Luận văn Xây dựng hệ thống điều khiển đo và giám sát nhiệt độ dựa trên mô phỏng ứng dụng của phần mềm Win CC

Luận văn Xây dựng hệ thống điều khiển đo và giám sát nhiệt độ dựa trên mô phỏng ứng dụng của phần mềm Win CC Lời Nói Đầu Trong quá trình phát triển đất nước vấn đề công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước được đặt lên hang đầu. Do đó khoa học có một vị trí quan trọng. Những thành tựu của nó đã được ứng dụng vào phục vụ đời sống của con người hang ngày. Và nghành đo lường điều khiển cũng được nâng lên một tầm mới. Bởi trong hệ thống sản xuất nó chính là khâu kiểm tra giám sát, lấy tín hiệu phản hồi, và điều khiển các bộ chấp hành hoạt động. Trong các nhu cầu của chúng ta, điện năng đóng vai trò quan trọng và nó như là một phần không thể thiếu của con người. Nó đóng vai trò chủ đạo và được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực từ nhu cầu cuộc sống tới các lĩnh vực như kinh tế, chính trị, văn hóa… Từ khi con người biết tới điện và sử dụng nó như là một nhu cầu cần thiết của cuộc sống thì càng có nhiều phát minh liên quan đến việc sử dụng điện, cùng với đó các hệ thống sản xuất, dây truyền sản xuất ra đời, các hệ thống thông minh cũng lần lượt ra đời. Điều đó giúp giải quyết các nhu cầu của con người, của cuộc sống. Với sự thay đổi của khí hậu, nhiệt độ cũng thay đổi theo. Để chống lại sự thay đổi đó thì con người đã sử dụng ứng dụng của điện năng vào việc này. Đó chính là phát minh ra hệ thống điều khiển nhiệt độ. Trong bài báo cáo này em sẽ thực hiện việc xây dựng hệ thống điều khiển đo và giám sát nhiệt độ dựa trên mô phỏng ứng dụng của phần mềm Win CC. Và phần mềm S7-200 của hãng siemens. Tổng quan về kiến thức và yêu cầu Các vấn đề cơ bản của kỹ thuật đo lường Khái niệm: Đo lường là một quá trình đánh giá định hướng các đại lượng cần đo để có kết quả bằng số với kỹ thuật đo Kết quả đo lường là giá trị bằng số của đại lượng cần đo A, nó bằng tỷ số giữa đại lượng đo X và đơn vị cần đo X0, đây chính là phương trình cơ bản của phép đo X = A.X0 nó chỉ rõ sự so sánh đại lượng cần đo với mẫu và cho kết quả bằng số Các cách thực hiện phương pháp đo gồm: đo trực tiếp; đo gián tiếp; đo thống kê. Các đại lượng đặc trưng của kỹ thuật đo lường Tín hiệu đo: là tín hiệu mang thong tin về giá trị của đại lượng đo. Nó có thể là tín hiệu liên tục Analog hoặc tín hiệu rời rạc Digital Đại lượng đo: là một thông số xác định quá trình vật lý nào đó như đại lượng điện, đại lượng theo thời gian… Điều kiện đo Các thông tin đo lường bao giờ cũng gắn chặt với môi trường sinh ra đại lượng đo. Khi tiến hành phép đo ta phải tính tới ảnh hưởng của môi trường đến kết quả đo và khi dùng dụng cụ đo không được để ảnh hưởng đến đối tượng đo, cần phải tính đến các điều kiện đo khác nhau để chọn thiết bị đo và tổ chức các phép đo cho tốt nhất Đơn vị đo Là giá trị đơn vị tiêu chuẩn về một đại lượng đo nào đấy được quốc tế quy định mà mỗi quốc gia đều phải tuân theo. Các đơn vị tiêu chuẩn cơ bản là: Chiều dài là mét (m) Khối lượng là kilogram (kg) Thời gian là giây (s) Cường độ dòng điện là ampe (A) Nhiệt độ là Kenvin (K) Cường độ ánh sang là Candela (cd) Số lượng vật chất là mol (mol) Thiết bị đo và các phương pháp đo A, Thiết bị đo Là thiết bị kỹ thuật dùng để gia công tín hiệu mang thông tin đo thành dạng tiện lợi cho người quan sát Để thực hiện phép đo cần có: - Thiết bị tạo mẫu đây là thiết bị đo để khôi phục một đại lượng vật lý nhất định. Thiết bị mẫu phải đạt độ chính xác cao Dụng cụ đo: là thiết bị để gia công các thông tin đo lường và thể hiện kết quả đo dưới dạng con số, đồ thị hoặc bảng sô, tùy theo cách biến đổi tín hiệu và chỉ thị, dụng cụ đo được chia thành dụng cụ đo analog và digital. So sánh: gồm có thiết bị tự động hoặc người điều khiển Biến đổi Kết quả đo trình cơ bản của phép đo, nó chỉ rõ sự so sánh đại lượng cần đo với mẫu và cho kết quả bằng số Các thao tác cơ bản về đo lường: thao tác xác định mẫu và thành lập mẫu; thao tác so sánh ; thao tác biến đổi; thao tác thể hiện kết quả hay chỉ thị B, Các phương pháp đo Đo trực tiếp: là cách đo mà kết quả nhận được trực tiếp từ 1 phép đo duy nhất. - Đo gián tiếp: là cách đo mà kết quả được suy ra từ phép đo, từ sự phối hợp của nhiều phương pháp đo trực tiếp. - Đo thống kê: là phép đo nhiều lần 1 đai lượng nào đó trong cùng một điều kiện và cùng 1 giá. Từ đó dùng phép tính xác xuất để thể hiện kết quả đo có độ chính xác cần thiết. Kết quả đo của Phương pháp biến đổi thẳng: Chỉ thị Mạch đo Chuyển đổi Chuyển đổi: biến đổi giữa hai đại lượng vật lý với nhau, ở đây có thể là chuyển đổi điện – điện, hoặc chuyển đổi không điện – điện. Và có thể ở dạng liên tục hoặc dạng rời rạc. Mạch đo: có thể là mạch cộng; mạch trừ; mạch tích phân; mạch khuếch đại; mạch logic. Chỉ thị: tức là khâu cuối để thể hiện kết quả đo. Ta có thể dùng kim chỉ thị, hoặc chỉ thị số. Chỉ thị Mạch đo Chuyển. đổi X ∆X Chuyển đổi ngược Xk X: là đại lượng đo Xk: là đại lượng chuẩn phản hồi ∆X = X - ∆X So sánh cân bằng: X – X = ∆X = 0 So sánh không cân bằng ∆X ≠ 0 → X = Xk + ∆X Các đại lượng đặc trưng cơ bản Sai số tuyệt đối: ∆ = Xđo – Xthực với Xđo do các dụng cụ đo được; Xthực là giá trị mẫu Sai số tương đối: ᵞ% = ∆Xthực*100% Sai số quy đổi: X% thể hiện cấp chính xác của dụng cụ đo ᵞqđ% = ∆maxXmax*100% Xmax: sai số lớn nhất của thang đo ∆max: sai số tuyệt đối cảu thang đo Độ nhạy S:là độ biến thiên tương đối giữa đại lượng ra và vào. S = ∆Y∆X nếu là tuyến tính S = d ydx nếu là phi tuyến Với x là đại lượng vào; y là đại lượng ra Ngoài ra còn tổng trở vào ra của dụng cụ. Các vấn đề cơ bản của kỹ thuật điều khiển Điều khiển là tác động lên đối tượng để đối tượng làm việc theo một đích nào đó Hệ thống điều khiển: là một tập hợp các thành phần vật lý co liên hệ tác động qua lại với nhau để chỉ huy hoặc hiệu chỉnh bản thân đối tượng hay một hệ thống khác. Xung quanh chúng ta có nhiều hệ thống điều khiển nhưng có thể phân chia thành 3 dạng hệ thống điều khiển cơ bản: Hệ thống điều khiển tự nhiên; hệ thống điều khiển nhân tạo; hệ thống điều khiển tự nhiên và nhân tạo. Trong các hệ thống đó đối tượng điều khiển có thể là hệ thống vật lý, thiết bị kỹ thuật, cơ chế sinh vật, hệ thống kinh tế,quá trình… đối tượng nghiên cứu là các thiết bị kỹ thuật gọi la điều khiển học kỹ thuật. Mỗi hệ thống kỹ thuật, đều chịu tác động của bên ngoài và cho ta các đáp ứng. Tác động vào là đầu vào tác động ra là đầu ra. Hệ thống hoặc các phần tử của hệ thống Các tác động vào Các đáp ứng Phân tích hệ thống Nhằm xác định các đặc tính đầu ra của hệ sau đó đem so sánh với những chỉ tiêu yêu cầu để đánh giá chất lượng điều khiển của hệ thống đó. Muốn phân tích hệ thống điều khiển tự động người ta dùng phương pháp trực tiếp hoặc gián tiếp để giải quyết hai vấn đề cơ bản: Tính ổn định của hệ thống - Chất lượng của quá trình điều khiển-quá trình xác lập trạng thái tĩnh và trạng thái động Để giải quyết vấn đề trên dùng mô hình toán học; các phần tử của hệ thống điều khiển đều được đặc trưng bằng mô hình toán của các phần tử sẽ cho mô hình toán của toàn bộ hệ thống. Ta có thể xác định đặc tính ổn định của hệ thống qua mô hình toán của hệ thống với việc sử dụng lý thuyết ổn định trong toán học. Tổng hợp hệ thống Chính là xác định thông số và cấu trúc của thiết bị điều khiển. Thực ra đây chính là thiết kế hệ thống điều khiển, trong qua trình tổng hợp này thường kèm theo bài toán phân tích Các mô hình diễn tả hệ thống điều khiển được sử dụng phổ biến và thuận tiện như: Hệ thống các phương trình vi phân Sơ đồ khối Graph tín hiệu Hàm truyền đạt Không gian trạng thái Về mặt lý thuyết mỗi hệ thống điều khiển đều có thể diễn tả bằng các phương trình toán. Giải các phương trình này và nghiệp của chúng sẽ diễn tả trạng thái của hệ thống. Tuy nhiên việc giải phương trình thường khó tìm nghiệm, lúc đó cần đặt các giả thuyết để đơn giản hóa nhằm dẫn tới các phương trình vi phân thường-Hệ điều khiển tuyến tính liên tục. Ta dựa vào mô hình toán học để nghiên cứa các tính chất của hệ thống. Phương trình vi phân Các nội dung cơ bản của phương trình vi phân x(t) và y(t) là các biến phụ thuộ còn t là biến độc lập, ta có: Xét phương trình vi phân trên ta có: Nghiệm của phương trình đặc trưng này rất có ý ngĩa khi ta xét đến tính ổn định của hệ thống. Sơ đồ khối Sơ đồ khối được biểu diễn bằng các khối liên kết với nhau để diễn tả mối quan hệ đầu vào và đầu ra của một hệ thống vật lý. Sơ đồ khối thuận tiện để diễn tả mối quan hệ giữa các phần tử của hệ thống điều khiển. Ta có sơ đồ khối: Trong sơ đồ khối có các khối các khâu biểu thị sự tác động của các phần tử, các phần tử tác động, các phần tử chịu sự tác động, các biến số vào, các tín hiệu gây nhiễu, các tín hiệu phản hồi. Vậy để điều khiển một đối tượng nào đó ta có thể điều khiển tự động hoặc điều khiển gián tiếp. Trong thực tế hiện nay người ta thường sử dụng các bộ điều khiển nhiệt độ kiểu tự động. Yêu cầu thiết kế Trong xu thế công nghiệp đang ngày càng hội nhập, đất nước ngày càng phát triển thì việc sử dụng các hệ thống điều khiển tự động là điều tất yếu, nhưng điều đó cũng đồng nghĩa với yêu cầu đặt ra là hệ thống phải đảm bảo các yêu cầu về các chỉ tiêu chất lượng các chỉ tiêu về kỹ thuật. Trong bài báo cáo này em sẽ thực hiện việc thiết kế trên phần mềm Win CC lS7-200 và các ứng dụng của nó. Đề tài ở đây là ứng dụng xây dựng hệ thống điều khiển đo và giám sát nhiệt độ, để cho cụ thể thì em sẽ thực hiện việc thiết kế hệ thống điều khiển đo và giám sát nhiệt độ lò. Việc xây dựng thiết kế mô phỏng sẽ được thực hiện dựa trên phần mềm Wicc. Thiết kế hệ thống sao cho phải hoạt động tốt trong mọi điều kiện, không bị lỗi cho dù có sự tác động của các nhiễu. Hệ thống phải đáp ứng đúng thời gian, kịp thời. Các thiết bị được sử dụng Do hệ thống ở đây bao gồm điều khiển đo và giám sát nhiệt độ, nên ta sẽ tách ra làm 2 phần đó là xây dựng hệ thống điều khiển đo và xây dựng hệ thống giám sát nhiệt độ và sau đó ta ghép nối 2 phần này lại với nhau. Nhưng trước khi xây dựng hệ thống ta cần phải nói qua về các thiết bị chính sẽ được dùng, ưu điểm khi