hệ thống thông tin đo lường

Chương I: Phân loại và hệ thống thông tin đo lường 1.1 Khái niệm chung -Trong kĩ thuật thông tin là một bộ phận quan trọng giúp ích cho việc đo và điều khiển để phân biệt được tín hiệu. thì người ta phải sử dụng kĩ thuật thông tin này để đo và xử lí rồi đưa đến các bộ phận điều khiển tùy thuộc phụ thuộc vào yêu cầu mục đích sử dụng tín hiệu mà người ta có thể chia ra nhiều tín hiệu -Trong kĩ thuật thông tin bao gồm :kĩ thuật tính toán ,kĩ thuật truyền thông tin ,kĩ thuật lưu giữ và truyền ,kĩ thuật thông tin đo lường. trong chương trình ta chỉ nghiên cứu về hệ thống thông tin đo lường 1.2 Dịnh nghĩa :là hệ thống tự động đo điều khiển và gia công thông tin theo một thuật toán nhất định -HTTT đo lường là một tập hợp các thiết bị có cùng một nhiệm vụ một chức năng và thiết lập được ước lượng để thu thạp thông tin tự động từ đối tượng và gia công để việc thu thập thuận lợi Ví dụ: trong sản xuất dấy thì người ta điều chỉnh độ dày của dấy theo các thông số: về độ ẩm, khối lượng, tốc độ băng truyền … Hệ thống đo và điều khiển phải nhận được các thông số đó xử lí theo một chương trình phù hợp với yêu cầu của quy trình công nghệ 1.1.2 Các hệ thống thông tin đo lường a. Phân loại bao gồm các hệ thống :đo lường, kiểm tra, nhận dạng chuẩn đoán và tính toán +hệ thống đo lường là hệ thống dùng để đo các thông số mà đối tưởng cần điều khiển.Việc đo các thong số đo này phụ thuộc vào quy trình công nghệ hoặc mục đích của hệ điều khiển +Kiểm tra là hệ thống so sánh giữa hai trạng thái thông thường là so sánh giữa đại lượng cần đo và mậu +Hệ thống nhận dạng là hệ thống nhận dạng đối tượng để tìm ra các thông số cần điều khiển +chuẩn đoán là hện thống dùng để khôi phục sự làm việc bình thường của đối tượng và tìm ra các hư hỏng từ đó người ta có thể thay thế hoặc gia công thêm +tính toán là ht tính toán để tạo ra được các kết quả mong muốn b.đặc điểm chung tất cả các quá trình trên đều có đặc điểm chung -cần phải có sự thu nhận đại lượng đo bằng thiết bị biến đại lượng đo thành đại lượng trung gian và so sánh với đại lượng mậu -ghi lại các trạng thái hay tính chất của đối tượng tạo ra đưa ra kết quả bằng số hay tỉ số c.Yêu cầu kĩ thuật -một vấn đề đặt ra là ngày càng đo cùng một lúc nhiều đối tượng và đại lượng đo khác nhau vì vậy về yêu cầu của hệ thống là phải xác định được tính chất và quy luật nhất định của đối tượng trên cơ sở đó thì người ta thiết kế hệ thống đo ,đó là tập hợp nhiều tập hợp đo của nhiều đại lượng 1.1.3 cấu trúc của hệ thống thông tin đo lường -thiết bị thu nhận và đo bao gồm các cảm biến biến thành tín hiệu điện,thiết bị đo nhằm mục đích thực hiện các phép so sánh lưỡng tử hóa và mã hóa -thiết bị gia công tin tức thực hiện phép tính theo một loogich nhất định 1.1.4 nhiệm vụ của hệ thống đo lường -thực hiện đo kiểm tra chuẩn đoán hay nhận dạng tính toán có thể là riêng rẽ hay hợp bộ của nhiều tín hiệu khác nhau trong thời gian ngắn -biến đổi tín hiệu đo lường thành các tín hiệu chuẩn hóa để truyền đi xa không bị mất mát và thực hiện việc đo chúng bằng một loại dụng cụ duy nhất -HTTT nhằm nhiệm vụ TĐH cao trong các quá trình đo kiểm tra nhận dạng chuẩn đoán … từ đó mà cho ra thông tin và ra lệnh điều khiển đối tượng kịp thời và do đó nâng cao được chất lượng sản phẩm 1.1.5 sự phát triển của hệ tự động - sự phát triển kĩ thuật đã dẫn đến việc sử dụng rỗng rãi vi xử lí µp và vi tính µC trong sản xuất -sử dung các senson thong minh tức là kết hợp µp và senson để có số liệu chính xác -tối ưu dưới dạng số đồng thời µp đồng thời xử lí sơ bộ nhờ vậy mà giảm được khối lượng tính toán cho máy tính trung tâm một hệ như vậy gọi là hệ phân tán -thiết lạp các tổ hợp gội là tổ hợp đo lường tính toán -1.2 Phân loại hệ thống HTĐ theo tín hiệu đầu vào Thường căn cứ vào tín hiệu đo ở đầu vào xác định nghuyên lí làm việc hệ tự động ta có thể phân loại HTĐ theo tín hiệu đầu vào 1.số lượng đại lượng đo ở đầu vào nếu từ 2 trở lên gọi là hệ nhiều kênh. Các tín hiệu đo khác nhau độc lập hay phụ thuộc 2.