Bài tập lớn ghép nối máy tính giao tiếp với chuẩn RS485 qua giao diện LPT

Qua quá trình học tập, nghiên cứu, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Văn Tiến, em đã hoàn thành bài tập lớn môn “Điều khiển sản xuất tích hợp sử dụng máy tính” với đề b

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay việc điều khiển sản xuất tích hợp sử dụng máy tính để điều khiển đã trở nên rất phổ biến trong công nghiệp Với sự phát triển của công nghệ, việc điều khiển không chỉ gói hẹp trong một dây truyền, phân xưởng mà nó có thể liên kết nhiều dây truyền, nhiều phân xưởng, nhiều quá trình để đồng nhất quá trình sản xuất Để có thể giao tiếp được như vậy người ta sử dụng mạng truyền thông công nghiệp chuẩn RS485 với phạm vi truyền xa hơn chuẩn RS232

Qua quá trình học tập, nghiên cứu, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy

giáo Nguyễn Văn Tiến, em đã hoàn thành bài tập lớn môn “Điều khiển sản xuất tích hợp sử dụng máy tính” với đề bài như sau: “Thiết kế trung tâm đo mức đa kênh (tương tự và số) có ghép nối mạng theo chuẩn công nghiệp rs485 và giám sát trên máy tính sự dụng giao diện lpt Xây dựng phần mềm đơn giản trên máy tính để điều khiển giám sát quá trình này.”

Qua một thời gian tìm hiểu, thiết kế với sự cố gắng của bản thân và sự hướng dẫn của thầy giáo bộ môn đến nay em đã hoàn thành bài tập lớn này Tuy nhiên, do sự hiểu biết về thực tế và trình độ chuyên môn còn hạn chế nên bài tập lớn không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô!

Chương 1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ 1.1 Mạng truyền thông công nghiệp RS485

Chuẩn mạng RS485 là chuẩn duy nhất do Hiệp hội công nghiệp điện tử - EIA (Electronic industries Association) đưa ra Chuẩn này có khả năng truyền thông

đa điểm chỉ dùng một đường dẫn duy nhất được gọi là bus Cấu hình sử dụng phổ biến nhất là truyền tín hiệu theo 2 dây Trong trường hợp này hệ thống mạng RS485 chỉ có thể làm việc ở chế độ hai chiều gián đoạn (half-duplex) và các trạm đều có thể nhận quyền bình đẳng trong việc thâm nhập đường dẫn Điện áp ngưỡng VCM đối với RS-485 là -7V đến 12 V Đặc tính cơ bản của

R-485 là khả năng ghép nối nhiều điểm, vì thế được dùng phổ biến ở bus trường

Có tới 32 trạm (Unit load) có thể tham gia ghép nối được định địa chỉ và giao tiếp đồng thời trong 1 đoạn RS-485 mà không cần bộ lặp Giới hạn 32 đơn vị tải xuất phát từ đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền thông nhiều điểm, các tải được mắc song song và vì thế việc tăng tải sẽ gây ra suy giảm tín hiệu vượt quá ngưỡng cho phép.Theo qui định chuẩn, một bộ kích thích tín hiệu phải đảm bảo dòng tổng cộng 60mA, vừa đủ cung cấp cho: 2 trở đầu cuối mắc song song tương ứng tải 60W (120Wmỗi đầu) với điện áp tối thiểu là 1,5V tạo ra dòng tương ứng là là 25mA, cho phép 32 đơn vị tải mắc song song với trị số dòng điện 1mA qua mỗi tải (trường hợp xấu nhất tạo dòng tương đương với 32 mA)

Để đạt được điều này, trong một thời điểm chỉ 1 trạm được phép kiểm soát đường dẫn và phát tín hiệu, vì thế 1 bộ kích thích đều phải đưa về chế độ trở kháng cao mỗi khi tạo điều kiện cho các bộ kích thích ở các trạm khác tham gia Chế độ này được gọi tri-state thông thường vi mạch RS-485 tự động xử lý tình huống này Trong một số trường hợp chức năng này được hỗ trợ bởi phần mềm truyền thông

Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp RS-485 để theo dõi, quản lý, vận hành các đồng hồ đo lường đa chức năng sẽ đem lại sự đơn giản và hiệu quả, công nhân vận hành chỉ cần sử dụng một bộ máy tính để truy cập đến các đồng

hồ đo lường lắp đặt tại các ngăn lộ Các thông số đo lường sẽ được cập nhật thường xuyên liên tục chính xác theo yêu cầu của người vận hành

