Nghiên Cứu Chế Tạo Bộ Điều Khiển Đa Năng Dựa Trên Vi Điều Khiển 16 Bit Cho Các Ứng Dụng Công Nghiệp.docx

DTCB2007 4 Baocaotongket doc Béc«ngth−¬ng viÖn nghiªn cøu®iÖntö,tù®éng,tinhäc hãa B¸o c¸o tæng kÕt®Òtµi cÊp bé n¨m 2007 nghiªn cøu,chÕt¹obé®iÒu khiÓn ®a n¨ngdùatrªnvi®iÒukhiÓn16bit choc¸cøngdôngc«ngng[.]

Cơsởpháplý/xuấtxứcủađềtài

Đềtài“Nghiêncứu,chếtạobộđiềukhiểnđanăngdựatrênviđiềukhiển16bitchocác ứngdụngcôngnghiệp”đượcthựchiệntheo:

KHCNgiữaBộCôngnghiệp(BênA)vàViệnNghiêncứuĐiệntử,Tinhọc,Tựđộnghoá(BênB)k ýngày26tháng01năm2006 và

KHCNgiữaBộCôngnghiệp,naylàBộCôngThương(BênA)vàViệnNghiêncứuĐiệntử,Tinhọ c,Tựđộnghoá(BênB)kýngày06tháng02năm2007.

Tínhcấpthiếtvàmụctiêunghiêncứucủađềtài

Tínhcấpthiết

Bộđ iềukhiểnđ an ăngh i ệnđ angđ ư ợ cs ửd ụngrộngrãitrongcácứngdụngcôngnghiệpnh ưđiềukhiểnnhiệtđộ,ápsuất,lưulượng,pH, vìcócácưuđiểm: nhỏgọn(ngàycàngnhỏhơntheosựpháttriểncủacôngnghệsảnxuấtchip);chophépgiảm đángkểthờigianthiếtkế,thicôngcôngtrìnhtựđộnghoá;cónhiềuchứcnăngcàiđặtsẵndễsửdụn g;mứcđộthôngminh,bộnhớngàycàngcao;hỗtrợnhiềuchuẩntruyềnthôngquốctếnêndễmở rộnghệthống;tíchhợpsẵntínhnăngđiềukhiển(từđơngiảnch o t ớiphứct ạp)phùhợpch onhiềuđốitượngđiềukhiểntrongcôngnghiệp.

TạiViệtNamhầuhếtcácbộđiềukhiểnđanăngđềudonướcngoàicungcấpvớigiáth àn h cao,dovậyviệcnghiêncứuthiếtkếchếtạo,tiếntớisảnxuấtcácthiếtbịnàytrongnướclàcầnthiếtn hằmlàmchủcôngnghệsảnxuất,giảmgiáthànhsảnphẩm,gópphầntạoracácsảnphẩmđiệntử cókhảnăngcạnhtranhtronggiaiđoạngianhậpWTO.

Mụctiêunghiêncứu

 Nghiêncứu,làmchủcôngnghệthiếtkếchếtạobộđiềukhiểnđanăngcógiáth àn h hạc hocácứngdụngtrongcôngnghiệptạiViệtNam,cókhảnăngthaythếcácthiếtbịngoại nhậpcócùngtínhnăng.

 Làmcơsởđể tiếptụcnghiêncứucáccôngnghệviđiềukhiểntiêntiếnhơntrongt ươn gl a i đ ể n â n g c a o c h ấtlượngvàp h ạmviứngd ụngc ủab ộđ iềukhiển.

Đốitượng/phạmvivànộidungnghiêncứu

Đốitượngnghiêncứu

Kháiniệm:Hiệnnaychưathấycómộtđịnhnghĩachuẩnnàovềbộđiềukhiểnđanăng,tuyn hiênhãngHoneywellđưaradòngs ảnphẩm-

UDC(UNIVERSALDIGITALCONTROLLERS)cócáctínhnăngtươngtựcácbộđiềukh iểncủanhiềuhãngnổitiếngnhưSiemens-SIPART,Burkert-

DC(DigitalC o n t r o l l e r ) , ABB(AdvancedProcessC o n t r o l l e r ) , C ó t h ểp h â n biệtbộđiềukhiểnđanăngbằngmộtsốđặcđiểmđặctrưngsau:

 Đượcx â y dựngt r ê n n ềnt ảngc ác p h ươngphápđ iềukhiểnthôngthườngvàh i ệnđ ại(điềukhiểnPID,điềukhiểnfuzzy,điềukhiểnthíchnghi, ),dovậycó thểápdụn gchonhiềucácbàitoánđiềukhiển(tínhđanăng):sửdụngnhiềunhấttrongđiềukhiểnq uátrình(processcontrol).

 Ngườisửdụngxâydựngchươngtrìnhđiềukhiểnbằngphươngphápcấuhìnhcấutrúc bộđiềukhiểndựatrên cơsởcác khốihàmchuẩndựngsẵn,dovậykhôngđòihỏilậptr ìnhbằngngônngữ(tấtnhiênngườisửdụngphảilàchuyêngiatíchhợphệthốngchứkhô ngphảiend- user).Cáckhốihàmchuẩnlànhữngh à m r ấth a y s ửd ụngtrongđ iềukhiểnc á c q u á t r ì n h côngnghiệpnhư:lọc(filter),chốngnhiễu(pulsesuppress),scaling,PID,n hậndạng,các hàmtoánh ọc,hàmlogic,

 Mộtbộđiềukhiểnđanăngthườngđượcsửdụngchođiềukhiểncụcbộ,tươngđ ốiđộclậ p(liênđộngít)mộthayvàikhâuquymônhỏtronghệthốngtựđộngh oá.Đốivớinhững hệthốnglớn,ngườitathườngsửdụngbộđiềukhiểnđan ăngkếthợpvớiPLC.

 Cókhảnăngkếtnốimạngtheocácgiaothứctruyềnthôngmở(cácgiaothứct r ê n c ơs ởRS485,RS232,E t h e r n e t , ) , d o vậyc ó t h ểmởrộng,t í c h h ợph ệthốngdễdàn g.

Nộidungnghiêncứu

 Nghiêncứu,thiếtkếchếtạophiênbảnIbộđiềukhiểnđanăng.Kếtquảlàđãt ạorasảnp hẩmUDC.01vớicáctínhnăngcơbảnnhư:điềukhiểnPID,truyềnthôngtrêncơsởRS4 85/RS232,vào/rachuẩn,cấuhìnhtừxa(đặtcấuhìnhtừmáytínhquamạngRS232)

 ThửnghiệmbộđiềukhiểntrongthựctếchoứngdụngđiềukhiểnđộcứngvàpHc ủah ệ thốngl ọcn ước.B ộđ iềukhiểnđ ãđ iềukhiểnc h í n h x á c ( t ươngđươngvớibộđiều khiểnSC100củaHACHvềđộchínhxác)vàcóđánhgiátốtcủacơsởsảnxuất.

 Hoànthiệnvàmởrộngchứcnăngcủabộđiềukhiểnbaogồm:tínhtoántoánhọc,thiế tkếchếtạomodulevào/ racắmthêm;thiếtkếchếtạomodulekhuyếchđạit í n hiệuR T D , T C vàp H ; x â y dựng bộl ọc;x â y dựngchứcn ăngPIDtựchỉnh;xâydựngchứcnăngtruyềnthôngtheochuẩnEthernet.

 Xâydựngh ệSCADAt r ê n c ơsởb ộđ iềukhiểnđ an ăngb a o gồm:mạngEtherne tkếtnốicácbộđiềukhiểnđanăngvàmáytính,phầnmềmSCADAt r ên PCphụcvụgi ámsát,c ấuh ì n h từx a Giaothứct r u y ềnthôngsửd ụngTCP/IP.

Tổngquantìnhhìnhnghiêncứutrongnước

ViệcthiếtkếchếtạocácbộđiềukhiểntrongcôngnghiệpnóichungkhôngphảilàmớitạiViệ tNam,tuynhiênhầuhếtcácbộđiềukhiểnđềuhướngvào mộtphạmvirấthẹpcácứngdụng(chủyếulàgiámsátđiềukhiểnnhiệtđộ)nênthườngcócấutrú ccốđịnhvàí t t í n h năng.Độmềmdẻokhôngcao,đ òihỏikiếnthứcchuyên sâuvềlậptrình,t ốnnhiềuthờigian,côngsứcchothiếtkếchếtạođểđápứngnhữngyêucầumớicủacôngngh ệđãkhiếncácbộđiềukhiểnnàykhóthíchnghiđượctrongnhiềutrườnghợpthựctế.Mặtkhá cnhiềubộđiềukhiểndựatrênviđiềukhiển8- bitdohạnchếvềtốcđộvàbộnhớđãkhôngđápứngđượcyêucầupháttriểnngàycàngtăng củac ơsởsảnx u ấtnhưn â n g cấp,mởr ộngđểnângcaonăngsuất,sảnlượng,chấtlượngđồn gthờicũnglàmgiảmphạmviứngdụng.

TrênthịtrườngchưacóbộđiềukhiểnđanăngcóthươnghiệuViệtNam,hầuhếtđềuphảinhậpk hẩutừnướcngoàivớigiáthànhcaogấpnhiềulầnsovớisảnxuấttrongn ướcnhưtạicácnhàm áybiaHảiDương,ThanhHoá,KimBài,TháiBình;CôngtyphânđạmvàhoáchấtHàBắc;CôngtyGangthépTháiNguyênnhữngbộđiềukhiểnpH,T,DO,Ca,Flow,ápsuất, đềunhập ngoại.Bêncạnhđóhầuhếtcácđơnvịchưac h ú ýtíchhợpcáctransmittervàobộđiềukhiểnđểt ăngthêmgiátrịsửdụngcủanóhoặccácchứcnăngđiềukhiểncònđơngiảnchưađápứngđượct hựctế.

Tổngquantìnhhìnhnghiêncứungoàinước

Tổngquan

NhiềuhãnglớnnhưSIEMENS,Honeywell,OMRON,ABB đãnghiêncứuvàpháttriểnc á c b ộđ iềukhiểnđ an ăngn h ưd ò n g sảnp h ẩmSIPART(SIEMENS),UDC(HoneyWell), DigitalProcessC o n t r o l l e r (OMRON),AdvancedProcessC o n t r o l l e r ( A B B ) đ angđượcsửdụngrộngrãitrênthếgiới.Nhiềuthuậttoánđiềukhiểnphứctạp,nhiềuchứcnăn gtínhtoánđượccàiđặtsẵnđãlàmchobộđiềukhiểncóthểdùngtrongnhiềuứngdụngvàđúngn hưtêngọicủanó“đanăng”.Trênmộtbộđiềukhiểncóthểcósẵncác thuậttoánđiềukhiểnP ID,đ iềukhiểnmờ,điềukhiểnthíchnghi,điềukhiểnlai,điềukhiểnbùnhiễutrước,điềukhiển nhiềuvòngkín,điềukhiểnlogic,điềukhiểnt h e o giớihạn(limitcontrol),đ iềukhiểnt h e o d õ i , đ iềukhiểntỷlệ,điềukhiểnđồngbộ(đồngbộtheogiátrịchủđạođưatừmasterlàPLChoặcbộ điềukhiểnkhác),điềukhiểnbước, cáchàmtoánhọc,logic,sosánh,địnhthời, Tấtcảviệ cc ò n lạingườisửdụngcầnlàmchỉlàcấuhình(địnhnghĩacấutrúcchobộđiềukhiển)vàcàiđặt thamsố.Bộđiềukhiểncòncócácgiaodiệntruyềnthôngchophépkếtnốimạngvàtrêncơsởđ óngườitaxâydựnghệSCADAcókiếntrúcphântán:hệbaogồmnhiềub ộđ iềukhiểnn ằm tạihiệntrường,mỗibộđiềukhiểncóhiểnthị,cảnhbáo,bànphím,càiđặttạichỗ.Mỗibộsẽđi ềukhiểncụcbộ,độclậptươngđối(liênđộngí t ) mộtcôngđoạntrongdâyc h u y ềnsảnx u ấtđ ồ ngthờit h u thậpd ữliệul i ê n q u a n đểtruyềnvềmộttrạmđiềukhiểntrungtâmquamạngtru yềnthông.Trạmđiều khiểntrungtâmthườngsửdụngmáytínhPCcócàiđặtphầnmềmHMIđểngườivậnhànhgiám sát,lưutrữ,điềukhiểntừxatoànbộdâychuyền.Mạngtruyềnthôngphổb i ếncủabộđiềukhiể nlàPROFIBUS,MODBUSvàEthernet.Trongđ ómạngE t h e r n e t cóxuhướngngàycàn gphổbiến,hiệnchiếmđến80%thịphầnmạngtrêntoànthếgiới.Ethernetcórấtnhiềuưu điểmnhư:lắpđặtnhanhnhờphươngphápkếtnốiđơngiản;tínhsẵnsàngcaonhờkhảnăngm ởrộnglớn,hầunhưkhônghạnchế;c h o phépkếtnốinhiềulớpứngdụngkhácnhaunhưquản lý,sảnxuất;cókhảnăngkếtnốidiệnrộngmạngWAN;tươngthíchrấtnhiềuthiếtbịtrênthế giớihiệnnay;gầnnhưkhônggiớihạnhiệusuấtmạngnhờsửdụngcôngnghệswitching.

Ngoàiratrongcácbộđiềukhiểnđanăngcủacáchãngkểtrênhầuhếtđềutíchhợpsẵnđầuvà ochođầuđonhiệtđộRTD,TC.Hơnnữahiệnnayrấtnhiềuhãngsảnxuấtđ ầuđ on h ưHACH,

E+H,YSI, có xuh ướngt í c h h ợp cácb ộđ iềukhiểnvớitransmitter.Mỗibộđiềukhiểncókhảnăngkếtnốimộtvàidạngđầuđoc huẩn.Tuynhiênc á c b ộđ iềukhiểnd ạngn à y t h ườngr ấtđ ơ ngiảnvềđ iềukhiển,không c ó modulemởrộngnhưnggiáthànhrấtcao(thậmchígấpđôigiáthànhbộtransmitterthôn gthường).

