn nữa.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Hưng Yên, ngày…tháng…năm 2014
Sinh viên thực hiện:


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 Lí do chọn đề tài
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, xã hội ngày càng văn
minh hiện đại, sự phát triển đô thị ngày càng một đi lên. Nhu cầu về giao thông 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, số lượng các phương tiện tham gia giao thông ngày càng nhiều, mật độ lưu
thông trên đường ngày càng tăng cao. Tuy nhiên đường sá của nước ta còn quá hạn chế
nên vấn đề ách tắc giao thông thường xảy ra ở các đô thị và những thành phố lớn trong
cả nước dẫn đến nhiều vụ tai nạn xảy ra trở thành mối hiểm họa cho người tham gia
giao thông.
Ngoài ra, tuyến đường sắt cũng ngày càng phát triển mạnh phục vụ cho việc đi lại
cũng như vận chuyển hàng hóa đi xa một cách nhanh chóng. Do đó, có nhiều nơi
đường sắt cắt ngang qua trục đường bộ gây ảnh hưởng đến quá trình lưu thông của các
phương tiện, rất nhiều vụ tai nạn xảy ra tại các giao lộ giữa đường sắt và đường bộ.
Một phần do ý thức chấp hành luật giao thông của người dân còn kém, một phần do bộ
phận báo hiệu chưa đạt tiêu chuẩn. Hệ thống barie luôn phải có người túc trực để đẩy
ra khi tàu đến và kéo vào khi tàu đi qua…
Là những sinh viên học theo chuyên ngành Điện tự động hóa chúng em nghiên
cứu, tìm hiểu để hệ thống giao thông có thể tự động hóa hơn, giao thông ít ùn tắc hơn,
giảm thiểu số vụ tai nạn đường sắt và đường bộ, con người có thể dễ dàng kiểm soát
hệ thống giao thông. Với sự giúp đỡ tận tình của thầy Đỗ Công Thắng chúng em đã
hoàn thành đề tài “Khảo sát, thiết kế và chế tạo hệ điều khiển giao thông tại giao lộ

Trâu Quỳ “.
1.2 Mục tiêu
Chúng em chọn đề tài: “Khảo sát, thiết kế và chế tạo hệ điều khiển giao thông
tại giao lộ Trâu Quỳ” với mong muốn:
Khảo sát thực tế hệ thống giao thông ở ngã tư Trâu Quỳ.
Vận dụng các kiến thức đã học để thiết kế, chế tạo mô hình nâng cấp hệ thống

-

giao thông ở ngã tư Trâu Quỳ nhằm hạn chế ách tắc và giảm thiểu tai nạn cho
-

người tham gia giao thông.
Rèn luyện kĩ năng thực hành và làm việc theo nhóm.
4


1.3 Cách tiếp cận đề tài.
-

Tìm hiểu thực tế cách vận hành giao thông: đường bộ, đường sắt ở ngã tư Trâu

-

Quỳ.
Phân tích hệ thống giao thông, lựa chọn phương án điều khiển phù hợp nhất với

-

đề tài.

Tìm hiểu về PLC, WinCC, Vi điều khiển ứng dụng vào đề tài.

1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng nhóm các phương pháp nghiên cứu lí thuyết: Phương pháp phân tích,
-

tổng hợp lí thuyết.
Nghiên cứu các tài liệu liên quan nhằm đưa ra được phương án thực hiện đề tài
một cách khoa học, đúng mục tiêu đề ra.

5


CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
2.1 Tổng quan về hệ thống giao thông Trâu Quỳ.

Hình 2.1: Ngã tư Trâu Quỳ
Quốc lộ 5 là đường giao thông huyết mạch, nối liền thủ đô Hà Nội với các tỉnh
Hưng Yên, Hải Dương, Hải Phòng. Ngoài ra nó còn là một phần của đường Xuyên Á
AH14. Song song với quốc lộ 5A là tuyến đường sắt Hà Nội - Hải Phòng dài khoảng
110km. Ngã tư Trâu Quỳ là một trong những nút giao thông trọng điểm của đường 5,
điển hình kết hợp giao thông giữa đường bộ và đường sắt.
Ngã tư Trâu Quỳ là một hệ thống giao thông bao gồm một ngã tư giao với tuyến
đường sắt Hà Nội – Hải Phòng, là nơi đông dân cư, có mật độ giao thông đông đúc.
Tình hình giao thông tại đây khá phức tạp và thường xuyên xảy ra tai nạn :
-