Đại lượng đo có thể là tiền định hay ngẫu nhiên 3.tín hiệu đo có thể là lien tục rời rạc theo thời gian 4.tín hiệu đo chủ động (bản than mang năng lượng ,dòng điện ,điện áp …)có thể là bị động (điện trở ,điện cảm ) 5.tín hiệu đo nhiều độc lập có thể tách ra khỏi tín hiệu được -tín hiệu có nhiều phụ thuộc có thể là không có thể tách khỏi được -căn cứ vào tín hiệu đo đầu vào mà có thể phân thành nhiều hệ thông khác nhau 1.3 Phân loại hệ thống tín hiệu ra 1.Hệ thống đo lường -đo các đại lượng vật lí -thông tin ra bằng số -kết quả được đưa ra trực tiếp Kim chỉ tự ghi số ,đồ thị ,có hệ thống cần qua xử lí nhờ vào µp và µc 2. hệ thống tự động kiểm tr và điều khiển -phải so sánh với nhưỡng đại lượng cần kiểm tra -thường có 3 mức (chuẩn ,dưới tiêu chuẩn và trên tiêu chuẩn )khác với hệ TTĐL ở đây thông tin ra mang chất lượng trả lời câu hỏi thấp hơn hay cao hơn chuẩn vì thế hệ thống ít vạn năng hơn -thông thường trong công việc bao giờ 2 HTĐL và điều khiển đều đi đôi với nhau 3.Hệ thống chuẩn đoán Trên cơ sở kết quả đo ta đánh giá trạng thái đối tượng đó và tìm ra hư hỏng từ đó khắc phục và sửa chữa -hệ thống cần có sự tham gia thiết bị tính toán logic 4.hệ thống nhận dạng HT nhận biết thông tin đ có giống mẫu không thường có kết hợp với thiết bị tính toán 1.4 Phân loại hệ thống theo sơ đồ cấu trúc 1. Hệ thống kênh đo lường song song (hình vẽ ) S 1 , S 2 …. S n các cảm biến nhận tín hiệu từ các đối tượng điều khiển đưa vào, đo lường 1,2,…n và đưa vào thiết bị thể hiện thông tin. Các kênh này làm việc song song với nhau do đó độ tin cậy cao vì nếu một kênh hỏng thì các kênh khác vẫn hoạt động bình thường tuy nhiên số lượng dây sẽ rất lớn -Tất cả các khối trên đều được theo dõi bởi các khối điều khiển trung tâm Phạm vi ứng dụng:cho phép sử dụng đối với hệ thống có khoảng cách nhỏ hơn 2Km 2.Hệ thống với các kênh đo lường nối tiếp (hình vẽ) Khắc phục nhược điểm là số lượng dây và thiết bị lớn. thì người ta chuyển đổi từ song song thành nối tiếp bằng cách lắp them bộ đổi nối -Nhiều vào một ra:khi lấy tín hiệu ở kênh đo nào thì khối điều khiển đó quyết định -tín hiệu qua bộ đổi nối dược đưa và phần đo lường , ở phần này nếu cần thiết thể hiện ở kênh nào thì người ta đưa qua khối thiết bị thể hiện thông tin. Vì vậy đối với hệ thống này được sử dụng khi đo ở các khoảng cách xa. Dộ tin cậy thấp vì nếu một trong các khối hỏng thì cả hệ thống bị hỏng -trên cơ sở ưu nhược điểm của 2 hệ thống trong thực tế thì người ta thường dung hệ thống các kênh đo lường kết hợp của cả 2 hệ thống 3. Hệ thống với các kênh đo lường kiểu song song, nối tiếp (hình vẽ) -Đối với hệ thống loại này thì người ta chia thành từng khu vực và các khu vực này thì mắc song song .trong từng khu vực người t mắc các hệ thống nối tiếp với nhau ,tín hiệu chia từ(1,2…n)ngoài ra người ta mắc them bộ đổi nối của các khu vực và thông qua bộ đổi nối này thì hệ thống có thể dám sát tín hiệu từng khu vực -Đối với cách mắc này thì khắc phục được nhược điểm hệ thống song song ,nối tiếp để tăng độ tin cậy tăng số lượng kênh và tăng độ chính xác tuy nhiên thì hệ thống này phức tạp và chỉ được đối với hệ thống lớn và truyền xa 4.Hệ thống kiểm tra tự động (hình vẽ) Tín hiệu s 1 , s 2 , s 3 … s n Để kiểm tra thì người ta so sánh với mậu tùy thuộc vào mực đích kiểm tra thì tín hiệu có thể lấy (>,<,=) và đưa vào thiết bị thể hiện thông tin và quá trình này được giám sát bởi khâu điều khiển. Trong các hệ thống này thường được ứng dụng trong việc kiểm tra phân loại sản phẩm phân loại tín hiệu 1.5 Tổ chức làm việc của một HTTTĐL -tạo ra 1 algorith làm việc của hệ thống -Tác động lẫn nhau của các khâu - Thứ thực hiện các thao tác ,chọn tần số xuất hiện tín hiệu ,chọn kênh số -xác dịnh tín hiệu đo của từng tín hiệu ở từng kênh, tính sai số của việc đo -Ngày nay người ta sủ dụng vi xử lí và tính ngoài việc gia công kết quả do , máy tính có thể tổ chức làm việc của cả hệ thống từ đó thực hiện tất cả các chức năng của bộ điều khiển -Khi sử dụng bộ điều khiển thì phải xẩy ra việc trao đổi lệnh giữa các khâu riệng biệt của hệ thống -Để đảm bảo hệ thống làm việc bình thường thì người ta có lệnh chung hay gọi là giao diện -giao diện làm nhiệm vụ xác định algorithm và đánh số các tín hiệu rời rạc dùng để truền lệnh trong hệ thống như vây khi chế tạo interface cần phải làm các nhiệm vụ sau:liệt kê tất cả các kệnh, liệt kê tất cả các ín hiệu để mang lệnh, liệt kê các thông số của các tín hiệu đó Ví dụ :Liệt kê các lệnh như sau -Lệnh đưa hệ thống về trạng thái ban đầu sau khi có nhuồn cung cấp -Lệnh bắt