Giớithiệucácbộđiềukhiểnđanăngcủanướcngoài

Tấtc ảc á c b ộđ iềukhiểnđ an ăngđ ề uc ó mộtsốAI,AO,DI,DOc h u ẩn( 0 1 0 V , 0/4 20 mA,24VDC,drycontact, )vàtínhiệuđầuvàotừcặpnhiệt.Sauđâychỉgiớithiệucáchàmchức năngcủamỗiloại

-Cộng,trừ,nhân,chia,khaicăn

-Cộng,trừ,nhân,chia,khaicăn

-RS485/PROFIBUS-DP/PA,HART

-Cộng,trừ,nhân,chia,khaicăn

-Cộng,trừ,nhân,chia,khaicăn

-PIDcontroller:outputPWM(pulselength)/PFM(pulsefrequency)/0/4 20mA

Ngoàicáchãngnêutrêncònrấtnhiềuhãngsảnxuấtcácbộđiềukhiểncótínhnăngt ươngtự như:ABB,Yokogawa,KOBOLD,ALCO,

Cácứngdụngđiềukhiểntiêubiểu

 Điềukhiểnmộtvòngkín(Hình7) Điềukhiểnmộtvòngkínnhư:điềukhiểnnhiệtđộlò;nồihơi;ápsuấtcủacáchệđiềukhiểnthayđ ổicôngsuấttheophụtảitrongcáchệthốngchỉnhnhiệtbằngnước,bằngh ơi,điềuchỉnhDO;điề uchỉnhcôngsuấttheođộmởcủavalve,

 Điềukhiểntheodõi(Hình8) Điềukhiểntheodõi(folow- upcontrol)như:điềukhiểnlònungkhôngliêntục(theomẻ),setpointlàmộtđườngchuẩnc hotrướcvàphảinungsaochonhiệtđộtâmbámtheo đườngsetpoint.Điềukhiểnn hi ệtđộra lòtheosựthayđổicôngsuấtcán:khâutínht o á n setpointt h e o tốcđ ộ c á n s ẽđưar a setpoin tt h a y đ ổ ic h o khâuđ iềukhiểnn h i ệtđộ

 Điềukhiểntỷlệ(Hình9) Điềukhiểntỷlệnhưchỉnhclochâmtheolưulượng.Tỷlệlưulượngclo/ lưulượngnước=const

 Điềukhiểncascade(Hình10) Điềukhiểnca sc a d e (n ốitầng)như:điềukhiểnnhiệtđộtrongtankđượcnungbằnghơinó ngcóhaitầngđiềukhiển,vòngđiềukhiểntácđộngnhanhđểđiềukhiểnlưulượngdònghơi, trongkhiđóvòngthứhaichỉnhnhiệtđộcóquántínhchậmhơn

 Điềukhiểnbước Điềukhiểnbước(stepcontrol):PIDcóđầurađiềuchếđộrộngxungrấthaydùngcho điềukhiểnvalve,độngcơkiểu2, 3vịtrí( H ì n h 11)

Khảosátthựctếtrongnước

Hệthốngcủadâychuy ềnIdoGermanythiếtkếlắpđặt(dâychuyềnIIvàIIIhoànt o àn do chuyêngiatrongnướcthiếtkếlắpđặt–

CPU95Uvà06module(16DIx 24VDC),10module(8DOx24VDC/

0.5A) củaSIEMENS.Trênmặttủcócácnútấn,chuyểnmạchchochếđộđiềukhiểntay;cá cbộđịnhthờiđặtthờigiantrễđiềukhiểnvàcácb ộđiềukhiểnápsuất,lưulượng,nhiệtđộ.Các bộđiềukhiểnnàycóchứcnăngđiềukhiểncụcbộvàliênđộngvớibộđiềukhiểnPLCbằngcác đầuralogic.PLCh o à n toànđiềukhiểnlogicmàthôi(vìchỉcócácđầuvàorasốvànhómthực hiệnđềtàiđãtìmhiểucảlogicchươngtrình).PLCthựchiệnchứcnăng:đ iềukhiểnlogicquátrì nhsảnxuấtCO2,cảnhbáo/ báođộng,dừngsựcố,báotrạngthái,nhậnlệnhđiềukhiểntay.Cácđốitượngcầnđiềukhiểnlà máybơmnước,hoáchất,quạtgió,máynénkhí,vanđiệntừ

Hệthốngbảovệ02tuabin máyphátnhiệtđiện(côngsuấtmỗituabin12MW)doTrung Quốcthiếtkếlắpđặt.Hệthốngcó02bộPLCSIMATICS7-

HệthốngxửlýnướcthảidoBỉthiếtkếlắpđặt.Hệthốngđiềukhiểntựđộnggồmhệđ iềukhiểnd ù n g PLCvàmáyt í n h giámsáttrungtâm.Đ iềukhiểnlogicđ ư ợ cthựch i ệntừPLCcònđiềukh iểnpHđượcthựchiệnbằngbộđiềukhiểnriêng.

CôngtyGangthépTháiNguyên,NhàmáycánthépViệtÝ,NhàmáycánthépHoàPhát(điề ukhiểnnhiệtđộ,lưulượng);NhàmáygiấyTrúcBạch,NhàmáygiấyPhongKhê(điềukhiểnn ồngđộbộtgiấy);NhàmáyThuỷđiệnSuốiTân(điềukhiểntốcđộ,lưulượng);Nhàmáyxửlý nướcthảiKCNNomura-HảiPhòng(điềukhiểnpH);Trạmxửlýnướcthải–

CôngtyCPsữaVINAMILK(điềukhiểnpH);CôngtyCPBiaHàNội-HảiDương,HàNội- HồngHà,CôngtyCPBiaThanhHoá(điềukhiểnDO,pH,canxi,clo), đềugặprấtnhiềuc á c bộđiềukhiểnđanăngđiềukhiểnnhiệtđộ,ápsuất,lưulượng,hoáchất,

Mộtsốcôngtrìnhđãthicôngsửdụngbộđiềukhiểnđanăng

Nhómthựchiệnđềtàitrong02năm(2006và2007)đãvàđangtrựctiếpthicôngmộtsốcôngtrình tựđộnghoátrongđócósửdụngbộđiềukhiểnđanăng.

Cáccôngđoạnchính:Lọcáplực,traođổication,khửkhí,bổsungcanxi,lọcthan,c h ỉnhpH

- ĐiềukhiểnquátrìnhpH,canxi,châmclodùng02bộSC100củaHACH,trongđócó0 3vòngđiề ukhiểncloseloop(02điềukhiểnPIchopH,canxi;01điềukhiểnPchoclo)

Giámsátt ạic h ỗq u a LCDt r ê n b ộđ iềukhiểnvàq u a đ ènt r ê n mặttủđ iềukhiển(trạngthái thiếtbị)

Cáccôngđoạnchính:Lọccát,traođổication,khửkhí,bổsungcanxi,lọcthan,chỉnhpH.

-ĐiềukhiểnquátrìnhpH,canxidùng02bộSC100củaHACH,trongđócó02vòng điềukhiểncloseloop(02điềukhiểnPIchopH,canxi)

Giámsátt ạic h ỗq u a LCDt r ê n b ộđ iềukhiểnvàq u a đ ènt r ê n mặttủđ iềukhiển(trạngthái thiếtbị)

Cáccôngđoạnchính:Lọcthô,điềuhoà,trunghoà,hiếmkhí,hiếukhí,lắng,xửlýb ù n Loạicôngtrình:Lắpđặtmới

300c ủaSIEMENSkếth ợpvới01 bộSC100củaHACH,trongđócó02vòngđiềukhiểncloselo op(02điềukhiểnPIchopH, DO)

Ngoàiracòn02côngtrìnhđangthicônglàHệthốngxửlýnướccôngnghệtạiCôngt y CPBiaH ồngHà,HảiPhòngcósửdụngcáccontroller/transmittercủaHACH

Tổngkếtvềbộđiềukhiểnđanăng

Tuykhôngthểsánhđượ cvớiPLCvềmứcđộ“mềmdẻo”,khảnăngmởrộngphầncứngvàphạ mviứngdụng,tuynhiêntrongnhiềuứngdụngđiềukhiểncụcbộ,quymôvừavànhỏchỉcần mộtsốbộđiềukhiểnđanănglàđủvàkinhtế,đồngthờidođượcxâydựngdựatrêncácchuẩn mở,bộđiềukhiểnđanăngcóthểtrởthànhnhữngthành phầncơsởđểtíchhợp,mởrộngquym ôcủacáchệthốngtựđộnghoákhicầnthiếtvớichiphíthấp.KếthợpvớiPLC,bộđiềukhiểnđană ngchophépxâydựngcácgiảipháphệthốngtựđộnghoáđemlạihiệuquảcao(chiphíthấp,thời gianthicôngn h a n h , giảmthờigianthiếtkế,giảmmứcđộphứctạpcủachươngtrìnhđiềuk hiểnt r ê n PLC,giảm

“tải”choPLC,tăngđộtincậycủahệthống, )Bộđiềukhiểnđanăngdựatrêncácviđiềukhiển1 6/32- bitcóthểthoảmãncácyêucầuvềtốcđộxửlýcao,th ờigianlấymẫungắn,chophépcàiđặtcá cthuậttoánphứctạpcókhốilượngtínhto án lớn,càiđặtnhiềuchứcnăng,chophéplưutrữ,th uthậpnhiềusốliệu(nhưthiếtb ịdatalogger)phụcvụthốngkê.

Cấu hình cấu trúc Cài đặt tham số Hiển thị, lưu trữ, cảnh báo Truyền thông Ethernet

PID tự chỉnh Điều khiển theo SP cố định Điều khiển tỷ lệ Hàm toán học, logic Truyền thống Ethernet

Lưu trữ, cảnh báo, báo động

Tổngquanvềthiếtkế

Thiếtkếbộđiềukhiểnđanăngđượcdựatrêncơsởkếtquảkhảosátthựctế,tìmhiểut ì n h hìnhng hiêncứutrongvàngoàinước,cácyêucầuvềchứcnăngvàtínhnăngkỹthuậtcủasảnphẩmnhư đãđăngký.SơđồchứcnăngbộđiềukhiểnđanăngthểhiệntrênHình12.

DI0 DI7 Dồn kênh Đệm

DO0 DO7 Phân kênh Ðệm RS485

Tiền KĐ TÍN HIỆU NHỎ (mV)

AO1 0- 5V A SPI Thẻ nhớ MMC 256M -4Gb

Thiếtkếchếtạophầncứng

Sơđồthiếtkếtổngthểphầncứng

Thiếtkếphầncứngđượcxâydựngdựatrênnguyêntắcmodulehóatheotừngchứcnăng.Ph ầncứngđượcxâydựngthànhcácmodulenênviệcghépnốicóthểthựchiệnd ễdàngthôngquac ácconnector.ViệcxâydựngtheomodulecóápdụngcácchuẩntruyềnthôngSPIvàI2Cchop hépdễdàngmởrộngphầncứngmàkhôngphảithayđ ổ ithiếtkế(Hình13)

Yêucầuđốivớilinhkiện,thiếtbị

Việclựachọncáclinhkiện,thiếtbịphùhợplàyêucầuhếtsứcquantrọngkhitiếnh àn h thiế tkếphầncứngchobộđiềukhiển.Hiệnnaycáchọviđiềukhiển16/32- bitđangdầnthaythếhọviđiềukhiển8-bit.Thịphầncủaviđiềukhiển16/32- bitchiếm58%vàonăm2004.Xuhướngpháttriểnnàyphảnánhxuthếyêucầucaovềtí nhnăngcủacácbộviđiềukhiển.Điềukhiểnchấtlượngcaođãthúcđẩycácnhàchếtạophảitừb ỏhọ8-bitưathíchsangcáchọviđiềukhiểncósốbitcaohơn.Môhình8- bitvẫncònđượcứngdụngnhưngnhanhchóngsẽbịlãngquênvìkhônggiannhớcủanóchỉđạttố iđa64KB.

Bộviđ iềukhiển1 6 / 3 2 - b i t có n h i ềuưuđiểm:kíchthướcchỉlớnhơnhọ8- bitvàip hầntrăm,côngsuấttiêuthụthấp,giáthànhthấp,tốcđộxửlýcaotới40triệulệnhtron g1s,khônggiannhớlêntới16MB,ROMlêntới512KB,tuỳthuộctừngloạimàc ó t í c h h ợpsẵ nn h i ềuchứcn ăngnhư:xửl ý kỹthuậtsố,kếtnốit h e o mạngcôngnghiệptốcđộcao(CAN,Et hernet, ),điềuchếđộrộngxung,điềukhiểnmờ, Dođó viđiềukhiển1 6 / 3 2 - b i t thích hợpchoxâydựngcáchệđiềukhiểnnhúngthờigianthực,đ iềukhiểnt ốcđ ộ c a o , đ iềukhiểnp h â n t á n, c á c t r ạmthiếtbịđ ầ uc u ốithôngminhtronghệSCADA.

Cácbộviđiềukhiển16/32- bitđượcphânchiathànhtừnghọ,trongđótừmộtkiếntrúccủabộxửlýsinhranhiềudẫnxuấ t.Điềunàytạonênkhảnăngtínhtoán,hệlệnh,côngsuấttiêuthụ,môitrườngpháttriểnvàgiáthà nhkhácnhau.Tiếptheocácthànhviêncủamỗixêritùytheokíchthướcbộnhớ,tíchhợpngoại vikhácnhauthỏamãnc á c yêucầucủatừngứngdụng.Nhữnghãnglớnsảnxuấtviđiềukhiển1 6/32- bitcóthểkểtớinhư:Philips,Intel,Motorola,Atmel,Fujitsu,Hitachi,STMicroelectronics, Sauđâylàcácyêucầucơbảnkhilựachọnlinhkiện,thiếtbịđểđápứngyêucầuthiếtkếvềch ứcnăngvàtínhnăngkỹthuật:

 Sốlượngvàchứcnăngcủacácđầuvào/ra:cácđầuvào/ racókhảnăngtươngt hí ch vớicácloạitínhiệukhácnhau.

Modulexửlýtrungtâm

Modulexửlýtrungtâmthựchiệncácchứcnăngtínhtoán,xửlý,thuthậpdữliệu,c ảnhbáo, báođộng,điềukhiển,truyềnthôngvớicácthiếtbịngoạivi.Thànhphầnchínhcủamodulel àchípviđiềukhiểnLPC2124.Dođặcđiểmcủaviđiềukhiểnlàđượcxâydựngtheokiếntrúc CPU16/32bitARM7TDMI-

S(sửdụngnguồnđiệnápc ấpthấp3,3Vvà1,8V)nênviệcthựchiệnghépnốigiữaviđiềukhiểnv àcácngoạivic ó tínhđếnchuyểnđổimứctínhiệuchophùhợp.

 Dễdàngpháttriểnphầnmềmdotrênthếgiớihiệnnaycónhiềuhãngcungcấpcác c h ươ ngtrình b i ê n d ịch,gỡr ối,các bộpháttriểnchophéprútngắnthờigianhoànthàn hdựán

 Chop h é p khản ăngl ậpt r ì n h In-SystemProgramming(ISP)vàl ậpt r ì n h In- ApplicationProgramming(IAP)thôngquaphầnmềmboot-loadertrênchíp.

 Giaodi ệnnhúngchophépquansátcácđiểmdừngbreakpoints.Cácchươngtrìn hc o n p h ụcvụngắtvẫntiếpt ụcđ ư ợ cthựch i ệntrongkhinhiệmvụn ềnđ angđượcdeb ugvớiphầnmềmRealMonitortrênchip.

 02b ộtimer3 2 b i t (với4 kênhC a p t u r e vàb ốnkênhCompare),b ộ6đầ ura PWM,đồ nghồthờigianthựcvàWatchdog.

 02giaodiệntruyềnthôngRS232,mộtcổngFastI2C(400Kbits/s)và2cổngSPI

 02nguồncấp:CPUhoạtđộngởđiệnáptừ1.65Vđến1.95V(1.8V±0.15V);nguồnc ấpchocácđầuvàoratrongkhoảng3.0Vđến3.6V(3.3V±10%),vàchophépcácđầu vào/ranàykếnốitrựctiếpvớitínhiệulogicTTL.

Modulevào/rasốvàPWM

Modulevào/ rasốđượcthiếtkếgồmcó8đầuvàosố,8đầurasố(Hình14)và3đầuraPWM.Cácđầuvàosố2 4Vđượcthiếtkếtheonguyêntắccáchlyvớikhốixửlýbêntrong.Đểgiảmsốđườ ngtínhiệugiao tiếpvớiviđiềukhiển,mạchvàorasốđượcthiếtkếtheonguyêntắcchuyểnđổitínhiệutừdạng song songởcácđầuvàorathànhd ạngnốitiếpthôngquacácICchuyểnđổi74HC595và74HC165. Mứclogic1và0c ủacácICphùhợpvớimứctínhiệucủaviđiềukhiểnnênhoàntoàncóthểgiaot iếptrựctiếp.

Khốicáchl yquang thànhnốitiếp Khuếchđạicông suấtđầurasố

BộkhuếchđạicôngsuấtđầurasốsửdụngICULN2001.ĐâylàICcókhảnăngcấpđ iệnáprađế n30Vvàdòngđiệnlêntới500mA.Mỗiđầuvào24VđềuđượcđưatrựctiếpđếnICcáchlyquang 4N35.

STOPchobộđiềukhiển.ĐầuraDO0.0vàDO0.1sẽđượcdùnglàmcácđầurađiềukhiểnrơl eđèncảnhbáovàrơlecòibáođộng.Khibộđiềukhiểnđượcứngdụngvàotrongcôngnghiệp,cá cđầuvào/ ranàyđượckếtnốivớicáccôngtắc,đèn,còigắntrênbànđiềukhiển,panelđiềukhiểnhaytủđiều khiển,tùytrườnghợpcụthể. ĐầuraPWM(Hình15)đượcthiếtkếgồm3đầu.Đâylàcácđầurađiềuchếđộrộngxung,được dùngvàoviệcđiềukhiểnnêncầnghépvớiICtốcđộchuyểnđổicao,cóthểchođầura24Vcác hly.IC6N137đượcchọnlàmđầuraPWMvớitốcđộchuyểnđổilêntới10MHz.

