Báo cáo mô phỏng đèn giao thông bằng ngôn ngữ SFC

Mục lục.
Mục lục............................................................................................................1
I.Giới thiệu về ngôn ngữ SFC..........................................................................2
I.1.Định nghĩa..............................................................................................2
I.2.Đặc điểm của ngôn ngữ SFC..................................................................2
I.3.Cấu trúc một chương trình SFC cơ bản...................................................6
I.4.Ưu – nhược điểm của ngôn ngữ SFC......................................................6
II.Phân tích và thiết kế bài toán........................................................................7
II.1.Phân tích bài toán..................................................................................7
II.2.Thiết kế bài toán....................................................................................7
III.Xây dựng mô hình trạng thái grapfect.........................................................9
III.1.Mô hình trạng thái grapfect 1...............................................................9
IV.Mô phỏng công nghệ.................................................................................11
IV.1.Chuẩn bị..............................................................................................11
IV.2.Xây dựng mô hình trên phần mềm......................................................11
IV.3.Kết quả mô phỏng...............................................................................21

Nhóm 10

Page


I.

Giới thiệu về ngôn ngữ SFC.

I.1.

Định nghĩa.

Ngôn ngữ lập trình biểu đồ hàm tuần tự (Sequential Function Chart

– SFC) là một công cụ rất mạnh trong miêu tả cấu trúc của hệ thống
điều khiển tuần tự. Hệ thống điều khiển tuần tự được chuyển sang hệ
thống tự động và được thực hiện từ đó.
Tuy nhiên SFC không phải là ngôn ngữ độc lập, nó phải được xây
dựng trên cơ sở các ngôn ngữ khác như ST, FBD, IL, LD để tạo thành
một chương trình ứng dụng hoàn chỉnh. SFC được phát triển từ ngôn
ngữ Grafcet, một công cụ đồ họa để miêu tả chuỗi hành động.
I.2.

Đặc điểm của ngôn ngữ SFC

SFC đặc biệt phù hợp với các ứng dụng có thể được cấu trúc thành
các bước xác định rõ ràng. Mạch logic trong một bước có thể được lập
trình trong bất kỳ ngôn ngữ lập trình khác, ngoài ra SFC còn có một số
đặc điểm cơ bản như sau:
• Dễ lập trình và sửa lỗi chương trình.
Chúng ta có thể đưa các chương trình điều khiển nguyên một nhà
máy, điều khiển các thiết bị thuộc các trạm khác và toàn bộ máy móc
vào chuỗi các khối và bước của một chương trình SFC. Với cách lập
trình với ngôn ngữ có dạng biểu đồ như SFC người lập trình có thể thấy
rõ hoạt động của từng bước trong hệ thống nên sẽ dễ dàng hơn cho việc
kế và sửa lỗi, nhất là những ứng dụng phức tạp như:

Nhóm 10

Page


Hình 1. Ứng dụng SFC trong điều khiển phức tạp
• Không cần đến mạch khóa chéo phức tạp.

Mạch khóa chéo chỉ được sử dụng trong sự điều khiển ngõ ra cho
mỗi bước. Bởi vì không một công tắc khóa chéo nào được tác động
giữa các bước với nhau trong chương trình SFC. Khi mỗi bước của
chương trình SFC được kích hoạt bởi điều kiện chuyển tiếp, nó sẽ
xóa hoạt động của bước liền trước trừ một số trường hơp ta dùng đến
các khối đặc biệt.
Ví dụ về mạch khóa chéo được cho trong Hình 2.

Nhóm 10

Page


Hình 2. Mạch khóa chéo trong chương trình SFC
• SFC có sự tương đồng với dạng lưu đồ giải thuật trong cách

chuyển từ bước này sang bước khác, ta có thể quan sát qua ví dụ
trong Hình 3.

Hình 3. Sự tương quan giữa SFC và Flowchart
Nhóm 10

Page


• Sự thiết lập cho các khối và các bước có thể thay đổi rất dễ dàng
cho một ứng dụng mới. Đối với các loại ngôn ngữ khác như
Ladder hay Instruction List khi ta muốn thay đổi hay mở rộng
thêm cho ứng dụng thì ta có thể phải viết lại chương trình điều
khiển, điều này gây bất lợi nhất là những dây chuyền nhập khẩu

hoàn toàn ở nước ngoài họ có thể mã hóa chương trình không cho
phép chúng ta can thiệp. Tuy nhiên với SFC, ta có thể mở rộng
ứng dụng dễ dàng hơn. Bằng cách lập trình theo khối (phần này
đồ án không đề cập) thì khi thêm một ứng dụng ta có
thể lập trình ứng dụng vào một khối riêng rồi đưa vào chương
trình chính, thông qua các điều kiện chuyển tiếp chương trình sẽ
hoạt động đúng theo ý đồ của người lập trình.
Cụ thể:
- Tổng cộng ta có thể tạo 320 khối trong một chương trình
SFC
- Tối đa 512 bước có thể tạo trong một khối.
- Có tới 2000 bước tuần tự có thể tạo cho toàn bộ các khối
ngõ ra.
- Một điều kiện chuyển tiếp khác có thể được tạo trong
đuy nhất một khối ladder.
• Có thể tạo nhiều khối mở đầu trong một chương trình.
Chúng ta có thể tạo một chương trình với nhiều bước mở đầu như
ví dụ trong Hình 3. Khi có nhiều khối mở đầu được kích hoạt
(S0,S1,S2,S3) tại bất kỳ một bước mà có điều kiện chuyển tiếp
được thỏa mãn (t4 đến t7) thì bước S8 sẽ được thực thi.

