Giáo trình đo lường và điều khiển từ xa phần 1

PGS TS NGUYỄN HỮU CÔNG l^ T C i c ,t l; u tc c 2t u u tc Tim p nivicinn D nplpv Tim p c 3t u u tc c 4t u ^ GIÁO TRÌNH Đ O L U Ủ N G & Đ IỀ U K H IỂ N T X A Thu vien DHKTO-TN ^MOT.1SOB1418 NHÀ XUẤT BÀN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT PGS TS NGUYỄN H ữ u CƠNG GIÁO TRÌNH ĐO LUÒNG VÀ ĐIẾU KHIỂN TỪ XA NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT ừi nói đầu Xu phát triển từ giới hóa lên tự động hóa Lúc đầu tự động hóa thực riêng rẽ máy, phận sau tiến dần lên nhóm máy, dây chuyền sản xuất đến cà phân xưởng, nhà máy hệ thống công ty phạm vi rộng Cùng với phát triển tự động hóa, lượng thơng tin trao đổi người máy, máy máy không ngừng tăng lên, nhũng nơi có số lượng lớn máy điều khiển đối tượng điều khiển Ngày nay, người ta áp dụng ngày rộng rãi hệ thống tự động vào lĩnh vực điều khiển sàn xuất xã hội Đo lường điều khiển từ xa ngành khoa học nghiên cứu q trình phương pháp truyền lự động khống cách xa tin tức điểu khiển tin tức vế trạng thái cùa đối tượng bị điểu khiên, Ihưịmg gơm lĩnh vực: điêu khiên từ xa; kiếm tra, giám sát tín hiệu hóa từ xa; đo lường từ xa gọi chung ‘‘Điểu khiên từ xa" Điều khiển từ xa ứng dụng trước tiên vào lĩnh vực mà cần thống nhiều đối tượng nàm cách xa vào hệ thống có trung tâm điều khiển Vì trước tiên điều khiển từ xa dùng ngành lượng, cơng nghiệp dầu khí, giao thơng đường sắt Ngày nay, điều khiển từ xa thâm nhập vào hâu hết ngành kinh tế quốc dân như: khai khoáng; xây dựng; sản xuất thép; sản xuất ximăng; khí tượng thủy văn; nơng lâm nghiệp; y tế; quân Việc ứng dụng điều khiển từ xa tăng tính linh hoạt cùa việc điều khiển trình sàn xuất, giàm bớt nhân viên vận hành cải thiện điều kiện làm việc, nâng cao suất lao động giảm giá thành sản phẩm Trong số lĩnh vực, nhờ có điều khiển từ xa mà cịn tránh khỏi phải làm việc noi có nhiệt độ cao, thiếu khơng khí, có chất độc phóng xạ Tự động điều khiển từ xa nguời bạn đồng hành luôn hỗ trợ thúc đẩy phát triển Hiện có nhiều ngành kỹ thuật làm nhiệm vụ truyền tin như: điện báo, điện thoại, truyền thanh, truyền hình, rađa Cơ sờ khoa học cùa điều khiển từ xa ngành giống nhau; nhiên điều khiển xa có đặc điểm riêng sau: Trong điều khiển từ xa tín hiệu truyền với tốc độ chậm thường có tần số nhị 300 Hz (trong để truyền thanh, truyền hinh, ví dụ tiếng nói thường phải dùng khoảng tần số lớn 300 Hz) Yêu cầu có độ xác cao Yêu cầu truyền tin nhanh: thời gian truyền tin khôngđàm bào thi tin tức hết giá trị, chí gây cố nghiêm trọng Yêu cầu có độ tin cậy cao: nhầm lẫn lệnh điềukhiển gây cố nghiêm trọng Thường quy định xác suất nhầm lẫn từ 10'6 đến 10‘10, yêu