sử dụng hệ thống này. Các thiết bị chủ yếu PLC S7-200 PLC (Programmable Logic Controller ) là bộ điều khiển lập trình, PLC được xếp vào trong họ máy tính, được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại. PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý. Ngoài ra, PLC có tích hợp thêm một số hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối truyền thông… PLC có những ưu điểm: - Có kích thước nhỏ, được thiết kế và tăng bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn, đáng tin cậy. - Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp. - Dễ dàng và nhanh chống thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển. - PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi. - Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém. Một PLC gồm có những phần cơ bản sau: - Bộ nguồn: cung cấp nguồn thiết bị và các module mở rộng được kết nối vào. - CPU: thực hiện chương trình và dữ liệu để điều khiển tự động các tác vụ hoặc quá trình. - Vùng nhớ. - Các ngõ vào/ra: gồm có các ngõ vào/ra số, vào/ra tương tự. Các ngõ vào dùng để quan sát tín hiệu từ bên ngoài đưa vào (cảm biến, công tắc), ngõ ra dùng để điều khiển các thiết bị ngoại vi trong quá trình. - Các cổng/module truyền thông (CP: Communication Professor): dùng để nối CPU với các thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực hiện truyền thông giữa các trạm trong mạng. - Các loại module chức năng (FM: Function Module). Ví dụ các module điều khiển vòng kín, các module thực hiện logic mờ… Cấu trúc bên trong của PLC Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc bên trong của plc S7-200 Nguyên tắc thực hiện chương trình: PLC thực hiện chương trình theo chu trình vòng lặp. Mõi vòng lặp được gọi là vòng quét. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện tư lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc (MEND). Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng phần mềm sau STEP7- Micro/WIN. Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính (main program) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt. Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY Với đề tài này em sử dụng PLC S7-200 CPU 224 AC/DC/RELAY: CPU được cấp nguồn 220VAC. Tích hợp 14 ngõ vào số (mức 1 là 24Vdc, mức 0 là 0Vdc). 10 ngõ ra dạng relay. Hình ảnh về PLC S7-200 của siemens: Mô tả các đèn báo trên S7-200: - SF: Đèn đỏ SF báo hiệu khi PLC có hỏng hóc. - RUN: Đèn xanh sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình nạp ở trong máy. - STOP: Đèn vàng sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ dừng, không thực hiện chương trình hiện có. - Ix.x: chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Ix.x. Đèn sáng tương ứng mức logic là 1. - Qx.x: chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Qx.x. Đèn sáng tương ứng mức logic là 1. Cách đấu nối ngõ vào ra PLC: Hình 2.6: Sơ đồ đấu nối ngõ vào ra của PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY Cảm biển nhiệt độ Ngày nay với trình độ công nghệ kỹ thuật cao đã tao ra được các cảm biến điện trở chia ra làm 3 nhóm: kim loại, bán dẫn và nhiệt điện trở; ưu điểm của cảm biển điện trở là đơn giản, độ nhạy cao, ổn định dài hạn. Cảm biến nhiệt độ điện trở kim loại Nguyên lý làm việc của hệ thống đo nhiệt độ này là dựa trên sự thay đổi điện trở của kim loại làm điện trở khi nhiệt độ môi trường đo thay đổi so với trị số điện trở ở nhiệt độ tiêu chuẩn.Ví dụ về điện trở của dây đồng thay đổi theo nhiệt độ: Với RCu0 là điện trở của dây đồng làm cảm biến ở nhiệt độ t0. Nhiệt độ t0 trong thực tế người ta thường lấy ở 00C, t là nhiệt độ của môi trường đo là hệ số tăng điện trở của đồng trên 10C Các điện trở bằng kim loại thường là các dây tròn, được quấn trên lõi cách điện và được lắp đặt trong ống kim loại bảo vệ và đã bịt kín đầu dưới, hoăc ống gốm bịt kín. Đây là hình ảnh về cảm biến điện trở bạch kim: Điện trở bạch kim sử dụng làm cảm biến 1: tấm mica có đường gen 2: dây platin 3: đầu nối ra 4: đệm mica 5: dây bạc để gắn đệm mica Cảm biến điện trở Silic Silic tinh khiết hoặc đơn tinh thể có hệ số điện trở âm, tuy nhiên khi được kích tạp loại chất n ở một dải nhiệt độ nào đó hệ số điện trở của nó thành dương. Ta có thể tính gần đúng điện trở của cảm biến Silic như sau: ; Với T, T0 tính theo nhiệt độ K. Vì độ nhạy của cảm biến điện trở cao nên thường dùng để phát hiện nhiệt độ biến thiên rất nhỏ từ (10-4-10-3)K Ta có sơ đồ nối cảm biến nhiệt độ điện trở a) b) Trên hình này các điện trở R1, R2, R3 là các điện trở có trị số thay đổi theo điện trở là rất nhỏ; Rt là cảm biến điện trở đặt trong vùng cần đo nhiệt độ. Sơ đồ cầu được cấp điện bởi nguồn điện một chiều E có độ ổn định cao. Giả sử thang chia độ của mV được chia từ 00C thì muốn kim milivon- mV chỉ 00C thì điện thế ở điển 1 và điển 2 trên sơ đồ phải bằng nhau tức là: E.R3 R1+R3 = E.Rto R2+Rto Và U1-2 = E.Rto R2+Rto - E.R3 R1+R3 Nế chọn R1 = R2 và R0 = Rto; với Rto là tri số của cảm biến điện trở ở nhiệt độ 00C . Vậy ta có thể viết: U1-2 =E. Rto- R3R2+Rto = E. Rto- RtoR2+Rto = 0 Khi nhiệt độ khác 00C thì có biểu thức tính điện áp theo điện trở của cảm biến là: U1-2= E. Rto- RtoR2+Rto Khi dẫn tín hiệu đi xa và tránh ảnh hưởng của điện trở dây dẫn theo nhiệt độ tới phép đo, thì ta có thể nối dây như sơ đồ hình b, do nhánh cầu cần được nối vào điện trở dây dẫn Rd1, Rd2 nên điện thế tai 2 điểm trên sơ đồ phản ánh đúng điện thế gây ra do nhiệt độ của cảm biến Rt. Ngoài ra ta còng có thể đo nhiệt độ bằng Diode và Transistor và một số loại khác g. Thiết bị giám sát Thiết bị giám sát ở đây ta dùng màn hình hiển thị là máy tính và để giám sát được nhiệt đô thì ta dùng một phần mềm hiển thị trên máy tính đó là phần mềm TEMPERATURE AND HUMIDITY MONITORING. Phần mềm này giúp chúng ta có thể giám sát được nhiệt độ đồng thời cũng có thể đưa ra cảnh báo để biết mà có những điều chỉnh kịp thời. Thiết kế hệ thống đo và giám sát nhiệt độ Sơ đồ khối của hệ thống Sơ đồ tổng quát Trong đó các hệ thống này được nối với nhan thông qua cáp truyền thông. Khối nguồn cấp Khối tạo xung Khối so sánh Khối chấp hành Khối chuyển và nhớ kênh Khối khuếch đại Khối PID Khối hiển thị Khối cảm biến Khối giám sát sơ đồ khối chi tiết Chức năng của các khối và từng phần tử trong khối: Khối cảm biến Đây chính là bộ phận cảm biến nhiệt độ dùng để biến tín hiệu không điện thành tín hiệu điện Ở đây ta sử dụng đo nhiệt độ bằng điện trở vì: Sai số nhỏ Đơn giản, gọn nhẹ, dễ hiểu Độ nhạy cao Tính lặp lại cao Thiết kế cảm biến Để đo nhiệt độ ta có thể dùng các loại cảm biền thông dụng như LM35,Themocouple, PT100. Nhưng do LM35 là cảm biến được chế tạo bằng bán dẫn tầm đo max là 1250C chỉ thích hợp đo nhiệt độ môi trường. Themocouple độ phi tuyến cao. PT100 độ tuyến tính cao, sai số 0.04% trên 1000C. Do đó, Trong luận văn nàyem dùng PT100 để đo nhiệt độ lò. Để đo nhiệt độ được chính xác, tất nhiên cần có một đầu dò thích hợp. Đầu dò là một cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ vận chuyển từ nhiệt độ từ tín hiệu không điện qua tín hiệu điện. Có rất nhiều loại cảm biến như giới thiệu ở trên. Nhưng dựa vào lý thuyết và thực tế của mạch cần thiết kế ta dùng phương pháp đo bằng Pt100loại 3 dây. Ở 00 C thì Rt =100 ohm, Pt 100 có nhiều loại( 2 dây, 3 dây, 4 dây), sau đây là sơ đồ Pt100 3 dây, tầm biến thiên điện áp theo nhiệt độ là 20mV/0C, tầm đo 0-2500 C. U16 có chức năng là mạch trừ, U17 khuếch đại đảo. RT = Ro. (1 0.385%T) Yêu cầu chung: thông tin phản ánh nhiệt độ được truyền tuần tự, chính xác và liên tục theo thời gian; tạo điện áp biến thiên tuyến tính với nhiệt độ. Ta có sơ đồ như hình vẽ: Ở 00C thì Rt = 100 ohm cầu cân bằng V1 = 0, ở 2500C thì Rt = 196.25 ohm V1=300mV, để Vo = 5V ta có hệ số khuếch đại bằng 16,67(R16). Khối khuyếch đại trung gian Bộ phận này có nhiệm vụ khuyếch đạtín hiêụ từ Sensor, (các cảm biến). Khối khuyếch đại trung gian gồm các bộ khuyếch đại thuật toán đo lường tuyến tính.. Như vậy ta dùng các IC TL084 Sơ đồ chân IC TL084 Sơ đồ này chống nhiễu đồng pha: Ur = k.Ucầu (3) Với k = k1.k2 trong đó: k1 = 1 + R1+ R3R2; k2 = - R5R4 Ở công thức (3) ta muốn thay đổi hệ số khuyếch đại phù hợp thì ta điều chỉnh điện trở R2 sao cho phù hợp Ta có sơ đồ khuyếch đại đo lường IC TL084: Khối chuyển và nhớ kênh Khối này cho phép từng kênh đọc một. khi xong chuyển kênh khác và báo kênh nào đang được đọc. Nhiêm vụ của khối chuyển kênh là nhận tín hiệu từ các kênh tới, sau đó sẽ chỉ thị đo và cho biết kênh nào đang được đọc và nhiệt độ của nó. Việc chuyển kênh có thể được thực hiện theo nhiều cách, nhưng tổng quát có thể chia ra làm hai cách là dùng mạch có tiếp điểm (điều khiển bằng cơ) và dùng mạch không tiếp điểm. Hiện nay người ta thường dùng mạch không tiếp điểm vì mạch có tiếp điểm: Có tuổi thọ không cao do sự đóng mở các tiếp điểm nên có sự hao mòn về điện hồ quang và về cơ khí Không đáp ứng được yêu cầu cần các hệ tác động nhanh Kích thước và không gian chiếm chỗ khá lớn, hệ thống điều khiển phức tạp cồng kềnh và kém tin cậy Bên cạnh đó thì dùng mạch không tiếp điểm có nhiều ưu điểm như: Có thể tác động nhanh Kích thước nhỏ, dễ điều khiển Độ tin cậy cao Với ý do đó ta chọn mạch không tiếp điểm, dùng IC 4051B tức là loại HEF4051B của Nhật Bản: IC HEF4051B bao gồm mạch đa/giả đa hợp với 3 ngõ vào cho phép (A0 – A2 ), một ngõ vào cho phép hoạt động mức thấp (E), 8 ngõ vào/ra độc lập và một ngoc vào/ra chung (z) IC gồm 8 khóa 2 chiều một phía được nối với các ngõ vào/ra độc lập (Y0 –A7), phía còn lại được nối với ngõ chung(Z) Khi chân (E) =L khóa chọn các trạng thái bởi các chân (A0 – A2 ) Khi chân E=H khóa ở trạng thái cao, độc lập với (A0 – A2 ). VDD và VSS là chân cấp nguồn giá trị VDD - VSS không vượt quá 15V Trong trường hợp hoạt động như một bộ đa hợp/giải đa hợp dạng số Nhiệm vụ các chân: Y0 – Y9 các ngõ vào/ra A0 – A2 các ngõ vào địa chỉ E ngõ vào cho phép tac động mức thấp Z chân chung vào/ra Khối so sánh Khối này lấy tín hiệu từ khối khuyếch, có nhiệm so sánh tín hiệu vào (tín hiệu đo) với tín hiệu chuẩn (tín hiệu đặt) để cho ra khối chấp hành. Khâu so sánh