Mật độ giao thông dày đặc nên tình trạng ùn tắc giao thông thường xảy ra.
Cảnh sát giao thông thường phải trực ở ngã tư để phân luồng giao thông.
6

-

Hệ thống giao đường sắt là bán tự động vì vậy cần phải có người trực để đẩy barie khi
có tàu.
Hệ thống giao thông tại đây gồm:
-

4 cột đèn cho ngã tư và 2 cột đèn cho đường sắt.
Gồm 3 đèn tín hiệu xanh, vàng, đỏ.
Không có chế độ phân làn xe ở các thời điểm.

2.2 Xác định bài toán
2.2.1 Yêu cầu của bài toán thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông
Trước tình hình phương tiện giao thông ngày càng gia tăng không ngừng và hệ
thống giao thông nước ta ngày càng phức tạp dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thông và
tai nạn giao thông ngày càng tăng. Vì vậy để đảm bảo giao thông được an toàn và
thông suốt thì việc sử dụng các tín hiệu để điều khiển tại các nút giao thông là rất cần
thiết. Với tầm quan trọng như vậy hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cần đảm bảo
các yêu cầu sau:
-

Đảm bảo hoạt động liên tục và chính xác trong thời gian dài.
Độ tin cậy cao.
Dễ quan sát cho người tham gia giao thông.
Chi phí nhỏ, tiết kiệm năng lượng.

7

2.2.2 Phân tích bài toán.

Hình 2.2: Những mặt hạn chế của ngã tư Trâu Quỳ
 Quan sát hình ảnh trên ta thấy:
- Nhân viên gác tàu phải gồng mình để đẩy chiếc barie rất vất vả và nguy hiểm
-

do mật độ người tham gia giao thông đông.
Cột đèn tại ngã tư không có bộ đèn hiển thị thời gian đếm ngược ảnh hưởng tới

người tham gia giao thông.
- Cột đèn báo đường sắt chưa đạt tiêu chuẩn do thiếu còi báo.
 Để nâng cao chất lượng ta bổ sung thêm:
- Bộ led hiển thị thời gian đếm ngược giúp người tham gia giao thông chủ động
-

trong các tình huống.
Tách thành chế độ ngày và đêm cho phù hợp với tình hình giao thông.
Hệ thống còi báo và barie tự động thay vì hai nhân viên túc trực.

8


Hình 2.3: Mô hình thiết kế cho bài toán.
-

-

Chu kì đèn tín hiệu: T = Txanh + Tvàng + Tđỏ

Trong đó:
+ Txanh: thời gian đèn xanh sáng
+ Tđỏ : thời gian đèn đỏ sáng
+ Tvàng : thời gian đèn vàng sáng
Tđỏ = Txanh + Tvàng
Hoạt động theo 2 chế độ:
+ Chế độ ngày
+ Chế độ đêm

2.2.3 Giản đồ thời gian
- Chế độ ban ngày:
+ Khi không có tàu:

9


Hình 2.4: Giản đồ thời gian chế độ ngày khi không có tàu

10


+ Khi có tàu:

Hình 2.5: Giản đồ thời gian chế độ ban ngày khi có tàu

-

Chế độ đêm:
+ Khi không có tàu:

11


Hình 2.6: Giản đồ thời gian chế độ đêm khi không có tàu

+ Khi có tàu:

Hình 2.7: Giản đồ thời gian chế độ đêm khi có tàu
2.2.4 Phân tích, lựa chọn thiết bị điều khiển
2.2.4.1 Mạch dùng IC số
Với mạch dùng IC số có những ưu điểm sau:
-

Tổn hao công suất nhỏ, có thể dùng pin hoặc ắc quy.
Giá thành rẻ.
Tuy nhiên việc sử dụng kĩ thuật số rất khó khăn trong việc thay đổi chương

trình điều khiển. Muốn thay đổi chương trình nào đó của chương trình thì bắt buộc
phải thay đổi phần cứng. Do đó mỗi lần phải thiết kế lại mạch nên tốn kém về kinh tế
và thời gian, song đôi khi không thực hiện được bằng phương pháp này.
Với sự phát triển mạnh của ngành kĩ thuật số đặc biệt đã cho ra đời các họ vi xử
lí, vi điều khiển hay PLC... đã giải quyết những bế tắc về kinh tế hơn mà IC số không
giải quyết được.
2.2.4.2 Mạch dùng vi điều khiển.
Ngoài những ưu điểm của IC số thì phương pháp này còn có những ưu điểm
sau:

12

-

Có thể thay đổi chương trình một cách linh hoạt bằng việc thay đổi phần mềm mà

-

phần cứng không thay đổi.
- Số lượng linh kiện trong mạch ít hơn.
- Mạch đơn giản hơn IC số song có thể kết nối với máy tính.
Do trong vi điều khiển có bộ timer, các hệ thống ngắt nên lập trình đơn giản dễ thực
hiện.
Hạn chế: Khó liên kết với các hệ thống giám sát chung của hệ thống giao thông và
điều khiển truyền thông theo mạng.
2.2.4.3 Điều khiển dùng PLC.
Với phương pháp này có những ưu điểm sau:

-

- Làm việc chắc chắn, liên tục, 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 thêm 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).
Hạn chế: Nếu áp dụng cho các hệ thống đơn lẻ thì không thích hợp bởi giá
thành rất cao.
 Kết luận: Vậy với 3 phương pháp điều khiển cơ bản trên ta thấy việc sử dụng PLC là

hiệu quả hơn so với 2 phương pháp còn lại. Tuy nhiên, trong mô hình để giảm chi phí,

chúng em sử dụng vi điều khiển để xử lí phần hiển thị thời gian đếm ngược thay vì sử
dụng mạch IC số hay modul ghép nối của PLC.
2.2.5 Giải pháp công nghệ
-

Điều khiển hệ thống đèn và còi báo bằng PLC S7-300.
Hiển thị thời gian bằng Led 7 thanh.
Điều khiển led 7 thanh bằng vi điều khiển 89C52.
Đèn báo dùng led.
Điều khiển barie dùng điện – khí nén.
Còi báo DC.

2.2.6 Giải pháp thiết kế
-

Công cụ lập trình: Phần mềm STEP 7 simatic V5.5
Mô phỏng: Phần mềm WinCC V7.0

13


2.3 Giới thiệu về PLC S7-300
2.3.1 Khái niệm
Thiết bị điều khiển logic lập trình (Programable Logic Control, viết tắt là PLC)
là loại thiết bị cho phép điều khiển linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua một
ngôn ngữ lập trình. Thay cho việc thực hiện một thuật toán đó bằng mạch số như vậy
với chương trình điều khiển PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn dễ dàng thay đổi
thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC
khác hay máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC
dưới dạng các khối chương trình như khối OB, FC hoặc FB và thiết lập theo chu kỳ

vòng quét.
2.3.2 Cấu trúc của PLC
Để tăng tính linh hoạt trong ứng dụng thực tế nên các PLC được thiết kế không
bị cứng hóa về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được
sử dụng nhiều hay ít tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Tuy nhiên, luôn luôn phải
có một module chính, đó chính là module CPU. Các module còn lại được gọi là
module mở rộng (được gá trên những thanh Rack).

Hình 2.8: Cấu trúc PLC S7 -300.
 Module CPU:

Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định
thời, bộ đếm, cổng truyền thông và một vài cổng khác.
Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông. Các loại CPU này phân
biệt với những module CPU khác bằng cách thêm cụm từ DP (Distributed Peripheral)
trong phần gọi tên. Ví dụ như: module CPU 315-DP, module CPU 318-DP.
 Module mở rộng :

Gồm có 5 loại module mở rộng chính:
14


1. PS (Power supply) module nguồn nuôi: có 3 loại 2A, 5A, 10A.
2. SM (Sigal module) Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra gồm:
-

DI (Digital Input): module mở rộng cổng vào có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy thuộc vào

-

từng loại module.
DO (Digital Output): module cổng ra số.
AI (Analog Input): cổng vào tương tự, chúng là bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits.
AO (Analog Output): Module cổng ra tương tự, bộ chuyển đổi tương tự (DA)
AI/AO: module mở rộng các cổng vào/ra.
3. IM (Interface Module): Module ghép nối.
Là loại Module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại

với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một module CPU.
Thông thường các module mở rộng được gá liền nhau trên một thanh đỡ gọi là
Rack. Mỗi 1 Rack có thể gá được nhiều nhất 8 module mở rộng (không kể module
CPU, module nguồn nuôi). Một module CPU S7-300 có thể làm việc với 4 Rack và
các Rack này được nối với nhau bằng module IM.
4. FM (Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng như như module

động cơ bước, module PID…
5. CP (Commuication Module): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa
các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.
Chú ý rằng phải lắp đặt module CPU và module nguồn điện ở bên tay trái như hình
dưới đây:

Hình 2.9: Cấu hình một thanh rack của trạm PLC S7 – 300
Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất là 4 rack và các rack
này phải được nối với nhau bằng module IM. Sau đây là hình nối kết 4 rack.