đầu làm việc -Lệnh chọn chế độ làm việc của thiết bị vì thế trong hệ thống đo lường thông tin hiện đại thì μp và μc là không thể thiếu được -tín hiệu từ bộ cảm biến s được đưa đến bộ đổi nối rồi đưa đến bộ trích lấy mậu -Bộ khuếch đại rồi đưa đến bộ chuyển đổi A/D đến bộ chọn kênh -μp kết hợp với các bộ nhớ ROM,PROM,EPROM tạo thành máy tính -thông tin đo sau khi qua bộ chuyển đổi được trao đổi với μp thông qua kênh BUS -thông qua BUS điều khiển μp có thể điều khiển quá trình làm việc của khâu trong hệ thống -Ở đầu ra tín hiệu có thể nối với các đối tượng khác như máy phát máy ghi… -Trong các hệ thống thông tin đo lường việc sử dụng μp đã giúp chế tạo cảm biến thông minh Chương II Tín hiệu đo và các phép biến đổi 2.1 các loại tín hiệu đo 1.Tín hiệu tiền định -tín hiệu 1 chiều ví du như tín hiệu chuẩn hóa -Tín hiệu xoay chiều hình sin X (t) = X (m) sin(wt+φ) trong đó X (m) là biên độ cực đại X (m) có thể là thông số thay đổi theo sự biến đổi của lương đo các thông số như φ,w có thể thay đổi theo đại lượng đo đó là quá trình điều chế (MOD) tín hiệu 2.Tín hiệu ngẫu nhiên -là tín hiệu không thay đổi theo quy luật sự ngẫu nhiên gây ra theo biến động cảu điều kiện bên ngoài đối tượng VD:như nhiệt độ,độ ẩm ,áp suất thay đổi đồ thi tín hiệu đo cũng bị ảnh hưởng -xét theo hình thức biến đổi tín hiệu đo có thể phân thành a.tín hiệu đo liên tục:đó là hàm liên tục cảu mọi đối số b.Tín hiệu đo liên tục lượng tử là các giá trị lượng tử của một hàm có đối số liên tục c.Tín hiệu đo rời rạc là một hàm liên tục cảu đối số rời rạc d.Tín hiệu đo rời rạc lượng tử là giá trị lượng tử của một đối số rời rạc. Một tín hiệu đo ngẫu nhiên được gọi là quá trình ngẫu nhiên.Nếu ta đo nhiều lần được nhiều đường cong khác nhau nó được gọi là quá trình ngẫu nhiên ví dụ đo nhiệt độ theo thời gian nó dao động xung quanh một giá trị trung bình 2.2 Rời rạc hóa tín hiệu đo -Rời rạc hóa tín hiệu đo liên tục là quá trình biến đổi một hàm liên tục theo thời gian X(t) thành rời rạc theo thời gian -X(t) là tập hợp các tung độ mà theo đó có thể nhận được ước lượng của tín hiệu đo liên tục X * (t) : a X(t) =(x 0 , x 1 … x n ) (1) b (x 0 , x 1 … x n )= X * (t) (2) -Khi thực hiện một pháp a lên X(t) ta nhận được X(i) ngược lại khi tác động một phép b lên X(i)thì ta nhận được ước lượng X * (t) - 2 quá trình ngược nhau mà ta có các thiết bị tương ứng đó là các thiết bị biến đổi A/D và D/A trong đó toán tử a là toán tử thể hiện toán tử b gọi là toán tử phục hồi Có nhiều cách rời rạc tin hiệu đo a.Hàm rời rạc là một bộ hệ số của một dãy nào đó b.Hàm rời rạc là các giá trị tức thời của các hàm liên tục lấy tại các thời điểm nhất định c.Hàm rời rạc là một hiệu các giá trị kế tiếp nhau 23.3 Lượng tử hóa theo mức -trong các hệ thống đo lường sử dụng các chuyển đổi A/D từ sensor qua A/D vào máy tính -trong khi đó sai số do việc làm tròn các giá trị của tín hiệu ảnh hưởng tới độ chính xác của phép đo một sai số như vậy gọi là sai số luwownhj tử -phép lượng tử hóa theo mức được thể hiện khi lấy giá trị đo ở thời điiểm tín hiệu đo cân bằng với mức lượng tủ cân bằng nhất và lấy giá trị lượng tử đó. 2.4 mã hóa ,một số phương pháp mã hóa Mã hóa là quá trình thay đổi các kí hiệu của dạng này thành dạng khác Mã được coi như là một tập hợp gồm nhiều phần tử còn các phần tử của mã được gọi là cơ số Trong thực tế thường dung mã cơ số 2 các phần tử của nó có hay không (tế kí hiệu 0,1) VD:- Ta có N giá trị lượng tử, tất cả được đánh số mỗi số được viết dưới dạng mã cơ số 2 -Số lượng dãy m của mã cơ số 2 cần thiết để mã hóa tất cả N giá trị lượng tử được xác định bằng biểu thức m=log 2 N -Các giá trị rời rạc được mã hóa theo thứ tự -Tín hiệu bây giờ là một tập hợp mã tương ứng với một mức lượng tử là một tập hợp mã VD:Một tập hợp gồm 10 giá trị khi có tín hiệu lượng tử hóa ta nhận được 10 giá trị ứng với ccacs mã dãy tương ứng -Để tránh sự dư thừa thông tin thường những tập hợp mã có số 0 đằng trước được bỏ đi vì nó không mang thông tin -Điều này sẽ có lợi cho việc giảm thời gian thông tin và giảm công suất tiêu thụ VD:-Dãy mã 0011 ,ta có thể bỏ đi 2 số o đằng trước vì nó không sử dụng để mang thông tin đo -Để phân biệt giữa các tập hợp mã với nhau ở phần thu, người ta dung những xung có biên độ lớn hay xung có dấu khác. 2.5 Nhiễu