intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Giáo trình Đo lường và điều khiển bằng máy tính (Nghề: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa - Trình độ Cao đẳng): Phần 1 - Trường Cao đẳng Nghề An Giang

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:48

Thêm vào BST
Báo xấu
23
lượt xem 4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Đo lường và điều khiển bằng máy tính phần 1 gồm các nội dung chính sau: Khái niệm chung; Cảm biến và chuyển đổi; Giao tiếp qua cổng song song; Giao tiếp qua cổng nối tiếp. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Đo lường và điều khiển bằng máy tính (Nghề: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa - Trình độ Cao đẳng): Phần 1 - Trường Cao đẳng Nghề An Giang

  1. ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN: ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH NGÀNH/ NGHỀ : CN KTĐK VÀ TĐH TRÌNH ĐỘ : Cao đẳng (Ban hành theo Quyết định số:630/QĐ-CĐN, ngày 05 tháng 04 năm 2022 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề An Giang) An Giang, Năm ban hành: 2022 1
  2. Đo lường và điều khiển bằng máy tính TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. Nguyễn Trường Sanh 2
  3. Đo lường và điều khiển bằng máy tính LỜI MỞ ĐẦU Môn học Đo lường và điều khiển bằng máy tính là một môn học chuyên ngành dùng giảng dạy cho sinh viên năm cuối ngành Điện tử tự động. Môn học đề cập đến vấn đề ứng dụng máy tính (Máy tính cá nhân PC, máy tính công nghiệp và PLC) vào hệ thống điều khiển và đo lường. Xu hướng phát triển là dùng Điều khiển dựa vào máy tính (PC-based Control) với hệ điều hành mạnh, giao diện thân thiện, phần mềm dễ phát triển và giá thành hợp lí. Để học tốt môn học này sinh viên cần phải học qua môn Lý thuyết điều khiển tự động và Vi xử lí. Giáo trình được soạn dựa theo chương trình chi tiết của môn học Đo lường và điều khiển bằng máy tính ngành công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa, số giờ của môn học là 75 giờ (30 giờ lý thuyết, 45 giờ thực hành). Với mục tiêu trên, nội dung môn học được chia thành 7 chương như sau: Chương 1: Khái niệm chung Chương 2: Cảm biến và chuyển đổi Chương 3 : Giao tiếp qua cổng song song Chương 4: Giao tiếp qua cổng nối tiếp Chương 5: Giao tiếp qua cổng USB Chương 6: Thiết kế hệ thống nhúng giao tiếp máy tính Chương 7: Lâp trình giao tiếp và điều khiển trên PC Các bài học trên được sắp xếp theo trình tự phù hợp với nhận thức và phát triển nhận thức của người học nghề. Tuy nhiên để đạt được hiệu quả cao hơn khi đọc giáo trình này, người học cần nắm vững các kiến thức cơ bản của các môn học cơ sở khác như: kỹ thuật điện, linh kiện điện tử, mạch số, điện tử công suất, kỹ thuật vi điều khiển cơ bản. Cho dù các kiến thức trong giáo trình đã được sắp xếp một cách hợp lý và có mối quan hệ chặt chẽ nhưng người học cần tham khảo thêm các giáo trình có liên quan để việc học có hiệu quả hơn. Mặc dù rất cố gắng trong quá trình biên soạn nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các đồng nghiệp và học viên góp ý để cho giáo trình này ngày được hoàn thiện hơn. Giáo trình chỉ phục vụ cho mục đích giảng dạy, lưu hành nội bộ ! An Giang, ngày 20 tháng 05 năm 2021 Tác giả biên soạn Nguyễn Trường Sanh Nguyễn Trường Sanh 3
  4. Đo lường và điều khiển bằng máy tính Mục Lục Mục Lục .................................................................................................................... 4 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC ............................................................................. 8 CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM CHUNG .................................................................. 12 I. Máy tính trong điều khiển.............................................................................. 12 1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống điều khiển quá trình ................................... 12 2. Hệ điều khiển nhúng ...................................................................................... 13 II. HMI (Human Machine Interface) ............................................................... 14 III. Kỹ thuật số (Digital techique) .................................................................... 15 IV. Điều khiển phân cấp và tích hợp hệ thống ................................................. 17 1. Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng máy tính ............................................. 17 2. Hệ thống điều khiển vòng hở (Hệ thống không hồi tiếp) ......................... 20 3. Hệ thống điều khiển vòng kín ..................................................................... 20 4. Hệ thống điều khiển số: ............................................................................... 