cầu cao nhiều so với yêu cầu loại truyền tin khác Một hệ thống điều khiển từ xa gồm ba phận hình Hình Hệ thống điều khiển từ xa - Bộ phận phát dùng để biến đổi tin tức nguồn tin tức (N) thành tín hiệu thích hợp truyền vào đường dây liên lạc (LL) - Bộ phận thu nhận tín hiệu loại trừ nhiễu lẫn vào tín hiệu trinh truyền đường dây liên lạc, dịch tín hiệu thành tin tức ban đầu truyền đến đối tượng điều khiển ( ĐT) - Đường dây liên lạc LL môi trường vật lý dùng để truyền tín hiệu xa Thường có dạng đường dây liên lạc sau: + Dây dẫn; Dây cáp + Khơng khí - đường radio + Nước + Ánh sáng Hệ thống điều khiển từ xa thường phân ra: hệ thống điều khiển cho đối tượng tập trung cho đối tượng phân tán hình Đề điều khiển cho đối tượng phức tạp, hệ thống điều khiến từ xa phân thành nhiều cấp Hệ thống có trạm điều khiên trung tâm nhiêu trạm trung gian ĐK: điều khiển; T: trạm trung gian; ĐT: đối tượng Hình Hệ thống điều khiển cho hệ tập trung phân tán a) cho đối tưựng tập trung; b) cho đối tượng phân tán Ngày điều khiển học thâm nhập đến lĩnh vực lý thuyết truyền tin vận dụng nhiều lĩnh vực khác Giáo trình trình bày vấn đề bàn đo lường điều khiển từ xa Giáo trình viết sờ tích lũy kinh nghiệm giảng dạy nhiều năm cùa tác giả tham khảo tài liệu quý báu nhà khoa học khác (đã liệt kê phần tài liệu tham khảo) Giáo trinh tài liệu thức cho học viên cao học ngành Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa, ngồi cịn tài liệu tham khào cho sinh viên học viên cao học nhóm ngành Điện, Điện từ nói chung Do giới hạn vềthời lượng chương trình đào tạo nhưsự phát triển nhanh cùa khoa học công nghệ nên sách không tránh khỏinhững thiếu sót hạn chế Tác giả mong nhận góp ý bạn đọc đồng nghiệp đề giáo trinh hoàn thiện Mọi ý kiến đóng góp xin gừi Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Địa chi: 70 Trần Hưng Đạo - Hoàn Kiếm - Hà Nội Tác giả MỤC LỤC Leri nói đầu CHƯƠNG VÀI NÉT C BẢN VÈ LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN 11 1.1 Đặt vấn đề .11 1.2 Tin tức, thơng báo, tín hiệu 11 1.3 Tin tức, đặc trưng, đơn vị đo n ó .15 1.3.1 Các đặc trưng tin tức 15 1.3.2 Các tính chất 15 1.3.3 Phương pháp thống kê định lượng tin tức 15 1.3.4 Giá trị tin tức 17 1.4 Entropi - số đo lường không xác định 17 1.5 Entropi cùa nguồn thông báo gián đoạn 18 1.6 Ưu, nhược điểm phương pháp thống kê đolường tin tức 20 1.7 Truyền tin kênh không nhiễu .20 1.8 Truyền tin kênh có nhiễu 22 CHƯƠNG KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIÈU KHIÊN XA TRONG CÔNG NGHIỆP (DMCS) 25 2.1 Khái niệm chung hệ thống đo lường điều khiển xa (DMCS) 25 2.1.1 Định nghĩa hệ thống đo lường điều khiển xa (DMCS) 25 