Nghiên cứu ứng dụng điều khiển thời gian thực trên nền pc104

Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lị điện trở Lời nói đầu Nghiên cứu ứng dụng tự động hoá (ngành tự động hoá) đã, ngày khẳng định vai trò quan trọng sống người Nhờ thành tựu ngành tự động hố, người khơng phải tham gia trực tiếp phải tham gia vào cơng việc khó khăn, vất vả, độc hại; tốn nhiều cơng sức, nhiều nhân lực làm việc nhà máy điện hạt nhân, hầm lò, khai thác… mà sản phẩm tạo lại có số lượng chất lượng vượt trội nhiều lần Ngành tự động hoá ngày đạt thành tựu lớn Một nhà máy lớn điều hành với vài người, chí khơng cần người điều hành, bóng đèn tự bật sáng có người bược vào, cánh cửa tự mở nhận biết người quen Tiến tới có người máy có tư làm việc theo ý muốn người Những năm trước, thiết bị điều khiển (điển hình rơle cơ, thiết bị cảm biến, cấu chấp hành, chuyển đổi,… ) thiết bị tương tự, thực tốn điều khiển đơn giản, độ xác khơng cao, độ tin cậy thấp, khơng có có khẳ lập trình Nhờ tiến cơng nghệ sản xuất linh kiện điện tử, công nghệ vi xử lý, mơ hình thiết bị cơng nghiệp, thiết bị số đời thay thiết bị tương tự ưu việt chúng Các thiết bị có độ xác, độ tin cậy cao, có khẳ lập trình được, phù hợp với môi trường công nghiệp (chịu ảnh hưởng nhiễu: nhiệt độ, độ ẩm, nhiễu điện từ,… làm việc với cường độ cao, độ xác độ tin cậy cao), đáp ứng toán điều khiển phức tạp với yêu cầu cao, thực qui mơ lớn Điển hình cho thiết bị số PLC (Programmable Logical Controller) Mặc dù máy tính cá nhân (PC) có vai trị quan trọng sống, có lực nhiều lần thiết bị khả trình, xuất chúng với vai trị thiết bị điều khiển cơng nghiệp mờ nhạt gần không đề cập đến tốn điều khiển Các PC khơng đáp ứng yêu cầu làm việc môi trường công nghiệp Các nhà thiết kế lúc cịn biết nuối tiếc với tính mở, mơi trường phát triển rộng, khả lập trình tự do, hiệu tính tốn cao, tính ứng dụng lớn PC Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lị điện trở Khơng vậy, xây dựng toán điều khiển PC kinh tế xây dựng thiết bị khả trình Một vài năm gần đây, tiến kỹ thuật linh kiện điện tử, kỹ thuật máy tính, cơng nghệ phần mềm, cơng nghệ truyền dẫn liệu (cơng nghệ bus trường) khiến máy tính thực nhiệm vụ điều khiển dể dàng mơi trường an tồn mà khơng phải đặt trực tiếp môi trường làm việc trước Nhờ máy tính đáp ứng u cầu làm việc cơng nghiệp Máy tính cá nhân xu chọn lựa điều khiển công nghiệp Vì lý trên, máy tính có loại thiết kế riêng cho mục đích cơng nghiệp PC/104 loại máy tính điển hình cho mục đích Mọi sinh viên Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, trình năm học tập mình, phải trải qua ba lần thực tập Trong quan trọng đợt thực tập tốt nghiệp Sinh viên ngành Điều khiển tự động chúng em khơng nằm ngồi qui luật Đây hội để chúng em kiểm chứng, áp dụng kiến thức học vào thực tế Hơn nữa, thời gian chúng em tiếp xúc với thiết bị kĩ thuật đại nhà máy, xí nghiệp, trung tâm nghiên cứu ứng dụng rộng rãi Nhóm chúng em gồm hai thành viên Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương, lớp ĐKTĐ1-K44 Đề tài tốt nghiệp mà chúng em làm đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng điều khiển thời gian thực PC/104” giảng viên - Tiến sĩ Hồng Minh Sơn - Bộ mơn Điều khiển tự động – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hướng dẫn Chúng em thầy Sơn giới thiệu thực tập Phịng thí nghiệm Trọng điểm Tự Động Hố – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đây nơi nghiên cứu, ứng dụng kĩ thuật Tự động hóa vào sản xuất Là phịng thí nghiệm trọng điểm, Phịng thí nghiệm nhà nước đầu tư trang thiết