15


Hình 2.10: Cấu trúc kết nối 4 thanh rack lại với nhau.
•

Ngôn ngữ lập trình của PLC S7-300

Các loại PLC nói chung có nhiều loại ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tượng
sử dụng khác nhau. PLC S7-300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản đó là:
-

Ngôn ngữ STL (Statement List).
Ngôn ngữ FBD (Function Block Diagram).
Ngôn ngữ LAD (Ladder diagram).
Nhưng có một điểm cần lưu ý đó là một chương trình viết trên ngôn ngữ STL thì

có thể được chuyển thành dạng ngôn ngữ LAD, FBD nhưng ngược lại thì chưa chắc vì
trong tập lệnh của STL thì trong 2 ngôn ngữ trên chưa hẳn đã có. Vì ngôn ngữ STL là
ngôn ngữ có tính đa dạng nhất sau đây xin giới thiệu chi tiết hơn về các lệnh trong
ngôn ngữ này.
• Bộ thời gian (TIMER)
 Nguyên tắc làm việc của bộ thời gian

Bộ thời gian timer hay còn gọi là bộ thời gian trễ theo mong muốn khi có tín hiệu đầu
vào cấp cho bộ thời gian Timer. Tín hiệu này được tính từ khi có sườn lên ở tín hiệu
đầu vào u(t) chuyển từ trạng thái 0 lên 1 được gọi là thời điểm kích Timer.
Thời gian trễ được khai báo với timer bằng một giá trị 16 bit gồm 2 thành phần:
+ Độ phân giải với đơn vị là ms. Time S7 -300 có 4 loại độ phân giải khác nhau là
10ms, 100ms, 1s và 10s

16


+ Một số nguyên (BCD) trong khoảng 0 đến 999, gọi là PV (Giá trị đặt trước cho

Timer).
Vậy thời gian trễ = Độ phân giải * PV.
Ngay tại thời điểm kích Time giá trị PV (giá trị đặt) được chuyển vào thanh ghi 16 bit
của Time T-Word (Gọi là thanh ghi CV thanh ghi biểu diễn giá trị tức thời). Timer sẽ
ghi nhớ khoảng thời gian trôi qua kể từ khi được kích bằng cách giảm dần một cách
tương ứng nội dung thanh ghi CV. Nếu nội dung thanh ghi CV trở về không thì Timer
đã đạt được thời gian trễ mong muốn và điều này sẽ được thông báo ra bên ngoài bằng
cách thay đổi trạng thái tín hiệu đầu ra y(t). Nhưng việc thông báo ra bên ngoài cũng
còn phụ thuộc vào từng loại time khác nhau. Bên cạnh sườn lên của tín hiệu đầu vào
u(t). Timer còn có thể được kích bởi sườn lên của tín hiệu chủ động kích có tên là tín
hiệu enable. Và nếu như tại thời điểm có sườn lên của tín hiệu enable, tín hiệu u(t) có
giá trị bằng 1.
Từng loại Timer được đánh số thứ tự từ 0 tới 255 tùy thuộc vào từng loại CPU.
Một Time đang làm việc có thể được đưa về trạng thái chờ khởi động ban đầu nhờ tín
hiệu Reset, khi có tín hiệu xóa thì Timer cũng ngừng làm việc luôn. Đồng nghĩa với
các giá trị của T-Work và T -Bit cũng đồng thời được xóa về 0 lúc đó giá trị tức thời
CV và tín hiệu đầu ra cũng là 0 luôn.
- Khai báo sử dụng
• Việc khai báo làm việc của bộ Timer bao gồm các bước sau:

+ Khai báo tín hiệu enable nếu sử dụng tín hiệu chủ động kích
+ Khai báo tín hiệu đầu vào u(t)
+ Khai báo thời gian trễ mong muốn
+ Khai báo loại Timer được sử dụng (SD,SS,SP,SE,SF).
+ Khai báo tín hiệu xóa Timer nếu sử dụng chế độ Reset chủ động.
•