và phương pháp chống nhiễu 2.5.1 nhiễu - Là tất cả các yếu tố ko ổn định tác động lên tín hiệu và gây ra sự mất mát thông tin đo - Nhiễu là nguyên nhân gây ra sai số hoặc hỏng hóc - Trong HTĐ thì nhiễu xuất hiện ở tất cả các khâu - Đối tượng nghiên cứu: Bao gồm các cảm biến, bộ chuyển đổi chuyển hóa Nhiễu gây ra do nhiều điều kiện làm việc nặng nhọc, điều kiện đo ko ổn định ngay ở đối tượng(ví dụ:sự thay đổi nhiệt độ, gia tốc, dao động, tác động hóa học…) - Khâu kênh liên lạc(dãy liên lạc): Nhiễu sinh ra chủ yếu là do trường điện từ, ảnh hưởng của khí quyển, môi trường lý hóa - Khâu thiết bị thu và gia công Nhiễu gây ra do sự thay đổi nhiệt độ, nguồn cung cấp 2.5.2 Các loại nhiễu a. Nhiễu ngẫu nhiên Là một dãy các xung có biên độ, độ dài và thời gian xuất hiện là ngẫu nhiên Ví dụ: Nhiễu do đóng ngắt mạch điện chẳng hạn b. Nhiễu hệ thống Có giá trị ko đổi và thay đổi theo quy luật Ví dụ: Nhiễu do sự thay đổi chậm các đại lượng nhiệt độ, độ ẩm, … 2.5.3 Các phương pháp chống nhiễu Có nhiều phương pháp chống nhiễu, nói chung ta có thể chia ra 4 phương pháp: 1. Sử dụng các dạng điều chế tín hiệu chống nhiễu - Điều chế(Modulation) tức là sự tác động của tín hiệu đo lên một thông tin nào đó của tín hiệu mang - Sự tác động của nhiễu nhiều hay ít phụ thuộc vào các dạng điều chế - Tín hiệu mang có thể là một điện áp xoay chiều tần số cao hay là một điện áp xung, ta lần lượt xét 2 loại này a. Điều chế với tín hiệu mang là xoay chiều hình sin Gỉa sử có tín hiệu hình sin là: X(t)=XmSin(wt+φ) Xm là biên độ cực đại của tín hiệu, w:là tần số góc, φ là góc lệch pha ban đầu - Khi tín hiệu đo tác động lên biên độ đo Xm thì ta điều chế biên độ - Khi tín hiệu đo X(t) tác động lên tần số w thì có thể điều chế tần số ở đâu tín hiệu nhỏ thì tần số thấp, ở đâu tín hiệu đo lớn thì tần số cao - Khi tín hiệu đo tác động vào góc lệch pha, ta có thể điều chế pha - Khi sử dụng dạng điều chế nào thì ta phải sử dụng dạng điều chế tương ứng - Một bộ điều chế và giải điều chế gọi là tín hiệu điều tần có độ chống nhiễu tốt hơn điều biên. b. Điều chế với tín hiệu mang là xung Tín hiệu mang có thể là 1 dãy xung(thường là xung hình chữ nhật) Các thông số của xung là: -Biên độ xung Um -Tần số xung f=1/T -Độ rộng xung τ (thời gian xung) Tín hiệu đo tác động vào biên độ của xung ta có thể điều chế xung - Tín hiệu đo tác động vào tần số của dãy xung gọi là điều chế tần số xung, ở đoạn nào tín hiệu đo bé thì tần số thấp, ở đoạn nào tín hiệu đo lớn thì tần số cao, - Tín hiệu đo tác động vào độ rộng của xung (ở đoạn nào tín hiệu đo nhỏ thì độ xung hẹp, ở đoạn nào tín hiệu đo lớn thì độ rộng xung lớn) gọi là điều chế độ xung - Tín hiệu đo tác động tạo thành các tập hợp mã khác nhau. Chỗ nào tín hiệu đo lớn thì mã có số lớn. Đó là điều chế mã xung. Thường để truyền đi xa tín hiệu điều chế mã xung phải kết hợp với một dạng điều chế khác.Ví dụ điều chế tần số xoay chiều - Ta có điều chế tần số - Độ chống nhiễu ở hệ số mã xung là có độ chống nhiễu tốt nhất vì để làm thay đổi từ 0 đến 1 hay ngược lại nhiễu phải đủ mạnh 2) Phương pháp là sử dụng mã sửa sai - Các loại mã thông thường có 1 nhược điểm là khi thay đổi 1 tín hiệu(do nhiễu hay 1 nguyên nhân nào khác)ví dụ :từ 0 thành 1 hay từ 1 thành 0 sẽ xuất hiện một tập mã khác. Điều đó dẫn đến sai số - Để tìm ra hay sữa chữa các sai số có mặt của nhiễu ta dùng một mã gọi là mã sữa sai hay mã kiểm tra. Ví dụ : - Mã chẵn lẽ chẳng hạn là mã kiểm tra - ở bộ phát ta cứ cộng tất cả kí hiệu mà sao cho tổng tất cả con sô 1 là chẵn - Nếu là lẽ ta cộng thêm 1 sao cho khi phát đi toàn chẵn, phần thu ta kiểm tra lại tính chẵn ấy - Nếu mà kết quả lẻ thì hoặc là tập hợp mã đó hoặc là ra lệnh phát lại 3) Phương pháp thứ 3 - Sử dụng các phương pháp thu chống nhiễu - Phương pháp sử dụng các bộ lọc nhiễu, tùy theo dãi tần của nhiễu ta có thể sử dụng các bộ lọc khác nhau có thể lọc nhiều lần để khử nhiễu -Một phương pháp hay sử dụng là phương pháp tích dần - Cơ sở của phương pháp này như sau : cùng một tín hiệu sẽ được nhắc đi nhắc lại nhiều lần và kết quả nhận được ở đầu thu như một tổng Gỉa sử ta truyền đi một xung có biên độ ko đổi U, tín hiệu nhiễu là U nhiễu. Khi đó tỷ số của công suất tín hiệu trên nhiễu sẽ là : C vào =P th /P nh =U 2 /U 2 nh Về lý thuyết với phương pháp này có