20 CHƯƠNG 2. CẢM BIẾN VÀ CHUYỂN ĐỔI ................................................... 22 I. Nguyên lý các mạch đo và chuyển đổi. ......................................................... 22 II. Các loại cảm biến thông dụng .................................................................... 22 1. Cảm biến nhiệt độ .......................................................................................... 22 1/ Nhiệt điện trở Platin ......................................................................................... 24 2/ Nhiệt kế điện trở silic ....................................................................................... 25 3/IC Cảm biến nhiệt ............................................................................................. 25 4/Nhiệt điện trở NTC ........................................................................................... 26 5/ Nhiệt điện trở PTC. .......................................................................................... 26 2. Cảm biến công nghiệp ................................................................................... 28 1/ Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor). ........................................................... 28 2/ Cảm biến tiệm cận điện dung (Capacitive Proximity Sensor)......................... 30 3/ Cảm biến tiệm cận siêu âm (Ultrasonic proximity sensor). ............................ 30 4/ Encoder ............................................................................................................ 31 CHƯƠNG 3. GIAO TIẾP QUA CỔNG SONG SONG (LPT) .......................... 32 I. Giới thiệu chung ............................................................................................ 32 1. Giao tiếp với thiết bị ngoại vi ........................................................................ 33 2. Giao tiếp thiết bị khác .................................................................................... 34 3. Cổng song song SSP. ..................................................................................... 35 4. Cổng song song EPP ...................................................................................... 36 5. Cổng song song ECP ..................................................................................... 36 II. Ghép nối 2 máy tính ................................................................................... 37 CHƯƠNG 4. GIAO TIẾP QUA CỔNG NỐI TIẾP ............................................ 49 I. Cơ bản và ghép nối về chuẩn giao tiếp cổng Com RS232 ............................ 49 1. RS232:............................................................................................................ 49 1/ Đặc điểm của RS232 ........................................................................................ 49 2/ Chức năng chân RS232 .................................................................................... 50 2. RS422............................................................................................................. 51 1/ Thông số kỹ thuật chuẩn RS422 ...................................................................... 52 Nguyễn Trường Sanh 4
  5. Đo lường và điều khiển bằng máy tính 2/ Thông số kỹ thuật chuẩn RS422A ................................................................... 52 3/ Ưu nhược điểm RS422 .................................................................................... 52 4/ Ứng dụng của RS422 ....................................................................................... 52 II. Bộ chuyễn đổi mức ..................................................................................... 53 1. Các mức điện áp đường truyền ...................................................................... 53 2. Quá trình truyền dữ liệu ................................................................................. 53 3. Tốc độ Baud ................................................................................................... 53 III. Mạch giao tiếp cổng com............................................................................ 54 1. Sơ đồ bộ chuyển đổi tín hiệu TTL thành RS485 ........................................... 54 2. Dây chuyển đổi USB sang RS485 ................................................................. 55 3. Cáp điều khiển RS485 – Grove ..................................................................... 55 4. Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang USB ...................................................... 56 5. Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang Ethernet ................................................ 56 IV. Mạng RS485 ............................................................................................... 