Modulevào/ratươngtự

Khốiđầuvàotươngtự,thiếtkếgồmcó4đầuvàotươngtự0-5Vhoặc0-100mVhoặc0/4-

20mA.Đâylàcácdảitínhiệuhaysửdụngtrongcôngnghiệp.Đểlựachọndảitính i ệudạngđiện áphaydòngđiệnchỉviệcthựchiệnthôngquacácjumpđượcgắntrênmạchin.Khốilọcthôngth ấpthựchiệnlọccáctínhiệutầnsốcao,trướckhiđưavàoADC.ICchuyểnđổiADlàloạiAD77 94củahãngAnalogDevices,đâylàADC24bí t kiểuΔ- Σ),h o ạtđ ộ ngở đ iệná p c ấp+5VDC,đ ầ ur a n ốitiếpc h u ẩnSPI.T r ê n AD7794c ó khuếc hđạ iPGAchop h é p t h a y đ ổ ihệsốkhuếchđ ạ it í n hiệuđ ầ uvào0 128,vàchophépchếđộ cóhoặckhôngcóbộđệmđầuvào.

LCD graphic Đệm, chuyển đổi tín hiệu MCP23S17

Khốiđầura tươngtự,thiếtkếgồmcó2đầuratươngtự0-5V,hoặc0/4-

20mA.Bộc h u y ểnđ ổ iDAđ ư ợ clựac h ọnl à MCP4922c ủah ã n g Microchip.MCP4922 l à vimạchchuyểnđổiDA12bitvới2kênhđầuracótốcđộcao(tầnsốbiếnđổi4,5s).ICnày giaotiếptheochuẩnSPIvớitốcđộlêntới20MHz.Tínhiệuđầuradạngđiệnáp.Điệnápchuẩn đượclấytừICđiệnápchuẩn2.5VMC1403.ĐộchínhxácđiệnápcấpcủaMC1403là2,5V±1

5V,ởđâysửdụngICchuyểnđổidòng/ ápXTR111củahãngTexasInstruments.ICn à y đảmbảochotínhiệuđầuradạngdòngchín hxácvàkhôngxảyraquádòngdobảnthânbêntrongICđượctíchhợpchứcnănghạnchếdòng điện.

KhốiđầuvàoratươngtựđượcthựchiệncáchlythôngquaICcáchlyADuM3400vàADuM3401.ĐâylàcácICcáchlychophépchuyểnđổitốcđộcaocóthểlênđến90Mbps.Điệnáp cáchly560V.

Modulehiểnthịvàbànphím

Modulehiểnthịvàbànphímđượcthiếtgồmcó:mộtmànhìnhhiểnthịLCDgraphicđộphâng iải128x64pixel,bànphímgồm8phímchứcnăngchophépthựchiệncácth ao táccấuhìn hphầnmềm,càiđặtthamsốvàhiểnthịcácthamsố.ICchuyểnđổiSPIsangtínhiệusongsong MCP23S17đểmởrộngcổngtínhiệu.VớiviệcsửdụngICnàychophépgiảmsốđườ ngkếtn ốitínhiệugiữaboard mạchhiểnthịLCDvàb o a r d mạchchínhđồngthờităngđộtincậycho mạch.Cácphímđượcbốtríthànhhaihàng chophépdễdàngthựchiệncácthaotácnhậpsốliệu kếthợpvớimànhìnhhiểnthị

ModuletruyềnthôngRS232/RS485

ViđiềukhiểnLPC2124chophépkếtnốiqua2cổngtruyềnthôngRS232.Ởđâysửd ụngmộtc ổngđ ể thựch i ệnghépn ốivớiRS232vàRS485.Việclựac h ọntruyềnthôngq u a RS232h a y RS485đ ư ợ cthựch i ệnthôngq u a jumpcứngt r ê n mạch.Đểt r án hhiệntượngthườnggặpk hitruyềnthôngquaRS232vàRS485làhiệntượngbịsétđánhcảmứngtrênđườngtruyềnởđâ ysửdụngICcáchlyquang6N136,đâylàloạiICcáchlycótốcđộtruyềnthôngcaolêntới1M bit/ s,cáchlyđiệnáp3000VDCđ ápứngđượcyêucầutruyềnthôngđốivớiRS232vàRS485.ICch uyểnđổiRS232sangRS485là75LBC184.ICchuyểnđổimứctínhiệuRS232làICMAX232.

Cách ly quang 6N136 Chuyển đổi tín hiệu 75184

Vi điều khiển RS232 (3,3V) RS232 (5V) RS485

5VDC RS232/ Rs485 Chuyển đổi điện áp

Modulenguồn

Đượcthiếtkếgồmbốnnguồnchínhcáchlyvớinhau,chophépcáchlygiữacáckhối:vàoratương tự,vàorasố,truyềnthôngRS232/RS485vàCPU.

ModuletruyềnthôngEthernet

Trênt h ịt r ườngh i ệnn a y c ó r ấtnhiềuICthựch i ệntruyềnthôngEthernet.C á c ICthườngtậ ptrungvàomảngghépnốivớimáytínhcánhânthôngquachuẩngiaotiếpPCIhoặcIDE.Nhữn gICcóthểghépnốivớiviđiềukhiểnkhôngnhiều.Tuynhiênh ã n g Microchipc ũngđ ãtungr a t h ịt r ườngc h i p đ iềukhiểntruyềnthôngE t h e r n e t ENC28J60.SơđồkhốicủaENC28J60xemHình21

Hình21 SơđồkhốicủachiptruyềnthôngEthernetENC28J60 ƯuđiểmcủaICnàylàchophépthựchiệnghépnốidễdàngvớiviđiềukhiểnthôngquachuẩn SPI(4dây)vớitốcđộlêntới20MHz.Mộtsốđặctínhcơbảncủachiptruyềnthôngnàynhư sau:

 HỗtrợcácgóitruyềntheocáckiểuUnicast(Mộttrạmtớ(Client)sẽnhậnđượcmộtd ò n g dữliệur i ê n g từtr ạmchủ(Server),Multicast( N h i ềut r ạmtớcùngn h ậnđượcmột dòngdữliệutừtrạmchủ),Broadcast(dữliệuđượctruyềnrộngr ãi)

 Chop h é p c ó t h ểl ậpt r ì n h đượcquá trìnhlọcgóidữliệunhậnvàđánhthứctrạmc hủ(host)theocácphéplogicANDhoặcORcủacácđịachỉsauđây:

 Chếđộloopback(loopback:kếtnốivònglặpgiữa2thiếtbịcùngkiểuhaylặpl ạichínhb ảnthâncủathiếtbịđó)

 HaitínhiệuđầurađènchobiếttrạngtháicủaLINK,TX, RX,xungđộtchếđộ full/half-duplex

KhungdữliệutruyềnthôngEthernet(Hình22)cókíchthướctừ64byteđến1518b y t e Vàđượcchiathành5hoặc6trường:ĐịachỉMACđích,địachỉMACnguồn,mộttrườngc h i ềudài/ kiểu,d u n g l ượngd ữliệu,mộttrườngđ ệ m( c ó t h ểc ó h o ặckhông),kiểmtravòng(CRC).MặtkháckhiđượctruyềntrongmôitrườngEthernet,7b y t e c ủat r ườngmởđ ầ uvàb y t e đ ị nhr a n h giớiđ ầ ukhungđ ư ợ cđ ặ tở đ ầ ukhungEthernet

Phầnmởđầu Địnhranhgiớiđầukhung Địachỉđích Địachỉnguồn Chiềudài/kiểu

Vi điều khiển LPC2124 Điều khiển truyền thông Ethernet ENC28J60 Jack RJ-45

ChíptruyềnthôngEthernetENC28J60thựchiệntruyềnthôngởtốcđộ10Mbps.Tốcđ ộ truy ềnthôngnàylàđủđốivớicácứngdụngđiềukhiểncôngnghiệpsửdụngcácthiếtbịnhúngvìc ácứngdụngthườngchỉthựchiệntruyềnthôngvớilượngdữliệun h ỏvàdảithôngkhônglớn. HơnnữacácứngdụngnhúngsửdụngEthernetthườnglàtrênmộtsub- networksaumộtbộđịnhtuyếnRouter.

Jackghépn ốimạngE t h e r n e t s ửd ụngj a c k c h u ẩnRJ-

45.Giaot i ếpgiữac h i p đ iềukhiểntruyềnthôngEthernetENC28J60vàviđiềukhiểnđượ cthựchiệntheochuẩnSPI.ỞđâyxửdụngcôngSPI1đểphụcvụchoviệcthựchiệntruyềnthôn gnày.

ThiếtkếcácmoduleđầuvàotươngtựchocảmbiếnRTD,TC

 ModuleđầuvàochocảmbiếnRTDvàTC ĐểthiếtkếmoduleđonhiệtđộdùngcáccảmbiếnRTDvàTC,ở đâynhómthựchiệnđềt à i đ ãlựac h ọnc h i p b i ếnđ ổ itươngtự- sốl à c h i p AD7794.V ớiviệcs ửd ụngAD7794,c á c t í n h i ệuR T D vàT C đ ư ợ cn ốitrựct i ếp.Mộtsốđ ặ ct í n h c ơb ảnc ủaAD7794(Hình24):

 Nhiễuquânphương:40nVởtầnsố4.17Hz;85nVởtầnsố16.7Hz

Hình25 MạchnguyênlýkếtnốiRTD ĐểtốiưucấuhìnhRTD3dây,ởđâydùng2nguồndònglấytrựctiếptừcácnguồndòngcủa AD7794ở2đầuraOUT1vàOUT2(2nguồndòngnàyđượclậptrìnhđểđưaracùngmộtgiát rịdòng)đểđưađếncácđầudâylấytínhiệutừRTD(Hình25).Vớicấuhìnhnhưvậysẽloạibỏđ ượcsaisốsinhradođiệnáptrênđườngdâytừđầuđođếnbộđiềukhiển.Haiđiệnápnàysẽtriệtti êulẫnnhaudovậygiátrịđiệnápđođượctạiđầuvàoADClàchínhxác.Ngượclạitrênđiệntrở đườngdâyRL3vàR3tacó dòngđiệnlớngấp2lầndòngOUT1(hoặcOUT2).Dòngđiệnnàys inhrađiệnápl à m chođiệnthếtạiđầuvàoAIN6đượcnânglên,nhưvậykhoảngtínhiệuđầu vàocủakênhAIN6(AIN6+vàAIN6-)nằmtrongvùnglàmviệccủaAD7794.

Dải đo Độ chính xác

Tốc độ dòng chảy cho phép Áp suất max

VìtínhiệuđiệnápratừcặpnhiệtđiệnlànhỏnênAD7794hoạtđộngvớibộkhuếchđ ạ ibêntro ngđểlàmtăngtínhiệuđầuvào.Vìkênhđầuvàođượcsửdụngbộđệmn ê n cóthểdùngcặptụ giátrịlớnởđầuvàođểloạibỏnhiễugâyratrêncặpnhiệtđiệnkhiđivàoAD7794.Điệnápoffset bêntrongAD7794chophépdảitíntínhiệuđầuvàođượcnânglênđểnằmtrongvùnghoạtđ ộngcủaAD7794(điệnỏpoffsetnàycúthểđạtgiỏtrịbằngẵđiệnỏpcungcấpVdd).

Việcbùđầulạnhcủacặpnhiệtđiệnđượcthựchiệnbằngcáchdùngmộtthermistor.Dòngđiện cấpchothermistorđượclấytừnguồndòngOUT2củaAD7794.Bằngcáchđođiệnápcủatherm istortacóthểtínhtoánđượcđiệnápcầnbùởđầunguội(coldjunction)củaTC.

ModulepHtransmitter

 Lựa chọn sensor và linh kiện chế t ạo transmitter pH

 ĐầuđopH ĐođộpHdựatrênnguyênlýcơbảnlàđonồngđộion.ViệclựachọnđầuđopHảnhh ưởnglớnđế nkếtquảphépđocủatoànhệ.Hiệnnaytrongnướcđãcómộtsốđơnvịc h ếtạođượcđầuđopH,tu ynhiênviệcápdụngchúngtrongthựctếcònhạnchếvìđộb ềnvàđộchínhxácchưacao.Mộttro ngcácphươngánlựachọntốtnhấtlàsửdụngđầuđopHcủacáchãngsảnxuấtthiếtbịđothôn gsốmôitrườngnổitiếngthếgiớin h ưHACH,YSI,E+H,ASTi,GlobalW a t e r Trongq uá t r ì n h khảosátvànghiêncứu,nhómthựchiệnđềtàiđãchọnđầuđocủahãngE+HvàHACH( Hình27).Đâylàcácđầuđođiệnhóacóđộchínhxácvàđộbềnphùhợpyêucầucủacácứngd ụngcôngnghiệp.ThôngsốkỹthuậtcủasensorpH(HACH)chotrongBảng1.

 Đầuđonhiệtđộtíchhợpsẵn ĐầuđonhiệtđộPT1000đượctíchhợpsẵntrongđầuđopHđểbùnhiệttựđộngpH.Dođó,trans mitterpHđượctíchhợpthêmchứcnăngđonhiệtđộvàđưaradướidạngt í n hiệu0-5Vhoặc0/4- 20mA.

Trongthựct ếđ ể lựac h ọnICkhuếchđ ạ ithuậtt o á n ngườit a thườngdựat r ê n c á c thôngsố:t rởkhángvào,côngsuấttiêuthụ,dòngbias,dòngoffsetvào,điệnápoffset,t h ờigianthiếtlập,… ĐốivớiđầuđopH,tr ởkhángđầuracỡMohm(vớiđiệncựcthủytinh),dođóop- ampkhuếchđạitínhiệutừđầuđopHcủatransmitterphảicótrởkhángvàorấtcao.Linhkiệncủa NationalSemiconductorthườngđượccáchãngsảnxuấtthiếtbịđopHlựachọnvớicácop- ampchuyêndụngtíchhợpnhữngđặctínhđápứngđủyêucầucủahệđopH:

 ADC:cónhiềutiêuchuẩnđểlựachọnADC,tùytheoyêucầubàitoánmàlựach ọnAD Cchophùhợp.Các tiêuchí đểlựachọnADCđólà:độphângiải,thờigianchuyể nđổi, cácbộlọc,nguồnnuôi,côngsuấttiêuthụ,tốcđộtraođổidữliệu.TínhiệupHlàtínhiệuD Cđãđượcđưaquabuffer,khuếchđạivàlọc,từđócóthểđưaracácyêucầuđốivớiADCc ủatransmitternhưsau:

 DAC:nhữngt i ê u c h u ẩnđ ể lựac h ọnDACb a o gồmđ ộ p h â n giải,tốcđ ộ ch u y ểnđổi,côngsuấttiêuthụ,trởkhángđầura,nguồnnuôi.TươngứngvớiADCđãyêu cầu,DACcủatransmitterphảiđảmbảonhữngtiêuchísau:

 Vixửlý:hạtnhânc ủakhốimạchxửlýlàviđiềukhiển.Viđiềukhiểnthựchiệncácch ứcnăngchínhsau:

 GiaotiếpvớimáytínhthôngquacổngtruyềnthôngnốitiếpRS232 Đểthựchiệnđượccácchứcnăngnóitrên,viđiềukhiểnphảicótốcđộxửlýcao,bộn h ớdữliệu

Chuẩn0/4-20mAđangđượcứngdụngrộngrãitrongkĩthuậttruyềntinvàkĩthuật điềukhiển Việcchuyểnđổiápsangdòng0/4-20mAcónhiềuưuviệt:

 TínhiệuđiệnápthuđượctạimộttảibấtkỳRLOAD( V=ISIGNAL*RLOAD)khôngp h ụthuộc vàođiệnápnguồnvàkhôngphụthuộcvàođiệntrởtrêndâydẫn.

20mAđểtruyềnthôngvàđiềukhiểntừxa.Cáctransmittercủacáchãngsảnxuấtthiếtbịmôit r ườngnổitiếngthườngsửdụngICchuyêndụngchuyểnđổiđiệnápsangdòngđiện.Trongphạ mviđềtài,transmitterpH,nhiệtđộsửdụngICXTR111đểthựchiệnchứcn ăngnày.