Trong các khai báo trên thì các bước 2, 3, 4 là bắt buộc phải có. S7-300 có 5

loại Time được khai báo bằng các lệnh:

+ Timer SD (On delay timer): Trễ theo sườn lên không nhớ.
+ Timer SS (Retentive on delay timer): Trễ theo sườn lên có nhớ.
+ Timer SP (Pulse timer): Timer tạo xung không có nhớ.
+ Timer SE (Extended pulse timer): Timer tạo xung có nhớ.
+ Timer SF (Off delay): Timer trễ theo sườn xuống.
 Bộ đếm ( COUNTER )
17


Nguyên tắc làm việc của bộ đếm ( Counter )
Counter là bộ đếm thực hiện chức năng đếm sườn xung của các tín hiệu đầu vào.
S7-300 có tối đa 256 Counter, ký hiệu Cx trong đó x là số nguyên trong khoảng từ 0
tới 255. Những bộ đếm của S7 -300 đều có thể đồng thời trong khoảng từ 0 tới 255.
Những bộ đếm của S7 -300 đều có thể đồng thời đếm tiến theo sườn lên của một tín
hiệu vào thứ nhất, ký hiệu là CU (Count up) và đếm lùi theo sườn lên của một tín hiệu
vào thứ hai, ký hiệu là CD (Count down). Bộ đếm còn có thể được đếm bằng tín hiệu
chủ động kích enable khi mà tín hiệu chủ động kích có tín hiệu đồng thời tín hiệu vào
CU hoặc CD thì bộ đếm sẽ thực hiện tín hiệu đếm tương ứng.
Số sườn xung đếm được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm,gọi là thanh ghi CWork. Nội dung của C-Work được gọi là giá trị đếm tức thời của bộ đếm và ký hiệu
bằng CV (current value). Bộ đếm báo trạng thái của C-Work ra ngoài qua chân C-bit
của nó. Nếu CV# 0 thì C-bit có giá trị bằng 1 Ngược lại khi CV = 0 thì C-bit có giá trị
bằng 0. CV luôn là giá trị không âm bộ đếm sẽ không đếm lùi khi mà giá trị CV =0.
Khác với Timer giá trị đặt trước PV (preset value) của bộ đếm chỉ được chuyển
vào C-Work tại thời điểm xuất hiện sườn lên của tín hiệu đặt (set - S).
Bộ đếm có thể được xóa chủ động bằng tín hiệu xóa (Reset- R). Khi bộ đếm được
xáo cả C-Work và C-Bit đều nhận giá trị 0.
Khai báo sử dụng counter:
Bộ đếm trong S7-300 có 2 loại đó là đếm tiến (CU) và đếm lùi (CD) các bước khai báo
sử dụng một bộ đếm counter bao gồm các bước sau:
+ Khai báo tín hiệu enable nếu muốn sử dụng tín hiệu chủ động kích hoạt.

+ Khai báo tín hiệu đầu vào CU được sử dụng để điếm tiến.
+ Khai báo tín hiệu đầu vào CD được sử dụng để đếm lùi .
+ Khai báo tín hiệu (Set) và giá trị đặt trước (PV).
+ Ngoài ra còn có lệnh về đọc nội dung thanh ghi C-Word.
+ L <Tên counter > // Đọc giá trị đếm tức thời dạng nhị phân vào thanh ghi
ACCU1.
+ LC < tên counter > // Đọc giá trị đếm tức thời dạng BCD vào thanh ghi
ACCU1.

18


Kết nối PLC với máy tính: Đối với các thiết bị lập trình của hãng Siemens có
các cổng giao tiếp PPI thì có thể kết nối trực tiếp với PLC thông qua một sợi cáp. Tuy
nhiên đối với máy tính cá nhân cần thiết phải có cáp chuyển đổi PC/PPI. Có 2 loại cáp
chuyển đổi là cáp RS-232/PPI Multi-Master và cáp USB/PPI Multi-Master.
•

Cáp RS-232/PPI Multi-Master:

Hình 2.11: Cáp RS-232/PPI Multi-Master và các chuyển mạch trên cáp
Tùy theo tốc độ truyền giữa máy tính và CPU mà các công tắc 1, 2, 3 được để ở
vị trí thích hợp. Thông thường đối với CPU 22x thì tốc độ truyền thường đặt là 9,6
Kbaud (tức công tắc 123 được đặt theo thứ tự là 010).
Tùy theo truyền thông là 10 bit hay 11 bit mà công tắc 7 được đặt ở vị trí thích
hợp. Khi kết nối bình thường với máy tính thì công tắc 7 chọn ở chế độ truyền thông
11 bit (công tắc 7 đặt ở vị trí 0).
Công tắc 6 ở cáp RS-232/PPI Multi-Master được sử dụng để kết nối port truyền
thông RS-232 của một moden với S7-300 CPU. Khi kết nối bình thường với máy tính
thì công tắc 6 được đặt ở vị trí Data Comunications Equipment (DCE) (công tắc 6 ở vị

trí 0). Khi kết nối cáp PC/PPI với một modem thì port RS-232 của cáp PC/ PPI được
đặt ở vị trí Data Terminal Equipment (DTE) (công tắc 6 ở vị trí 1).
Công tắc 5 được sử dụng để đặt cáp RS-232/ PPI Multi-Master thay thế cáp
PC/PPI hoặc hoạt động ở chế độ Freeport thì đặt ở chế độ PPI/Freeport (công tắc 5 ở
vị trí 0). Nếu kết nối bình thường là PPI (master) với phần mềm STEP 7 Micro/Win
3.2 SP4 hoặc cao hơn thì đặt ở chế độ PPI (công tắc 5 ở vị trí 1).
-

Cáp USB/PPI Multi-Master:

Hình dáng của cáp được cho ở hình 2.10:
19


Hình 2.12: Hình dáng cáp USB/PPI Multi-Master
Cách thức kết nối cáp USB/PPI Multi-Master cũng tương tự như cáp RS-232/PPI
Multi-Master. Để sử dụng cáp này, phần mềm cần phải là STEP7- MicroWin 3.2
Service Pack 4 (hoặc cao hơn). Cáp chỉ có thể được sử dụng với loại CPU22x hoặc sau
này. Cáp USB không được hỗ trợ truyền thông Freeport và download cấu hình màn
TP070 từ phần mềm TP Designer.
2.3.2 Các thông báo lỗi bằng đèn LED.
Các thông báo lỗi của CPU bằng đèn LED.
Bảng 2.1: Các thông báo lỗi của PLC S7-300
LED
SF

BATF
STOP

Các miêu tả về lỗi

Sự cố phần cứng
Các lỗi trong chương trình
Lỗi về các thông số
Các lỗi về tính toán
Lỗi về thời gian
Sự cố về card bộ nhớ
Sự cố về pin hay không có nguồn điện dự phòng
Lỗi truyền thông
Thiếu pin dự trữ hay pin không được nạp điện
CPU không sử lý chương trình( khi đèn LED nhấp nháy: CPU cần reset
bộ nhớ)

2.4 Giới thiệu vi điều khiển AT89C52
AT89C52 là một vi điều khiển 8 bit do ATMEL sản xuất, chế tạo theo công nghệ
CMOS, có chất lượng cao, công suất tiêu thụ thấp với 8Kbyte bộ nhớ Flash có khả
năng xoá và lập trình lại . Chip được sản xuất theo kỹ thuật nhớ không mất nội dung
mật độ cao của ATMEL và tương thích với chuẩn công nghiệp MCS-51™ về tập lệnh
20


và các chân vào ra. Flash on-chip cho phép bộ nhớ lập trình được trong hệ thống bởi
một trình viên bình thường. Bằng cách nối 1 CPU 8 bit với 1 Flash trên chip đơn,
AT89C52 là một vi điều khiển mạnh, có tính mềm dẻo cao, giá rẻ, phù hợp ứng dụng
vi điều khiển.
Các đặc điểm chủ yếu của AT89C52:
+ Tương thích hoàn toàn với họ MCS-51™của Intel.
+ Độ bền l000 lần ghi/xoá.
+ Tần số hoạt động : 0Hz đến 24MHz.
+ Bộ nhớ chương trình 8Kbyte bên trong có khả năng lập trình lại.
+ 3 chế độ khoá bộ nhớ.

+ 128 X 8 - Bits RAM nội.
+ 32 đường I/O lập trình được (4port).
+ 3 bộ Timer/Couter 16 bits.
+ Hỗ trợ 8 nguồn ngắt.
+ Chế độ nguồn thấp (không làm gì IDLE) và chế độ nguồn giảm.