56 1. Thông số kỹ thuật chuẩn RS485A ................................................................. 57 2. Truyền dẫn cân bằng. ..................................................................................... 57 3. Mức tín hiệu. .................................................................................................. 57 4. Cặp dây xoắn. ................................................................................................ 57 5. Trở kháng đặc tính cặp dây xoắn. ................................................................. 57 6. Điện áp kiểu chung. ....................................................................................... 57 7. Vấn đề nối đất. ............................................................................................... 58 8. Điện trở đầu cuối. .......................................................................................... 58 9. Phân cực đường truyền. ................................................................................. 58 V. MOSBUS RTU ........................................................................................... 59 1. Nguyên lý hoạt động của RS485 ................................................................. 59 2. Sơ đồ chân RS485 2 dây ............................................................................. 60 3. Ưu điểm của RS485 .................................................................................... 60 4. Nhược điểm RS485 ..................................................................................... 61 5. Sự khác nhau giữa RS485 và RS232 ........................................................... 61 6. Số lượng trình điều khiển và nút ................................................................. 61 7. Khoảng cách trong giao tiếp........................................................................ 61 8. Ứng dụng của RS485 trong công nghiệp ..................................................... 61 VI. Thực hành giao tiếp qua cổng nối tiếp...................................................... 62 1. Sơ đồ giao tiếp RS485 giữa hai Arduino ..................................................... 62 2. Chương trình ............................................................................................... 62 CHƯƠNG 5: GIAO TIẾP QUA CỔNG USB ................................................... 64 I. Cấu trúc cổng USB. .................................................................................... 64 II. Các mạch tích hợp chuyển đổi. ................................................................ 65 1. USB sang RS232 ........................................................................................ 65 2. USB sang RS422 ........................................................................................ 65 3. USB sang RS485 ........................................................................................ 66 4. Sự khác biệt giữa RS232, RS422, RS485 .................................................... 67 III. Các mạch ứng dụng.................................................................................. 67 Nguyễn Trường Sanh 5
  6. Đo lường và điều khiển bằng máy tính 1. USB đến cổng nối tiếp RS232 ..................................................................... 68 2. USB đến 3-dây cổng nối tiếp RS232 ........................................................... 68 3. Bộ điều hợp hồng ngoại USB ...................................................................... 68 CHƯƠNG 6. THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG GIAO TIẾP MÁY TÍNH ....... 70 I. Giới thiệu chung. ........................................................................................ 70 1. Bo Nhúng.................................................................................................... 70 2. Sơ đồ ứng dụng hệ thống nhúng .................................................................. 70 3. Sơ đồ khối của hệ thống nhúng trên điều hòa: ............................................. 71 4. Đặc điểm của hệ thống nhúng ..................................................................... 72 5. Ứng dụng và tầm quan trọng của hệ thống nhúng. ...................................... 72 II. Hệ thống thu thập, đo đạc số liệu từ cảm biến. ......................................... 72 1. Tổng quan về hệ thống đo lường và điều khiển. .......................................... 72 2. Ví dụ về hệ thống đo lường nhiệt độ. ......................................................... 73 3. Hệ thiết bị đo lường .................................................................................... 74 4. Khảo sát một số sơ đồ khối của một hệ thống đo tự động:........................... 