tín hiệu thường dùng khuyếch đại thuật toán ký hiệu OA OA có hai cổng vào: (+) U+ là cổng vào không đảo dấu (+) U- là cổng vào đảo dấu S cổng ra M là điểm nối đất của sơ đồ, là điểm chuẩn để đo điện thế của các điểm khác nhau trong sơ đồ Vp+,Vp- là nguồn nuôi OA Khối xung nhịp Khối này có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu điều khiển khối chuyển kênh. Cấu tạo: cấp phân áp gồm 3 điện trở 5kV nối từ nguồn xuống mát cho ra 2 điện áp chuẩn 1/3Vcc và 2/3Vcc. OA1 là mạch khuyếch đại so sánh có ngõ vào không đảo nhận điện áp chuẩn 2/3Vcc, còn ngoc vào thì nối ra ngoài chân 6. Tùy thuộc điện áp chân 6 so với điện áp chuẩn 2/3Vcc mà OA1 có điện áp ra ở mức cao hay thấp để làm tín hiệu R2, điều khiển bộ và đảo. OA2- AMP là mạch khuyếch đại so sánh có ngõ vào vào đảo nhập điện áp chuẩn 1/3Vcc, còn ngõ vào không đảo thì nối ra ngoài chân 2. Hai bộ Và- Đảo của R và S có biểu thức như sau: , Tranzitor T là transitor có cực hở nối ra chân 7. Nguyên lý là việc: Khi mới đóng điện (chân 4,8) tụ C bắt đầu nạp từ 0V OA1 có V+i > V-i nên ngõ ra V01 ở mức cao (H), (P2 =H) OA2 có V+i < V-i nên ngõ ra V02 ở mức cao (L), (S2 =L) Do S= S1.S2S2=L => S = H (mức cao) chân ra (3) ở mức cao, hay Ura ≈ Unguồn Mặt khác cùng thời điểm này do S = H (mức cao) R3=S=H (mức cao) R = L (mức thấp) Cực B của tranzitor T ở mức thấp hay T bị oxy hóa Tụ nạp điện theo mạch “ Vcc – RA – D – C – Vcc “, có hằng số: t = 0,693RA.C khi điện áp trên tụ U6;2 ≥ 1/3UN khi đó OA2 lật trạng thái. OA2 có V+i > V-i V0 = H (múc cao) Nhưng do lúc này OA1 chưa thay đổi do điện áp trên tụ vẫn nhỏ hơn 2/3UN R=L (mức thấp) S vẫn ở mức cao, tức là tụ vẫn nạp bình thường. Khi điện áp trên tụ bằng 2/3UN thì OA1 lật trạng thái tức là Vi+<Vi-R2=L V0 = L do biểu thức logic ở trên nên ta có R = H (mức cao) Do R = B = H mức cao, nên tranzitor T được mở thông. Tụ không được nạp điện và chuyển sang xả điện vào chân 7 qua T ra chân 1 nối đất, tụ xả theo hằng số thời gian t = 0,693RA.C. Tụ xả đến khi điện áp trên tụ nhỏ hơn 2/3 UN thì OA1 đổi lại trạng thái tức là có V0 = H (mức cao). R2 = H nhưng do lúc này OA2 chưa đổi trạng thái nên chân 3 vẫn ở mức thấp và T vẫn mở thông nên tụ vẫn xả. Tụ xả đến khi điện áp trên tụ nhỏ hơn 1/3UN thì OA2 đổi lại trạng thái ban đầu, có V0 = 0. S1= 0 theo biểu thức logic (2) có S=H mức cao nên chân ra 3 của 555 ở mức cao tức là Ur ≈ Un đồng thời R=0 do R1 = S = 1, R2 = R3 = 1 Khi đó T khóa và tụ lại bắt đầu nạp và quá trình nạp lại bắt đầu như trên, có một điều khác từ chu kỳ thứ 2 trở đi là tụ được nạp điện từ 1/3 2/3UN mà không nạp từ 0 như ban đầu Ta có sơ đồ như trên Giản đồ xung: Khi t =T1 là thời gian nạp của tụ C từ UDD/3 tới 2UDD/3 là : T1 =0,693 C.RA - Khi t =T2 là thời gian phóng điện của tụ từ 2UDD/3 tới UDD/3 là : T2 = 0,693 C.RB - Chu kỳ của xung ra là : T =T1 + T2 =0,693.C.(RA+RB) - Vậy ta điều chỉnh để xung ra đối xứng là khi thời gian nạp và thời gian xả của tụ là bằng nhau, tức là : T1=T2 ⇔ RA =RB - Để đảm bảo thời gian đọc tự động 10 giây cho mỗi kênh như nhiệm vụ, tức là: - T = T1+T2 =10 (s) ⇔ 0,693.C(RA+RB)=10 Ta chọn tụ C có trị số là: C=10 (μF) ⇒ RA=RB = 102.0,693.10.10-6= 720 (KΩ) Vậy với cách tính chọn các giá trị của tụ C =10(μF) và RA=RB=720 (KΩ), Sẽ đảm bảo được thời gian tự động là 10 giây. Tiêu thụ dòng điện của IC 555 là: 0,7 mA/1V vậy 5 V thì dòng điện tiêu thụ là: Ixđk =0,7*5 =3,5 (mA) P555 =U.I =5*3,5*10-3=0,0175 (W) Khối PID Đối với những hệ thống số, bộ điều khiển liên tục sẽ được rời rạc ở dạng số, cho hệ số lấy mẫu ngắn bên trong, vi phân có thể được xấp xĩ bằng một sai phân có giới hạn và tích phân xấp xỉ với việc lấy tổng. Bộ điều khiển số sẽ tiến hành lấy mẫu sau những khoảng thời gian bằng nhau gọi là chu kỳ lấy mẫu, mỗi mẫu được chuyển thành 1 giá trị nhị phân để đưa vào bộ điều khiển (có thể là vi xử lý hoặc máy tính). Bộ điều khiển tính toán sai số về vị trí theo công thức sau : e1 = sp – c1 e2 = sp – c2 ... en = sp – cn Trong đó: ei = sai số vị trí thứ i sp = vị trí đặt ci = mẫu thứ i en = sai số vị trí hiện tại Sau khi tính toán sai số vị trí, bộ vi điều khiển sẽ tính toán các giá trị ngõ ra dựa trên phuơng trình PID số và các sai số vị trí Khối tương tự số Khối analog sang digital có nhiệm vụ phân tín hiệu tương tự cần đo mã hóa tín hiệu này và đưa sang chỉ thị số Để hiển thị nhiệt độ làm việc ta đưa điện áp đến một khâu hiển thị số và chuyển đổi tương tự sang số, kết hợp với bộ giải mã để cho ra ở đầu ra là mã 7 thanh digital tương thích với hiển thị LED. Có thể sử dụng trực tiếp vi mạch 7107 như một milivonmet với giá tri tối đa đo được là ±199,9 (mV) nguồn cấp cho vi mạch là ± 5V Cấu tao của IC7107 Chân 2 đến 25 là các chân ra điều khiển bộ chỉ thị số 7 thanh digital. Trong đó 20 chân là phân cực tính âm dương của bộ chỉ thị chân 21 là chân nối đất, chân số 1 là chân nối với nguồn Chân 26: nối với nguồn -5V Chân 27: có tác dụng là mạch tích phân Chân 28: có tác dụng như bộ đệm Chân 29: tự động điều chỉnh về 0 Chân 30, 31: điện áp so sánh hay còn gọi là điện áp