2.1.2 Một số trình DMCS 25 2.1.3 Đặc tính chung trinh 26 2.1.4 Yêu cầu kỹ thuật 26 2.1.5 Sơ đồ cấu trúc chung cùa DMCS 26 2.1.6 Kết luận 27 2.1.7 Sự phát triển hệ thống đo lường điều khiển từ x a 27 2.2 Phân loại hệ thống đo lường điều khiển xa theosơ đồ cấu trúc 28 2.2.1 Hệ thống có kênh song song 28 2.2.2 Hệ thống có kênh nối tiếp .29 2.2.3 Hệ thống song song nối tiếp 30 2.2.4 Hệ thống kiểm tra tự động 31 2.3 Phân cấp hệ thống đo lường - điêu khiển công nghiệp n a y 31 CHƯƠNG CÁC ĐẶC TÍNH THƠNG TIN CỦA TÍN HIỆU ĐO LƯỜNG TRONG CÔNG N GH IỆP ' 33 3.1 Tín hiệu đo lường cơng nghiệp 33 3.1.1 Định nghĩa 33 3.1.2 Phân loại tín hiệu đo 33 3.1.3 Chú ý 35 3.2 Lấy mẫu tín hiệu (rời rạc hóa tín hiệu) 35 3.2.1 Khái niệm lấy mẫu tín hiệu 35 3.2.2 Định lý Kotelnikov 36 3.2.3 Định lý Shannon 38 3.2.4 Định lý Nyquist 38 3.3 Lượng từ hố tín hiệu .39 3.3.1 Cách lượng từ h ó a 39 3.3.2 Chú ý 41 3.4 M ãhố tín hiệu 41 3.4.1 Khái niệm 41 3.4.2 Cách mã h óa 41 3.5 Sự dư thừa thông tin phương pháp giảm 42 3.5.1 Hiện tượng dư thừa thông tin 42 3.5.2 Nguyên nhân tạo thông tin thừa 42 3.5.3 Cách đánh giá thông tin thừa 42 3.5.4 Các phương pháp giảm dư thừa thòng tin 43 CHƯƠNG ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU 51 4.1 Mờ đầu 51 4.1.1 Khái niệm phân loại 51 4.1.2 Tổng quan tín hiệu điều chế cao tần 51 4.1.3 Tín hiệu điều biên (AM ) 53 4.1.4 Tín hiệu điều pha, điều tần (điều chế góc) 55 4.2 Tín hiệu điều mã xung (PCM: Pulse Code Modulation) 58 4.3 Các dạng điều chế số bàn 60 4.3.1 Điều chế khóa dịch biên độ ASK (Amplitude Shift Keying) .61 4.3.2 Điều chế khóa dịch tần FSK (Frequency Shift Keying) 61 Vị/: hệ số dịch pha áp dòng; Y: đặc tnmg cho điều kiện lan truyền nãng lượng điện từ đường dây a cho km đường dây xác định theo biểu thức: Vị , I a = m— = ln - ỉ m i i p2 Vt I- Đơn vị cùa a nepe (Np) Nếu đường dây có a = 1Np có nghĩa cuối đường dây điện áp dòng giảm e = 2,718 lần công suất giàm đie2 = 7,39 lần a tính theo đêxiben (dB): a = 10 log — = 20 log — = 20 log — [dB] Kênh liên lạc dây dẫn có a lớn nên làm cho băng thơng hẹp Đối với cáp: Cáp có dải thông lớn a nhỏ Với cáp đối xứng có dài thơng 12-ỉ-550 kHz Đối với cáp đồng trục dài thông đến 8850 kHz Để khắc phục tượng suy giảm dường dây truyền, cách 250 km người ta đặt trạm khuếch đại tín hiệu nhằm khơi phục nâng tín hiệu lên gần giá trị ban đầu Khi truyền xa ta sử dụng đường dây tải điện để truyền tín hiệu đo Tín hiệu điều chế số xoay chiều tần số 50 + 100 kHz Từ máy phát qua lọc, qua tụ c Tụ c có trị số nhỏ tín hiệu có tần số cao nên tín hiệu cao tần qua dễ dàng, cịn với tín hiệu tần số thấp (điện cơng nghiệp: 50Hz) Hình 5-1 Truyền