75 1/ Sơ đồ khối điều khiển của máy điều hòa không khí....................................... 75 2/ Hệ thống giám sát vận hành .......................................................................... 76 3/ Mô hình ứng dụng IoT trong nông nghiệp công nghệ cao .......................... 77 5. Thu thập dữ liệu Thu thập dữ liệu ............................................................... 77 1/ Thu thập dữ liệu Thu thập dữ liệu giao tiếp máy tính ................................. 77 2/ Chức năng của hệ thu thập dữ liệu ............................................................. 78 6. Hệ thống thu thập dữ liệu nhiều kênh .......................................................... 78 1/ Hệ thống dữ liệu 1 kênh ................................................................................ 78 2/ Hệ thống dữ liệu nhiều kênh.......................................................................... 79 7. Thực Hành: ................................................................................................. 79 III. Hệ thống điều khiển các thiết bị ngoại vi. ................................................ 79 1. Tạo cổng ảo trao đổi RS-232 ....................................................................... 79 2. Sử dụng file *. DLL trong phần mềm windows........................................... 80 3. Thực Hành: ................................................................................................. 80 CHƯƠNG 7: LẬP TRÌNH GIAO TIẾP VỚI VI ĐIỀU KHIỂN TRÊN PC ....... 81 I. Giới thiệu về Visual Basic........................................................................... 81 1. Giới thiệu về Visual Basic 6.0 ..................................................................... 81 2. Cài đặt Visual Basic 6.0 .............................................................................. 81 1/ Tìm hiểu các thành phần của IDE.................................................................. 82 2/ Biểu mẫu (Form) ........................................................................................... 82 3/ Lập Trình Cấu Trúc Trong Visual Basic ....................................................... 83 4/ Lệnh lựa chọn Select Case ............................................................................ 83 II. Lập trình giao tiếp cổng COM. ................................................................ 85 1. Ngôn ngữ lập Trình ..................................................................................... 85 2. Các chức năng cơ bản ................................................................................. 85 3. Chương trình ............................................................................................... 85 Nguyễn Trường Sanh 6
  7. Đo lường và điều khiển bằng máy tính 4. Thực Hành .................................................................................................. 87 III. Lập trình giao tiếp cổng song song. .......................................................... 87 1. Sơ đồ giao tiếp cổng song song ................................................................... 87 2. IC 89c051 giao tiếp &4HC299 ................................................................... 88 3. Ghép nối 2 máy tính .................................................................................... 89 IV. Lập trình điều khiển thiết bị dùng chuẩn Modbus .................................... 90 1. MODBUS RTU có một chủ, như PLC, PC, DCS và 247 thiết bị tớ được kết nối trong cấu hình multi-drop. ................................................................................ 90 2. Nguyên tắc hoạt động của MODBUS RTU ................................................... 91 3. Sơ đồ kết nối chuẩn MODBUS ..................................................................... 92 V. Lập trình điều khiển thiết bị dùng chuẩn Ethernet ....................................... 93 1. Hệ thống điều khiển .................................................................................... 93 2. Mạng truyền thông công nghiệp .................................................................. 94 3. Giao thức truyền thông................................................................................ 94 4. Mạng truyền thông Ethernet ........................................................................ 95 5. Các bước thiết lập điều khiển ...................................................................... 96 6. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) ................................ 98 1/ Sơ đồ khối hệ thống ...................................................................................... 99 2/ Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển các thiết bị của hệ thống trạm trộn điều khiển bằng PLC................................................................................................. 99 3/ Cấu trúc PLC CP1E-N30DR-A ................................................................... 