bị đại, có đội ngũ cán khoa học có lực trình độ chun mơn cao Nhiệm vụ chủ yếu Phịng thí nghiệm thực đề tài khoa học cấp Nhà nước; nghiên cứu, chuyển giao công nghệ cho công ti nước Tại đây, chúng em Thạc sĩ Phạm Quang Đăng – cán Phòng thí nghiệm – thầy anh chị Phòng Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lị điện trở thí nghiệm hướng dẫn tận tình Trong thời gian thực tập, chúng em làm số việc sau: Tìm hiểu, lắp ráp thành cơng máy tính PC/104 Khảo sát đối tượng điều khiển lò điện trở Tiến hành thiết kế mạch phần cứng Card điều khiển lị điện trở Ngồi ra, chúng em làm quen với thiết bị, linh kiện thường sử dụng nhiều nghiên cứu thực tế sản xuất Qua chúng em tích luỹ kinh nghiệm q báu cho Nội dung báo cáo thực tập chúng em chia làm bốn phần Những vấn đề đề cập đến phần tương ứng với công việc làm đợt thực tập Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Hoàng Minh Sơn tạo hội cho chúng em thực tập Phòng thí nghiệm hàng đầu Việt Nam, nơi chúng em có điều kiện tiếp xúc với thiết bị điều khiển đại Chúng em cảm thấy may mắn bạn khác lớp nhiều Đồng thời, chúng em xin cảm ơn bảo, động viên thầy dành cho suốt thời gian qua Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cán bộ, nhân viên Phịng thí nghiệm Trọng điểm Tự Động Hố, đặc biệt Thạc sĩ Phạm Quang Đăng Mặc dù bận rộn với công việc song anh xếp thời gian hướng dẫn chúng em tận tình Chúng em biết nơn nóng, vụng bồng bột tuổi trẻ mà chúng em làm nhiều điều không Chúng em mong anh hệ người trước không để tâm mà thẳng thắn điều sai trái, bảo điều đắn cho chúng em Dù cố gắng trình thực tập song hạn chế thân, chúng em khơng tránh khỏi thiếu sót định Nhưng với cố gắng học hỏi, tự hồn thiện mình, đặc biệt với bảo, hướng dẫn thầy, anh Phịng thí nghiệm, chúng em tin thiếu sót sớm khắc phục Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lị điện trở Giới thiệu PC/104 PC/104 họ máy tính thiết kế theo chuẩn máy tính cơng nghiệp Đặc điểm chung loại máy tính có cấu trúc dạng all-in-one (tất linh kiện thiết kế bo mạch) cấu trúc dạng modul Các modul ghép nối với PC/104 thông qua khe cắm modul mở rộng (khe cắm thiết kế theo chuẩn ISA) 1.1 Sơ lược cầu trúc PC/104 Máy tính PC/104 Phịng thí nghiệm loại máy tính hãng Nagasaki Đài Loan sản xuất Có nhiều hệ máy tính loại ứng với tốc độ xử lý cấu trúc khác Ta tìm hiểu cầu trúc hệ cụ thể PC/104-587VL PC/104 có cấu trúc máy tính cá nhân thơng thường khác Điểm khác biệt xây dựng với cấu trúc để phù hợp với cấu trúc thiết bị điều khiển có khả làm việc tin cậy hơn, có cấu trúc modul giúp mở rộng modul điều khiển PC/104 có trọng lượng nhẹ (0,11kg) kích thước nhỏ (96×90 mm), hoạt đơng độ ẩm cho phép 0% ÷ 95%, nhiệt độ hoạt động ÷ 60 C (nhiệt độ dự trữ: -40 ÷ 850C), nguồn cung cấp: 5V ± 5% (thuộc loại nguồn thấp) Cấu hình bản:  CPU (Central Processing Unit): o NS Geode GX1, 300MHz, thuộc họ xử lý pentium o Chipset NS CS5530A o 16KB cho nhớ lưu trữ liệu chip  RAM: Một SDRAM-PC100, 144 chân, dung lượng tử 32MB đến 128MB  Flash Disk: Dạng Modul, tuỳ chọn dung lượng từ 2, 8, 16, 32,… đến 512MB  HDD/FDD: ổ cứng loại Notebook (44 chân cắm), chân cắm theo chuẩn IDE (Integrated Drive Electronics)  BIOS: ACPI Bios với 256 KB flash EPROM  Chức hiển thị VGA (Video Graphics Array): Bộ nhớ hiển thị chia sẻ từ 1÷4MB cho phép ghép nối với hình CRT có độ phân giải đến 1024x768 TFT LCD Hiển thị LCD Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lị điện trở (Liquid Crystal Display) CRT (Cathode Ray Tube) làm việc thời điểm độc lập với PC104587VL làm việc với loại TFT LCD (DSTN LCD không làm việc với PC104-587VL)  Các cổng vào khác: o cổng song song: hỗ trợ chế độ SPP/EPP/ECP o cổng nối tiếp: COM1 theo chuẩn RS-232, COM2 theo chuẩn RS232/422/485 o cổng USB o Cổng PS/2 nối bàn phím, chuột  Bộ định thời ngăn chặn lỗi treo hệ thống Watch-Dog Timer với chu kỳ thiết đặt ÷ 30s 1.2 Cài đặt phần cứng Sơ đồ xếp rãnh PC/104 rõ hình Trong đó:  CN1: điều khiển tín hiệu nguồn cơng suất biến đổi LCD  CN2: nối 18 bit cho giao diện LCD  CN3: nối hình CRT  CN4: nối ổ cứng chuẩn IDE  CN5: nối ổ mềm  CN6 & CN8: cổng COM1 & COM2  CN7: cổng song song  CN9: kết nối chuột & bàn phím  J1: nối mạng LAN  J2: đầu cắm loa  J3: đầu nối cổng USB  J4: phích cắm nguồn  J5: nút khởi động lại Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lị điện trở Hình 1.1: Sắp xếp chân rãnh cắm PC/104  J6 & JP1: đầu nối nguồn phụ Jum thiết lập sử dụng nguồn phụ  BUS1: nối PC/104  LED1: đèn công suất/định thời  DIMM1: rãnh cắm RAM 1.3 Thiết lập hệ thống vào sở (BIOS) 1.3.1 Các thiết lập sở Bios PC/104 thiết đặt cấu máy PC khác Ở ta xét vấn đề chung cho việc thiết lập máy tính thơng thường vấn đề riêng lĩnh vực điều khiển Quick Boot Trường thiết đặt việc khởi tạo nhanh hệ thống cho phép Ta ý đến số vấn đề sau: 1.BIOS không đợi đến 40s tín hiệu READY (sãn sàng) khơng nhận từ trình điều khiển IDE, BIOS khơng thiết đặt cấu hình cho trình điều khiển IDE Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 10 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lị điện trở 2.BIOS khơng đợi 0.5s sau gửi tín hiệu RESET đến trình điều khiển IDE Thiết lập mặc định: Enabled Thuộc tính tuỳ chọn : Disabled, Enabled 1st – 3st Boot Divece Trường xác định nơi mà hệ thống tìm kiếm lựa chọn thiết bị khởi động cho hệ điều hành Thiết lập mặc định kiểm tra đĩa cứng (hard disk), tiếp đến kiểm tra ổ mềm (Floppy drive), cuối ổ CDROM Thiết lập tuỳ chọn: Disabled, IDE0-1, IDE0-2, IDE0-3, Floppy, ARMD-FDD, ARM-HDD, CDROM, CSCI Network Hỗ trợ chuột PS/2 Chức chuột PS/2 tuỳ chọn Trước đặt cấu hình cho chuột ta phải đảm bào FB2502 hỗ trợ đặc tính Thiết đặt Enabled cho phép thống dị tìm chuột cổng PS/2 lúc khởi tạo Nếu tìm thấy, IRQ12 (ngắt) sử dụng chuột cổng PS/2 IRQ12 dành cho card mở rộng chuột PS/2 khơng tìm thấy Thiết đặt Disabled dành IRQ12 cho card mở rộng chuột khơng hoạt động Thuộc tính tuỳ chọn: Disabled, Enabled Thuộc tính mặc định: Enabled Typematic rate Chức định tốc độ lặp lại gõ phím phím nhấn giữ Thuộc tính tuỳ chọn: Fast, Slow Thuộc tính mặc định: Fast System keyboard Trường định thông điệp lỗi xuất hay không bàn phím khơng gắn kết với máy tính Thuộc tính tuỳ chọn: Absent (khơng có mặt), Present (có mặt) Thuộc tính mặc định: Absent Primary Display Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 11 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lò điện trở Trường định kiểu hình cài đặt hệ thống Thuộc tính tuỳ chọn: CGA80×25, Mono Absent, VGA/EGA, CGA40×25, Thuộc tính mặc định: Absent Boot To OS2>64 MB Nếu sử dụng hệ điều hành OS2 RAM hệ thống có dung lượng 64 MB, chọn Yes, trái lại chọn No Thuộc tính tuỳ chọn: Yes, No Thuộc tính mặc định : No Wait for ‘F1’ if Error AMIBIOS gửi thông báo lỗi cho phép bởi: Press to continue (nhấn F1 để tiếp tục) Nếu trường thiết đặt Disabled, AMIBIOS không đợi để ta nhấn phím sau xuất thơng điệp lỗi Thuộc tính tuỳ chọn: Disabled, Enabled Thuộc tính mặc định: Disbled C000, 32k Shadow – E800, 32k shadow Trường điều khiển vị trí dung lượng 32KB ROM bắt đầu vị trí vùng nhớ định bởi người dùng Nếu khơng có ROM tương ứng với định, sử dụng