thõng qua đường dây điện lực trờ kháng cùa tụ c lớn nên máy phát tin hiệu coi cắt khỏi lưới xoay chiều Để tín hiệu không vào lưới ta dùng cản nhiễu Đối với tần số 50 Hz có trờ kháng nhỏ với tần số cao có trờ kháng lớn Ờ phần thu tương tự 68 Đường dây tải điện có uu điểm độ tin cậy cao có nhược điểm nhiễu lớn (thường đóng cắt mạch điện, phóng điện, khí hậu ) Đường dây vô tuyến Đường dây vô tuyến thường dùng khơng có khà dùng hữu tuyến tên lửa, tàu vũ trụ ; máy móc mà người khó điều khiển như: lị hơ quang, lị quay, Tần số tín hiệu đến vài megahec Thường chất lượng thu phụ thuộc nhiều vào yếu tố thiên nhiên, vào thời gian năm, ngày đêm sóng dài sóng ngắn Với sóng cực ngắn độ tin cậy cao (Ằ = 10 m) Đường dây cáp quang Dây cáp quang sợi thuỷ tinh dẫn ánh sáng, nguồn ánh sáng thường tia laze Hình 5-2 Truyền thơng qua dây cáp quang Nguồn thông tin đo sau đo điều chế sơ đưa vào điều chế điện quang Nguồn sáng laze sau điều chế mang tín hiệu đo Sau truyền qua cáp quang đến phía thu qua dải điều chế tái tín hiệu đo - Ưu điểm: Truyền cáp quang bị ảnh hường nhiễu, độ suy giảm tín hiệu nhỏ, độ an tồn truyền cao (bí mật) - Nhược điểm: Việc nối cáp phức tạp khó 5.2 Bộ đổi nối 5.2.1 Khái niệm đổi nối Bộ đồi nối thiết bị làm nhiệm vụ gộp nhiều kênh tín hiệu (analog digital từ cảm biến từ chuyển đổi chuẩn hóa (CĐCH )) thành kênh tín hiệu ngược lại tách kênh tín hiệu thành nhiều kênh tín hiệu 69 - Thiết bị làm nhiệm vụ gộp nhiều kênh tín hiệu thành kênh tín hiệu gọi dồn kênh (multiplexor: MUX; M) - Thiết bị làm nhiệm vụ ngược lại biến kênh tín hiệu thành nhiều kênh tín hiệu gọi phân kênh (demultiplexor: DMUX; DM) Bộ dồn kênh phân kênh có nguyên tắc giống nhau, chi khác chiều tín hiệu truyền đi, ta chi tìm hiểu dồn kênh, cịn phân kênh tuơng tự, ta gọi chung đổi nối 5.2.2 Phân loại Có thể phân loại đồi nối thành đổi nối tiếp xúc không tiếp xúc Bộ đỏi nối tiếp xúc: Bộ đổi nối tiếp xúc thực chất cơng tắc khí, có thề điều khiển bàng tay tự động - ưu điếm: Tại chế độ tiếp xúc Rihuận = 0, chế độ hờ mạch Rngược = °0- Nhược điếm: Độ tác động nhanh không cao (5 -ỉ-15 ms lần đồi nối), tần số đổi nối không 100 Hz Bộ đỗi nối không tiếp xúc: phần lớn đổi nối điện tử - Ưu điểm: Độ tác động nhanh nên tần số đạt hàng chục mega hec - Nhược điểm: Rthuặn * (80 -T 100 f i) , Rngược < °° (cỡ vài trăm k ilô ôm ) Các đổi nối không tiếp xúc thường chế tạo thành đổi nối quy chuẩn Ví dụ đồi nối CD4051B cùa hãng Texas Instrument có chân địa 5.2.3 Các phương pháp đổi nối (Multiplexing) • Phưomg pháp đổi nối phân chia thời gian (Time Division Multiplexing - TDM) Trong phương pháp kênh tín hiệu truyền khe thời gian (time