 Thiết k ế, chếtạo phần cứng transmitter pH

TransmitterpHgồmcáckhốinhư(Hình29) pHProbe pHsignal Khuếchđại,lọc ADCΔ-Σ Vixửlý DAC

RTDprobe Temp_signal ADCΔ-Σ DAC

Số kênh Điện áp nguồn Dải tín hiệu đầu ra Dòng vào

Input offset voltage (max) Input offset current (max) CMRR (min)

Input bias current (max) Input resistance

Input voltage average offset drift

14 μAA 6.3 mV 2 pA 60 dB 2 pA

Số kênh Điện áp nguồn Dải tín hiệu đầu ra Dòng vào

Input offset voltage (max) Input offset bias current (max) CMRR (min)

Input voltage average offset drift

7 V Rail-to-Rail ±2 mA ± 30 mA ± 250 μAV

Khốikhuếchđ ạ icủatransmitterpHbaogồmhaiphần:phầntiềnkhuếchđại;phầnkhuếchđ ạivàlọc.Phầntiềnkhuếchđại:nhưđãnóiởtrên,yêucầuquantrọngnhấtc ủaOp- amptiềnkhuếchđạitínhiệupHlàtrởkhángvàorấtlớn, dòngvàorấtnhỏ(cỡvàic h ụcfA).Trongq u á t r ì n h t ì m h i ểu,khuếchđ ạ ithuậtt o á n LMC6 041đ ư ợ clựac h ọnvớicácthôngsốphùhợpđốivớiyêucầu.ThôngsốkỹthuậtcủaLMC6041c hotrongBảng2

PhầnkhuếchđạivàlọctínhiệusaubufferdùngIClowoffsetvoltage,outputrail-to- railMCP607cócácthôngsốkỹthuậttrongBảng3

 KhốiADC Đặct í n h q u a n t r ọngnhấtc ủamỗiADClàdảiđộng(dynamicrange)đượcbiểuthịbằngd

Bhoặcbằngsốcácbithiệuquả,mỗibitđặctrưngchodảiđộnglà6dB.CácADCđượcphânl oạitheosốbitđầuracủanó, tuynhiêncácbithiệulựcluônnhỏhơnđộdàinày.ADCcủatransmitterlàloạiDelta-

Sigma24bit,theosốliệucủanhàsảnxuấtthìdảiđộngcủanólêntới22bittại tầnsốlấymẫu10Hz.

MSC1212cónhiềuđiểmnổibậtsovớicácviđiềukhiểnkhác.Mộttrongsốđólàviệctíchhợ pbêntrongmộthệconADCvớiđộphângiảicao,độtuyếntínhđángtinc ậy.ADCcủaMSC12 12gồm8đầuvàoAIN0,AIN1, ,AIN7vàAINCOM.Sơđồc ấutrúckhốichuyểnđổiADcủaI CMSC1212(Hình32)

TínhiệupHsaukhiđiquatầngkhuếchđạiđượcđưavàoAIN6vàAIN7.Việclựac h ọnhaiđầu vào ADCsátnhaucótácdụnggiảmthiểucannhiễu.

DAC0tạonguồndòng1mAđiquađầuđoRTD,tínhiệuSignal+vàSignal- đưavàoAIN4(+)và AIN5(-).

ViđiềukhiểnMSC1212tíchhợp4DAC16bitđộclập,đápứngđủyêucầuvềđộchínhxác tínhiệuđầura.Trongđó,DAC0vàDAC1cònđóngvaitròlàbộchuyểnđiệnáp- dòngđiệnlậptrìnhđược.

VixửlýlấymẫutừcácADCvớitầnsố10Hztrongkhitầnsốbộtạodaođộngthạcha n h là6MHz.TầnsốlấymẫunàylàtốiưutrongviệcsửdụngcácbộlọccósẵntrongMSC1212.Vixửlýthuthậ pdữliệu,tínhtoán,lọcthôngthấprồiđưatínhiệuđiềukhiểnraDAC.

20mA,d òn gđầuracóthểlênđến36mA.TỉlệgiữađiệnápvàovàdòngđiệnrađượcđặtbởiRSE Tvàtínhtheocôngthức:

Co nt ro lS tr uc tu re In pu t An al og In pu t A O 1 An al og O ut pu t PW M 1 O ut pu t PW M 2 PW M 3 Po si ti on D ig ita lIn pu t Se tp oi nt D ig ita lO ut pu t C on tr ol le r Co nt ro lle r Co m m un ic at io n In pu t1 W ar ni ng /A la rm In pu t2 Ar ith m et ic A O 1 Lo gi c PW M 1 O ut pu t PW M 2P W M 3 St or ag eD at a Au to tu ne R at io Fa ct or En d C on tr ol le r M au na l Au to

Xâydựngphầnmềmtrênbộđiềukhiển

Thiếtkếgiaodiệntươngtác

4- 20 m A O ff D I1 A I1 0- 5V A I2 O n A na lo gI np ut 0- 20 m A A I3 D I3 A I4 D I4 D I5 D I6 D ig ita lIn pu t 4- 20 m A AO 1 C on tin 0- 5V AO 2 D I7 D I8 PW M 1 2- po in t PW M 2 A na lo gO ut pu t D O 1 PW M 3 D O 3 Po si tio n D O 4D O 5D O 6D O 7 D ig ita lO ut pu t S P1 Se tp oi nt SP 3 SP 4 Co m m un ic at io n PI D 1 AI 1 PI D 2 C on tr ol le r AI 3 W ar ni ng /A la rm PI D 3 AI 4 PI D 4

Chỉ số kênh ra tí nh t ừ 1 6

R S2 32 : R S4 85 : Pa r Er ro r: Co nf ig Er ro r: S ys E rr or : .

Hình39 Cấuhìnhvàorasố, truyềnthông,cảnhbáo,báođộng

Cấu hì nhl ư utrữ vàtự ch ỉnh đị nht ha m sốlu

Sensor2Par Sensor3Par PointTime

ID_InParEs1 SPch_Tune PID1

Co nfi gu ra tio n

Xâydựngcáchàmtoánhọc

Đâylàcáchàmtoánhọccơsởsửdụngđểxâydựngcấutrúcchobộđiềukhiển Đầuvào Kiểudữliệu Đầura Kiểudữliệu

Bảng4 Hàmtoánhọc-1 Đầuvào Kiểudữliệu Đầura Kiểudữliệu

E1 Float E1giớihạngiữaE2(giớihạndưới)vàE3(giớihạntrê n).KhiE2≥E3thìA/small> Float

Bảng5 Hàmtoánhọc-2 Đầuvào Kiểudữliệu Đầura Kiểudữliệu

Xâydựngcáchàmlogic

DQcủabộđiềukhiểnđểthựchiệncácbàitoánđiềukhiểnlogic,đồ ngthờicũngdùngđểxâ ydựngcấutrúcchobộđiềukhiển. Đầuvào Kiểudữliệu Đầura Kiểudữliệu

XâydựnghàmPIDtựchỉnh

Thànhphầntrungtâmcủabộđiềukhiểnsốlàvixửlý,viđiềukhiểnhayvixửlýtính iệu.Cónhiề uphươngphápđểtiếnhànhthiếtkếnhưphươngphápthiếtkếtrênmiềnthờigianxấpxỉliêntục (thiếtkếbộđiềukhiểnPIDsố),thiếtkếtrênmiềnthờigiangiánđoạn(thiếtkếtốiưuthamsốch obộđiềukhiển,thiếtkếtốiưucấutrúc,

…).Vớicácphươngphápthiếtkếnhưtốiưuthamsốhaytốiưucấutrúcchobộđiềukhiển, môhìnhđốitượngcầnđượcbiếttrước.Trêncơsởtìmhiểucácphươngphápvàcănc ứvàoyê ucầuđặtracủanhữngbàitoánthựctế,đềtàilựachọnthiếtkếkhâuđiềuch ỉnhtheoluậtđiều khiểnPIDsố.Đâylàmộtluậtđiềukhiểntuyếntínhđượcứngdụngrộngrãitrongcáchệthống điềukhiểntrongcôngnghiệpbêncạnhcácphươngp h á p điềukhiểnhiệnđạikhácnhưđiềukhi ểnmờ,điềukhiểnthíchnghivàđiềukhiểnlai.

(3.10)Khaitriểnchuỗichocácbiểuthứcemũ,sauđósosánhhệsố2vếđểtìmc0,c1,c2,… df t  dt

2 I T 40T 0 ĐâylànhữngluậtđiềukhiểnPIDđiểnhình,ngoàiracòncócácluậtđiềukhiểnPIDkhácđược xâydựngnhư:luậtđiềukhiểnlọcthànhphầnviphân(xấpxỉTustin),luậtđ iềukhiểnAstrom,

MỗicấutrúcđiềukhiểnPIDđượcđưaracónhữngưuđiểmriêng,phụthuộcvàocácyêucầuvềt ốcđộđápứng,độquáđiềuchỉnh,tínhổnđịnh,mứcđộtínhtoánmàlựach ọnluậtđiềukhiểnph ùhợp.Ởđây,đểthíchhợpchocácứngdụngkhácnhau,bộđiềukhiểnđượcthiếtkếsửdụngl uậtđiềukhiểnPID1( c á cdạngrútgọn PI,PD.

Trêncơsởthamkhảothiếtkếcủacácbộđiềukhiểnhiệncótrênthịtrườngvàphầncứngđượct hiếtkếchobộđiềukhiển,tầnsốthựchiệngiánđoạnhoáđượcchọnvớithờigianlấymẫuthấ pnhấtcóthểlàTs=0.01s(tầnsố100Hz,vớikhoảngthờig i a n nàyviđiềukhiểnLPC21 24cóthểthựchiệnđược1triệulệnh,đủđểthamg i a tínhtoánchocácthuậttoánPID).V ớitầnsốlấymẫunàyviđiềukhiểnđượclựac h ọnthiếtkếh o à n t o à n đ ápứngđượ cviệcthựch i ệncá c tínhtoánđiềukhiển,nhậndạng.

 TựchỉnhcácthamsốcủabộđiềukhiểnPID ĐốivớicácứngdụngđiềukhiểntrongcôngnghiệpsửdụngluậtđiềukhiểnPID,yêuc ầuđặtrađ ốivớiviệclựachọncácthamsốKp,Ti,Tdlàrấtquantrọngvàkhôngdễdàngvìcácđốitượngtr ongcôngnghiệpthườngkhôngbiếttrướccấutrúccũngnhưt h a m số.Hơnnữa,mộtsốthams ốvàmôhìnhcủađốitượngcóthểthayđổidonhiễut á c độnghoặcdotínhchấtphituyếncủađố itượng.ViệcxâydựngcáccấutrúcđiềukhiểntheoluậtPIDcócácthamsốcốđịnhtrongthựct ếkhóđápứngđượccácthayđ ổinhưđãđềcập.Dođó,đểcóthểthựchiệncácbộđiềukhiểnho ạtđộngtốttrongcác điềukiệncóthayđổithamsốvàmôhìnhđốitượngthìbộđiềukhiểncầntích hợpcácphươngpháptựchỉnhđịnh,tốiưuthamsố.

 Nhậnd ạngo n l i n e c á c t h a m s ốmôh ì n h đ ố itượng.T r ọngt â m l à s ửd ụngp hươngp h á p bìnhphươngcựct i ểuLSM(LeastSquareMethod).Đâyl à ph ươngp háprấtnổitiếngvàđượcsửdụngrộngrãi.

Xétp h ươngphápb ì n h p h ươngcựct i ểuvàcá c p h ươngphápsuyr ộngcủan ó Đốitượng củabộđiềukhiểnđượcmôtảbằnghàmtruyềnđạtsauđây:

 (3.20) y k  a 1 y k1   a n y k  m  b 1 u k  d  1  b m u k  d  m trongđ ó:     a 1 , ,a n ,b 1 , ,b m l àc á c ư ớ cl ượngh i ệnt h ờic ủac á c t h a m sốq u á trình.Phươngtrìnhnàycóthểđượcviếttrongdạngvectorđểtiệnchoviệctínhtoánvềsau: k k k1 k k k k1 k k1 y T  k k1k

 k1bao gồmcácướclượngthamsốquátrìnhđượctínhtoántrongbướctr ước vàvector k baogồmcácgiátrịđầuvàovàđầurachoviệctínhtoángiátrịđầura hiệnt h ờiyk.Cácvectornàyđượcdùngtrongcácphươngphápnhậndạngriêngrẽđượ c môtảtrongcácphầnsau.

làgiátrịđầuraq u á trìnhđ ư ợ cd ựbáo Giảiphươngtrìnhn à y d ẫnđ ế ncá c h t r u y h ồic ủap h ươngphápbì n hphươngcựctiểutrongđóvectorcácthamsốdựbáođượccậpnhậttừngbướctheophươn gtrìnhsau:

Sựbấttiệnchínhcủaphươngphápbìnhphươngcựctiểuđơnthuầnlàởsựvắngmặtc ủatrọngs ốtínhiệu.Cácđầuvàovàcácđầuracóảnhhưởngbằngcáctrọngsốnhưnh au ,nhưngcáctha msốquátrìnhthựctếcóthểthayđổitheothờigian.Dođócácđầuvàovàcácđầuragầnnhất sẽảnhhưởngđếnđầuranhiềuhơncácgiátrịtrướcđó.Vấnđềnàycóthểđượcgiảiquyếtbằ ngphươngphápbỏquaphầnmũ(exponentialforgetting)t h e o c á c h b ỏq u a h ệsốφ vàg iảmtrọngsốc ủac á c b ước trước.Trọngsố  k

Phươngp h á p b ỏq u a s ốmũ( e x p o n e n t i a l forgettingmethod)c ó t h ểđ ư ợ cc ảithiệnb ằ ngphươngphápbỏquachiềuthíchnghivớisựthayđổihệsốbỏquatươngứngvớisựthay đổitínhiệuđầuvàovàđầura.Cácthamsốđượccậpnhậtbằngphươngtr ì n h truyhồisau:

ViệctínhtoáncáchệsốcủaluậtđiềukhiểnPIDđượcthựchiệnbằngphươngphápZiegler-Nicholsthôngquaviệctínhtoáncáchệsốkhuếchđạitớihạnvàchukỳtớih ạn.Ýtưởngnềnt ảngcủacáchtínhtoánnàylàtìmhệsốkhuếchđạiphảnhồiđểtiếntớibiêngiớiổnđịnhcủavòng đóng.Hàmtruyềnđạtcủaquátrìnhđượcđịnhnghĩabởiphươngtrình(3.19),phươngtrìnhđặ ctínhvòngkíncódạng:

Khihệthốngkínởbiêngiớiổnđịnh,mộttrongcácnghiệmcủaphươngtrìnhđặctính ởbiêngiớiổnđịnhvàcácnghiệmkhácổnđịnh.Trênmiềnz,vùngổnđịnhlàvùng

Kết thúc nằmbêntrongđườngtrònđơnvị,biêngiớiổnđịnhlàvòngtrònđơnvị.Phầncònlạil à vùngkhô ngổnđịnh.Nghiệmtớihạnz=1phảiđượcbỏkhitínhtoánvìđâylàbiêngiớiổnđịnhtiệmcậnvàn hưvậychukỳdaođộngtớihạnkhôngđượctính.

Kp Float CO(ControllerOutput) Float

Xâydựngchứcnăngđiềukhiển

Điềukhiểnl à chứcn ăngq u a n t r ọngn h ấtc ủab ộđ iềukhiển.Trongn ộid u n g thựch i ện,đềt àitậptrungvàohaidạngđiềukhiểncơbảnđólàđiềukhiểntheogiátrịchủđạocốđịnhvàđiềuk hiểntỷlệ.Đâylànhữngcấutrúcđiềukhiểnrấtphổbiếntrongcôngnghiệp,đặcbiệtlàtrongđiều khiểnquátrình.

Nếumộtnhiệmvụđiềukhiểnbaogồmnhiệmvụgiữmộtđạilượngcốđịnhtheomộtgiát r ịđ ặ ttr ướckýh i ệul à SPt h ì đ ư ợ cgọil à đ iềukhiểnt h e o giátr ịchủđạ o(FixSetpointC o n t r o l ) Trongthựct ếgiát r ịc h ủđ ạ on à y c ó t h ểc ốđ ị nhh o ặct h a y đ ổ i.Trongtrườnghợpcốđịnhta gọiđólàđiềukhiểntheogiátrịchủđạocốđịnh.