thể phát hiện tín hiệu nhỏ bao nhiêu cũng được -Có thể sử dụng n kênh thay cho n lần -Có thể sử dụng với các điện áp có chu kỳ. Trường hợp đó phải đảm bảo đồng bộ với tín hiệu phát. 4. Sử dụng phản hồi trong HTĐ - Phản hồi trong HTĐ là một trong những phương pháp để nâng cao khả năng chống nhiễu của hệ thống -Tùy thuộc vào chức năng mà phản hồi có thể bao gồm nhiều khâu. Khâu phản hồi 1 -Bao gồm tần thu liên hệ với tần phát -Sự thay đổi tín hiệu ở phần thu xẩy ra do nhiễu nhờ có phản hồi tác động đến tần phát sao cho sự thay đổi cảu chế độ của nó bù lại ảnh hưởng của nhiễu Khâu phản hồi 2 :có 2 loại Hệ thống mã kểm tra -Hệ thống phải nhớ định kì các nhóm mã nếu phát hiện ra có sai sót ở phía thu theo đường dây phản hồi đòi hỏi phát lại nhóm mã sai sọt đo -Có thể nhắc lại nhiều lần cho đến khi biết chắc là đã đúng Hệ thống với sự so sánh -Mỗi một nhóm mã sẽ được truyền trở về theo đường dây phản hồi và trong bộ mã hóa sẽ so sánh chúng với nhóm mã đã gưi đi -Nếu kết quả ăn khớp thì sẽ xuất hiện tín hiệu là đã truyền đúng nếu không đúng thì sự truyền sẽ được nhắc lại -Nhược điểm: Công suất tiêu thụ của hệ thống này lớn hơn vì phải truyền trở lại tất cả tập hợp mã đã nhận CHƯƠNG III:kênh liên lạc 3.1định nghĩa và đặc tính cảu kênh liên lạc -Định nghĩa: kênh liên lạc là tập hợp các thiết bị đảm bảo truyền độc lậ các thông tin đo -Bao gồm thiết bị phát dây liên lạc Dây liên lạc :điện vô tuyến ,siêu âm quang học Các đặc tính a.Dung lượng cảu kênh liên lạc V k =T k F k H k T k thời gian trong đó có mặt tín hiệu truyền đi F k khoảng tần số mà kênh có H k Đặc tính chỉ rõ sự tăng công suất tín hiệu P th so với công suất nhiễu P nh trong kênh b.Tốc độ truyền thông tin - U=1/T trong đó lượng thông tin 1 truyền đi trong 1 đơn vị thời gian - để truyền một cách chính xác thì ta phải có điều kiện V k >=V th ;V th =T th F th H th Phải đảm bảo T k >=T th ;F k >=F th ; H k >=H th -U max của kênh gọi khã năng truyền của kênh -tốc độ cho ra từ máy phát U th phải đảm bảo U th <U max 3.2 Dây liên lạc -dây liên lạc để truyền thông tin đo có thể dùng các dây telephon dây điện tín hoặc dây truyền tải điện - Việc chon dây liên lạc trước tiên phải tính đến các tiêu chuẩn kinh tế Ví dụ: việc thiết lập một hệ thống dây dẫn tín hiệu đo hữu tuyến chỉ có lợi trong một nhà máy hay khoảng cách vài km còn ở khoảng cách xa thì phải sử dụng các đường dây đã có sẵn để đỡ tốn kém -Dây liên lạc bao gồm dây hữu tuyến và dây vô tuyến ,cáp quang +Dây hữu tuyến có tốc độ truyền cỡ hàng 1000 bit/s +Dây vô tuyến hàng chục đến hàng 100000 bit/s +cáp quang có thể đến 1000000 bit/s 3.2.1 Đường dây hữu tuyến - Bao gồm đường dây trên không và dây cáp đặc tính được xác định bởi các thông số RLC ngoài ra còn có các thông số như sự tắt dần ,điện trở sóng -Đường dây trên không thường bị ảnh hưởng bởi các điều kiện khí quyển như nhiệt độ thay đổi làm thay đổi điện trở đường dây khoảng 5 lần -đường dây cáp có độ chống nhiễu cao ,độ tin cậy lớn -sự tắt dần được tính bằng biểu thức b=ln(p vao /p ra ) là công suất vào ra của đường dây . sự tắt dần rất phụ thuộc vào bản chất của đường dây và tần số Ví dụ: Đường dây bằng thép khi tần số tăng thì sự tắt dần cũng nhanh lên vì thế mà tần số chỉ gipwis hạn dướ 30khz trong khi đường dây bằng đồng có thể tăng lên 180 KHZ -Có thể dùng đường dây tải điện để truyền tín hiệu đo. Tín hiệu đo được điều chế xoay chìêu có tần số 50-100 KHZ từ máy phát qua bộ lọc đến tụ C -Tụ C có trị số nhỏ cho tín hiệu cao tần qua dễ dàng để cho tín hiệu không chịu vào lưới điện thì ta dùng bộ cản nhiễu CC -Đối với tần số 50HZ thì có điện trở nhỏ còn đối với có tần số cao thì điện trở lớn ở phần thu cũng tương tự -Đường dây truyền tải có ưu điểm là có độ tin cậy cao nhưng có nhược điểm là nhiễu lớn 3.2.2 Đường dây vô tuyến - Thường dùng khi không có khả năng dùng dây hữu tính như tên lửa con tàu vũ trụ tần số tín hiệu có thể tới vài MHz -Thường chất lượng thu phụ thuộc vào thời gian của năm hoặc trong một ngày đem nhất là ở sóng dài và sóng ngawnssuwr dụng sóng cực đại rât tin cậy 3.2.3 Đường dây cáp quang -Là thiết bị sợi thủy tinh trong suốt có thể dẫn ánh sáng nguồn ánh sáng là laze -Nguồn thông tin sau khi được điều chế sơ bộ và được đưa vào bộ điều chế điện quang Nguồn sáng laze sau khi điều chế sẽ mang