slot) định Phương pháp đổi nối thường dùng hệ thống đo lường điều khiển q trình sản xuất cơng nghiệp - Phương pháp đổi nối phân chia tần số (Frequency Division Multiplexing - FDM) Trong phương pháp kênh tín hiệu ấn định với tần số khác Phương pháp thường dùng phát thanh, truyền hình, - Phương pháp đối nối phân chia bước sóng (Wavelength Division Multiplexing WDM) Mỗi kênh tín hiệu ấn định với bước sóng cụ thể khác nhau; thường sừ dụng dùng hệ thống có sử dụng cáp quang 70 Sai số đổi nối phụ thuộc vào số lượng kênh tâng số lượng tăng Do để giảm sai số người ta sử dụng phương pháp chế tạo đổi nối theo nhóm Đe tăng độ tác động nhanh người ta sử dụng đổi nối tầng - Tầng 1: Sừ dụng đổi nối khí tín hiệu từ sensor nhị - Tầng 2: Sừ dụng đổi nối điện tử có độ tác động nhanh đàm bào độ xác tín hiệu chuẩn hoá qua CĐCH nên đù manh Hình 5-3 Bộ đỗi nối nhóm 5.2.4 Chế độ làm việc đổi n ối phân chia thời gian Các đổi nối làm việc theo chế độ chu kỳ hay chế độ địa chì Trong chế độ chu kỳ tất cà sensor kênh đặt vào dây liên lạc hay hệ thống sau quay trở lại với chu kỳ Ts Cịn chế độ địa chì đồi nối làm việc theo chuơng trình Chế độ địa có thề nhặt tín hiệu Chế độ chu trình C ác chân địa chi In/out ouưin ^ M ultiplexor D em ultiplexor Hình 5-4 Bộ đổi nối phân chia theo thời gian 71 x2(t> M u ltip le x o r p h â n chia th ị i gian Hình 5-5 Biểu đồ thời gian Mux làm việc chế độ chu trình x„(t) Chế độ địa Tín hiệu đưa đến chân địa từ mã dạng số nhị phân, giá trị chân địa chi tưcmg ứng với thứ tự đầu vào tín hiệu tương ứng nối đến đầu Ví dụ dồn kênh có hai chân địa có tương ứng chân đầu vào Các chân địa chi Cảm biến (hoặc thiết bị hiến thị) Cảm biến In/out ouưin (hoặc thiết bị hiển thị) Cảm biến n (hoặc thiết bị hiển thị) Hình 5-6 Bộ đổi nối làm việc M u l ti p l e x o r D em ultiplexor 72 theo chế độ địa 5.2.5 Cấu tạo đổi nối Cóc đỗi nối tiếp xúc Các đổi nối tiếp xúc thông dụng đổi noi từ điện Đó loạt rơle tiếp điểm đặt cố định theo vòng tròn Việc điều khiển thực bàng nam châm điện, số lượng tiếp điểm tối đa 50 Nếu loại điều khiển tay loạt công tắc đom giản Các đổi nối không tiếp xúc Đồi nối không tiếp xúc đổi nối điện tử Thường người ta chế tạo thành đổi nối quy chuẩn Ví dụ 5-1 Bộ đổi nối CD 405IB đổi nối bit có sơ đồ ngun lý hình 5-7 Tín hiệu từ điều khiển (là tín hiệu logic) đến điều khiển biến đổi mức logic (LLC - Logic Level Conversion) để điều khiển đếm, đếm đưa tín hiệu để đóng mờ khố điện từ Ko -i- K7 đưa tín hiệu từ kênh (sensor) vào hệ thống Ví dụ 5-2 Sơ đồ nguyên lý đổi nối theo nhóm (để tăng số kênh), hình 5-8 Bộ đếm đếm từ đến n, đếm nhảy số, đếm đếm từ đến m Các đếm điều khiển từ LLC Giả