100 4/ Biến tần 3G3JX ........................................................................................... 101 5/ Ethernet Option Board CP1W-CIF41 .......................................................... 101 6/ Cảm biến mức ............................................................................................. 101 7/ Cảm biến quang .......................................................................................... 101 8/ Giao tiếp truyền thông (Communications)................................................... 101 9/Giao tiếp truyền thông PLC Omron.............................................................. 101 7. Thực hành viết chương trình điều khiển ứng dụng .................................... 101 Nguyễn Trường Sanh 7
  8. Đo lường và điều khiển bằng máy tính CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên Môn học: ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH Mã số môn học: MH26 Thời gian môn học: 75h (Lý thuyết: 30h; Thực hành: 36h; kiểm tra: 9h) I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔN HỌC: Trước khi học Môn học này cần hoàn thành các Môn học cơ sở, đặc biệt là các môn học: Cảm biến và chuyển năng. II. MỤC TIÊU MÔN HỌC : 1. Kiến thức: Module nhằm trang bị cho người học các kiến thức cơ bản sau: - Hiểu đặc điểm và cách sử dụng các chuẩn giao tiếp của máy tính. - Phương pháp thiết kế hệ thống nhúng có khả năng thu thập số liệu từ cảm biến, điều khiển các thiết bị ngoại vi và giao tiếp với máy tính thông qua các cổng giao tiếp. - Cung cấp kiến thức lập trình điều khiển trên Windows với Visual Basic. - Lập trình truyền thông theo chuẩn Modbus, Ethernet. 2. Kỹ năng: - Module giúp người học có cơ hội rèn luyện và phát triển các kỹ năng sau: - Kỹ năng phân tích, lựa chọn các cổng kết nối trên máy tính. - Kỹ năng thiết kế các hệ thống nhúng giao tiếp với máy tính. - Kỹ năng lập trình giao tiếp và điều khiển trên Windows. - Có khả năng làm việc nhóm, phân tích, đánh giá, lựa chọn giải pháp phù hợp để giải quyết một vấn đề thực tế. - Có khả năng tổng hợp, tìm kiếm thông tin, lập kế hoạch, báo cáo công việc, thuyết trình kết quả đã thực hiện. 3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Sinh viên cần có thái độ tích cực tham gia vào các hoạt động trên lớp, chủ động chuẩn bị bài và làm bài tập ở nhà. - Có tinh thần trách nhiệm trong làm việc nhóm, hòa nhã, tích cực trong công việc được giao. Nguyễn Trường Sanh 8
  9. Đo lường và điều khiển bằng máy tính III. NỘI DUNG MÔN HỌC 1. Nội dung tổng quát và phân bố thời gian : Thời gian Số Tên các bài trong Môn học Tổng Lý Thực Kiểm TT số thuyết hành tra* 1 Chương 1: Khái niệm chung 1 1 2 Chương 2: Cảm biến và chuyển đổi 3 3 Chương 3 : Giao tiếp qua cổng song 3 8 2 4 2 song Chương 4: Giao tiếp qua cổng nối 4 8 4 4 tiếp 5 Chương 5: Giao tiếp qua cổng USB 8 4 4 Chương 6: Thiết kế hệ thống nhúng 20 4 12 4 giao tiếp máy tính 6 Chương 7: Lâp trình giao tiếp và 27 12 12 3 điều khiển trên PC Cộng: 75 30 36 9 *Ghi chú: Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành và được tính vào giờ thực hành. 2. Nội dung chi tiết: 2. Nội dung chi tiết: Chương 1: Khái niệm chung Mục tiêu của bài: - Phát biểu các khái niệm về máy tính trong điều khiển. Nội dung của bài: Thời gian: 1.0h (LT: 1.0h; TH: 0.0h) 1. Máy tính trong điều khiển. Thời gian:0.5h 2. Điều khiển phân cấp và tích hợp hệ thống Thời gian:0.5h Chương 2: Cảm biến và chuyển đổi Mục tiêu của bài: - Xác định nhiệm vụ và chức năng của cảm biến; - Trình bày được nguyên lý hoạt của một số cảm biến công nghiệp; - Nhận biết và sử dụng được một số cảm biến trong công nghiệp. Nội dung của bài: Thời gian: 3.0h (LT: 3.0h; TH: 0.0h) 1. Nguyên lý các mạch đo và chuyển đổi Thời gian:1.0h 2. Giới thiệu các loại cảm biến thông dụng Thời gian:1.0h 3. Cảm biến công nghiệp Thời gian:1.0h Chương 3: Giao tiếp qua cổng song song (LPT) Mục tiêu của bài: - Trình bày được nhiệm vụ và chức năng của cổng LPT; Nguyễn Trường Sanh 9