Hình 2.13: Cấu tạo chân của AT89c52
- VCC: cung cấp điện áp nguồn 5 V cho IC.
- GND là chân nối mass
- XTAL1 và XTAL2: Bộ dao động được tích hợp bên trong 8051, khi sử dụng 8051
người thiết kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ. Tần số
thạch anh thường sử dụng cho 89c52 là 12Mhz.
21


Hình 2.14: Sơ đồ bộ dao động ngoài sử dụng bộ dao động thạch anh.
- RST: chân khởi động lại (RESET).

Bình thường chân này ở mức thấp, khi có xung cao đặt tới chân này thì bộ vi điều
khiển sẽ kết thúc mọi hoạt động hiện tại và tiến hành khởi động lại. Quá trình xảy ra
hoàn toàn tương tự khi bật nguồn. Khi RESET mọi giá trị trên thanh ghi sẽ bị xoá.
Khi RESET giá trị bộ đếm chương trình PC bằng 0 và như vậy CPU nhận mã lệnh đầu
tiên tại địa chỉ 0000 của bộ nhớ ROM. Do đó tại địa chỉ này phải có lệnh đầu tiên
chương trình nguồn của ROM. Để RESET hiệu quả, chân RST cần duy trì trạng thái
tích cực (mức cao) tối thiểu 2 chu kỳ.

Hình 2.15: Mạch nối chân reset .
- EA/Vpp:truy cập bộ nhớ ngoài (External Access) là chân vào . Chân này có thể được
nối tới 5 V (logic 1) hoặc với GND (logic 0). Nếu chân này nối đến 5V thì 89C52 thực
thi chương trình trong ROM nội. Nếu chân này nối với GND (và chân PSEN cũng ở

logic 0), thì chương trình cần thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài.
- PSEN: là chân cho phép bộ nhớ chương trình (Promgram Store Enable). Đây là tín
hiệu cho phép ta truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài. Chân này được nối tới chân OE
(Output Enable) của EPROM hoặc ROM) để cho phép đọc các byte lệnh. Tín hiệu
PSEN ở logic 0 trong suốt thời gian tìm nạp lệnh. Khi thực thi một chương trình chứa
22


ở ROM nội, PSEN được duy trì ở logic không tích cực (logic 1).
- ALE /PROG: cho phép chốt địa chỉ (Address Latch Enable), là chân ra có mức tích
cực cao. Khi Port 0 được sử dụng làm bus địa chỉ/ dữ liệu đa hợp, chân ALE xuất tín
hiệu để chốt địa chỉ vào một thanh ghi ngoài trong suốt nửa đầu chu kỳ của bộ nhớ.
Sau khi điều này đã được thực hiện, các chân của Port 0 sẽ xuất/nhập dữ liệu hợp lệ
trong suốt nửa sau chu kỳ của bộ nhớ.
- Nhóm chân cổng vào/ra.
Bốn cổng P0, Pl, P2, P3 đều có 8 chân và tạo thành cổng 8 bit. Tất cả các cổng khi
reset đều được cấu hình làm cổng ra. Để làm đầu vào thì cần được lập trình.
•

Cổng P0:

Cổng P0 có 8 chân. Bình thường đây là cổng ra. Để có thể vừa làm cổng ra vừa
làm cổng vào thì cần nối tới điện trở kéo bên ngoài vì cổng P0 có dạng cực máng hở.
Đây là điểm khác với các cổng Pl, P2, P3. Khi có điện trở kéo ngoài thì khi khởi động
lại, cổng P0 được cấu hình làm cổng ra để P0 tạo thành cổng vào thì cần phải lập trình
bằng cách ghi 1 tới tất cả các bit của cổng. P0 ngoài chức năng chuyển địa chỉ còn
được dùng để chuyển 8 bit địa chỉ AD0 -AD7. Khi nối 8051 tới bộ nhớ ngoài, thì cổng
P0 cung cấp cả địa chỉ và dữ liệu bằng cách dồn kênh để tiết kiệm số chân. Chân ALE
sẽ báo P0 có địa chỉ hay dữ liệu. Nếu ALE = 0 thì P0 cấp dữ liệu D0 - D7, còn nếu
ALE = 1 thì là địa chỉ.