đo. Chân 30 là cực âm (-) chân 31 là cực dương (+) Chân 32: là chân chung của nguồn điện và xung Chân 33: bộ tích lũy điện dung của tụ điện Chân 34: lấy lại chuẩn Chân 35: Ireflow: lấy lại chuẩn mức thấp Chân 36: Refhigh: lấy lại chuẩn mức cao Chân 37: test: kiểm tra đèn tín hiệu hiển thị Các Chân 38: OSC3; chân 39: OSC2 ;chân 40: OSC1 là các chân của bộ dao động: Oscicator. Khối chỉ thị Khối này có nhiệm vụ đọc tín hiệu và hiển thị số liệu đo, khối kênh nào đo. Khối chỉ thị gồm 2 bộ phận: Bộ phận thứ nhất chỉ nhiệt độ: Bộ phận thứ nhất dùng 4 led 7 thanh HD113 để chỉ: Phần thập phân, phần hàng đơn vị Bộ phận thứ hai chỉ kênh đang đọc số liệu đo. Đèn LED, tính chọn R, PLED Ta có Ung = UR + ΔUcm7107 + ΔULED Trong đó: Ung là nguồn nối vào anod của LED 7 thanh = 5 (V) Δ Ucm7107 : là điện áp sụt áp ở đầu ra của IC7107 = 1 (V) ΔULED : là điện áp sụt trên LED = 1,6 (V) Tính chọn R: UR = Ung − ΔUcm7107 − ΔULED = 5 -1 -1,6 = 2,4 (V) Với ILED là dòng qua LED (10mA ÷ 20mA) Chọn ILED = 15mA = 15.10-3A RLED =URILED = 160Ω •Tính chọn PLED = UR.ILED = 2,4.15.10-3 = 0,036 (W) Khối nguồn Khối này có nhiệm vụ cung cấp điệu áp cho tất cả các khối trong sơ đồ trên và tạo ra nguồn nuôi luôn ổn định. Nguyên lý làm việc của vi mạch ổn áp điện một chiều: Sơ đồ cấu trúc của vi mạch ổn áp ra là dương nguồn, được chế tạo công nghiệp(ví dụ như seri 78xx, 79xx)với các giá trị điện áp chuẩn từ 5V ÷24V. Trong loại IC ổn áp này chỉ có 3 chân đó là chân dương, chân âm, và chân nối đất. Dương điện áp ra , điện áp sụt trên IC tối đa là 3/2V Giả sử điện áp vào tăng lên một lượng nào đó, dẫn tới cực gốc T3 có điện thế so với đất giảm xuống(điều này do tinh chất của diod D2) T2 thông, điện áp phản hồi âm R7 giảm xuống, điện thế giữa cực phát ra và cực góp T4 mở thông hơn làm điện thế tại cực gốc của T1 bớt thông làm điện áp ra là Uổn= const. Trường hợp điện áp đầu vào giảm xuống, hiện tượng xảy ra ngược lại dẫn tới T1 mở thông hơn làm Uổn= const. Bây giờ ta xét trường hợp đột biến phụ tải, giả sử tải tăng lên làm điện thế của cực gốc T2 và T4 bớt thông làm điện thế của cực gốc T1 tăng lên làm Uổn= const. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của IC ổn áp có đầu ra là âm nguồn cũng tương tự, nó đều xây dựng trên cơ sở mạch Tranzito và các linh kiện tạo mức điện áp chuẩn. Qua sự trình bày nguyên lý làm việc của vi mạch ổn áp điện một chiều ta thấy rằng T’ và T1 ở hình dưới đóng vai trò như một điện trở động mắc nối tiếp với phụ tải, thay đổi trị số nhờ việc mở nhiều hay ít của T1’ và T1 theo sự biến động của điện áp vào và cũng như sự biến động của phụ tải đầu ra. Khối chấp hành Khối này có nhiệm vụ báo hiệu, cảnh báo khi nhiệt độ đo vượt quá nhiệt độ đặt. Khối này bao gồm các thiết bị các phần tử chấp hành, như các công tắc tơ, các bộ nút ấn. Khối giám sát Khối giám sát ở đây có thể là các PC có thể dùng nó để giám sát được nhiệt độ và để điều chỉnh nhiệt độ theo mức cần thiết tùy theo mục đích sử dụng của từng người. Thiết kế chung Đo nhiệt độ để thực hiện phép đo của một đâi lượng nào đó thì tuỳ thuộc vào đặc tính cảu đại lượng cần đo, điều kiện đo, cũng như độ chính xác theo yêu cầu của một phép đo mà ta có thể thực hiện đo bằng nhiều cách khác nhau trên cơ sở của các hệ thống đo lường khác nhau. chuyển đổi mạch đo chỉ thị Hình 2.4:.Sơ đồ khối của một hệ thống đo lường tổng quát: - Khối chuyển đổi: làm nhiêm vụ nhận trực tiếp các đại lượng vật lí đặc trưng cho đối tượng cần đo biến đổi các đại lượng thành các đại lượng vật lí thống nhất ( dòng điện hay điện áp) để thuận lợi cho việc tính toán. Mạch đo: có nhiệm vụ tính toán biến đổi tín hiệu nhận được từ bộ chuyển đổi sao cho phù hợp với yêu cầu thể hiện kết quả đo của bộ chỉ thị Khối chỉ thị: làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện nhận được từ mạch đo để thể hiện kết quả đo. hệ thống đo lường số. Hệ thống đo lường số được áp dụng tương đối rộng trong các hệ thống đo lường vì có các ưu điểm: các tín hiệu tương tự qua biến đổi thành các tín hiệu số có các xung rõ ràng ở trạng thái 0;1 sẽ giới hạn được nhiều mức tín hiệu gây sai số. mặt khác hệ thống này tương thích với dữ liệu của máy tính, qua giao tiếp với máy tính ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật. Nguyên lí hoạt động: Đối tượng cần đo là đại lượng vất lí, dựa vào các đặc tính của đối tượng cần đo mà ta chọn một loại cảm biến phù hợp để biến đổi thông số đại lượng vật lí cần đo thành đại lượng điện, đưa vào mạch chế biến tín hiệu ( gồm: bộ cảm biến, hệ thống khuếch đại, xử lí tín hiệu). Bộ chuyển đổi tín hiệu sang số adc (analog digital converter) làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số và kết nối với vi xử lí. Bộ vi xử lí có nhiệm vụ thực hiện những phép tính và xuất ra những lệnh trên cơ sở trình tự những lệnh chấp hành và thực hiện trước đó. Bộ dồn kênh tương tự ( multiplexers) và bộ chuyển đổi adc được dùng chung cho tất cả các kênh. dữ liệu nhập vào vi xử lí sẽ có tín hiệu chọn đúng kênh cần xử lí để đưa vào bộ chuyển đổi adc và đọc đúng giá