  10. Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Trình bày được phương thức truyền dữ liệu qua cổng LPT; - Thực hiện được việc truyền dữ liệu qua cổng LPT. Nội dung của bài: Thời gian: 8.0h (LT: 2h; TH: 4.0h; KT: 2.0h) 1. Giới thiệu chung Thời gian: 0.5h 2. Cổng song song SSP. Thời gian:0. 5h 3. Cổng song song EPP Thời gian: 0.5h 4. Cổng song song ECP Thời gian: 0.5h 5. Ghép nối 2 máy tính Thời gian: 4h Kiểm tra Thời gian: 2.0h Chương 4: Giao tiếp qua cổng nối tiếp (RS232) Mục tiêu của bài: - Trình bày được nhiệm vụ và chức năng của cổng RS232; - Trình bày được phương thức truyền dữ liệu qua cổng RS232; - Thực hiện được việc truyền dữ liệu qua cổng RS232. Nội dung của bài: Thời gian: 8h (LT: 4.0h; TH: 4.0h) 1. Cấu trúc cổng COM Thời gian: 1.0h 2. Mạch chuyển mức Thời gian: 1.0h 3. Mạch giao tiếp cổng COM Thời gian: 1.0h 4. Mạng RS485 Thời gian: 1.0h 5. Thực hành giao tiếp qua cổng nối tiếp Thời gian: 4.0h Chương 5: Giao tiếp qua cổng USB Mục tiêu của bài: - Trình bày được nhiệm vụ và chức năng của cổng USB; - Trình bày được phương thức truyền dữ liệu qua cổng USB; - Thực hiện được việc truyền dữ liệu qua cổng USB. Nội dung của bài: Thời gian: 8.0h (LT: 4.0h; TH: 4.0h) 1. Cấu trúc cổng USB. Thời gian: 2.0h 2. Các mạch tích hợp chuyển đổi. Thời gian: 2.0h 3. Các ứng dụng. Thời gian: 4.0h Chương 6: Thiết kế hệ thống nhúng giao tiếp máy tính Mục tiêu của bài: - Trình bày được cấu trúc cơ bản của hệ thống nhúng; - Biết được các thành phần của một hệ thống nhúng cơ bản; - Thực hiện kết nối được một hệ thống nhúng cơ bản. Nội dung của bài: Thời gian: 20h (LT: 4.0h; TH: 12.0h;KT: 4.0h) 1. Giới thiệu chung. Thời gian: 2.0h 2. Hệ thống thu thập, đo đạc số liệu từ cảm biến. Thời gian: 6.0h 3. Hệ thống điều khiển các thiết bị ngoại vi. Thời gian: 8.0h Kiểm tra Thời gian: 4.0h Chương 7: Lập trình giao tiếp với vi điều khiển trên PC Mục tiêu của bài: - Trình bày được cấu trúc cơ bản về Visual Basic trong lập trình giao tiếp; - Viết được giao diện cơ bản cho lập trình vi điều khiển trên PC; - Thực hiện kết nối được một hệ thống vi điều khiển với PC. Nguyễn Trường Sanh 10
  11. Đo lường và điều khiển bằng máy tính Nội dung của bài: Thời gian: 20h (LT: 4.0h; TH: 12.0h;KT: 4.0h) 1. Giới thiệu về Visual Basic. Thời gian: 2.0h 2. Lập trình giao tiếp cổng COM. Thời gian: 6.0h 3. Lập trình giao tiếp cổng song song. Thời gian: 8.0h 4. Lập trình điều khiển thiết bị dùng chuẩn Modbus Thời gian: 4.0h 5. Lập trình điều khiển thiết bị dùng chuẩn Ethernet Thời gian: 4.0h Kiểm tra Thời gian: 3.0h Nguyễn Trường Sanh 11
  12. Đo lường và điều khiển bằng máy tính CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM CHUNG Mục tiêu của bài: - Phát biểu các khái niệm về máy tính trong điều khiển. Nội dung của bài: Thời gian: 1.0h (LT: 1.0h; TH: 0.0h) I. Máy tính trong điều khiển. Ngày nay việc xử dụng máy tính nói riêng và vi xử lý nói chung trong các dây và vi xử lý nói chung trong các dây chuyền sản xuất hiện đại đã là yêu cầu bắt chuyền sản xuất hiện đại đã là yêu cầu bắt buộc để tăng năng suất và chất lượng sản buộc để tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. Trong các sản phẩm dân dụng, việc phẩm. Trong các sản phẩm dân dụng, việc sử dụng vi xử lý góp phần tăng tính thông sử dụng vi xử lý góp phần tăng tính thông minh của sản phẩm và tạo tiện lợi cho minh của sản phẩm và tạo tiện lợi cho người sử dụng. Vi xử lý được sử dụng trong điều khiển và đo Vi xử lý được sử dụng trong điều khiển và đo lường dưới các dạng sau: lường dưới các dạng sau: - Máy tính điều khiển Máy tính điều khiển - Vi xử lý điều khiển nhúng Vi xử lý điều khiển nhúng (embedded (embedded microprocessor, embedded micro-controller) microprocessor, embedded micro- controller) - Bộ điều khiển logic lập trình được (PLC) Bộ điều khiển logic lập trình được (PLC) - Cả ba dạng đều được thiết kế dựa trên cơ sở Cả ba dạng đều được thiết kế dựa trên cơ sở hoạt động của vi xử lý với chức năng xử lý hoạt động của vi xử lý với chức năng xử lý thông tin thông. Hình 1. Máy tính điều khiển 1. Cấu trúc tổng quát của hệ thống điều khiển quá trình Cấu trúc tổng quát của hệ thống điều khiển quá trình gồm các phần sau: gồm các phần sau: - Bộ xử lý trung tâm Bộ xử lý trung tâm - Các kênh truyền thông liên lạc giữa người - máy Các kênh truyền thông liên lạc Nguyễn Trường Sanh 12
  13. Đo lường và điều khiển bằng máy tính giữa người - máy tính tính (HMI) (HMI) và giữa máy tính –máy tính . và giữa máy tính –máy tính . - Các thiết bị ghép nối và chuyển đổi tương tự - số Các thiết bị ghép nối và chuyển đổi tương tự - số (ADC), chuyển đổi số - tương tự (DAC). (ADC), chuyển đổi số - tương tự (DAC). - Thiết bị đo lường (cảm biến) Thiết bị đo lường (cảm biến) - Cơ cấu chấp hành (relay, động cơ, van khí và thủy Cơ cấu chấp hành (relay, động cơ, van khí và thủy lực, xy lanh thủy khí…) Khi dùng máy tính để đo lường – điều Khi dùng máy tính để đo lường – điều khiển ta phải giải quyết vấn đề là xuất khiển ta phải giải quyết vấn đề là xuất một dữ liệu 8 bit ra một thanh ghi hay đọc một dữ liệu 8 bit ra một thanh ghi hay đọc dữ liệu 8 bit từ thanh ghi vào một biến. dữ liệu 8 bit từ thanh ghi vào một biến. 2. Hệ điều khiển nhúng Vấn đề này được giải quyết dễ dàng bằng Vấn đề này được giải quyết dễ dàng bằng các ngôn ngữ lập trình như hợp ngữ, các ngôn ngữ lập trình như hợp ngữ, Pascal, C, Visual C, Delphi Hệ điều khiển nhúng là hệ thống mà Hệ điều khiển nhúng là hệ thống mà máy tính được nhúng vào vòng điều máy tính được nhúng vào vòng điều khiển của sản phẩm nhằm điều khiển khiển của sản phẩm nhằm điều khiển một đối tượng, điều khiển một qúa một đối tượng, điều khiển một qúa trình công nghệ đáp ứng các yêu cầu trình công nghệ đáp ứng các yêu cầu đặt ra. Hệ thống điều khiển nhúng lấy thông tin từ các cảm biến, xử lý thông tin từ các cảm biến, xử lý tính toán các thuật điều khiển và tính toán các thuật điều khiển và phát tín hiệu điều khiển cho các phát tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu chấp hành. Hình 2. Hệ thống điều khiển nhúng . Nguyễn Trường Sanh 13