TrườnghợpsailệchsovớigiátrịđặtlàdonhiễuZ.Vídụ:bộđiềukhiểnđưaratínhi ệuđiềukhi ểnCO(ControlOutput)dựatheotínhtoántừsailệchđầuvàokhâuđiềukhiểnPVd= SP–

PV,khiđ óPV( P r o c e ss Value)sẽđ ư ợ cđ iềukhiểnđểbámtheođ únggiátrịđặtSP(Setpoi nt).Ởđây,đểthựchiệnnhiệmvụđiềukhiển,bộđiềukhiểnPIDđượcsửdụng.Các thamsốcủ aluậtđiềukhiểnđượ ccàiđặ tsaochođảmbảonhiệmvụđiềukhiểnđượcthiếtkế.

- Phần đối tượng điều khiển 1

Giá trị đặt Phần đối tượng điều khiển 2

Chuyển dải giá trị Setpoint Lọc nhiễu tín hiệu phản hồi Chuyển dải giá trị phản hồi

Error= Scaled_Setpoint-Scaled_Feedback

Chương trình ngắt thực hiện tính toán đầu ra của luật điều khiển PID

Chuyểndảigiátrịinput_Valuevề0- 4095ĐưarađiềukhiểnAnalog_Output=Sc aled_input_Value

 Điều khiểntỷlệ Điềukhiểnt ỷl ệl à mộtdạngđ ặ cb i ệtc ủađ iềukhiểnf o l l o w - u p c ó giát r ịđ ặ tb ê n ngoài.Điềukhiểntỷlệcónhiệmvụlàmchobiếnđượcđiềukhiển(P

V1)bámtheomộtbiếnquátrìnhkhác(PV2)theomộttỷlệxácđịnh.PV1đượccoinhưm ộtbiếnp hụthuộcvàPV2làbiếnyêucầu.

SPr= PV1/PV2( 3 1 ) SPr: giátrịđặttỷlệ

PV1:biếnphụthuộc,biếnđượcđiềukhiểnPV2:biế nyêucầu

Lọc nhiễu tín hiệu phản hồi đầu ra PV1 Chuyển dải giá trị phản hồi Scaled_PV1 Tính sai lệch điều chỉnh:

Error = Ratio_Factor*Scaled _PV2 – PV1_Scaled

Chương trình ngắt thực hiện tính toán đầu ra của luật điều khiển PID Bắt đầu

PV1set=PV2*SPr(3.2)SPX2*SPr(3.3)

Hệtham chiếu PV1 khiể nPI D khiểnCO Đốitượng

Hình45 Cấutrúcđiềukhiểntỷlệ ĐặtgiátrịhệsốtỷlệRatio_FactorLọcnhi ễutínhiệu tươngtựyêucầuPV2

Chuyểndảigiátrịinput_Valuevề0- 4095ĐưarađiềukhiểnAnalog_Output=Sc aled_input_Value

Căn bậc 2 Chuyển đổi tỉ lệ

Giá trị đặt 1 Giới hạn giá trị đặt + -

Chế độ bằng tay 8 9 10 Tín hiệu

12 ĐK Tín hiệu PWM 2 điểm

Bộ điều khiển PID Đảo dấu tín hiệu ĐKGiới hạn tín hiệu ĐK

Căn bậc 2 Chuyển đổi tỉ lệ Lọc thông thấp

 Khâul ọcthôngthấp(1và14):chophépđặ ttầnsốlọcgiớihạnchocáctín hiệuđầ uvàotươngtựnhậntừcácđầuđo.Cácthôngsốđiềukhiểnquátrìnhthườngb i ếnđ ổ i c h ậmn ê n t ầnsốgiớihạnthườngnằmtrongdải0 , 1 Hz đ ế n2 0 H z

 Khâulấycănbậc2(2và15):thựchiệnlấycănbậc2củađạilượngđầuvàovớiđiềukiệ nđạilượngnàycógiátrịlớnhơnhoặcbằng0.Trongthựctếcómộtsốđốitượngđiềuk hiểnquátrìnhcầnđếnkhâunày,vídụ:khithựchiệnđiềukhiểnkhínén,đạilượngđo đượclàđộbiếnđổiápsuất(phụthuộcvàonhiệtđộvàápsuất),tacólưulượngdòng khítỷlệvớicănbậc2củađộthayđ ổ iápsuấttrongđườngốngdẫnkhí.

 Khâuchuyểnđổitỷlệ(3,16và19):thựchiệnchuyểnđổitỷlệdảithôngsốđầuvàot hànhdảithôngsốchuẩnđểthốngnhấtchoquátrìnhtínhtoánthựchiệnluậtđiềuk hiển.

 Khâunhân(6):thựchiệnphépnhânhệsốtỷlệđặtởđầuvàovớigiátrịcủa đầuvàothứ2trongtrườnghợpđiềukhiểntỷlệ. out

 Khâuthựchiệnđặtgiátrịđiềukhiểntrongchếđộđiềukhiểnbằngtay(7):Khib ộđiềukhi ểnđượcchuyểnsangchếđộbằngtaykhâunàyđượcdùngđểđiềuchỉnhgiátrịđưarađi ềukhiển.

 Khâuđiềukhiển(8):cácthamsốcủaluậtđiềukhiểnđượcthiếtlập,baogồmhệsốtỷl ệ,hằngsốthờigiantíchphân,hằngsốthờigianviphân,điểmlàmviệc,vùngsaisốch ophépquanhđiểmlàmviệc.Khâuđiềukhiểnởđâyđượcxâydựngdựatrêncơsởluật điềukhiểnPIDsố.Tùyvàoyêucầubàitoáncụthểngườidùngsẽcấuhìnhchokhâun àythựchiệncácluậtđiềukhiểnP,PI,PDhayPID.Khiđượccấuhìnhởchếđộtựchỉnhk hâunàysẽlàmộtkhâu PIDtựchỉnhđịnhthamsốtheomôhìnhđốitượng.

 Khâuđ ả od ấut í n hiệuđ iềukhiển( 9 ) : t í n h i ệuđ iềukhiểnkhiq ua khâun à y đư ợcđ ảodấu,tứclàtínhiệuđầurađiềukhiểnsẽtỷlệnghịchvới sailệchgiữagiátrịđặtvàgiátrịphảnhồi.

 Khâugiớihạntínhiệuđiềukhiển(10):khâunàyđưaracácgiớihạntrênvàd ướiđ ố i vớit í n hiệuđ iềukhiển.Trongthựct ếh ầuh ếtc á c đ ố itượngđ iềukhiểnchỉđápứngđư ợcvớimộtgiớihạnnhấtđịnhcủatínhiệuđiềukhiển.

20mA.Đâylànhữngtínhiệuc h u ẩntrongcôngnghiệp,n h i ềucơcấuchấphànhchấ pnhậncá c tínhiệuvàođiềukhiểndạngnày.

 KhâuPWM2điểm(12):tínhiệuđiềukhiểnđưaradướidạngxung,độrộngxungtíc hcựctỷlệvớitínhiệuđiềukhiển.Tínhiệuđiềukhiểnnàythíchhợpchocáccơcấuchấ phànhđiện(nhưcácđộngcơchophépđiềukhiển3vịtrí).Tínhiệuđưarađiềukhiểnsẽ đượcchuyểnđổithànhtỷlệxungtíchcựctạiđầuracủakhâunàytínhtrongmộtchukỳđiề uchế.

 Tínhiệubước3điểm(13):tínhiệuradạngrơle3vịtrícótrễ.Dùngchođiềukhiểnđộng cơ,điềuchỉnhtốcđộquaythuận,quaynghịch.

Căn bậc 2 Chuyển đổi tỉ lệ

5 19 Giá trị đặt 1 Giới hạn giá trị đặt Chuyển đổi tỉ lệ + -

Chế độ bằng tay Tín hiệu liên tục

Bộ điều khiển PID Đảo dấu tín hiệu ĐK Giới hạn tín hiệu ĐK

Căn bậc 2 Chuyển đổi tỉ lệ

Giá trị đặt 1 Giới hạn giá trị đặt + -

Chế độ bằng tay 8 9 10 Tín hiệu ĐK

Bộ điều khiển PID Đảo dấu tín hiệu ĐKGiới hạn tín hiệu ĐK

Căn bậc 2 Chuyển đổi tỉ lệ Lọc thông thấp

PV2 Input 2 Đểthựchiệnđượcbộđiềukhiểntheogiátrịchủđạo,cáckhốichứcnăngđượcxâydựngnhưs au:(Hình48)

Sai Ghi lần đầu Đúng

Tạo cơ sở DL lưu trữ

Gọi hàm lưu theo sự kiện

Sai Sai Đến thời điểm lưu Đến chu kỳ lưu Đúng Đúng

Xâydựngchứcnănglưutrữ

Bộđiềukhiểncóbộnhớngoàitươngđốilớndạngthẻ(hiệncólà256MB,cóthểtănggầnnhưkhô nghạnchế:hàngGB).Vớibộnhớ256MBnếulưu4giátrịAI(mỗigiát r ịcần16bytelưucácth ôngsố:kênhđo,giátrị, thờigian)vớitầnxuấtlưu1phút/lầnt h ì đủcho8nămliêntục.

Kiểm tra có cho phép cảnh báo kênh analog đầu vào thứ i Warn_AIi_Enable=1? Không

Analog_Inputi < = Low_Threshold_Warning_AIi Hoặc Analog_Inputi > = High_Threshold_Warning_AIi

Kiểm tra có cho phép báo động kênh analog đầu vào thứ i Alarm_AIi_Enable=1? Không

Analog_Inputi < = Low_Threshold_Alarm_AIi Hoặc Analog_Inputi > = High_Threshold_Alarm_AIi

Alarm_AIi_Flag =1 Alarm_AIi_Flag =0

Xâydựngchứcnăngcảnhbáo/báođộng

XâydựngchứcnăngtruyềnthôngEthernet

TruyềnthôngEthernetđượcxâydựngchophépbộđiềukhiểncóthểghépnốithànhmạngvà cóthểkếtnốivớimạngmáytính.Việcthựchiệntruycậpvàobộđiềukhiểnđ ư ợ cthựchiệnthôn gquagiaothứcTCP/

IP,góiphầnmềmb a o gồmnhiềufilechươngtrìnhđượcxâydựng.Ởđâyđãtậndụngmộtsố góiphầnmềmchocáchệnhúng,cụthểlàsửdụnggóiphầnmềmviếtbởiAdamDunkel.Góip h ầnmềmnàyđượcchọnvìcáclýdosauđây:

 Cáccô ng c ụp h ầnm ềmhỗtrợthựch i ệntruyềnt h ô n g E t h e r n e t thôngquachip tru yềnthôngENC28J60 ĐểthựchiệntruyềnthôngEthernet,cầncóstackthựchiệngiaothứcTCP/

IPmiễnp h í baogồmcácgiaothứcchínhcầnthiếttừlớpEthernetvậtlý(physicalEther netlay er) tớilớpứngdụng(applicationlayer)

Nhiềunhiệmvụhọatđộngđồngthờichophépứngdụngchínhcủangườisửdụngthựchiệnn hiệmvụriêngmàkhôngcầnphảiquảnlýstackTCP/IP.Đểlàmđược điềunàytấtcảcácứngdụngdùngstackMicrochipTCP/

IPphảiđượcthựchiệnsongsong. Địnhnghĩacấuhìnhstack.: Địnhnghĩa Giátrị Đượcdùng Mụcđích

STACK_USE_IP_GLEANING N/A StackTsk.c

STACK_USE_DHCP N/A DHCP.c,StackTsk.c

STACK_USE_FTP_SERVER N/A FTP.c

STACK_USE_UDP N/A UDP.c,StackTsk.c

STACK_CLIENT_MODE N/A ARP.c,TCP.c

TCP_NO_WAIT_FOR_ACK

MY_DEFAULT_IP_ADDR_BYTE?

TCP.c,MAC.c MAX_TX_BUFFER_COUNT

FTP_USER_NAME_LEN(FTP.h

MAX_HTML_CMD_LEN(HTTP.c

Giao thức bản tin điềukhiểnInternet

P.c IP.cICMP c ARPTsk.cARP. c MAC.corSLIP.cTick.c Helpers.c

DHCPclient DHCP.cUD P.cIP.cM

Kiểm tra có phải khung DL mới nhận Sai Đúng

Có yêu cầu truyền DL lên PC không Sai Đúng Xác định FID cần truyền và chuyển DL cần truyền ra bộ đệm truyền

Cho phép thực hiện ngắt truyền DL

XâydựngchứcnăngtruyềnthôngRS232/RS485

Hoạtđộngcủabộđiềukhiển

Hoạtđ ộ ngc ủab ộđ iềukhiểnc h i a t h à n h h a i t r ườngh ợp:c h ạy( R U N ) vàdừng( STOP).TrườnghợpSTOPlàkhibộđiềukhiểnđãđượccấpnguồn,tuynhiênmọitươngtác giữabộđiềukhiểnvớicácđốitượngkhácchưađượcthiếtlậpvàchưađượcp h é p hoạtđộng.Tro ngtrườnghợpRUN,bộđiềukhiểnchuyểnsanglàmviệcbìnhthường,khiđ óc á c ch ếđ ộ đ i ềukhiểnmớiđ ư ợ cp h é p thựchiện.Khiởt r ườnghợpRUN,h o ạtđ ộ ngc ủab ộđ iềukhiểnđ ư ợ cc h i a t h à n h h a i c h ếđ ộ :c h ếđ ộ b ằngt a y ManualvàchếđộtựđộngAutomaticvàđư ợcchiathànhbamức:

Cáccấutrúcđiềukhiểnvớicácđầuvào/ rađượclựachọnkếtnốivớicảmbiếnvàcơcấuchấphành.Cácmodulecảnhbáo,báođộng,d ạngtruyềnthôngvàcáchthứclưut r ữdữliệuđềuđượccấuhình.Tấtcảdữliệuđịnhnghĩacácth amsốđềucóthểđượcnhậpvào.Trongsuốtquátrìnhcấuhình,bộđiềukhiểnluônluônởch ếđộManual.Ngaykhiviệccấuhìnhchobộđiềukhiểnkếtthúc,bộđiềukhiểnchuyểnđếnchếđ ộhoạtđộngđãđượclựachọntrướcđó.

 Định nghĩathamsố Ởmứcthamsốhóa,cácthamsốđiềuchỉnhcóthểđượcnhậptrêncơsởcáccấutrúcđiềuchỉnh đượclựachọn.Cácthamsốđặtgiátrịngưỡngcảnhbáo, báođộngcũngcóthểđượ cnhập.T ạimứcnày, các cấutrúc điềukhiểnvàcác kiểudữliệuvà ora sẽkhôngbịthayđổi.Khiởmứcđịnhnghĩathamsố,bộđiềukhiểngiữnguyênchếđộhoạ tđộng.Nếukhôngcóphímnàođượcbấmtrongvòng30s,chếđộđịnhnghĩathamsốsẽkếtthúc.T ấtcảcácthamsốđượcnhậpvàokhiđósẽđượclưulại.

Giátrịđặtvàgiátrịcủacácđầuvào/ rađượchiểnthịkhiởmứcnày.Giátrịđặtcủacácluậtđiềukhiểnđượcnhậpvàotrongcảhaichế độtựđộngvàbằngtay.Trongchếđộtựđộng,quátrìnhtựđiềuchỉnhthamsốcủaluậtđiềukhiểnt ươngứngcóthểđượcthựchiệnsaukhiđãkhởitạogiátrịđặt.Chếđộtựchỉnhđịnhthamsốcủal uậtđiềukhiểnđượcchiara3trườnghợp:thứnhấtlàchophéptựchỉnhonlineliêntục, thứhailàchỉthựchiệntựchỉnhđịnhkhigiátrịđặtcóthayđổi,thứbalàkhôngchophéptựchỉn hđịnhthamsố.