sử ban đầu đếm vị trí K’| đóng z„ thơng với khóa cùa nhóm Bộ đếm đưa xung từ đến n để mờ khóa Kt Kn (quét từ sensor đến sensor n cùa nhóm 1) Khi n phần tử đếm nhảy số sang vị tri K ’2 đóng, nối mạch cho nhóm Quá trinh tiếp tục hết m nhóm ứng với đếm từ đến m Quá trinh lặp lại từ đầu 73 Sensor nhổm S e n s® n hóm m Hình 5-8 Bộ đổi nối nhóm 5.3 Chuyển đổi chuẩn hóa 5.3.1 Khái niệm yêu cầu chuyền đổi chuẩn hoá (CĐCH) Khái niệm CĐCH Các hệ thống đo đại lúc phục vụ số lượng lớn sensor mẳc vào đầu vào Các sensor khác nguyên lý, loại thi khác giới hạn đo Để hoà hợp sensor hệ thống đo cần phải chuẩn hố tín hiệu sensor, tóc biến đổi chúng thành đại lượng vật lý thang đo Thiết bị thực nhiệm vụ gọi chuyển đổi chuẩn hóa (CĐCH) (Transducer: TR) Các tin hiệu chuẩn hố Cỏ nhiều dạng tín hiệu chuẩn hóa, nhiên phồ biến tín hiệu dịng áp chiều: - Dòng chiều: + 20 mA truyền khoảng cách ngắn, -T 20 mA phải truyền xa Ngồi cịn có chuẩn phụ: + mA ; - Ỷ -s- mA; - 20 -r -T 20 m 74 - Điện áp chiều: -ỉ- V chuẩn thông thường đưa tới vi xử lý, -5- 10 V chuẩn để đưa vào thiết bị đo, tự ghi Ngồi cịn có chuẩn phụ: -100 -ỉ- 100 V; -1 4- -ỉ-1 V; -10 -ỉ- -T 10V V ịtriđặtC Đ C H Giữa sensor hệ thống thiết phải có CĐCH cho khoảng đo đại lượng vào tương ứng với giới hạn đo CĐCH Các CĐCH phục vụ riêng cho sensor cho nhóm sensor qua đổi nối nhóm sensor loại thang đo Hình 5-9 Vị trí đặt CĐCH Các sensor khác chủng loại khác thang đo sensor phải có CĐCH 5.3.2 Nhiệm vụ cấu tạo cùa chuyển đổi chuẩn hố Nhiệm vụ CĐCH to u= Hình 5-10 Vị trí đặt CĐCH 75 Chuyển đổi chuẩn hóa làm nhiệm vụ biến tín hiệu sau sensor thành tín hiệu dịng áp chuẩn hóa - Nếu đặc tính sensor tuyến tính CĐCH làm nhiệm vụ biến đổi tỳ lệ Xét CĐCH hình 5-10 Già sử tín hiệu vào x(t) biến thiên từ Xi đến x 2; bắt buộc tín hiệu đầu y(t) phải biến thiên từ đến Y (ví dụ áp đầu biến thiên từ + V) Phương trinh đầu là: (5-2) y (t) = y0 + kx(t) Ta cần xác định y0 k Thay giá trị x(t) vào phương trinh (5.2) ta có: (5-3) X Giải hệ phương trình (5.3) ta kết quả: y0 = - Y — ;k = Y — X2 — X —Xị Thay giá trị vào phương trinh (5-2) ta tìm quan hệ vào/ra CĐCH - Nếu đặc tính cùa sensor phi tuyến CĐCH phải thực nhiệm vụ tuyến tính hố đặc tính sensor Cẩu tạo CĐCH Các CĐCH thường có tín hiệu điện áp dịng chiều thường phải thực theo hai bước: Bước 1: CĐCH làm nhiệm vụ trừ giá trị ban đầu X = Xi để có đầu y = Bước 2: Khuếch đại suy giảm - Chuyển đổi chuẩn hoá với đầu điện áp chiều Thông thường CĐCH liền với sensor, ta lấy ví dụ: Với sensor cặp nhiệt ngẫu thi ban đầu ứng với nhiệt độ đầu nối chung Ti có sức điện động ban đầu: Eg = f (Tị - 10) ; to nhiệt độ đầu tự Như vậy, người