1.2 Cổng giao tiếp RS232

Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 là một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính.Nó là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều nhất là 2 thiết bị , chiều dài kết nối lớn nhất cho phép để đảm bảo dữ liệu là 12.5 đến 25.4m, tốc độ 20kbit/s đôi khi là tốc độ 115kbit/s với một số thiết bị đặc biệt Ý nghĩa của chuẩn truyền thông nối tiếp nghĩa là trong một thời điểm chỉ có một bit được gửi

đi dọc theo đường truyền Có hia phiên bản RS232 được lưu hành trong thời gian tương đối dài là RS232B và RS232C Nhưng cho đến nay thì phiên bản RS232B cũ thì ít được dùng còn RS232C hiện vẫn được dùng và tồn tại thường được gọi là tên ngẵn gọn là chuẩn RS232

Các máy tính thường có 1 hoặc 2 cổng nối tiếp theo chuẩn RS232C được gọi

là cổng Com Chúng được dùng ghép nối cho chuột, modem, thiết bị đo lường Trên main máy tính có loại 9 chân hoặc lại 25 chân tùy vào đời máy và main của máy tính

Việc thiết kế giao tiếp với cổng RS232 cũng tương đối dễ dàng, đặc biệt khi chọn chế độ hoạt động là không đồng bộ và tốc độ truyền dữ liệu thấp

1.3 Giao tiếp LPT(cổng song song)

1.3.1 Cấu trúc

Sau đây là chức năng của các đương dẫn tín hiệu:

Strobe (1): Với một mức logic thấp ở chân này, máy tính thông báo cho máy

in biết có một byte đang sẵn sàng trên các đường dẫn tín hiệu để được truyền

D0 đến D7: Các đường dẫn dữ liệu

Acknowledge: với một mức logic thấp ở chân này, máy in thông báo cho máy

tính biết là đã nhận được kí tự vừa gửi và có thể tiếp tục nhận

Busy (bận – 11): máy in gửi đến chân này mức logic cao trong khi đang đón

nhận hoặc in ra dữ liệu để thông báo cho máy tính biết là các bộ đệm trong máy tính biết là các bộ đệm trong máy tính đã bị đầy hoặc máy in trong trạn thái Off-line

Paper empty (hết giấy – 12): Mức cao ở chân này có nghĩa là giấy đã dùng

hết

Select (13): Một mức cao ở chân này, có nghĩa là máy in đang trong trạng thái

kích hoạt (On-line)

Auto Linefeed (tự nạp dòng): Có khi còn gọi là Auto Feed Bằng một mức

thấp ở chân này máy tính PC nhắc máy in tự động nạp một dòng mới mỗi khi kết thúc một dòng

Error (có lỗi): Bằng một mức thấp ở chân này, máy in thông báo cho máy

tính là đã xuất hiện một lỗi, chẳng hạn kẹt giấy hoặc máy in đang trong trạng thái Off-Line

Reset (đặt lại): Bằng một mức thấp ở chân này, máy in được đặt lại trạng thái

được xác định lúc ban đầu

Select Input: bằng một mức thấp ở chân này, máy in được lựa chọn bởi máy

tính

1.3.2 Các thanh ghi đặc biệt

Thanh ghi dữ liệu:Tám đường dẫn dữ liệu dẫn tới 8 ô nhớ trên thanh ghi dữ liệu thanh ghi dữ liệu được chỉ rõ là hai hướng dữ liệu có

thể được xuất ra các chân D0 đến D7 hoặc đọc vào

Thanh ghi trạng thái: Bốn đường dẫn điều khiển Strobe, Auto Linefeed, Reset, Select Input dẫn tới bốn ô nhớ trên thanh ghi điều khiển

Thanh ghi điều khiển: năm đường dẫn trạng thái Acknowledge, Busy, Paper

1.3.3 Địa chỉ các cổng trên máy tính

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN VÀ CÁC LINH KIỆN 2.1 Sơ đồ khối mạng truyền thông công nghiệp, giao tiếp cổng LPT theo yêu cầu đề bài.