Khibộđiềukhiểnđượccấpnguồn,trạngtháicủabộđiềukhiểnsẽởmứchoạtđộngbìnhthườ ng.Từmứcnàyngườisửdụngcóthểchuyểnsangcácchếđộcấuhìnhhaych ếđộđịnhnghĩatha msố.Chếđộhoạtđộngbằngtayhaytựđộngcủabộđiềukhiểnlàchếđộhoạtđộngsaucùngtạith ờiđiểmtắtbộđiềukhiểnlầntrước.

Khởi tạo hoạt động VĐK, các ngăt thời gian, các ô nhớ,

RUN Ở mức hoạt động bình thường theo cấu hình đã có sẵn Cho phép hiển thị cấu hình của điều khiển, cảnh báo báo động truyền thông.

Cập nhật các thông tin, tính toán, xử lý truyền thông, đưa ra các cảnh báo báo động nếu có

Cho phép tự chỉnh định tham số nếu bộ điều khiển đang ở chế độ Auto khi có yêu cầu tự chỉnh định tham số Auto_Tune

Không Có chuyển mức hoạt động?

Mức cấu hình Có Mức định nghĩa tham số

Chuyển về chế độ hoạt động trước đó Chuyển về chế độ hoạt động trước đó

Có chuyển sang STOP? Có

Cấuhìnhcáccấutrúcđiềukhiển,cáckiểutínhi ệuvào/ ra,chophépcáccảnhbáobáođộng,đặtcáct hamsố

Bộđiềukhiểngiữnguyênchếđộhoạt động Nhậpgiátrịcácthamsốcủacáccấutrúcđiề ukhiểnđượccấuhình,cácgiátrịngưỡng cảnhbáo,báođộng,tốcđộtruyềnthông

Docáckhốichứcnăngđượcxâydựngthànhnhữnghàmriêngbiệtnênđểcóthểcấuhìnhđượ ccáccấutrúcđiềukhiểncầnxâydựngkếtnốigiữacáckhốihàm.Bốnluậtđ iềukhiểnPIDđược xâydựngchophépthựchiệncáccấutrúcđiềukhiểntheogiátrịchủđ ạ ovàđ iềukhiểnt ỷl ệ.Nh ữngcấut r ú c n à y c h o p h é p cấuhìnhtùyýcác đầ uvào/ rađểtiệnchoquátrìnhthiếtlậpmộthaynhiềucấutrúcđiềukhiển.Kếtnốigiữacáckhốiđượct hựchiệnthôngquamộthaynhiềuchuyểnmạch(Si).Cáchìnhvẽsauđâysẽchỉracáckhảnăng kếtnốiđểcóđượccấuhìnhđiềukhiểntươngứngvới phầncứngđãđượcxâydựng.Khảnăngcấuhìnhcấutrúcđiềukhiểnđượcthựchiệnthôngquac ácchuyểnmạchS1đếnS32.MặcđịnhcácchuyểnmạchSicógiátrịlà0.

XâydựnghệSCADAtrêncơsởbộđiềukhiểnđanăng

MạngtruyềnthôngtronghệSCADA

+phầnmềmSCADA( 2 ) : Bộđiềukhiểnđanăng(S lave)UDC.02( 3 ) : ThiếtbịSwitch

(4):PC-ClienttrênmạngLAN (5):PC-ClienttrênmạngWAN(INTERNET) (6):Sensor

Server(cócàiđ ặtphầnmềmSCADA)quamạngLAN.NgoàiracòncócácmáytrạmPC-

Clientcủac ấpgiámsáth o ặcq u ảnl ý c ó t h ểkếtnốivớihệthốngthôngqua mạngLANh o ặcm ạngINTERNETvàchỉcầnweb- browserlàcóthểgiámsátđượctoànhệthốngtừx a Giátrịsensorđượchiểnthịtạichỗvàđưav ềPC.Cáccơcấuchấphànhđượcđiềukhiểntạichỗhoặctừxaquamạng. Đặcđiểmkỹthuậtcủamạnglà:

 Topology:Line,tree,ring,star.

(Hỗ trợ MODBUS/TCP/IP) MODBUS/TCP/IP

Cácưuđ iểmc ủamạngl à : t ốcđ ộ c a o , c ó t h ểl ê n t ới1 Gbps;lắpđ ặ tn h a n h n h ờph ươn gphápkếtnốiđơngiản;tínhsẵnsàngcaonhờkhảnăngmởrộnglớn,hầunhưkhônghạnchế;cho phépkếtnốinhiềulớpứngdụngkhácnhaunhưquảnlý,sảnxuất;có khảnăngkếtnốidiệnrộngm ạngWAN;tươngthíchrấtnhiềuthiếtbịtrênthếgiớih i ệnnay;gầnnhưkhônggiớihạnhiệusuất mạngnhờsửdụngcôngnghệswitching.

Giaothứctruyềnthông

 Giảipháp1:Hoàntoàndựatrêncácgiaothứctheochuẩnquốctếmở.Trongt rườn ghợpnàychỉcầndùngsẵnkhôngphảixâydựnggiaothức

 Giảiphá p2 : Mộtphầndựatrêncácgiaothứctheochuẩnquốctếmở.Trongt r ườn ghợpnàyphảitựxâydựnggiaothứctầngứngdụng

 Sửdụnghoàntoàng i a o thứctheochuẩnquốctếmở Đâylàgiảipháptốtnhất.TrongtrườnghợpsửdụnggiảiphápnàyđểxâydựnghệSCADAn gườit a thườngdựat r ê n c ơsởmộtgiaothứct r u y ềnthôngc h u ẩnn h ưMODBUS,PROFI BUS, kếthợpvớiOPCServerđểcótíchhợpvớihầuhếtcácp h ầnmềmnềnSCADA(như WinCC,Intouch, )hoặcchươngtrìnhHMItựpháttriển(bằngVC,VB,.NET, ).Trongt rườnghợpcủađềtài,tầnggiaothứctầngdướid ù n g TCP/

IPdođótầnggiaothứctrêndùngMODBUSlàhợplývìtrênthịtrườngsẵnc ó n h i ềuc á c modulevàOPCServerh ỗt r ợMODBUS/TCP/

IPđ ồ ngt h ờigiát h à n h khôngquácao.TruyềnthônggiữaPCvàbộđiềukhiểntrongtrườn ghợpnàyđượcthểhiệnnhưHình65

Cấutrúcnàycótínhmởcao,khôngphảixâydựnggiaothứctruyềnthông,tuynhiênđòihỏip hảimuaOPC-ServervàmoduleMODBUS/TCP/

IPởtầngdưới.Giaothứctầngứngdụngtựxâydựng.TrênbộđiềukhiểncómộtmoduleSlave _CommvàtrênPCcómộtmoduleMaster_Comm(Hình66),haimodulenàythựchiệntraođổ idữliệutheogiaothứctựx â y dựng.PhầnmềmHMIpháttriểndựatrêncácngônngữlậptrìnht hôngdụngcủaMicrosoftvàcơsởdữliệuquanhệchuẩn(SQL,Oracle, ).Ưuđiểmcủagiảiphá plàc h o phépgiảmgiáthànhhệthốngSCADA.Nhượcđiểmlàtínhmởkhôngcao,tuyn h i ê n vẫncómộtsốthànhphầnmangtínhmởnhưgiaothứctầngdưới, cơsởdữliệu,côngcụlậptrìnhthôngdụng.

(VB,VC, NET,Web, +DataBase)

Trongkhuônkhổđềtài(giớihạnvềthờigian,kinhphí)nhómthựchiệnlựachọngiảip h á p t ựx â y dựnggiaothứct r u y ềnthôngtầngứngdụng.Môh ì n h truyềnthônglàmaster– slave(masterlàPC,slavelà bộđiềukhiển).Masternắmquyềnkiểmsoátmạng,đưaracácyêu cầu,cònslavechỉnhậnyêucầuvàtrảlời.Ưuđiểmcủamôhìnhnàylà:thựchiệngiaothứcđơngi ản,hiệuquảsửdụngđườngtruyềncao(masterchỉy ê u cầucácthôngtincần,khôngcóthôngti nthừa,mastercóthểchỉnhlạilưulượngtruyềnchohợplý).Nhượcđiểm:trongtrườnghợpslav elàcácbộđiềukhiểnthìmôh ì n h chỉphùhợpnếuliênđộngđiềukhiểngiữacácslavelàtươ ngđốiít(mỗislaveđiềukhiểncụcbộ,tươngđốiđộclậpmộtcôngđoạntrongdâychuyềnsảnxu ất).Môhìnhrấtphùhợpchocácứngdụngtrongđóslavechỉlàcáctrạmthuthậpdữliệu,cácIOph ântán.

Khicácbộđiềukhiểnítliênđộngthìhầuhếtcácchứcnăngđiềukhiểnđãđượcthựchi ệntạibộđ iềukhiểnnêntrênPCchủyếuthựchiệnviệcgiámsát,cònviệcnạpcấuh ìn h ítkhiđượcthựchi ện(thườngchỉthựchiệnmộtlầntrướckhilắpđặt).Nếucoimỗilầngửivàn h ậnt r ảl ờix á c n h ận(acknowlege)l à mộtp h i ê n giaod ịcht h ì d o l ượngdữliệutraođổitrongmỗiphiêntư ơngđốiít(lớnnhấttheogiaothứctựxâydựng1triệubả nghi.Kết quảthửvới120tagonline,lưut r ữliêntụcvàocơsởdữliệuchukỳ1s/lần,tiêutốntrungbìnhkhoả ng5%tàinguyênC P U máychủ.

ViệcphânchiamànhìnhvàcấutrúccácgiaodiệncủachươngtrìnhSCADAđượcthựch iệntrêncơsởthamkhảohệPCS7củahàngSiemens.Cácmànhìnhgiaodiệnc h i a làm4vùn gchính(Hình70)

 Vùng1:baogồmcácthôngtinchungvềhệthốngnhư:logo,tiêuđềhệthống,t h ờigianv àmộtsốtrạngtháichungcủahệthốngnhưmode,alarm,intlock,

 Vùng2:làvùngchính,thayđổinộidungkhibấmcácphímchứcnăng.Khibắtđ ầ uvàoc h ươngtrình t h ì mành ì n h ngầmđịnhlàmànhìnhcôngnghệchính củahệthốngtự độnghoá.

 Vùng4:thểhiệndòngthôngbáocảnhbáo/ báođộnggầnnhấtvànútxácnhậnbáođộng(acknowlegealarm) Đểápdụngvàomộtứngdụngcụthểchúngtôichọnhệthốngtựđộnghoáxửlýnướccôngnghệch onhàmáybiatạiCôngtyCPBiaHàNội-

HảiDươngvìcócáckhâuđ iềukhiểncóthểdùngbộđiềukhiểnđanăng,hệthốngtựđộngho ácóquymôvàtínhchấtphùhợpđểápdụngbộđiềukhiểnđanăng(quymôtươngđốinhỏvàcó cáccôngđoạncóthểđiềukhiểntươngđốiđộclập)đồngthờilànơichúngtôitiếnhànhthửngh iệmsảnphẩmđềtài.

Chứcnănggiámsátbaogồmhiểnthịvàcảnhbáotựđộngđốivớicácthôngsốcôngnghệ,tìnhtr ạngthiếtbị.NhữngthôngsốcôngnghệlàpH,độdẫnvàcáckhốngchếmức,khốngchếápsuấtca o;cácthiếtbịchấphànhlàmáybơmcácloại,máykhuấy,quạt,valvekhínén.

PhầnmềmSCADAtrênPCcungcấpđầyđủnhấtcácchứcnănghiểnthịvàcảnhbáo(alarm).Tất cảsơđồcôngnghệđượcthểhiệntrênPC,trênsơ đồnàyngườivậnhànhsẽbaoquátđượctoànbộdâychuyềncôngnghệnhư:đườngnướcchảyq uacácvalvevàtank,vịtríthiếtbị,tìnhtrạngthiếtbị,thông sốcôngnghệ,diễnbiếnquátrìnhcôngnghệ.

NhữngthôngsốpH,độdẫnđượchiểnthịdưới2dạngnhằmmụcđíchtạođiềukiệnthuậnlợich ongườivậnhànhtrongviệc giámsát:

 Dạngôsố(text-box):đặttrựctiếptrênsơđồ côngnghệ,thểhiệngiátrịtứct h ời.

 Dạngđồthịtrựctuyến(online-trend):thểhiệnsựbiếnthiênthôngsốtheothờigian.(Hình71)

 Dạngô c h ữđ ặ ttrongmộtbảng:ON,OFFtươngứngtrạngthái"làmviệc","dừngmáy

 Dạngmàusắccủađốitượngtrênsơđồcôngnghệ:xanh, xámt ươngứngtrạngth ái "làmviệc","dừngmáy". Đườngnướcchảyđượcthểhiệnbằngmàusắc:

 Bằngmàusắc(màuđỏ)tạinơixảyracảnhbáo:khicácthôngsốvượtngưỡngh o ặcsựcố thiết bị.

 Bằngbảngthốngkê:trên bảngcónhiềuthôngtinchitiếthơnp h ươngphápthểhiện nóitrên,trongđóchỉrõđịađiểmxảyracảnhbáo,hướngdẫnxửlýsựcố,dựđoánnguyên nhânsựcố.(Hình72)

Chứcnăngnàythựchiệnthuthập,ghilại,thốngkê,bảoquảncácthôngtinđãdiễnrac ủaquátrìn hcôngnghệ,cầnthiếtchocácchuyêngiacôngnghệ,kỹthuậtvàcácnhàq u ảnlýtrongviệcđiều chỉnhhoạtđộngcủahệthốngđểđạtchếđộlàmviệctốiưu;p h át hiện, dựbáosựcố;bảotrì, thaythếkịpthờimáymócthiếtbị;điềuhànhsảnxuấtvàtínhtoánhiệuquảkinhtế.

Cácthôngsốcôngnghệđượclưutrữtheochukỳthờigianđặttrước(Hình73).Cácb à i lưusẽ đượckíchhoạttheoyêucầusửdụng(Hình74).Cácalarmđượclưumộtl ầntạithờiđiểmxu ấthiện.Nhữngthôngtincầnlưutrữlà:

Chức n ăng k ết xu ất báocáo

LậpbáocáothốngkêđượcthựchiệntrênmáytínhPC.làmbáocáothốngkêtheonh i ềut iêuchíkhácnhau:(Hình75)

Hình75 ChứcnănglậpbáocáotheonhiềutiêuchíCh ức n ăng c ấu hình c ấu trúc cho b ộ đ iều khi ển

Cáchàmđãdựngsẵntrongbộđiềukhiểnsẽđượckếtnốivớinhaubởicácswitchhaih o ặcn h i ều vịt r í đ ể t ạor a mộtc h ươngtrình đ iềukhiểnphùhợpvớiyêucầucôngnghệcụthể.Cấutrúc nàysẽđượclưutrữtrênPCvànạpxuốngbộđiềukhiểntừxaquamạngEthernethoặctrựctiếpt rênbànphímcủabộđiềukhiển.

Vìkíchthướcmànhìnhbịhạnchếnênsơđồcấutrúcđượcphânlàm03mảnh(Hình76,Hình77,Hình78).Tốiđamỗibộđiềukhiểnchophépthựchiện04hàmPIDcùngmộtlúc.

3Ch ức n ăng đặ t tham số cho b ộ đ iều khi ển

Chứcnăngđặtthamsốchobộđiềukhiểnthựchiệncàicácthamsốliênquantớicácvòngđiềuk hiểnclose-loop,nhưcácthamsốP,I,D,setpoint,chukỳlấymẫu,tầnsốl ọc, (Hình79). CácthamsốnàysẽđượclưutrữtrênPCvànạpxuốngbộđiềukhiểntừxaquamạngEthernethoặct rựctiếptrênbànphímcủabộđiềukhiển

Chức n ăng hi ển thị online các IO

Thửnghiệmtrongphòngthínghiệm

 CáckếtquảkhitiếnhànhthửnghiệmtrênSimulinkcủaMatlabTh ử ngh i ệm v ới đố i tượngmô hìnhb ậc nh ất

 Cấut r ú c n h ậnd ạngvàt ựđ iềuc h ỉnho n l i n e đ ư ợ cch ọnl à c ấut r ú c PID1c ó phư ơngtrìnhhàmtruyềnđạt(3.36).

