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:
­

5

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.

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.

6


      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 :

7


­

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.

­

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:

8

­

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.


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.

9

-

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.


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:

10

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

11


+ Khi có tàu:

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

­

Chế độ đêm:
+ Khi không có tàu:

12


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:

13

­

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:
­

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.

14


 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 S7­300.

-

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

2.3 Giới thiệu về PLC S7­300
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  

15


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 315­DP, module CPU 318­
DP.
 Module mở rộng :

Gồm có 5 loại module mở rộng chính:
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 S7­300 có thể làm việc với 4 Rack và  
các Rack này được nối với nhau bằng module IM.

16


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 S7­300 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.
 
Hình 2.10: Cấu trúc kết nối 4 thanh rack lại với nhau.
Ngôn ngữ lập trình của PLC S7­300
Các loại PLC nói chung có nhiều loại ngôn ngữ  lập trình nhằm phục vụ  các đối 
tượng sử dụng khác nhau. PLC S7­300 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.

17


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
   + 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 T­Word (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 tr ở  v ề 
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 T­Work 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. S7­300 có 5
loại Time được khai báo bằng các lệnh:
18


           + 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 )
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. S7­300 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 C­Work được gọi là giá trị  đếm tức thời của bộ đếm và ký  
hiệu bằng CV (current value). Bộ đếm báo trạng thái của C­Work ra ngoài qua chân 

C­bit của nó. Nếu CV# 0 thì C­bit có giá trị  bằng 1 Ngược lại khi CV = 0 thì C­bit  
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 C­Work 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 C­Work và C­Bit đều nhận giá trị 0.
Khai báo sử dụng counter:
Bộ đếm trong S7­300 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:

19


         + 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 C­Word.
          + 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.
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 RS­232/PPI Multi­Master và cáp USB/PPI Multi­Master.
Cáp RS­232/PPI Multi­Master:
 Hình 2.11: Cáp RS­232/PPI Multi­Master 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 RS­232/PPI Multi­Master  được sử  dụng  để  kết nối port  
truyền thông RS­232 của một moden với S7­300   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 RS­232 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 RS­232/ PPI Multi­Master thay thế  cáp 
PC/PPI hoặc hoạt động ở chế độ Freeport thì đặt ở chế độ PPI/Freeport (công tắc 5 

20


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 Multi­Master:

Hình dáng của cáp được cho ở hình 2.10:
Hình 2.12: Hình dáng cáp USB/PPI Multi­Master
Cách   thức   kết   nối   cáp   USB/PPI   Multi­Master   cũng   tương   tự   như   cáp   RS­
232/PPI   Multi­Master.   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 S7­300
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  
21


dung mật độ cao của ATMEL và tương thích với chuẩn công nghiệp MCS­51™ về 
tập lệnh và các chân vào ra. Flash on­chip 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 MCS­51™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 
22


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.

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 

23


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 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 ).

24


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 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 
25