ta thiết kế mạch cầu đo có nhánh nhiệt điện trờ R,, nhánh khác điện trờ mẫu có độ ổn định cao Mạch cầu tạo điện áp ngược - Uo để bù Eo Như nhiệt độ T], đầu vào khuếch đại có: AU = E0 - u = u = 76 Khi: t x — T2(max) U — Y U max Điện áp cùa cầu tính toán tưomg ứng với loại cặp nhiệt ngẫu khác (P - P; c - A; c - K) Nếu CĐCH phụ trách nhóm sensor hệ số cùa CĐCH phải thay đổi cho sensor hình 5-11 Việc thay đổi hệ số CĐCH thực nhờ hệ số phản hồi p qua đổi nối K2 làm việc đồng với đồi nối Mux - Chuyển đổi chuẩn hố vói tín hiệu dịng chiều Trong thực tế để truyền tín hiệu xa người ta thường sử dụng nguồn dịng, điện trớ nguồn dịng lớn nên truyền tín hiệu dịng đường dây điện trờ đường dây thay đổi không gây ảnh hưởng đáng kể đến kết phép đo Thực tế người ta hay sử dụng CĐCH với dịng + 20 mA Trong mA để cung cấp cho mạch điện tử, -H 16 mA tín hiệu (Đây tín hiệu chuẩn nguồn dòng hay sử dụng nhất, nhiên người ta sử dụng vài chuẩn khác) Người ta sử dụng thay đổi dòng nguồn cung cấp Ngày người ta thường sử dụng nguồn dòng với sơ đồ dòng nguồn cung cấp dịng tín hiệu gọi sơ đồ hai dây (Trước thường sừ dụng sơ đồ bốn dây có hai dây nguồn hai dây tín hiệu) 77 Sơ đồ khối sơ đồ hai dây hình 5-12 ■, mA ồn áp r -1 CĐCH Ị- 4-Ỉ-20 mA 0-H 16mA Hình 5-12 CĐCH với tin hiệu dòng chiều, sơ đồ hai dây Theo độ lớn tín hiệu từ sensor, qua CĐCH tín hiệu đầu thay đổi (0 -ỉ-16 mA) Một nhánh qua ổn áp cung cấp dòng mA cho mạch điện tử Như dòng tổng thay đồi từ -4-20 mA Ví dụ 5-3 Sơ đồ nguyên lý mạch lấy tín hiệu nhiệt độ bàng nhiệt lị cao điện trờ Nhà máy Ximăng Hoàng Thạch sau (sơ đồ hình 5-13) Sensor nhiệt điện trờ mắc vào cầu bốn nhánh Tại đầu cầu đưa vào biến đổi chiều, xoay chiều sau tới khuếch đại xoay chiều "để tránh trơi điểm khơng", qua khuếch đại tích phân để lại đưa chiều điều khiển góc mớ tranzitor (biến nguồn áp thành nguồn dịng * mA) Đồng thời dòng điện mA đưa vào ồn áp sau cung cấp cho cầu mạch điện từ Nguồn cung cấp 24 V -í- 20mA ồn áp c 4mA -r 16mA 24V ií Hình 5-13 Sơ đồ CĐCH loại TECON-2 ưu điểm: Sơ đồ hai dây có ưu điểm sau: - Sử dụng nguồn dịng truyền xa xác - Sử dụng đường dây nên kinh tế 78 - Đường tín hiệu đồng thời nguồn dịng nên độ tin cậy cao nguồn tín hiệu, điều đễ phát Chú ý: Người ta biến dịng thành áp: -ỉ- 10 V -ỉ- V cách cho dịng qua điện trờ mẫu Sau lấy áp điện trờ mẫu cho qua khuếch đại có điện áp cần thiết + „ 4-Ỉ-20 m A Rmãu Hình 5-14 Sơ đồ biến dịng thành áp 5.3.3 Tuyến tính hố chuyển đổi chuẩn hố - Để tuyến tính hố (TTH) đặc tính cùa CĐCH người ta thường dùng đặc tính ngược, đảm bảo đầu tuyến tính - Giả sử đặc tính sensor X = f(e), ta tạo hàm f|(x) hàm ngược cùa f(s) Ket đầu ta