  14. Đo lường và điều khiển bằng máy tính II. HMI (Human Machine Interface) HMI là từ viết tắt của Human-MachineInterface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa Interface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành thiết kế với máy móc thiết người điều hành thiết kế với máy móc thiết bị. Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao diện” với một máy móc mà con người “giao diện” với một máy móc thì đó là một HMI. Hình 3. HMI Khi các quá trình ở sàn nhà máy được tự động hóa nhiều hơn, người điều khiển cần động hóa nhiều hơn, người điều khiển cần có thêm nhiều thông tin về quá trình, và yêu có thêm nhiều thông tin về quá trình, và yêu cầu về hiển thị và điều khiển nội bộ trở nên cầu về hiển thị và điều khiển nội bộ trở nên phức tạp hơn. Một trong những đặc điểm tiến bộ trong lĩnh vực này là hiển thị dạng tiến bộ trong lĩnh vực này là hiển thị dạng cảm ứng. Điều này giúp cho người điều khiển chỉ cần đơn giản ấn từng phần của hiển thị có một đơn giản ấn từng phần của hiển thị có một “nút ảo” trên thiết bị để thực hiện hoạt động “nút ảo” trên thiết bị để thực hiện hoạt động hay nhận hiển thị. Nó cũng loại bỏ yêu cầu hay nhận hiển thị. Nó cũng loại bỏ yêu cầu có bàn phím, chuột và gậy điều khiển, có bàn phím, chuột và gậy điều khiển, ngoại trừ công tác lập trình phức tạp ít gặp ngoại trừ công tác lập trình phức tạp ít gặp có thể được thực hiện trong quá trình rửa có thể được thực hiện trong quá trình rửa trôi. Một ưu điểm khác nữa là hiển thị dạng tinh thể lỏng. Nó chiếm ít không gian hơn, thể lỏng. Nó chiếm ít không gian hơn, mỏng hơn hiển thị dạng CRT, và do đó có mỏng hơn hiển thị dạng CRT, và do đó có thể được sử dụng trong những không gian thể được sử dụng trong những không gian nhỏ hơn. Người điều khiển làm việc trong không người điều khiển làm việc trong không gian rất hạn chế tại sản nhà máy. Đôi khi gian rất hạn chế tại sản nhà máy. Đôi khi không có chỗ cho họ, các công cụ, phụ tùng không có chỗ cho họ, các công cụ, phụ tùng và HMI cỡ lớn nên họ cần có HMI có thể di và HMI cỡ lớn nên họ cần có HMI có thể di chuyển được. Nguyễn Trường Sanh 14
  15. Đo lường và điều khiển bằng máy tính ADC – DAC (analog digital converter- digital analog converter) (analog digital converter- digital analog converter) Kỹ thuật tương tự (analog techique) Kỹ thuật tương tự (analog techique) Khi ta nói trước micro thì lực của không khí tác động vào micro cũng thay đổi. Ở khí tác động vào micro cũng thay đổi. Ở đây, micro đóng vai trò như màng nhỉ. Khi đây, micro đóng vai trò như màng nhỉ. Khi đó điện áp ở 2 đầu micro sẽ thay đổi theo đó điện áp ở 2 đầu micro sẽ thay đổi theo lực của không khí. Sự thay đổi của điện áp lực của không khí. Sự thay đổi của điện áp này sẽ tương tự với sự rung động của màng này sẽ tương tự với sự rung động của màng nhỉ Bởi vậy, người ta gọi đây là kỹ thuật tương tự( Analog). Rõ ràng, bất kỳ sự thay đổi tự( Analog). Rõ ràng, bất kỳ sự thay đổi nào của điện áp này điều có ý nghĩa. Nhiễu nào của điện áp này điều có ý nghĩa. Nhiễu sẽ làm cho biên độ tín hiệu thay đổi. Đây sẽ làm cho biên độ tín hiệu thay đổi. Đây chính là nguồn gốc nhược điểm của kỹ chính là nguồn gốc nhược điểm của kỹ thuật tương tự. Nó rất dễ bị nhiễu xâm thuật tương tự. Nó rất dễ bị nhiễu xâm nhập. Hình 4. Tín hiệu tương tự III. Kỹ thuật số (Digital techique) Hệ số là tập hợp những chữ số mà ta dùng để hệ số là tập hợp những chữ số mà ta dùng để đếm. Hệ 10 Hệ 10 : 0 1 2 4 5 6 7 8 9 .. 1. Hệ nhị phân Hệ nhị phân: chỉ gồm 2 chữ số: 0 1 - Chữ số của hệ nhị phân được người ta gọi là bit - Chữ số của hệ nhị phân được người ta gọi là bit. 2. Tín hiệu tương tự và tín hiệu số: Nguyễn Trường Sanh 15
  16. Đo lường và điều khiển bằng máy tính Hình 5. Tín hiệu tương tự và tín hiệu số Ta thấy tín hiệu tương tự là: 1 miền liên tục Trên hình, có chỗ điện áp là 4V nhưng vẫn là mức 1. Nhiễu chỉ có thể tăng/giảm biên là mức 1. Lấy mẫu: (SAMPLING) (SAMPLING) : T1, T2... là các lần lấy mẫu. T1, T2... là các lần lấy mẫu. t1, t2... là thời gian . Hình 6. Lấy mẫu. Lấy mẫu là giai đoạn đầu của quá trình Số lần lấy mẫu trong 1 giây gọi là tần số lấy Số lần lấy mẫu trong 1 giây gọi là tần số lấy mẫu Sampling rate ADC – DAC, ADC – DAC (analog digital converter- digital analog converter) Số các mức gọi là độ rộng của mẫu Số các mức gọi là độ rộng của mẫu (Resolution), ví dụ: độ rộng là 16 mức => dùng 4 bit nhị phân để lưu trữ. dùng 4 bit nhị phân để lưu trữ. Tốc độ lấy mẫu = tần-số-lấy-mẫu x độTốc độ lấy mẫu Tiếng Anh gọi là sampling rate sampling rate vd: 22khz x 8 bit = 176kb/s Giải mã Nguyễn Trường Sanh 16