Kếtquảthểhiệntrongđápứngquáđộsau: Đầu vào Đáp ứng

Từđồthịtathấyđápứngđầuracódaođộng,tuynhiênvẫnbámtheogiátrịchủđạo.Tiếptụctiến hànhthửnghiệmvớicáctínhiệunhiễukhácnhau,nhưnhiễuhìnhsin,nhiễuxungvuông,k ếtquảchothấyđápứngđầurabámtốttheogiátrịchủđạovàkhôngxảyramấtổnđịnh

Thử nghi ệm v ới đố i tượngmô hình b ậc hai

Từđồthịtathấytínhiệuđầurabámrấtsáttínhiệuchủđạo,độquáđiềuchỉnhnhỏh ơn3%, thờigianquáđộngắn.Từđồthịchothấykhicácthamsốmôhìnhổnđịnh

Thửnghiệmthựctế

UDC.02đãđ ư ợ ct h ửnghiệmtrongthựct ết ạiCôngtyCPBiaHàNội-

HảiDương.Bộđiềukhiểnđượcthiếtkếđểcóthểđặtngoàitrời.Vỏtủbảovệđượcsơnbằngloại sơnđặcbiệtdùngchocácthiếtbịđặtngoàitrời(chịunước,chốngănmòn, ).Mặttủcókính trongđểnhìnđượccácthôngsốbêntrongmàkhôngcầnmởtủvàcóthiếtkếchịunước.Sauđ âylàhìnhảnhlắpđặtthửnghiệmtạihiệntrường:

Hệthốnghoạtđộngnhưsau:Nướcmáythành phốđượ cđưaqua tháplàmmátrồix uống bìnhtrunggian.SauđóđượcbơmP1bơmvàobìnhlọccátB1vàB2, tiếptheonướcđượcbơmP2bơmvàokhâulọccationvàanion.Saukhilọccationvàanion,n ướcđượcđưaquaphầnkhửkhírồiđưaquamộtbìnhchứatrunggian.BơmP8hútn ướct ừb ì n h chứatrunggianđ ể c h u y ểnt ớic á c b ì n h l ọcc a c b o n 1 và2 Tronghệthốngcóhaikhâuđi ềukhiểnliêntụclàchỉnhcanxivàpH.Tuynhiêndođiềukiệnthửnghiệmkhôngchophép nênchỉtiếnhànhđovàđiềukhiểnpHbằngVIELINA-

UDC.02.ĐovàđiềuchỉnhpHđượcthựchiệnsaukhinướcquacácbìnhlọccacbon.Tiếpthe onướcsẽđượcchuyểnquabểchứađầuvàocấpchoquátrìnhsảnxuấtbiacủanhàmáyB3, bểchứanàycódungtích50m 3 Lưulượngnướctrungbìnhchuyểnquahệthốnglà20m 3 / h.HệthốngđiềukhiểngồmPLCkếthợpvớicácbộđiềukhiểnđanăng.Phầnđiềukhiểnlogic,cá calarm,liênđộngđượcthựchiệntrênPLC;điềukhiểnpHđượcthựchiệntrênbộđiềukhiểnđ anăng.

 Côngsuấtcủabơmaxitlà30W,lưulượngmaxlà12(l/h),đầuvàođiềukhiển0/4-20mA.BơmdùngcủahãngJESCO-Germany,làloạibơmkiểuxung.

 Thửnghiệmđolường pHđượcVIELINA-UDC.02đovàsosánhvớibộđiềukhiển/ transmittercủaHACH.T ầnxuấtđolà1phút/lần.Kếtquảnhưsau:

HACH-P33 VIELINA-UDC.02 Saisốtuyệtđối Saisốtươngđối(%)

UDC.02sovớiP33củaHACHtươngđốinhỏ,hoànt o à n đápứngđượcyêucầucôngnghệ(sai sốchophéplà0.2)

AI1 Lọc thôngChuyển đổi tỉ lệ 1 thấp 1

Giá trị đặt 1 Giới hạn giá trị đặt 1

Giá trị ĐK bằng tay 1 7

AO1 Tín hiệu liên tục 1

Bộ điều khiển PID1 Giới hạn tín hiệu ĐK1

1 Filter_Limit_Frequency1(LF1) 20Hz

KẾTLUẬN Đềtàiđãhoànthànhcácmụctiêuvànộidungđặtra.Sảnphẩmđềtàiđãđượcthửnghiệm trongthựctếchokếtquảkhảquan.Saukhithửnghiệmdàingàyvàđầutưh o à n thiệnchắcch ắnsảnphẩmsẽcóchỗđứngtrênthịtrường.Thịtrườngcủabộđiềukhiểnđanănglàrấtlớn,trướch ếtlàtronglĩnhvựcxửlýmôitrườngmàVIELINAđãvàđangthựchiệnmộtsốdựánliênquan,ng oàirahầuhếtcáclĩnhvựccôngnghiệp,dândụngđềucóthểứngdụng.

ChođếnnayVIELINAđãcungcấpchothịtrường04hệthốngđiềukhiểntựđộngxửlýnướccôn gnghệvànướcthảichocácnhàmáybia.Cáchệthốngnàyđượcthiếtkếc h ếtạodựatrênkếtquả nghiêncứucủađềtàicấpbộtrongnăm2003/2004,trongđósửdụngkếthợpbộđiềukhiểnPLC SIMATICS7-200/300củaSIEMENSvàcácbộđiềukhiển/ transmittercủaHACH.Quakinhnghiệmthựchiệncáccôngtrình,khảosátthịtrườngvàsauk hithựchiệnđềtàinàynhómthựchiệnnhậnthấycóthểthaythếcácbộđiềukhiển/ transmitternhậpngoạibằngsảnphẩmtrongnướcđểgiảmgiát h à n h hệthống,gópphầntạor acács ảnphẩmtựđộnghoácókhảnăngcạnhtranhtronggiaiđoạnhộinhậpkhuvựcvàquốct ếhiệnnay.

NhómthựchiệnđềtàixinchânthànhgửilờicámơntớiBộCôngThương;ViệnNCĐiệntử,Ti nhọc,Tựđộnghoá;CôngtyPhânĐạmvàHoáchấtHàBắc;CôngtyCPBiaHàNội,HảiDươn g,ThanhHoá,HảiPhòng,HồngHà,KimBài,TháiBìnhđãq u a n tâm,hỗtrợ,giúpđỡnhiệ ttìnhvàtạomọiđiềukiệnđểđềtàiđượchoànthànht ốt.

TiếngViệt

[1] TS.NGUYỄNVĂNH Ò A ; (Táibảnlần1),“Cơsởtựđộnghóa”,Tập1,NXBGiáodục.

[2] NGUYỄNDOÃNP H ƯỚC& PHANXUÂNM I N H ; (2001),“ N h ậnd ạngh ệ thốngđiềukhiển”,NXBKhoahọcvàkỹthuật.

[3] NGUYỄNDOÃNP H ƯỚC& PHANXUÂNM I N H ; (1999),“ H ệp h i tuyến”,

[6] TRUNGTÂMĐÀOTẠONGÀNHNƯỚCVÀMÔITRƯỜNG;(1999),“Sổtay xửlýnước”(tập1,2),NXBXâydựng.

TiếngAnh

[7] ANALOG DEVICES; (2006), “ADuM3400/ADuM3401/ADuM3402”, www.analog.com

[8] ANALOGDEVICES;(2007),“AD7794Datasheet”,www.analog.com

(2005),“ARM®IAREmbeddedWorkbench®IDEUserGuide”,www.iar.com

USERMANUAL”http://www.semiconductors.philips.com.

“LPC2114/LPC2124, Single-chip 16/32-bit microcontrollers; 128/256 kBISP/IAPFlashwith10- bitADC”,http://www.semiconductors.philips.com.

[15] ROWLEY ASSOCIATES LIMITED, “Help CrossWorks for ARM”, www.rowley.co.uk

Chủnhiệmđềtài: ThS.TrịnhHảiThái Đơnvịchủtrì: ViệnNCĐiệntử,Tinhọc,Tựđộnghóa

Cáccơquanphốihợpchính: CôngtyCPBia ThanhHoá,HàNội-HảiDương,

1 Cơsởpháplý/xuấtxứcủađềtài Đềtài“Nghiêncứu,chếtạobộđiềukhiểnđanăngdựatrênviđiềukhiển16bitchocácứngdụngcôngnghiệp”được thựchiệntheo:

KHCNgiữaBộCôngnghiệp(BênA)vàViệnNghiêncứuĐiệntử,Tinhọc,Tựđộnghoá(BênB)kýngày26tháng 01năm2006 và

KHCNgiữaBộCôngnghiệp,naylàBộCôngThương(BênA)vàViệnNghiêncứuĐiệntử,Tinhọc,Tựđộnghoá( BênB)kýngày06tháng02năm2007.

Bộđiềukhiểnđanănghiệnđangđượcsửdụngrộngrãitrongcácứngdụngcôngnghiệpnhưđiềukhiểnnhiệ tđộ,ápsuất,lưulượng,pH, vìcócácưuđiểm:nhỏgọn(ngàycàngnhỏhơntheosựpháttriểncủacôngnghệsảnx uấtchip);chophépgiảmđángkểthờigianthiếtkế,thicôngcôngtrìnhtựđộnghoá;cónhiềuchứcnăngcàiđặtsẵn dễsửdụng;mứcđộthôngminh,bộnhớngàycàngcao;hỗtrợnhiềuchuẩntruyềnthôngquốctếnêndễmởrộngh ệthống;tíchhợpsẵntínhnăngđiềukhiển(từđơngiảnchot ớiphứctạp)phùhợpchonhiềuđốitượngđiềukhiểntr ongcôngnghiệp.TạiViệtNamhầuhếtcácbộđiềukhiểnđanăngđềudonướcngoàicungcấpvớigiáthànhc a o , dovậyviệcnghiêncứuthiếtkếchếtạo,tiếntớisảnxuấtcácthiếtbịnàytrongnướclàcầnthiếtnhằmlàmchủcôngn ghệsảnxuất,giảmgiáthànhsảnphẩm,gópphầntạoracácsảnphẩmđiệntửcókhảnăngcạnhtranhtronggiaiđoạ ngianhậpWTO.

UDC(UNIVERSALDIGITALCONTROLLERS)cócáctínhnăngtươngtựcácbộđiềukhiểncủanhiềuhãng nổitiếngnhưSiemens-SIPART,Burkert-DIC(DigitalIndustrialController),OMRON-

DC(DigitalController),ABB(AdvancedProcessController), Cóthểphânbiệtbộđiềukhiểnđanăngbằngm ộtsốđặcđiểmđặctrưngsau:

 Đượcxâydựngtrênnềntảngcácphươngphápđiềukhiểnthôngthườngvàhiệnđại(điềukhiểnPID,điề ukhiểnfuzzy,điềukhiểnthíchnghi, ),d o vậycót h ểápdụngchonhiềucácbàitoánđiềukhiển(tính đ an ăng):sửdụngnhiềunhấttrongđiềukhiểnq u á trình( p r o c e s s control).

 Ngườisửdụngxâydựngchươngtrìnhđiềukhiểnbằngphươngphápcấuhìnhcấutrúcbộđiềukhiểndựat rêncơsởcáckhốihàmchuẩndựngsẵn,d o vậykhôngđòihỏilậptrìnhbằngngônngữ(tấtnhiênngườisử dụngphảilàchuyêngiatíchhợphệthốngchứkhôngphảiend- user).Cáckhốihàmchuẩnlànhữnghàmrấthaysửdụngtrongđiềukhiểncácquátrìnhcôngnghiệpnhư: lọc(filter),chốngnhiễu(pulsesuppress),scaling,P I D , nhậndạng,cáchàmtoánhọc,hàmlogic,

 Mộtbộđiềukhiểnđanăngthườngđượcsửdụngchođiềukhiểncụcbộ,tươngđốiđộclập(liênđộngít)m ộthayvàikhâuquymônhỏtronghệthốngtựđộnghoá.Đốivớinhữnghệthốnglớn,ngườitathườngsửd ụngbộđiềukhiểnđanăngkếthợpvớiPLC.

 Cókhảnăngkếtnốimạngtheocácgiaothứctruyềnthôngmở(cácgiaothứctrêncơsởRS485,RS232,Et hernet, ),dovậycóthểmởrộng,tíchhợphệthốngdễdàng.

 Nghiêncứu,thiếtk ếchếtạophiênbảnIbộđiềukhiểnđanăng.Kếtq u ảlàđãtạor a sảnphẩmUDC.01vớ icáctínhnăngcơbảnnhư:điềukhiểnP I D , truyềnthôngtrêncơsởRS485/RS232,vào/ rachuẩn,cấuhìnhtừxa(đặtcấuhìnhtừmáytínhquamạngRS232)

 ThửnghiệmbộđiềukhiểntrongthựctếchoứngdụngđiềukhiểnđộcứngvàpH củahệthốnglọcnước.B ộđiềukhiểnđ ãđiềukhiểnchínhxác(tươngđươngvớibộđiềukhiểnSC100củaHACHvềđộchínhxác) vàcóđánhgiátốtcủa cơsởsảnxuất.

 Hoànthiệnvàmởrộngchứcnăngcủabộđiềukhiểnbaogồm:tínhtoántoánhọc,thiếtkếchếtạomodule vào/ racắmthêm;thiếtkếchếtạomodulekhuyếchđạitínhiệuRTD,TCvàpH;xâydựngbộlọc;xâydựngchứ cnăngPIDtựchỉnh;xâydựngchứcnăngtruyềnthôngtheochuẩnEthernet.

 XâydựnghệSCADAtrêncơsởbộđiềukhiểnđanăngbaogồm:mạngEthernetkếtnốicácbộđiềukhiển đanăngvàmáytính,phầnmềmSCADAtrênPCphụcvụgiámsát,cấuhìnhtừxa.Giaothức truyềnthôngsửdụngTCP/IP.

Việcthiếtk ếchếtạocácbộđiềukhiểntrongcôngnghiệpnóichungkhôngphảilàmớitạiViệtNam,tuynhiênhầu hếtcácbộđiềukhiểnđềuhướngvàomộtphạmvirấthẹpcácứngdụng(chủyếulàgiámsátđiềukhiểnnhiệtđộ)nên thườngcócấutrúccốđịnhvàíttínhnăng.Độmềmdẻokhôngcao,đòihỏikiếnthứcchuyênsâuvềlậptrình,tốnnh iềuthờigian,côngsứcchothiếtkếchếtạođ ể đápứngnhữngyêucầumớicủacôngnghệđãkhiếncácbộđiềukhiể nnàykhóthíchnghiđượctrongnhiềutrườnghợpthựctế.Mặtkhácnhiềubộđiềukhiểndựatrênviđiềukhiển8- bitdohạnchếvềtốcđộvàbộnhớđãkhôngđápứngđượcyêucầupháttriểnngàycàngtăngcủacơsởsảnxuấtnhư nângcấp,mởrộngđểnângcaonăngsuất,sảnlượng,chấtlượngđồngthờicũnglàmgiảmphạmviứngdụng.TrênthịtrườngchưacóbộđiềukhiểnđanăngcóthươnghiệuViệtNam,hầuhếtđềuphảinhậpkhẩutừnướcngoài vớigiáthànhcaogấpnhiềulầnsovớisảnxuấttrongnướcnhưtạicácnhàmáybiaHảiDương,ThanhHoá,KimB ài,TháiBình;CôngtyphânđạmvàhoáchấtHàBắc;CôngtyGangthépTháiNguyênnhữngbộđiềukhiểnpH,T,DO,Ca,Flow,ápsuất, đềunhậpngoại.Bên cạnhđóhầuhếtcácđơnvịchưachúýtíchhợpcáctransmittervàobộđiềukhiểnđểtăngthêmgiátrịsửdụngcủanó hoặccácchứcnăngđiềukhiểncònđơngiảnchưađápứngđượcthựctế.