vùng ROM thiết đặt trước hệ thống, vùng tạo sẵn cho bus cục bộ.Các thiết đặt gồm: 1.Disabled: Thiết đặt có tác dụng làm cho ROM video không chép vào RAM Nội dung ROM video không đọc viết từ nhớ cache 2.Enabled: Nội dung vùng có địa từ C000h – C7FFFh viết vào địa nhớ hệ thống (RAM) để thực thi nhanh 3.Cache: Nội dung vùng ROM thiết đặt trước viết vào địa nhớ hệ thống (RAM) để thực thao tác nhanh hơn, ROM tương ứng (được định người dùng) sử dụng ROM (được định hệ thống) Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 12 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lị điện trở Do nội dung RAM đọc viết từ nhớ cache Thuộc tính tuỳ chọn: Disabled, Enabled, Cache Thuộc tính mặc định: Disabled Video Memory Size Trường định dung lượng nhớ cho hiển thị VGA, ta lựa chọn nhớ Video VGA Thuộc tính tuỳ chọn: 1.5 MB, 2.5 MB MB Thuộc tính mặc định: 1.5 MB LCD CRT Section Trường định hiển thị VGA sử dụng hệ thống khởi động Ta lựa chọn LCD CRT khởi tạo VGA Thuộc tính tuỳ chọn: Both, LCD, CRT Thuộc tính mặc định: CRT LCD Type Khi sử dụng hiển thị LCD, trường định độ phân giải cho kiểu hiển thị TFT LCD Thuộc tính tuỳ chọn: 640×480, 800×600, 1024 × 768 Thuộc tính mặc định: 640 × 480 I/O Recovery Time Thời gian khơi phục trạng thái vào quãng thời gian đo xung clock CPU, thời gian mà hệ thống trễ sau đạt yêu cầu vào/ra để thực yêu cầu vào Trường định thời gian để đầu vào/ra khôi phục lại cho việc truy nhập vào Thuộc tính tuỳ chọn: No Delay, 2, ,8, 16, 32, 64 and 128 xung Thuộc tính mặc định: 32 xung CAS Latency Trường định khoảng thời gian trễ tín hiệu CAS (Control Access System - hệ thống truy nhập có điều khiển) RAS (Random Access Storage -bộ nhớ lưu giữ truy nhập ngẫu nhiên) Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 13 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lị điện trở hệ thống SDRAM đồng bộ, truy nhập SDRAM theo chu kỳ mà cài đặt Thuộc tính tuỳ chọn: 1, 2, 3, 4, 5, Thuộc tính mặc định: IRC Bit 24 – 27 TIM1 Trường thiết đặt cho SDRAM, thiết đặt chu kỳ thời gian lệnh làm tươi (refresh) lệnh ACT/PRE Thuộc tính tuỳ chọn: 2, 3, 4, 5, 6, Thuộc tính mặc định: IRAS Bits 20 – 23 TIM1 Trường thiết đặt cho SDRAM, lựa chọn chu kỳ thời gian lệnh làm tươi (refresh) lệnh ACT Thuộc tính tuỳ chọn: 1, 2, 3, 4, 5, Thuộc tính mặc định: SDRAM Clock Ratio Trường định tỷ lệ xung cho SDRAM Thuộc tính tuỳ chọn: 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, Thuộc tính mặc định: 3.0 SDRAM Clock Shift Trường định xung nhịp SDRAM thích ứng với cài đặt SDRAM thời gian trì yêu cầu cho việc tương thíc Thuộc tính tuỳ chọn: No Shift, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 Thuộc tính mặc định: 1,5 1.3.2 PCI/PLUG AND PLAY Plug and Plug Aware O/S Thiết đặt yes BIOS biết hệ điều hành quản lý điều hành Plug Play thiết bị Thuộc tính tuỳ chọn: Yes, No Thuộc tính mặc định: No PCI Latency Timer Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 14 ... Nghiên cứu ứng dụng điều khiển thời gian thực PC/104” giảng viên - Tiến sĩ Hồng Minh Sơn - Bộ mơn Điều khiển tự động – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hướng dẫn Chúng em thầy Sơn giới thiệu thực. .. đối tượng điều khiển lò điện trở Tiến hành thiết kế mạch phần cứng Card điều khiển lò điện trở Ngồi ra, chúng em cịn làm quen với thiết bị, linh kiện thường sử dụng nhiều nghiên cứu thực tế sản... I/O Recovery Time Thời gian khôi phục trạng thái vào quãng thời gian đo xung clock CPU, thời gian mà hệ thống trễ sau đạt yêu cầu vào/ra để thực yêu cầu vào Trường định thời gian để đầu vào/ra