  17. Đo lường và điều khiển bằng máy tính Hình7. Giãi mã. Sau khi giải mã thì ta thu được 1 đường gấp Sau khi giải mã thì ta thu được 1 đường gấp khúc trong khi đường gốc là 1 đường cong. khúc trong khi đường gốc là 1 đường cong. Cũng dễ thấy, nếu ta càng tăng tần số lấy Cũng dễ thấy, nếu ta càng tăng tần số lấy mẫu, tăng độ rộng mẫu thì đường giải mã mẫu, tăng độ rộng mẫu thì đường giải mã sẽ càng mịn và càng giống đường gốc. Nyquyst đã nghiên cứu và nói là tần số lấy Nyquyst đã nghiên cứu và nói là tần số lấy mẫu lớn hơn 2 lần băng thông thì kết quả mẫu lớn hơn 2 lần băng thông thì kết quả thu được là gần trung thực Ví dụ: tai người nghe 0-20Khz, băng thông = 20khz-0hz = 20khz, vậy thì tần số lấy = 20khz-0hz = 20khz, vậy thì tần số lấy mẫu ít nhất phải là 2x 20khz =40khz IV. Điều khiển phân cấp và tích hợp hệ thống 1. Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng máy tính Tùy theo độ phức tạp của đối điều khiển ta có thể sử dụng một công cụ máy tính hoặc là hệ thống nhiều máy tính ghép với nhau theo mạng phân bố và phân cấp. Việc giao tiếp giữa các máy tính thường là giao tiếp tuần tự không đồng bộ. Giao tiếp người-máy thực hiện qua bàn phím (keyboard, touch panel), màn hình (CRT, LCD) hay kênh âm thanh. Tín hiệu đo lường điều khiển có 2 dạng: nhị phân (on/off) và tương tự. Đối với những tín hiệu tượng tự từ cảm biến, cần sử dụng các bộ chuyển đổi ra dạng điện áp hay dòng rồi chuyển từ tương tự sang số (ADC). Nguyễn Trường Sanh 17
  18. Đo lường và điều khiển bằng máy tính Hình 8. Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng máy tính Tín hiệu điều khiển dạng số cần chuyển sang tương tự (DAC). Tùy theo loại cơ cấu chấp hành ta cần các bộ khuếch đại công suất phù hợp (KĐCS lớp B, điều rộng xung, điều khiển pha, biến tần, khóa bán dẫn, role). Do bản chất làm việc của máy tính là tuần tự nên máy tính chỉ giao tiếp với bên ngoài theo những khoảng thời gian rời rạc vì vậy hệ thống điều khiển dùng máy tính là hệ thống điều khiển rời rạc và các vấn đề phát sinh như thời gian lấy mẫu, thời gian trễ do tính toán xử lý, sai số do lượng tử vì độ phân giải có hạn của chuyển đổi A/D và D/A cần phải được xét đến. Do tính chất đa dạng của các thiết bị về chủng loại và nhãn hiệu vấn đề ghép nối các thiết bị nói trên (tích hợp hệ thống- system intergrator) đòi hỏi phải có tiêu chuẩn chung về cơ (kích thước ), điện (điện áp, dòng, cáp nối), truyền thông. Hệ thống sản xuất phức tạp thƣờng cấu trúc theo mạng, thấp nhất là mạng PLC gồm nhiều PLC kết nối qua mạng MPI, Profibus. trong mạng có máy tính hay màn hình HMI. Cấp cao hơn là mạng PLC+ máy tính SCADA(Supervisor Control and Data Acquisition), máy tính làm nhiệm vụ chẩn đoán hỏng hóc, hiển thị, thay đổi thông số hoạt động của hệ thống, lưu trữ và ttường trình, có thể có nhiều máy tính kết nối theo mạng LAN. Nguyễn Trường Sanh 18
  19. Đo lường và điều khiển bằng máy tính Hình 9. Điều khiển phân cấp xí nghiệp. Một dạng phân cấp khác là hệ thống điều khiển phân bố DCS(Distributed Control System), trong mạng có máy tính giám sát, máy tính điều khiển quá trình, PLC, RTU(Remote Terminal Unit), FCU(Field Control Unit) hoạt động dưới một chương trình bảo đảm năng suất, chất lượng sản phẩm, tránh ngừng dây chuyền sản xuất. Hình 10. Cấu trúc phân cấp máy CNC Nguyễn Trường Sanh 19
  20. Đo lường và điều khiển bằng máy tính 2. Hệ thống điều khiển vòng hở (Hệ thống không hồi tiếp) Thành phần của hệ thống điều khiển vòng hở thường được chia làm hai phần: bộ điều khiển và quá trình bị điều khiển (còn gọi là đối tượng điều khiển). Hình 11. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển (HTĐK) vòng hở. Trong đó : r(t) là tín hiệu vào, c(t) là tín hiệu ra, u(t) là tín hiệu điều khiển 3. Hệ thống điều khiển vòng kín Hình 12. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển (HTĐK) vòng kín. Trong đó: r(t) là tín hiệu vào; c(t) là tín hiệu ra; c*(t) là tín hiệu hồi tiếp và u(t) là tín hiệu điều. 4. Hệ thống điều khiển số: Hệ thống điều khiển bằng máy tính chứa cả tín hiệu liên tục và tín hiệu lấy mẫu hay rời rạc theo thời gian. Những hệ thống như vậy về truyền thống được họi là hệ thống lấy mẫu dữ liệu. Hệ thống điều khiển bằng máy tính (Computer-controlled system) còn được gọi là hệ thống lấy mẫu dữ liệu (sampled-data system). Sơ đồ khối hệ như sau Nguyễn Trường Sanh 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
7=>1