Nhóm 10

Page


Hình 4. Chương trình SFC với nhiều bước mở đầu
I.3.

Cấu trúc một chương trình SFC cơ bản

Theo tiêu chuẩn IEC, một chương trình SFC bao gồm ba thành phần
chính là:
• Các bước (steps).
• Các sự chuyển tiếp (transitions).
• Các tác động (actions).

Hình 5. Cấu trúc một chương trình SFC cơ bản

I.4.

Ưu – nhược điểm của ngôn ngữ SFC.

- Ưu điểm: SFC là một ngôn ngữ mạnh trong lập trình các hệ thống
tuần tự, đặc biệt là khi thiết kế sử dụng phương pháp Grafcet.
- Nhược điểm:
• SFC không phải là một ngôn ngữ hoàn chỉnh, việc địng
nghĩa các trạng thái hay chuyển tiếp đều phải dựa vào một
trong bốn ngôn ngữ còn lại.
• Với các phép điều kiện đơn giản, không nên dùng SFC vì
thời gian thực hiện lâu hơn các ngôn ngữ khác.

Nhóm 10

Page


II.
II.1.

Phân tích và thiết kế bài toán.
Phân tích bài toán.
 Ngã tư có 4 hướng chia làm 2 cặp đèn giao thông điều khiển 2
hướng đi.

Như hình trên cặp đèn giao thông ở hướng 1 sẽ được điều
khiển giống nhau, và cũng tương tự hướng 2 cặp đèn giao thông sẽ được
điều khiển giống nhau.
 Quy ước: mỗi cột đèn có 3 màu
• Màu xanh: Tất cả các phương tiện di chuyển.
• Màu vàng: các phương tiện đi chậm.
• Màu đỏ: các phương tiện dừng.
II.2.

Thiết kế bài toán.
 Hai hướng đối diện nhau thì có chung tín hiệu đèn.
Quy định tín hiệu đèn của các hướng.
• Hướng 1: xanh1 , vang1 , do1 .
• Hướng 2: xanh2 , vang2 , do2.

Nhóm 10

Page


 Ở tất cả các hướng thì thời gian đèn đỏ sáng bằng tổng thời
gian đèn xanh và đèn vàng sáng. Ngoài ra ta còn có nút nhấn
stop để dừng toàn bộ hệ thống đèn (có thể phục vụ cho việc
bảo trì bảo dưỡng hệ thống đèn khi có lỗi xảy ra).
 Thiết kế bài toán có 2 chế độ lựa chọn:

+ Chế độ ban ngày (Mode 1): nhấn m1 thì chế độ ban ngày
được bật.
Thời gian sáng của các đèn như sau:

+ Chế độ ban đêm ( Mode 2): nhấn m2 thì chế độ ban đêm
được bật.
Thời gian sáng của các đèn như sau:

Nhóm 10

Page


 Công nghệ sử dụng:
• Ta sử dụng timer trong việc đếm thời gian chuyển đổi
màu sắc của đèn.
• CPU là 315 2-dp mã 6ES7 315-2AH14-0AB0.
• Modul PC-system cp 5512 mã 6GK1 551-2AAOO

III.

Xây dựng mô hình trạng thái grapfect.

III.1. Mô hình trạng thái grapfect 1.
Grapfect của bài toán này như sau:

Nhóm 10

Page

III.2. Mô hình trạng thái Grapfcet 2.

Nhóm 10

Page


IV.

Mô phỏng công nghệ.

IV.1. Chuẩn bị.
 Ta sử dụng các phần mềm sau để mô phỏng công nghệ:
• Phần mềm Wincc V14 để mô phỏng công nghệ.
• Phần mềm PLCSIM V14 để chạy giả lập.
• Phần mềm TIA V14 để viết chương trình.
IV.2. Xây dựng mô hình trên phần mềm.
 Các tín hiệu vào ra.
Các trạng thái của công nghệ:

Nhóm 10

Page


 Sơ đồ cấu trúc SFC tương ứng với công nghệ.

 Mạch điều khiển của trạng thái ban đầu.
Nhóm 10

Page


 Mạch điều khiển của trạng thái stop.

Nhóm 10

Page


 Mạch điều khiển của trạng thái start.

Nhóm 10

Page


 Mạch điều khiển của trạng thái ban đêm.

 Mạch điều khiển của trạng thái “vang1” sáng

Nhóm 10

Page


 Mạch điều khiển của trạng thái “vang2” sáng.

 Mạch điều khiển của trạng thái ban ngày.

Nhóm 10

Page


 Mạch điều khiển của trạng thái “xanh1” bật.

 Mạch điều khiển của trạng thái “vang1” bật.

Nhóm 10

Page


 Mạch điều khiển của trạng thái “do1” bật.

 Mạch điều khiển của trạng thái “do2” bật.

Nhóm 10

Page


 Mạch điều khiển của trạng thái “xanh2” bật.

 Mạch điều khiển của trạng thái “vang2” bật.

Nhóm 10

Page


 Mô hình đèn giao thông mô phỏng trong wincc

Nhóm 10

Page


IV.3. Kết quả mô phỏng.
 Kết quả mô phỏng trạng thái ban ngày dành cho 1 hướng đi.

 Kêt quả mô phỏng trạng thái ban đêm.

 Kết quả mô phỏng trạng thái start.

Nhóm 10

Page


 Kết quả mô phỏng trạng thái stop.

Nhóm 10

Page