trị đặc trưng của nó qua tính toán để có kết quả của đại lượng cần đo. Các phương pháp đo: đo nhiệt độ là một trong những phương pháp đo lường không điện. nhiệt độ cần đo có thể rất thấp (một vài độ kelvin), cũng có thể rất cao (vài ngàn, vài chục ngàn độ kelvin). độ chính xác của nhiệt độ có khi cần tới một vài phần ngàn độ, nhưng có khi vài chục độ cũng có thể chấp nhận được. việc đo nhiệt độ được tiến hành nhờ các dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt như cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, điode và transistor, ic cảm biến nhiệt độ, cảm biến thạch anh…tuỳ theo khoảng nhiệt độ cần đo và sai số cho phép mà người ta lựa chọn các loại cảm biến và phương pháp đo cho phù hợp: khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng cặp nhiệt điện (cặp nhiệt ngẫu) là từ -2700c đến 25000c với độ chính xác có thể đạt tới +/-1% đến 0,1%. khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng các cảm biến tiếp giáp p-n (điode, transistor, ic) là từ -2000c đến 2000c, sai số đến +/-0,1%. các phương pháp đo không tiếp xúc như bức xạ, quang phổ … có khoảng nhiệt độ đo từ 10000c đến vài chục ngàn độ c với sai số +/-1% đến 10%. thang đo nhiệt độ gồm: thang đo celcius (0c), thang đo kelvin (0k), thang đo fahrenheit (0f), thang đo rankin (0r). t(0c) = t(0k) – 273,15 t(0f) = t(0r) – 459,67 t(0c) = [ t(0f) – 32]*5/9 t(0f) = t(0c)*9/5 + 32 Bộ chuyển đổi tương tự số Nguyên tắc thực hiện chuyển đổi ADC: mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số, chuyển một tín hiệu ngõ vào tương tự (dòng điện hay điện áp) thành dạng mã số nhị phân có giá trị tương ứng. chuyển đổi adc có rất nhiều phương pháp. tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những thông số cơ bản khác nhau: + độ chính xác của chuyển đổi a-d + tốc độ chuyển đổi + dải biến đổi của tín hiệu tương tự ngõ vào Hoạt động: Đầu tiên kích xung start để bộ chuyển đổi adc hoạt động. Tại một tần số được xác định bằng xung clock bộ điều khiển làm thay đổi thành số nhị phân được lưu trữ trong thanh ghi (register). Sơ đồ khối tổng quát: startcommand va CONTROL UNIT v’a CLOCK conparator d/a converter Regestor digital output Số nhị phân trong thanh ghi được chuyển thành dạng điện áp v’a bằng bộ chuyển đổi ra. Bộ so sánh, so sánh v’a với điện áp ngõ vào va. nếu v’a va ngõ ra của bộ so sánh xuống mức thấp và quá trình thay đổi số của thanh ghi ngưng. lúc này v’a gần bằng va , những số trong thanh ghi là những số cần chuyển đổi. Giao tiếp bằng cổng nối tiếp Cổng nối tiếp RS232 là giao diện phổ biến nhất hiện nay . Người ta còn gọi cổng này là cổng COM 1,còn cổnh COM 2 để tự do cho các ứng dụng khác. Giống như máy in cổng COM cũng được sử dụng rộng rãi để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi. Việc truyền dữ liệu ở cổng COM được truyền theo kiểu nối tiếp, nghĩa là các bit dữ liệu được truyền đi nối tiếp nhau trên 1 đường dẫn. Lọai truyền này có khả năng dùng cho các ứng dụng có yêu cầu truyền khoảng cách lớn, bởi vì khả năng gây nhiễu là nhỏ đáng kể so với cổng song song(cổng náy in). Cổng COM không phải là hệ thống bus nó cho phép dễ dàng tạo ra liên kết dưới hình thức điểm với điểm giữa 2 máy tính cần trao đổi thông tin với nhau, một thành viên thứ 3 không thể tham gia vào cuộc trao đổi thông tin này. Cổng nối tiếp dạng 25 chân và dạng 9 chân Miêu tả các chân cổng nối tiếp: CHÂN (loại9chân) CHÂN (loại25chân) KÝ HIỆU VÀO/RA MÔ TẢ 1 2 3 4 9 6 7 8 5 8 3 2 20 22 6 4 5 7 DC D RX D TX D TD R RI DS R RT S CT S GN D Lối vào Lối vào Lối ra Lối ra Lối vào Lối ra Lối vào Lối vào Data carier detect Receive data Transmit data Dataterminal ready Ring indicator Data set ready Request to send clear to send Nối đất Việc truyền dữ liệu xảy ra trên 2 đường dẫn. Qua chân cắm ra TXD nó gửi dữ liệu đến vi điều khiển. Trong khi mọi dữ liệu mà máy tính nhận được, lại được dẫn đến chân RXD các tín hiệu khác đóng vai trò hỗ trợ khi trao đổi thông tin, và vì thế không phải trong mọi trường hợp ứng dụng đều dùng hết.Vì tín hiệu cổng COM thường ở mức +12V, -12V nên không tương thích với điện áp TTL, nên để giao tiếp vi điều khiển 8051 với máy tính qua cổng COM thì ta phải qua một vi mạch biến đổi điện áp cho phù hợp với TTL, ta chọn vi mạch MAX 485 để thực hiện việc tương thích điện áp. RS 485 Giao diện và thông số RS 485 được nói rõ trong tài liệu TIA/EIA- 485.Là chuẩn tương tự ISO/IEC 8482.1993.RS 485 có nhiều ưu điểm hơn RS 232: Giá thành thấp: giá thành thấp, đòi hỏi điện áp cung cấp là 5V Khả năng nối mạng: Với trở kháng vào lớn hơn nên RS 485 có thể kết nối với 256 nút mạng. Chiều dài liên kết: RS 485 có thể có một kết nối xa hơn 1000m , trong khi đó RS 232 bị giới hạn khoảng 12,5m→25m. Tốc độ bit: RS 485 có thể truyền với tốc độ bit lên tới 10mb/s. Tốc độ bit và chiều dài cab có quan hệ với nhau, tốc độ bit càng thấp thì có thể truyền đi càng xa. Kết nối cân bằng và không cân bằng: Lý do chính mà tai sao RS 485 có thể truyền đi xa là vì dùng kết nối cân bằng. Một tín hiệu truyền trên 1 đôi dây, với 1 dây nối