Để thực hiện yêu cầu đề bài, tức là lập trình giao diện giáp sát mạng truyền thông công nghiệp RS485 qua cổng song song LPT thì t phải sử dụng giao tiếp trung gian RS232 Ta có sơ đồ khối như sau:

Sensor LPT toRS232

RS232 to RS485

RS485 to RS232

RS232 to LPT

PC

2.2 Mạch chuyển và thiết bị thật

2.2.1 Mạch chuyển cổng LPT sang RS232

U 2

7 4 H C 1 5 1

D 0

4

D 1

3

D 2

2

D 3

1

D 4

1 5

D 5

1 4

D 6

1 3

D 7

1 2

A

1 1

B

1 0

C

9

G

7

W 6

Y 5

U 3

7 4 H C 1 5 1

D 0

4

D 1

3

D 2

2

D 3

1

D 4

1 5

D 5

1 4

D 6

1 3

D 7

1 2

A

1 1

B

1 0

C

9

G

7

W 6

Y 5

U 4

7 4 H C 1 6 1

A

3

B

4

C

5

D

6

C L K

2

L O A D

9

C L R

1

Q A 1 4

Q B 1 3

Q C 1 2

Q D 1 1

R C O 1 5

E N P

7

E N T

1 0

U 5 A

7 4 H C 1 4

D 2

D I O D E

D 3

D I O D E

P 1

5 4 8 3 7 2 1

R x D

U 5 B

7 4 H C 1 4

J 1

D a t e B u s

1

2

3

4

6

7

8

9

1 0

R 1

U 5 C

7 4 H C 1 4

R 2

R 3

C 1

R 4

V C C _ A R R O W

V C C _ A R R O W

V C C _ A R R O W

V C C _ A R R O W

2.2.2 Mạch chuyển RS232 sang RS484

D 1

L E D

D 2

L E D

V C C

R 7 R 8

V C C

R 9

D 3

D 4 D 5

D 6

J 1

R S 4 8 5

1 2

-4 8 5 +

G n d

P 1

5

9

4

3

7

2

6

U 1

m a x 2 3 2

C 1 +

1

V s + 2

C 1

-3

C 2 +

4

C 2

-5 V s - 6

T 2 o u t

7

R 2 i n

8

V c c 1 6

G n d 1 5

T 1 o u t 1 4

R 1 i n

1 3

R 1 o u t 1 2

T 1 i n

1 1

T 2 i n 1 0

R 2 o u t 0 9

C 1

C 2

1 n C 3 1 n

C 4

C 5

1 n

V C C

M A X 4 8 5

U 2

R 0

1

R e

2

D E

3

D I

4

V c c 8

B 7

A 6

G n d 5

R 1

Q 1

B C 5 5 7

R 2

R 3

V C C

R 5 R 6

2.2.3 Mạch chuyển RS485 sang RS232

R s 4 8 5

1

2

M A X 4 8 5 U 1

V c c 8

B 7

A 6

G n d 5

M A X 2 3 2

U 2

m a x 2 3 2

C 1 + 1

C 1 -3

C 2 + 4

C 2

T 1 o u t 1 4

R 1 o u t

1 2

T 1 i n

1 1

T 2 i n

1 0

R 2 o u t

0 9

C 1

C 2

C 3

C 4

V C C

P 1

1

D 1

L E D

R 1

2.2.4 Mạch chuyển RS232 sang LPT

C 1n

GN

C 1n

C 1n

C 1n

Chương 3 THIẾT KẾ GIAO DIỆN VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH

ĐIỀU KHIỂN 3.1 Thiết kế giao diện điều khiển

Sử dụng ngôn ngữ lập trình Visual Bacsic 6.0 để lập trình giao diện điều khiển:

3.2 Chương trình điều khiển

Private Sub laymau1_Click()

outportb &H37A, 4

txt1.Text = inportb(&H379 / 16)

End Sub

Private Sub laymau2_Click()

outportb &H37A, 2

txt1.Text = inportb(&H379 / 16)

End Sub

Private Sub st1_Click()

outportb &H378, 255

outportb &H39A, 8

End Sub

Private Sub st2_Click()

outportb &H378, 255

outportb &H39A, 1

End Sub

Private Sub stp1_Click()

outportb &H378, 0

outportb &H39A, 8

End Sub

Private Sub stp2_Click()

outportb &H378, 0

outportb &H39A, 1

End Sub

3.3 Ứng dụng của chương trình.

Chương trình trên có thể dùng để giám sát và điều khiển 2 kênh với 2 hệ thống khác nhau

Tài liệu tham khảo

[1] Bài giảng môn điều khiển sản xuất và tích hợp máy tinh - Thầy lưu hoàng minh , Trường ĐHHH Việt Nam

[2] Kỹ thuật ghép nối máy tính – Ngô diên tập , Nhà xuất bản khoa học – kĩ thuật

[4] Trang web:http://www.dientuvietnam.net/forums

Ngoài ra còn có một số tài liệu khác