tín hiệu đo sau đó truyền qua cáp quang tới phía thu qua dãy điều chế và tái hiện lại tín hiệu đo -Nhược điểm : cáp quang hiện nay là việc nối cáp còn phức tạp khó thực hiện 3.3 Bộ đổi nối Mục đích của bộ đổi nối trong HTĐ là để nhận kenh theo thời gian .có thể có bộ đổi nối tiếp xúc 1.Bộ đổi nối tiếp xúc -đó là các công tắc cơ khi có thể điều khiển bằng tay hay điều khiển tự động -Nhược điểm: độ tác động nhanh của loại này không cao vì thế tần số đổi nối không vượt quá 100Hz -Ưu điểm: khi ở trạng thái tiếp xúc thì điện trở bằng không còn khi ở chế độ hở mạch thì điện trở là vô cùng 2.Bộ đổi nối tiếp xúc phần lớn là bộ đổi nối điện tử -Uu điểm tần số đổi nối có thể vài chục MHz -Nhược điểm: điện trở thuận khác không cở khoảng vài chục ôm còn điện trở ngược cở vài Kloom -Chế độ làm việc các bộ đổi nối có thể làm việc thao chu kì hay chế độ địa chỉ -Chế độ chu kì: tất cả các senxor và kênh lần lượt sẽ được đặt vào dây dẫn liên lạc hay hệ thống -Ở chế độ địa chỉ bọ đổi nối làm việc theo một chương trình -Nguwoif ta đã chứng minh rằng sai số của bộ đổi nối phụ thuộc vào số lượng các kênh sẽ tăng khi số lượng đó sẽ tăng lên -Để giảm sai số người ta sẽ chế tạo theo từng nhóm - Theo sơ đồ nguyên lí của MUX 8 bit thì các bit bộ điều khiển bộ biến đổi logic để điều khiển Registor đưa ra 8 kênh đóng mở, 8 khóa Ko tới K7 đưa ra tín hệu từ 8 kênh hệ thống -ngoài ra còn có bộ đổi nối theo nhóm -bộ đổi nối khi đó người ta tạo thành nhiều nhóm với nhiều bộ đổi nối Registor lúc đó tạo thành được hàng trăm điểm .Số kênh trong trường hợp này là N=n*m trong đó m là nhóm và n là số khóa từng nhóm -Chế độ làm việc các bộ đổi nối có thể làm việc theo chế độ chu kì hay chế độ địa chỉ. Ở chế độ chu kì thì tất cả các sensor và kênh sẽ lần lượt đặt vào dây liên lạc hay hệ thống ở chế độ địa chỉ bộ đổi nối làm việc theo một chương trình -Người ta đã chứng minh rằng sai số của bộ đổi nối phụ thuộc vào số lượng các kênh và sẽ tăng khi số lượng đó tăng lên -Để giảm sai số đo người ta sử dụng phương pháp chế tạo bộ đổi nối theo nhóm có thể chia rằng đối với mỗi bộ đổi nối nhiều kênh tồn tại một số lượng tối ưu các nhóm đảm bảo sai số nhỏ nhất Chương 4: chuyển đổi chuẩn hóa 4.1 Yêu cầu đối với các chuyển đổi chuẩn hóa -Các hệ thống thông tin đo lường hiện đại cùng một lúc phục vụ một số lượng lớn các sensor được mắc vào một đầu vào -Các senson có thể khác nhau về nghuyên lí hoặc nếu cùng một loại thì khác nhau về giới hạn đo -Để hòa hợp giữa senson và hệ thống cần chuẩn hóa tín hiệu ra của senson -biến đổi tín hiệu ra thành một đại lượng vật lí duy nhất và một thang đo duy nhất Các tín hiệu chuẩn hóa một chiều Dòng một chiều 0-20mA; 4-20mA ;0-5mA ;-5-0-5 mA; 20-0-20mA Áp một chiều 0-1mV;-10-0-10mA -Thực tế trong các nhà máy 0-20mA;4-20mA áp 0-10V -Giữa cac senson và hệ thống đo nhất thiết phải có chuyển đổi chuẩn hóa sao cho bất kể khoảng đo nào của các đại lượng đo thì cũng tương ứng với một giới hạn của CĐCH 4.2 Cấu tạo của CĐCH -CĐCH có đầu ra là tín hiệu 1 chiều một chuyển đổi như vậy có thể thực hiện bởi 2 bước Bước 1:trừ đi giá trị ban đầu x=X 1 để tạo ra giá trị ở đầu ra CĐCH giá trị I=0 Bước 2 : khuyeechs đại K>1 hay suy giảm K<1 4.2.1 CĐCH với đầu ra là áp một chiều Ví dụ: Cặp nhiệt ta luôn có thể thấy được s.đ.đ ban đầu là U 0 -ở nhiệt độ bình thường cặp nhiệt độ đã có một s.đ.đ ban đầu là U 0 nhưng yêu cầu của điên áp đầu ra của CĐCH là y=0 -Phải tạo được một điện áp ngược U 0 để bù lại người ta thường sử dụng một cầu nhiệt điện trở -Khi nhiệt độ ở đầu tự do thay đổi thì U 0 cũng thay đổi theo -Điện trở R cũng thay đổi theo điện áp đàu ra của cầu cũng dị thay đổi theo và bù lại -Kết quả là điện áp ở đàu vào của KĐ bằng 0 -khi nhiệt độ bình thường điện á ra của cầu được tính toán như các loại cặp nhiệt khác nhau -Bộ KĐ1 phản hồi âm sâu cũng có thể sử dụng KĐ điều chế -Nếu CĐCH phụ trách cả một nhóm senson thì hệ số của CĐCH nhất định phải thay đổi cho từng sensor -việc thay đổi hệ số CĐ nhờ vào sự thay đổi hệ số pải hồi qua bộ nối K 2 làm việc với bộ đổi nối K 1 4.2.2. CĐCH với dòng ra là dòng điện một chiều -để truyền tải đi xa người ta sử dụng nguồn dòng bởi vì dòng điện trong nguồn dòng thường lớn nên mhi truyền tín hiệu dòng trên đường dây điện trở dây bị thay đổi cũng không gây