www.tinhgiac.com bai giang do luong dieu khien may tinh 1

Nhiệm vụ của các nhà tích hợp là kết hợp các khối phần cứng này thành một hệ thống hồn chỉnh Các thành phần cơ bản của một hệ DAQ là : Cảm biến và các bộ chuyển đổi Dây nối và truyền t

Trang 1

MÁY TÍNH TRONG ĐiỀU KHIỂN

QUÁ TRÌNH

Chöông 1 Khái niệm chung Khái niệm chung

Hoạt động của máy tính số

Hệ thống

Cấu trúc hệ thống điều

khiển bằng máy tính

MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC

Tổng quan về hệ thu thập

dữ liệu và điều khiển

CHƯƠNG 2

Nội dung

2.1 Giới thiệu về hệ DAQ

2.2 Cấu hình cơ bản của hệ DAQ

Trang 2

2.1 GIỚI THIỆU

Định nghĩa: thu thập dữ liệu (data acquisition)

là quá trình mà tín hiệu vật lý từ thế giới thực

được chuyển thành tín hiệu điện để đo lường

và chuyển sang tín hiệu số cho quá trình xử

lý, phân tích và lưu trữ bằng máy tính

Trong hầu hết các ứng dụng, hệ thu thập dữ

liệu (Data Acquisition (DAQ)System) được

thiết kế khơng những chỉ để thu thập dữ liệu

mà cịn cả chức năng điều khiển Vì vậy khi

nĩi hệ DAQ thường hàm ý cả chức năng điều

khiển (Data Acquisition and Control)

Các thành phần cơ bản của hệ DAQ

Một hệ DAQ được xây dựng trên cơ sở sức mạnh của

máy tính bao gồm nhiều khối phần cứng từ các nhà

sản xuất khác nhau Nhiệm vụ của các nhà tích

hợp là kết hợp các khối phần cứng này thành một

hệ thống hồn chỉnh

Các thành phần cơ bản của một hệ DAQ là :

Cảm biến và các bộ chuyển đổi

Dây nối và truyền thơng

Khối xử lý tín hiệu

Phần cứng thu thập dữ liệu

PC (hệ điều hành)

Phần mềm thu thập dữ liệu

2.1 GIỚI THIỆU (Cont’)

Chức năng từng khối:

Chuyển đổi và cảm biến

Bộ chuyển đổi và cảm biến cung cấp một kết nối (thực) giữa thế giới thực và hệ DAQ nhờ vào việc chuyển đổi các đại lượng vật lý sang tín hiệu điện mà bộ xử lý tín hiệu và/hoặc hệ DAQ chấp nhận

Các bộ chuyển đổi hiện tại cĩ thể sử dụng cho hầu hết các phép đo vật lý và cung cấp tín hiệu điện tương ứng

Ví dụ: cặp nhiệt, nhiệt điện trở và IC nhiệt chuyển đổi nhiệt độ sang một tín hiệu điện analog, trong khi bộ đo lưu lượng (flow meter) cung cấp một tín hiệu chuỗi xung

cĩ tần số phụ thuộc vào tốc độ của dịng chảy

Trong mỗi trường hợp trên, tín hiệu điện đầu ra tỉ lệ với đại lượng vật lý được đo lường theo quan hệ định trước 2.1 GIỚI THIỆU (Cont’)

Dây nối và cáp truyền thơng:

Dây nối: Liên kết ngõ ra của chuyển đổi/cảm biến đến phần cứng khối xử lý tín hiệu hoặc từ khối xử lý tín hiệu đến PC nếu khối xử lý tín hiệu cách xa PC

Trường hợp phần cứng khối xử lý tín hiệu cách xa PC

và chuẩn truyền tín hiệu là RS-232 hoặc RS-485 : cáp truyền thơng

Đây thường là thành phần cồng kềnh nhất của hệ thống và thường dễ chịu tác động của nhiễu bên ngồi đặc biệt trong mơi trường khắc nghiệt vì vậy cần quan tâm đặc biệt đến vấn đề chống nhiễu cho dây nối và cáp truyền thơng để giảm thiểuảnh hưởng của nhiễu

2.1 GIỚI THIỆU (Cont’)

Chức năng từng khối: (cont’)

Khối xử lý tín hiệu:

Tín hiệu điện đầu ra của cảm biến cần được chuyển sang dạng thích hợp, được chấp nhận bởi phần cứng khối thu thập dữ liệu, đặc biệt là

bộ chuyển đổi A/D

Các nhiệm vụ của khối này cĩ thể là:

Lọc

Khuyếch đại

Tuyến tính hĩa

Cách ly

Kích thích

Trang 3

Phần cứng thu thập dữ liệu:

Chuyển tín hiệu dạng tương tự sang dạng số

để hiển thị, lưu trữ và phân tích

Đọc vào tín hiệu số chứa đựng thông tin về

quá trình của một hệ thống

Chuyển tín hiệu số từ PC sang tín hiệu điều

khiển để điều khiển một hệ thống hay quá

trình

Xuất ra tín hiệu điều khiển dạng số

Phần cứng thu thập dữ liệu (cont’):

Phần cứng thu thập dữ liệu tồn tại dưới nhiều

hình thức khác nhau từ nhiều nhà sản suất, có

thể là: card giao tiếp mở rộng (plug-in expansion

bus boards), intelligent stand-alone loggers and

controllers (loại này có thể được định cấu hình,

quan sát và điều khiển từ máy tính qua RS-232

hoặc có thể hoạt động độc lập), hoặc các thiết bi

độc lập từ xa có thể điều khiển và định cấu hình

từ máy tính qua chuẩn giao tiếp IEEE-488

Phần mềm thu thập dữ liệu: có ba lựa chọn

Đọc và xuất dữ liệu trực tiếp dùng: assembly,

hoặc các ngôn ngữ cấp cao như Pascal,

C/C++…

Dùng driver đi kèm với phần cứng cung cấp bởi

nhà sản xuất

Dùng gói phần mềm ứng dụng cung cấp kèm với

phần cứng thu thập dữ liệu để thực hiện tất cả

các nhiệm vụ yêu cầu cho một ứng dụng cụ thể

PC: ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ thu thập và xử lý

dữ liệu

2.2 Điều khiển phân cấp và tích hợp hệ thống

Việc lựa chọn cấu hình cho hệ DAQ phụ thuộc vào:

Khoảng cách từ PC đến các sensor hoặc thiết bị đo lường

lường Đây là một yếu tố quan trọng vì 2 lý do chính: Thứ nhất, nếu phải dùng dây dài từ PC đến cảm biến có thể tốn nhiều kinh phí đặc biệt trong các hệ thống lớn Thứ hai, cứ mỗi đơn vị chiều dài của dây nối được tăng thêm cũng đồng thời tăng nhiễu tác động lên phép đo Gắn hệ

PC gần nguồn tín hiệu có thể giảm nhiễu do khoảng cách truyền

Khả năng di động (có thể di chuyển) của hệ thốngKhả năng di động (có thể di chuyển) của hệ thống Một

số hệ thống yêu cầu phải di chuyển nhiều vị trí khác nhau Các thiết bị dễ mang theo này được cung cấp ở dạng đóng gói gọn nhẹ thích hợp yêu cầu di chuyển

Việc lựa chọn cấu hình hệ DAQ (cnt’)

Số lượng các kênh I/OSố lượng các kênh I/O Việc chọn cấu hình DAQ cần dựa vào số lường I/O sẽ cần sử dụng Hầu hết các PC hiện nay chỉ có một vài khe I/O tuy nhiên vẫn có các PC đặc biệt với số lượng I/O mở rộng nhiều

Sự lỗi thời của PCSự lỗi thời của PC Vì công nghệ về PC thay đổi rất nhanh nên cần chú ý khả năng thay thế phần cứng PC của hệ, nên cân nhắc giữa hệ DAQ có dùng PC hoặc các external box

Máy tính chủ.Máy tính chủ Cần chú ý các đặc điểm về giao tiếp và mở rộng của máy tính trung tâm để chọn cấu hình DAQ thích hợp

Giá cả

Tốc độ

Cấu hình của hệ DAQ

2.3 Cấu hình của hệ DAQ

Các cấu hình thông dụng của hệ DAQ:

Vào/ra tại chỗ (tập trung) với PC

Vào/ra phân tán

Các bộ thu thập dữ liệu và điều khiển độc lập hoặc phân tán

Các thiết bị theo chuẩn IEEE-488

Trang 4

Vào/ra tập trung

Các mạch vào/ra tập trung được cắm trực tiếp vào

máy tính qua các bus mở rộng

Đặc điểm: nhỏ gọn, tốc độ thu thập dữ liệu và điều

khiển nhanh nhất, chi phí thấp vì vậy thường được

dùng

Thường được sử dụng trong các ứng dụng mà PC ở

gần cảm biến và cơ cấu chấp hành

Vào/ra tập trung (cont’)