•

Cổng P1:

Cổng P1 cũng có 8 chân và có thể sử dụng làm đầu vào hoặc ra, cổng P0 không có
điện trở kéo vì nó đã có các điện trở kéo bên trong. Khi Reset, cổng P1 được cấu hình
làm cổng ra. Để chuyển cổng P1 thành đầu vào thì cần lập trình bằng cách ghi 1 lên tất
cả các bit của cổng.
Hơn nữa, Pl.0 và P l . l có thể được dùng như là đầu vào bộ đếm Timer/Counter 2
bên ngoài (P1.0/T2 ) và xung kích (P1.1/T2EX ).
•

Cổng P2:

Cổng P2 cũng có 8 chân, có thể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra. Cũng
giống như Pl, cổng P2 không cần điện trở kéo lên vì bên trong đã có điện trở kéo. Khi
Reset thì cổng P2 được cấu hình làm đầu ra. Để P2 làm đầu vào thì cần lập trình bằng
23


cách ghi 1 vào tất cả các bit của cổng.
•

Cổng P3:

Cổng P3 chiếm 8 chân, cổng này cũng có thể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu
ra. Cũng như P1 và P2, cổng P3 cũng không cần điện trở kéo. Khi Reset cổng P3 được
cấu hình làm một cổng ra, tuy nhiên đây không phải là một ứng dụng chủ yếu. cổng P3
có chức năng quan trọng khác là cung cấp một số tín hiệu đặc biệt, chẳng hạn như tín
hiệu ngắt.

Bảng 2.1 Các chức năng khác của cổng P3.

2.5 Giới thiệu phần mềm mô phỏng WinCC
WinCC (Windows Control Center) là một hệ thống phần mềm điều khiến giám sát
công nghiệp (Tích hợp giao diện người máy IHMI - Integrate Human Machine
Interface), có tính năng kỹ thuật và hệ thống màn hình hiến thị đồ hoạ để điều khiển

các nhiệm vụ đặt ra trong sản xuất và tự động hóa quá trình công nghiệp. Hệ thống
này đưa ra những module chức năng tích hợp trong công nghiệp cho việc hiển thị đồ
hoạ, đưa ra thông báo, lưu trữ, và xuất các báo cáo..Nó là một trình điều khiển mạnh,
với giao diện lập trình thân thiện cho phép cập nhật nhanh chóng các hình ảnh của các
quá trình tự động hoá cần quan sát (thông qua các trang màn hình), và các chức năng
lưu trữ an toàn ... nên đảm bảo lợi ích cao.
Ngoài ra WinCC còn đưa ra các giao diện mở cho các giải pháp của người dùng.
24


Những giao diện này có thế tích hợp trong những giải pháp tự động hóa phức tạp, các
giải pháp cho hệ thống mở. Sự truy nhập tới nơi lưu trữ dữ liệu tích hợp bởi các giao
diện chuẩn ODBC và SQL.
WinCC hỗ trợ tất cả các loại máy tính, nó thích hợp với tất cả các loại máy tính
cá nhân PC. Mặc dù các thông số trong bảng dưới đây đưa ra cho cấu hình tối thiểu
nhưng trong thực tế phải đạt được cấu hình khuyến cáo để đáp ứng các yêu cầu kĩ
thuật.
Bảng 2.2: Cấu hình máy cài đặt WinCC

 Các loại Project.

WinCC cung cấp nhiều loại dự án khác nhau tùy theo yêu cầu công việc và quy
mô của dự án.

•

Dự án đơn (Single-User Project)
Một dự án đơn thực chất là một trạm vận hành đơn, việc tạo cấu hình, chạy
thời gian thực, cũng như kết nối bus quá trình và lưu trữ dữ liệu của dự án đều được
thực hiện trên máy tính này.
•

Dự án nhiều người dùng (Muti – User project)
Một dự án nhiều người dùng có đặc điểm cấu hình nhiều máy khách (client) và

một máy chủ (server), tất cả chúng làm việc trong cùng 1 dự án. Tối đa 16 client được
truy nhập vào một server, cấu hình có thế đặt trong server hoặc trong một vài client.
Dữ liệu của dự án như là các hình ảnh, các tag, dữ liệu được lưu trữ trong server và
cung cấp cho các client. Server được kết nối bus quá trình và dữ liệu quá trình được xử
lý ở đây. Vận hành hệ thống được thực hiện từ các client.
•

Dự án nhiều máy khách (Muti – Client project)
Dự án nhiều máy khách là một loại dự án mà có thể truy nhập vào nhiều server.
25