ảnh hưởng đáng kể đến kết quả phép đo -Người ta sử dụng CĐCH với dòng ra 0-20 mA hay 4-20mA với dòng 4-20mA thì 4mA dùng để cấp cho mạch điện tử con từ 0-16 mA là tín hiệu -từ sesor qua bộ chuyển đổi chuẩn hóa tín hiệu ở đầu ra sẽ thay đổi theo độ lớn của tín hiệu sensor -Một nánh qua bộ ổn áp cung cấp cho dòng 4 mA cho mạch điện tử -Người ta có thể biến đổi dòng thành áp 0-10 V bằng cách cho rơi trên một điện trở mẫu -Tín hiệu khuyeechs đại ở đầu ra sẽ có tín hiệu áp từ 0-10V -Ưu điểm :sử dụng nguồn dòng có thể truyền đi xa chinh xác hơn , sử dụng ít dây hơn ,kinh tế hơn -Đường tín hiệu đồng thời là nguồn tin cậy hơn và khi mất nguồn là mất tín hiệu dễ phát hiện hơn Chương 5: các hệ thống đo lường tác động gần 5.1 Hệ thống nối tiếp -là hệ thống với bộ đổi nối phân kênh theo thời gian -Đó là hệ thống mà tín hiệu đưa vào kênh liên lạc. Chủ yếu hệ thống này sử dụng trong công nghiệp nhất là khi đo xa xử lí bằng máy vi tính và vi xử lí -ví dụ -trong kĩ thuật điều tiết không khí để đo trường nhiệt độ -trong chế tạo máy để kiểm tra chất lượng gia công bề mặt -Đo và kiểm tra các ch tiết có mạng phức tạp -Trường nhiệt độ thường được chia ra thành nhiều nhiều phần lần được (nối tiếp ) quan sát tất cả chúng theo một chương trình Hệ thống với sự phân công thời gian -Trường hợp sensor cùng loại có cùng khoảng đo ở mọi kênh -Qua bộ đổi nối K mọi tín hiệu sẽ lần lượt đưa vào bộ biến đổi thông tin và bộ ghi thông tin -tất cả sẽ được ĐK bởi bộ DDK leengj điều khiển có thể từ người hay tự động -Bộ điều khiển bao gồm biến đổi A/D ra chỉ thị số -Bộ ghi lấy tín hiệu analong qua dụng cụ tự ghi -Trường hợp nếu giới hạn đo và các đại lượng đo khác nhau -Cách giải quuyeets là các hệ số biến đổi của phần đo lường được hiệu chỉnh sao cho giá trị số của các độ nhảy của cgungs là như nhau 5.2. Hệ thống tác động song song -nghuyên lí của hệ thống này là các kênh làm việc song song với nhau và các tín hiệu đo không pụ thuocj vào nhau -Ta xét một hệ đo cụ thể : Ví dụ hệ thống FLS +Là hệ thống tiêu chuẩn để thu thông tin ,tín hiệu và gia công phối hợp các tín hiệu đo lường trong toàn nhà máy với việc phân tích song song cỉa 330 điểm đo bao gồm các quá trình đo lường +Kiểm tra tự động lại với các đại lượng điện và không điện -Cảm biến chuyển đổi chuẩn hóa ,hộp nối bộ xử lí và phối hợp tín hiệu cho ra kết quả và tạo tín hiệu điều khiển -Từ cảm biến tín hiệu được đưa vào bộ CĐCH nhằm mục đích KĐ sơ bộ và chuẩn hóa tín hiệu -Tín hiệu phần lớn được tạo ra theo 2 sơ đồ dây, dòng điện chuẩn hóa từ 4- 20 mA -Tín hiệu được tập trung vào bộ đổi nối ,tín hiệu được dẫn bằng cáp -Sau đó được dẫn đến bộ xử lí tín hiệu ở đây tín hiệu được KĐ biến đổi thành áp hoặc qua biến đổi A/D để ra chỉ số và đưa vào máy tính -Ở đầu ra của tín hiệu được đưa đến máy tính thiết bị đo số và tự ghi báo hiệu bằng đèn và còi và đưa ra thiết bị điều khiển đối tượng -Ưu điểm Là hệ thống tập trung chuẩn hóa độ tin cậy cao ,tín hiệu đi song song không phụ thuộc vào nhau -Nhược điểm Hệ thống phức tạp ,số lượng dây lớn vi xử kí chỉ tiện trong phạm vi nhà máy Không có sự tự động theo dõi tín hiệu đo một cách lien tục để báo động theo chu trình 5.3 Hệ thống với sự tác động song song nối tiếp Chương 6: Các hệ thống kiểm tra tự động và chuẩn hóa kĩ thuật 6.1 Hệ thống kiêm tra các thông số của sản phẩm hầu như không thay đổi theo thời gian -nguyên lí của hệ thống kiểm tra tự động là các thông số được tiến hành đo sau đó liên tục so sánh với mậu kết quả sẽ ra báo hiệu hoặc đưa ra tín hiệu điều khiển để phân loại sản phẩm -Hệ thống làm việc với sự so sánh đồng thời hoặc so sánh từng điểm 6.1.1 hệ thống với sự so sánh đồng thời -qua phần đo lường các thông số đưa vào bộ phận so sánh -Các thông số được so sánh với bộ tạo mẫu -Kết quả so sánh được đưa đến bộ cho ra kết quả ở đay nguwoif ta có thể báo hiệu bằng còi hoặc bằng đèn [...]