Sơ đồ vào/ra tập trung:

PD2 AOPD2AOAO 16/16 ( Card PCI cĩ 16 kênh, 16bit và tốc 16/16 ( Card PCI cĩ 16 kênh, 16bit và tốc

độ 100kS/s cho mỗi kênh ra tương tự

Dùng cho khe cắm PCI

16 kênh ra analog với độ phân giải 16bit

8 ngõ vào số, 8 ngõ ra số

Ba ngõ vào ngắt/clock, 3 bộ timer/counter 24 bit

Dạng sĩng độc lập ở mỗi kênh

Cập nhật đồng thời các kênh, chức năng cập nhật theo

sự kiện bên ngồi

2k bộ nhớ đệm onboard (upgradable to 64k samples)

Vào/ra phân tán

Sensor và cơ cấu chấp hành thường ở xa PC, thường trong mơi trường sản xuất CN, cảm biến và

cơ cấu chấp hành ở trong mơi trường khắc nghiệt

và bao phủ trong một diện tích rộng cách xa PC hàng trăm mét

Trong mơi trường cĩ nhiễu, khĩ cĩ thể nhận được tín hiệu nhỏ từ các cảm biến như cặp nhiệt, strain gauge qua đường truyền dài

Dây nối từ sensor về PC dài và cĩ thể tốn kém Giải pháp: Vào/ra phân tán, nghĩa là module xử lý tín hiệu được đặt gần mỗi sensor tương ứng Mỗi sensor cần cĩ một module xử lý tín hiệu

Giải pháp này cĩ thể tốn kém nếu cĩ nhiều sensors nhưng được bù đắp bởi chất lượng tín hiệu và độ chính xác

Trang 5

Vào/ra phân tán (cont’)

Dạng thường gặp của vào/ra phân tán là bộ phát số

Bộ phát số này thực hiện tất cả các chức năng xử lý

tín hiệu cần thiết, cĩ VXL và ADC để chuyển tín hiệu

cần đo sang dạng số Tín hiệu dạng số này được

truyền về PC bằng chuẩn RS-232 hoặc RS-485

RS-232 (point to point): cồng kềnh khi cĩ nhiều điểm

RS-485: (multi-drop): giảm lượng cáp truyền, cĩ thể

kết nối đến 32 modules, khoảng cách truyền cĩ thể

lên đến 10km nếu dùng multi-drop network

(RS-232: tối đa 15m)

Thường cần bộ chuyển đổi RS-232 sang RS-485 do

hầu hết các PC khơng hổ trợ chuẩn RS-485

Vào/ra phân tán (cont’)

Sơ đồ khối :

Các bộ thu thập dữ liệu độc lập hoặc phân tán

Ưu điểm: giống ưu điểm của I/O phân tán với các

bộ xử lý tín hiệu thơng minh, đồng thời khả năng tự

quyết định từ xa làm tăng độ tin cậy của hệ thống

Cĩ thể điều khiển và định cấu hình từ máy tính

dùng giao tiếp nối tiếp hoặc card PCMCIA

Cĩ thể họat động độc lập mà khơng cần PC (đây là

mục tiêu chính) vì vậy rất hữu ích khi phải đặt các

bộ thu thập dữ liệu ở xa hoặc trong mơi trường

khắc nghiệt hoặc các ứng dụng khơng cho phép sự

kết nối liên tục tới máy tính ( ex: điều khiển nhiệt độ

trong các xe tải đơng lạnh)

Sử dụng card PCMCIA để nhập dữ liệu từ bộ thu thập dữ liệu độc lập

Sơ đồ bộ thu thập dữ liệu độc lập qua giao tiếp nối tiếp RS-232

Kết nối bộ thu thập dữ liệu độc lập qua mạng điện thoại hay radio

Trang 6

Hệ thu thập dữ liệu phân tán

Các bộ thu thập dữ liệu độc lập hoặc phân tán (cont.)

DI-715B Data Logger products operate Stand-alone or PC-connected

Bộ thu thập dữ liệu độc lập DI-715B của DATAQ

cho phép dữ liệu lưu vào SD card

Bao gồm 8 kênh vào analog cho phép mở rộng 16

module

Các bộ thu thập dữ liệu độc lập hoặc phân tán (cont.)