nhận hàm tuyến tính: y = y0 + Ke Ngưịi ta sử dụng thiết bị tuyến tính để giảm đặc tính phi tuyến sensor d > £ > ổ > Kẳĩìh 5_15 Tuyến tính hóa CĐCH TTH CĐCH CĐCH TTH CĐCH T H chuẩn hóa T H c h u ẩ n hóa T H chuẩn hóa TTH Hình 5-16 Sơ đồ mắc TTH với CĐCH 79 Chú ỷ: Có thể mắc tuyến tính hố trước sau song song CĐCH Ta xét ví dụ sơ đồ có thực tuyến tính hố theo kiểu song song nhu hình 5-16 Do mạch nối song song điện trờ với điôt ổn áp Ri > Rỉ > > R-5, dòng điện tính sau: u Rị + R-2+ + Rộ Điện áp phản hồi lấy Rí có dạng hàm ngược với U v Uph = i 6R Khi u tăng làm cho điện áp rơi Ri * R tăng đến ngưỡng điơt ồn áp làm cho điơt ổn áp thơng nên ngắn mạch điện trờ đó, dịng I6 tăng nhanh làm cho Uph tăng nhanh (có dạng hàm ngược Uvào hình 5-17, điện áp tăng tuyến tính, trinh tiếp tục hết điện trở Chú ỷ: Trong trường hợp sử dụng nP sensor thơng minh việc tuyến tính hóa có thề trờ rên khơng cần thiết Ta ghi số liệu cùa sensor vào nhớ, thực giá trị tương ứng với giá trị sensor ta đưa giá trị tưcmg ứng cùa CĐCH 80 5.4 Bộ tạo mẫu - Cách thể thông tin 5.4.1 Bộ tạo mẫu Trong nhiều hệ thống yêu cầu phải có nguồn mẫu Nguồn mẫu thường tạo từ nguồn chiều ổn áp có độ xác cao Đến người ta chế tạo được: - Pin mẫu: E =1.0l85±0.0005V - Bộ nguồn chiều DC742A: u = 30 V, dòng tối đa mA; độ ổn định 0,3 phần triệu/tháng - Bộ nguồn AC : U = V-T-l 000 V, độ ồn định phần triệu/năm - Tần số f= 10H z-> l MHz Đe lấy điện áp mẫu khác sử dụng sơ đồ cầu hình 5-18: dùng hai nguồn mẫu Uoi Ư02- Điện áp mẫu lấy Umẵu = U| + Ư2 U| Ư2 điện áp lấy đường chéo cầu cầu Khi cần điện áp khác người ta sử dụng chuyển mạch B 5.4.2 Cách thể thơng tin Có nhiều cách thể thơng tin như: - Dưới dạng số chì dụng cụ đo tương tự; 81 - Dưới dạng loại dụng cụ đo chi thị số; - Dưới dạng đường cong sử dụng đồng hồ tự ghi; - Dưới dạng bàng số in nhờ máy in; - Dưới dạng tín hiệu báo động Trong thực tế người ta hay dùng tự ghi, số báohiệu, tất nhiên phụ thuộc vào số kênh, việc sừ dụng thông tin nhận đề làm yêu cầu kỹ thuật khác 82 ... THU THẬP TỪ XA 11 9 7 .1 Các khái niệm bàn hệ thống đo lường điều khiển từ xa 11 9 7.2 Các đặc tính quan trọng hệ thống đo lường điều khiển từ xa 12 1 7.2 .1 Sai số 12 1 7.2.2 Độ tác động... THỐNG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIÈU KHIÊN XA TRONG CÔNG NGHIỆP (DMCS) 25 2 .1 Khái niệm chung hệ thống đo lường điều khiển xa (DMCS) 25 2 .1. 1 Định nghĩa hệ thống đo lường điều khiển xa (DMCS) 25 2 .1. 2... M VÀ PH ÂN LOẠI H Ệ TH Ố NG ĐO LƯÒTỈG VÀ Đ IỂ U K H IỂN XA TRONG CÔNG N G H IỆ P (D M C S ) 2 .1 Khái niệm chung hệ thống đo lường điều khiển xa (DMCS) 2 .1. 1 Định nghĩa hệ thống đo lường điều khiển