... các hệ thống tổng hợp 7.1 Khái niệm chung Hệ thống tổng hợp là hệ thống thực hiện các chức năng của hệ thống thông tin đo lường bao gồm -Chức năng đo lường -Chức năng kiểm tra tự động -Chức năng điều khiển -Chức năng nhận dạng và chuẩn đo n kĩ thuật - Chức năng bảo vệ thay thế dự phòng Một số khá niệm và kí hiệu cơ bản -UT các bộ chuyển đổi chuẩn hóa -PC điều khiển khả năng lập trình -C truyền thông. .. điểm: Hệ thống phức tạp, giá thành cao do phải quản lý mạng theo nhiều cấp tốn PLC Khả năng tác động nhanh của hệ thống chậm vì qua nhiều công đo n Tính ổn định không cao Tuy có dự phòng CPU, còn PLC không có dự phòng ảnh hưởng đến sự tin cậy của hệ thống 7.4 Hệ thống DCS 7.4.1 Cấu trúc - Hai máy tính trung tâm đó là máy tính làm việc và máy tính dự phòng - HIS thiết bị thông tin và con người - ICS thông. .. cập: thông qua mã số, thông qua mật khẩu 7.4.3 Ưu nhược điểm Ưu điểm: -giao diện tiện lợi cho phép điều khiển hiển thị thông tin một cách dễ dàng, chức năng dự phòng linh hoạt, dự phòng cho CPU, I/O, nguồn, HIS -khả năng đáp ứng nhanh: khả năng ra tín hiệu -tính ổn định của hệ thống rất cao -dễ dàng kết hợp với hệ thống khác -dễ hiểu, dễ sử dụng các chức năng của hệ thống Nhược điểm: - với hệ thống. .. công nghệ các thong số cần kiểm tra X1(t) , X2(t) qua các bộ CĐCH ở đầu ra thường là điều áp tỉ lệ với tín hiệu đo -Bộ so sanhs được so sánh với tín hiệu từ bộ tạo mẫu -Đầu ra tín hiệu được đưa đến bộ thể hiện thông tin -Để điều khiển quá trình kiểm tra người ta sử dụng bộ KĐ các khâu của hệ thống -Đồng hồ để ghi lại thời gian khi tiến hành kiểm tra 6.3 hệ thống chuẩn đo n kĩ thuật -Là hệ thống kiểm... điểm: không quản lí được hệ thống lớn Không có phần mềm phục vụ đự phòng và mở rộng các điểm đo là rất khó khăn Tính ổn định của hệ thống Cấu trúc hệ thống tập trung nhưng cồng kềnh 7.3 hệ thống lai scada/DCS 7.3.1 cấu trúc (sgk) Cấu trúc 3 tầng - CPU tầng giữa - Tầng cuối cùng của PLC giống SCADA - Qua I/O đến PLC đến PC - Việc kết nối qua RS 485 và RS 422 khoảng cách 1.2km thông tin truyền dưới dạng... bus qua bộ PLC thông qua I/O sau đó xử lí kết quả đo và đưa quyết định điều khiển mặt khác đưa thông tin vào máy tính này Khi người điều khiển vận hành ĐK 1 quá trình nào đó truyền lệnh xuống PLC điều khiển quá trình theo yêu cầu của người vận hành 7.2.2 ưu nhược điểm của hệ thống -ưu điểm: có thể vận hành từ máy tính trung tâm thường quản lí hệ thống không lớn lắm Giá hành rẻ kết nối hệ thống bên ngoài... tương tự hay tín hiệu số -Sự phân biệt giữa các tín hiệu và thông tin dẫn tới sự phân biệt giữa xử lí thông tin giữa truyền tín hiệu có thể mang nhiều thông tin khác nhau 7.2 hệ thống scada 7.2.1 cấu trúc PLC :điều khiển logic lập trình ,bộ điều khiển có thể nhiều bộ đâu ra Đầu vào tương tự, số được điều khiển vi xử lí có nhiệm vụ th thập thông tin từ các sénson sau khi xử lí sơ bộ và lệnh điều khiển... và chuẩn đo n -Trạng thái làm việc của chi tiết ( Làm việc tốt, không làm việc) -Trạng thái của hệ thống có thể xác định bằng cchs tiến hành kiểm tra theo một chương trình định sẵn gọi là chương trình chuẩn đo n -Việc tìm hỏng hóc có thể thực hiện theo kiểu hợp bộ và sự kiểm tra liên tiếp theo một trình tự nhất định -một hệ thống thực hiện việc kiêm tra theo một trình tự goi là hệ thống chuẩn đo n kĩ... hay truyền thông là một quá trình trao đổi thông tin giữa hai chủ đề với nhau dược gọi là các đổi tác giao tiếp theo một phương pháp được quy định trước -Đối tác này có thể điều khiển đối tác kia ,hoặc quan sát trạng thái của đối tác -Các đối tác giao tiếp có thể là người hoặc hệ thống kĩ thuật tức là hệ thống phần cứng hoặc các chương trình phần mềm -Để thực hiện việc giao tiếp hay truyền thông ta cần... tra cực của điện áp một chiều 6.4 tổ hợp đo lường tính toán -Gia công kết quả đo -Nhận được kết quả của phép đo lường gián tiếp hợp bộ trong đó có việc bảo đảm ở tọa độ thời gian thực -Tiến hành điều khiển các bộ phận chức năng trong quá trình tiến hành thí nghiệm trong đó có việc tổ chức đối thoại với người thực hiện -Gia công cuối cùng kết quả đo -Giữ thông tin nhận được và thành lập ngân hàng dữ . nghệ 1.1.2 Các hệ thống thông tin đo lường a. Phân loại bao gồm các hệ thống :đo lường, kiểm tra, nhận dạng chuẩn đo n và tính toán +hệ thống đo lường là hệ thống dùng để đo các thông số mà đối. thuật truyền thông tin ,kĩ thuật lưu giữ và truyền ,kĩ thuật thông tin đo lường. trong chương trình ta chỉ nghiên cứu về hệ thống thông tin đo lường 1.2 Dịnh nghĩa :là hệ thống tự động đo điều. cụ thể Chương 7: các hệ thống tổng hợp 7.1 Khái niệm chung Hệ thống tổng hợp là hệ thống thực hiện các chức năng của hệ thống thông tin đo lường bao gồm -Chức năng đo lường -Chức năng kiểm