với cực âm hoặc điện áp bù và dây kia nối với điện áp khác. Bên đầu thu đáp ứng nhờ sự khác biệt giữa điện áp 2 dây. Hình sau miêu tả kết nối cân bằng và không cân bằng: Kết nối cân bằng và không cân bằng Một ưu điểm lớn của kết nối cân bằng là khả năng chông nhiễu, trong khi đó RS 232 dùng khả năng kết nối không cân bằng. Bên thu đáp ứng bằng sự sai lệch giữa dây mang tín hiệu và dây đất chung, tất cả dây đất đều được nối với nhau. Trong khi đó TIA/EIA-485 thiết kế một đôi dây A và B. Tại bên truyền mức điện áp logic TTL cao gây ra trên dây A dương hơn dây B, ngược lại mức điện áp logic TTL thấp gây ra trên dây B dương dây A, nếu điện áp ngõ vào ở A dương hơn B thì tạo ra mức logic cao ở ngõ ra, ngược lại thì tạo mức logic thấp. Tại sao phải kết nối cân bằng được dùng đến: Kết nối cân bằng được vì hai dây mang tín hiệu đặt gần nhau, dòng thì nghịch nhau sẽ làm cho bên thu giảm được nhiễu vì nhiễu điện áp sẽ cùng tăng hoặc giảm trên hai dây mang tín hiệu. Bất kỳ điện áp nhiễu nào xảy ra trên dây này sẽ bị triệt tiêu bởi điện áp ngược trên dây kia. Do đó nguồn nhiễu có thể là tín hiệu trên 1dây khác trong cab hoặc của một đôi dây ngoài cab nên nguồn nhiễu bị giới hạn hoặc rất nhỏ. Trong khi đó với giao diện kết nối bất cân bằng, tín hiệu thu nhờ sự khác biệt giữa giữa dây mang tín hiệu và dây mass chung , khi nhiều đường dây mang tín hiệu cùng chia sẻ đường dây mass chung. Một ưu điểm nữa của kêt nối cân bằng là chúng cách ly, không chung mass giữa bên truyền và bên nhận. Trong một liên kết xa, điện áp của dây đất tại bên truyền và bên nhận có thể thay đổi và khác nhau. Trong kết nối không cân bằng sự liên hệ với nhau về mass có thể gây lỗi tín hiệu khi nhận, traí lại trong kết nối cân bằng thì tránh được lỗi này vì tín hiệu được phát hiện và nhận chỉ nhờ sự chênh lệch về điện áp trên hai dây tín hiệu mà thôi. Cấu tạo bên trong RS 485 Về nguyên lý hoạt động có thể tóm tắt như sau: Khi một mức điện áp ở trạng thái logic cao tại ngõ vào thì Q1 và Q4 dẫn, Q2 và Q3 tắt Điện áp tại A làm cho Q6 dẫn, dòng dẫn qua Q6 và trở về bên truyền thông qua dây đất . Tương tự, một điện áp thấp tại B sẽ làm cho Q7 dẫn và dòng đi qua Q7 đến Q4 và trở về phía thu thông qua mass. Dây A dương hơn dây B và kết quả một mức logic cao TTL được tạo ra ở ngõ ra Ở mức logic thấp thì Q2,Q3,Q5 và Q8 dẫn và các transitor kia tắt dẫn đến dòng chảy theo hướng ngược lại. Phương thức truyền Truyền nối tiếp/ song song( serial/ parallel) Truyền song song: Truyền tất cả các bít của một ký tự cùng một lúc Truyền song song Truyền nối tiếp: truyền lần lượt từng bit của ký tự Truyền nối tiếp Truyền song song nhanh hơn truyền nối tiếp( truyền ở cự li gần). Truyền nối tiếp ít tốn đường truyền hơn song song( truyền ở cự li xa) Truyền đồng bộ/ bất đồng bộ Truyền đồng bộ-nối tiếp: Dùng một xung clock để đồng bộ quá trình nhận theo từng bít ký tự . Máy sẽ cung cấp tín hiệu clock cho cả 2 đầu phát và đầu thu . Ưu điểm: chỉ truyền data, không cần thêm tín hiệu đồng bộ vào chuỗi data nên tốc độ truyền nhanh hơn. - Truyền bất đồng bộ nối tiếp: Thêm vào phía trước mỗi ký tự 1 bit START và phía sau 1 hoặc 2 bit STOP. Máy thu sẽ tách bit START để khởi động tín hiệu đồng bộ dùng cho việc thu các bit ký tự. Các bit STOP dùng để cách giữa các ký tự.phương pháp này cho phép truyền ngẫu nhiên, không cần truyền liên tục. Vì phải thêm các bit START, STOP nên tốc độ truyền chậm hơn so với truyền đồng bộ nhưng lại đơn giản, rẻ tiền hơn. Tốc độ truyền bất đồng bộ: 75, 110, 300, 1200 bit/s Tốc độ truyền đồng bộ: 2400, 4800, 9600 bit/s Với việc so sánh như trên ta có kết luận: Ở đây ta thực hiện việc ghép nối bằng cổng nối tiếp RS 485 Hệ thống giám sat nhiệt độ ở đây ta sử dụng kết nối với phần mềm: Temperature And Humidity Monitoring Mô tả hoạt động Hệ thống được nối với đồng hồ nhiệt hoặc màn hình led để đo và hiển thị nhiệt độ, độ ẩm,… Tâm đo chính xác từ -500C đến 1250C Các thiết bị đo được nối mạng modbus – RS485 (khoảng cách truyền ~ 1.5km) để tập trung dữ liệu về web server. Tại web server, thông qua mạng LAN (nội bộ) hoặc thông qua internet, nhà quản lý có thể sử dụng tính năng của phần mềm nền tảng web (web-based software) để: Giám sát nhiệt độ liên tục tại các thời điểm trong ngày. Có thể xem nhiệt độ tại các điểm đo trong cùng một thời điểm Cảnh bảo nhiệt độ vượt ngưỡng so với nhiệt độ qui định đã cấu hình trước tại các điểm đo. Các dữ liệu từ các đồng hồ được ghi vào cơ sở dữ liệu mySQL theo thời gian để lưu trữ nhằm phục vụ cho việc vẽ đồ thị giám sát nhiệt độ cũng như xuất bản các báo cáo theo dạng file excel về nhiệt độ theo ngày, tháng, năm,… Và đây là một số hình ảnh về phần mềm: Hình ảnh về giám sát nhiệt độ: Và phần mềm này cũng được kết nối trong mạng điều khiển cuả hệ thống. Ngoài ra ta cũng có thể chuyển bộ hiển thị ra LED 7 thanh: Hệ thống điều khiển nhiệt độ Để điều khiển nhiệt độ người ta sử dụng thêm các bộ tiếp điểm, công tắc tơ dựa trên sự điều khiển tự động của hệ thống điều khiển. Xây dựng trên phần mềm Win CC và PLC S7-200.