TRANSMISSION FORMATS• GOES High Data TRANSMISSION FORMATS•

Rate 100/300/1200 bps

•••• GOES International

•••• INSAT/METSAT

•••• METEOSAT 2nd Gen (MSG)

•••• GMS /MTSAT

•••• FY2C

•••• ARGOS/SCD

Các dụng cụ lập trình được IEEE-488

Chuẩn truyền thơng này cịn được gọi là GPIB (General Purpose Interface Bus), được thành lập năm 1965 bởi Hewlett-Packard để kết nối và điều khiển các thiết bị đo thử lập trình được của hãng

Chuẩn này nhanh chĩng được thế giới chấp nhận

và trở thành chuẩn IEEE-488 nhờ tốc độ, tính linh hoạt và hữu ích trong việc kết nối các thiết bị trong phịng thí nghiệm

GPIB là chuẩn giao tiếp truyền thơng song song tốc

độ cao cho phép kết nối đồng thời 15 thiết bị trên bus truyền dữ liệu song song

Trang 7

Thường yêu cầu có bộ điều khiển GPIB để định địa

chỉ cho từng thiết bị và khởi tạo các thiết bị sẽ

truyền thông với nhau

Tốc độ truyền thông tối đa, chiều dài cáp truyền tối

đa, khoảng cách tối đa giữa các thiết bị phụ thuộc

vào tốc độ và khả năng xử lý của bộ điều khiển

GPIB và loại cáp truyền

Phù hợp cho các lab nghiên cứu hoặc đo thử trong

công nghiệp

Có hàng ngàn sản phẩm trên thị trường hỗ trợ

chuẩn giao tiếp này

Caáu truùc heä GPIB thoâng duïng:

Card thu thập dữ liệu hỗ trợ IEEE – 488

được sử dụng trong hệ DAQ

Bộ điều khiển áp suất Druck DPI 515 được

sử dụng trong đo lường và điều khiển áp suất khí nén

Bộ điều khiển có thể cho phép đo lường 2 kênh vào áp suất và có giao diện IEEE-488

để giao tiếp với HostPC

GPIB Description [IEEE488]

GPIB System

Xử lí tín hiệu (Signal conditioning)

Trang 8

Nội dung

2.3.1 Môi trường đo đạc và điều khiển

2.3.2 Các loại cảm biến

2.3.4 Chức năng của khâu xử lý tín hiệu

2.3.5 Các kiểu xử lý tín hiệu

2.3.6 Phân loại khâu xử lý tín hiệu

2.3.7 Chuyển đổi A/D, D/A

Môi trường đo đạc và điều khiển

Field/Control Room

Các loại cảm biến

Tuyến tính hoá đặc tính của cảm biến

Một số loại cảm biến có đặc tính đo lường không tuyến tính

(Ví dụ: Thermocouple loại J có hệ số nhiệt là 22uV/độ C ở

nhiệt độ -200 độ C, nhưng hệ số nhiệt tại 750 độ C lại là

64uV/độ C)

Tuyến tính hóa bằng phần mềm được sử dụng với 2 kỹ thuật

chính sau đây :

Dùng bảng tra : thời gian thực hiện nhanh nhưng cần dung lượng bộ

nhớ lớn

Bù bằng đa thức : các đa thức với bậc được lựa chọn tùy loại cảm biến

Các loại cảm biến (cont’)

Các cảm biến đo nhiệt độ

Thermocouples (TCs)

Cặp nhiệt ngẫu có cấu tạo gồm 2 dây kim loại khác nhau được nối chung (về điện) một đầu và đầu còn lại được kết nối chung (về nhiệt) như được biểu diễn bên dưới

V = VA - VB

Trang 9

Các cảm biến đo nhiệt độ

Resistance Temprature Detectors (RTDs)

Nhiệt điện trở RTDs là loại cảm biến nhiệt thường được

chế tạo bằng kim loại nguyên chất (hoặc pha tạp nhẹ)

mà điện trở của nó tăng khi nhiệt độ tăng (nhiệt điện trở

dương)

Hầu hết RTDs được chế tạo ở dạng vòng dây hoặc các

miếng film kim loại

So với Thermocouple và Thermistors thì RTDs là cảm

biến nhiệt có độ tuyến tính trong dải nhiệt độ rộng hơn

và cho độ chính xác cao hơn

Định dạng
Số trang	9
Dung lượng	811,33 KB