NhiềuhãnglớnnhưSIEMENS,Honeywell,OMRON,ABB đãnghiêncứuvàpháttriểncácbộđiềukhiểnđ anăngnhưdòngsảnphẩmSIPART(SIEMENS),UDC(HoneyWell),DigitalProcessController(OMRO N),AdvancedProcessController(ABB) đangđượcsửdụngrộngrãitrênthếgiới.Nhiềuthuậttoánđiềukh iểnphứctạp,nhiềuchứcnăngtínhtoánđượccàiđặtsẵnđãlàmchobộđiềukhiểncóthểdùngtrongnhiềuứngdụn gvàđúngnhưtêngọicủanó“đanăng”.Trênmộtbộđiềukhiểncót h ểcósẵncácthuậttoánđiềukhiểnPID,điều khiểnmờ,điềukhiểnthíchnghi,điềukhiểnlai,điềukhiểnbùnhiễut r ước,điềukhiểnnhiềuvòngkín,điềukhiểnl ogic,điềukhiểntheogiớihạn(limitcontrol),điềukhiểntheodõi,điềukhiểntỷlệ,điềukhiểnđồngbộ( đồngbộth eogiátrịchủđạođưatừmasterlàPLChoặcbộđiềukhiểnkhác),điềukhiểnbước, cáchàmtoánhọc,logic,sosá nh,địnhthời, Tấtcảviệccònlạingườisửdụngcầnlàmchỉlàcấuhình(địnhnghĩacấutrúcchobộđiềukhiển)vàc àiđặtthamsố.Bộđiềukhiểncòncócácgiaodiệntruyềnthôngchophépkếtnốimạngvàtrêncơsởđóngườitaxây dựnghệSCADAcókiếntrúcphântán:hệbaogồmnhiềubộđiềukhiểnnằmtạihiệntrường,mỗibộđiềukhiểncó hiểnthị,cảnhbáo,bànphím,càiđặttạichỗ.Mỗibộsẽđiềukhiểncụcbộ,độclậptươngđối(liênđộngít)mộtcông đoạntrongdâychuyềnsảnxuấtđồngthờithuthậpdữliệuliênquanđểtruyềnvềmộttrạmđiềukhiểnt r u n g tâ mquamạngtruyềnthông.TrạmđiềukhiểntrungtâmthườngsửdụngmáytínhPCcócàiđặtphầnmềmHMIđ ể ngườivậnhànhgiámsát,lưutrữ,điềukhiểntừxatoànbộdâychuyền.Mạngtruyềnthôngphổbiếncủabộđiều khiểnlàPROFIBUS,MODBUSvàEthernet T ro ng đómạngEthernetcóxuhướngngàycàngphổbiến,hiệ nchiếmđến80%thịphầnmạngtrêntoànthếgiới.Ethernetcórấtnhiềuưuđiểmnhư:lắpđặtnhanhnhờphương phápkếtnốiđơngiản;tínhsẵnsàngcaonhờkhảnăngmởrộnglớn,hầunhưkhônghạnchế;chophépkếtnốinhiều lớpứngdụngkhácnhaunhưquảnlý,sảnxuất;cókhảnăngkếtnốidiệnrộngmạngWAN;tươngthíchrấtnhiềuthi ếtbịtrênt h ếgiớihiệnnay;gầnnhưkhônggiớihạnhiệusuấtmạngnhờsửdụngcôngnghệswitching.

Ngoàiratrongcácbộđiềukhiểnđanăngcủacáchãngkểtrênhầuhếtđềutíchhợpsẵnđầuvàochođầuđ onhiệtđ ộ RTD,T C Hơnnữahiệnnayrấtnhiềuhãngsảnxuấtđầuđ onhưHACH,E + H , Y S I , cóxuhướngtíchhợp cácbộđiềukhiểnvớitransmitter.Mỗibộđiềukhiểncókhảnăngkếtnốimộtvàidạngđầuđochuẩn.Tuynhiêncá cbộđiềukhiểndạngnàythườngrấtđơngiảnvềđiềukhiển,khôngcómodulemởrộngnhưnggiáthànhrấtcao(th ậmchígấpđôigiáthànhbộtransmitterthôngthường).

TuykhôngthểsánhđượcvớiPLCvềmứcđộ“mềmdẻo”,khảnăngmởrộngphầncứngvàphạmviứngdụng,tuy nhiêntrongnhiềuứngdụngđiềukhiểncụcbộ,quymôvừavànhỏchỉcầnmộtsốbộđiềukhiểnđanănglàđủvàkin htế,đồngthờidođượcxâydựngdựatrêncácchuẩnmở,bộđiềukhiểnđanăngcót h ểtrởthànhnhữngthànhphần cơsởđểtíchhợp,mởrộngquymôcủacáchệthốngtựđộnghoákhicầnthiếtvớichiphíthấp.KếthợpvớiPLC,bộ điềukhiểnđanăngchophépxâydựngcácgiảipháphệthốngtựđộnghoáđemlạihiệuquảcao(chiphíthấp,thờigi anthicôngnhanh,giảmthờigianthiếtkế,giảmmứcđộphứctạpcủachươngtrìnhđiềukhiểntrênPLC,giảm“tải

”choPLC,tăngđộtincậycủahệthống, )Bộđiềukhiểnđanăngdựatrêncácviđiềukhiển16/32- bitcóthểthoảmãncácyêucầuvềtốcđộxửlýcao,thờigianlấymẫungắn,chophépcàiđặtcácthuậttoánphứctạp cókhốilượngtínhtoánlớn,càiđặtnhiềuchứcnăng,chophéplưutrữ,thuthậpnhiềusốliệu(nhưthiếtbịdatalogg er)phụcvụthốngkê.

Cấu hình cấu trúc Cài đặt tham số Hiển thị, lưu trữ, cảnh báo Truyền thông Ethernet

PID tự chỉnh Điều khiển theo SP cố định Điều khiển tỷ lệ Hàm toán học, logic Truyền thống Ethernet

Lưu trữ, cảnh báo, báo động

Thiếtkếbộđiềukhiểnđanăngđượcdựatrêncơsởkếtquảkhảosátthựctế,tìmhiểutìnhhìnhnghiêncứutron gvàngoàinước,cácyêucầuvềchứcnăngvàtínhnăngkỹthuậtcủasảnphẩmnhưđ ãđăngký.Sơđồchứcnăngbộ điềukhiểnđanăngthểhiệntrênHình1.

DI0 DI7 Dồn kênh Đệm

DO0 DO7 Phân kênh Ðệm RS485

Vi điều khiển SPI ETHERNET CONTROLLER

AO1 0 - 5V A SPI Thẻ nhớ MMC 256M -4Gb

Thiếtkếphầncứngđượcxâydựngdựatrênnguyêntắcmodulehóatheotừngchứcnăng.Phầncứngđượcx âydựngthànhcácmodulenênviệcghépnốicóthểthựchiệndễdàngthôngquacácc o n n e c t o r Việcxâydự ngtheomodulecóápdụngcácchuẩntruyềnthôngSPIvàI2Cchophépdễdàngmởrộngphầncứngmàkhôngph ảithayđổithiếtkế(Hình2)

Việclựachọncáclinhkiện,thiếtbịphùhợplàyêucầuhếtsứcquantrọngkhitiếnhànhthiếtk ếphầncứngcho bộđiềukhiển.Hiệnnaycáchọviđiềukhiển16/32-bitđangdầnthaythếhọviđiềukhiển8- bit.Thịphầncủaviđiềukhiển16/32- bitchiếm58%vàonăm2004.Xuhướngpháttriểnnàyphảnánhxuthếyêucầucaovềtínhnăngcủacácbộviđiều khiển.Điềukhiểnchấtlượngcaođãthúcđẩycácnhàchếtạophảitừbỏhọ8- bitưathíchsangcáchọviđiềukhiểncósốbitcaohơn.Môhình8- bitvẫncònđượcứngdụngnhưngnhanhchóngsẽbịlãngquênvìkhônggiannhớcủanóchỉđạttốiđa64KB. Bộviđiềukhiển16/32-bitcónhiềuưuđiểm:kíchthướcchỉlớnhơnhọ8- bitvàiphầntrăm,côngsuấttiêuthụthấp,giáthànhthấp,tốcđộxửlýcaotới40triệulệnhtrong1s,khônggiannhớ lêntới16MB,ROMlêntới512KB,tuỳthuộctừngloạimàcótíchhợpsẵnnhiềuchứcnăngnhư:xửlýkỹthuậtsố, kếtnốitheomạngcôngnghiệptốcđộcao(CAN,Ethernet, ),điềuchếđộrộngxung,điềukhiểnmờ, Dođ ó viđiềukhiển16/32- bitthíchhợpchoxâydựngcáchệđiềukhiểnnhúngthờigianthực,điềukhiểntốcđộcao,điềukhiểnphântán,các trạmthiếtbịđầucuốithôngminhtronghệSCADA.

Cácbộviđiềukhiển16/32- bitđượcphânchiathànhtừnghọ,trongđótừmộtkiếntrúccủabộxửlýsinhranhiềudẫnxuất.Điềunàytạonênkh ảnăngtínhtoán,hệlệnh,côngsuấttiêuthụ,môitrườngpháttriểnvàgiáthànhkhácnhau.Tiếptheocácthànhviê ncủamỗixêr i tùytheokíchthướcbộnhớ,tíchhợpngoạivikhácnhauthỏamãncácyêucầucủatừngứngdụng.N hữnghãnglớnsảnxuấtviđiềukhiển16/32- bitcót h ểk ểt ớinhư:Philips,Intel,M o t o r o l a , Atmel,Fujitsu,Hitachi,STMicroelectronics, Sauđâylà cácyêucầucơbảnkhilựachọnlinhkiện,thiếtbịđểđápứngyêucầuthiếtkếvềchứcnăngvàtínhnăngkỹthuật:

Modulexửlýtrungtâmthựchiệncácchứcnăngtínhtoán,xửlý,thuthậpdữliệu,cảnhbáo,báođộng,điều khiển,truyềnthôngvớicácthiếtbịngoạivi.ThànhphầnchínhcủamodulelàchípviđiềukhiểnLPC2124.Dođặ cđiểmcủaviđiềukhiểnlàđượcxâydựngtheokiếntrúcCPU16/32bitARM7TDMI-

Modulevào/rasốđượcthiếtkếgồmcó8đầuvàosố,8đầurasố(Error!

Referencesourcen o t found.)và3đầuraPWM.Cácđầuvàosố24Vđượcthiếtkếtheonguyêntắccáchlyvớ ikhốixửlýbêntrong.Đểgiảmsốđườngtínhiệugiaotiếpvớiviđiềukhiển,mạchvàorasốđượcthiếtk ếtheongu yêntắcchuyểnđổitínhiệutừdạngsongsongở cácđầuvàor a thànhdạngnốitiếpthôngquacácICchuyểnđổi74 HC595và74HC165.Mứclogic1và0củacácICphùhợpvớimứctínhiệucủaviđiềukhiểnnênhoàntoàncóthểg iaotiếptrựctiếp.

BộkhuếchđạicôngsuấtđầurasốsửdụngICULN2001.ĐâylàICcókhảnăngcấpđiệnáprađến3 0 V vàdò ngđiệnlêntới500mA.M ỗiđầuvào2 4 V đềuđượcđưatrựctiếpđếnICcáchlyquang4N35.

STOPchobộđiềukhiển.ĐầuraDO0.0vàDO0.1sẽđượcdùnglàmcácđầurađiềukhiểnrơleđèncảnhbáovàr ơlecòibáođộng.Khibộđiềukhiểnđượcứngdụngvàotrongcôngnghiệp,cácđầuvào/ ranàyđượckếtnốivớicáccôngtắc,đèn,còigắntrênbànđiềukhiển,panelđiềukhiểnhaytủđiềukhiển,tùytrườn ghợpcụthể. ĐầuraPWM(Error!

Referencesourcenotfound.)đượcthiếtkếgồm3đầu.Đâylàcácđầur a điềuchếđộr ộngxung,đượcdùngvà oviệcđiềukhiểnnêncầnghépvớiICtốcđộchuyểnđổic a o , cóthểchođầura24Vcáchly.IC6N137đượcchọ nlàmđầuraPWMvớitốcđộchuyểnđổilêntới10MHz.

Khốiđầuvàotươngtự,thiếtk ếgồmcó4 đầuvàotươngtự0-5Vhoặc0-100mVhoặc0/4-

20mA.Đâylàcácdảitínhiệuhaysửdụngtrongcôngnghiệp.Đểlựachọndảitínhiệudạngđiệnáphaydòngđiệnc hỉviệcthựchiệnthôngquacácjumpđượcgắntrênmạchin.Khốilọcthôngthấpthựchiệnlọccáctínhiệutầnsốc a o , tr ướckhiđưavàoADC.ICchuyểnđổiADlàloạiAD7794củahãngAnalogDevices,đâylàADC24bítkiểu Δ- Σ),hoạtđộngởđiệnápcấp+5VDC,đầuranốitiếpchuẩnSPI.TrênAD7794cókhuếchđạiPGAchophépthay đổihệsốkhuếchđạitínhiệuđầuvào0 128,vàchophépchếđộcóhoặckhôngcóbộđệmđầuvào.

20mA.BộchuyểnđổiDAđượclựachọnlàMCP4922củahãngMicrochip.MCP4922làvimạchchuyểnđổiD A12bitvới2kênhđầuracótốcđộcao(tầnsốbiếnđổi4,5s).ICnàygiaotiếptheochuẩnSPIvớitốcđộlêntới20 MHz.Tínhiệuđầur a dạngđiệnáp.ĐiệnápchuẩnđượclấytừICđiệnápchuẩn2.5VMC1403.Độchínhxácđiệ nápcấpcủaMC1403là2,5V±1%.Đểthựchiệnđầuradòngđiện0/4-20mAhoặcđiệnáp0-

5V,ởđâysửdụngICchuyểnđổidòng/ ápXTR111củahãngTexasInstruments.ICnàyđảmbảochotínhiệuđầuradạngdòngchínhxácvàkhôngxảyr aquádòngdobảnthânbêntrongICđượctíchhợpchứcnănghạnchếdòngđiện.

Khốiđầuvàoratươngtựđượcthựchiệncáchlythôngq u a I C cáchlyADuM3400vàADuM3401.Đâyl àcácICcáchlychophépchuyểnđổitốcđộcaocóthểlênđến90Mbps.Điệnápcáchly560V.

Modulehiểnthịvàbànphímđượcthiếtgồmcó:mộtmànhìnhhiểnthịLCDgraphicđộphângiải128x64pi xel,bànphímgồm8phímchứcnăngchophépthựchiệncácthaotáccấuhìnhphầnmềm,càiđặtthamsốvàhiểnt h ịcácthams ố.ICchuyểnđổiS P I sangtínhiệusongsongMCP23S17đểmởrộngcổngtínhiệu.Vớiviệcsửdụ ngICnàychophépgiảmsốđườngkếtnốitínhiệugiữaboardmạchhiểnthịLCDvàboardmạchchínhđồngthờit ăngđộtincậychomạch.Cácphímđượcbốtríthànhhaihàngchophépdễdàngthựchiệncácthaotácnhậpsốliệu kếthợpvớimànhìnhhiểnthị

ViđiềukhiểnLPC2124chophépkếtnốiqua2cổngtruyềnthôngRS232.Ởđâysửdụngmộtcổngđ ể thựch iệnghépnốivớiRS232vàRS485.Việclựachọntruyềnthôngq u a RS232hayRS485đượcthựchiệnthôngqua jumpcứngtrênmạch.ĐểtránhhiệntượngthườnggặpkhitruyềnthôngquaRS232vàRS485làhiệntượngbịsé tđánhcảmứngtrênđườngtruyềnởđâysửdụngICcáchlyquang6N136,đâylàloạiICcáchlycótốcđộtruyềnthô ngcaolêntới1Mbit/ s,cáchlyđiệnáp3000VDCđápứngđượcyêucầutruyềnthôngđốivớiRS232vàRS485.ICchuyểnđổiRS232 sangRS485là75LBC184.ICchuyểnđổimứctínhiệuRS232làICMAX232.

2.8 Modulenguồn Đượcthiếtkếgồmbốnnguồnchínhcáchlyvớinhau,chophépcáchlygiữacáckhối:vàoratươngtự,vàora số,truyềnthôngRS232/RS485vàCPU.

Trênthịtrườnghiệnnaycór ấtnhiềuICthựchiệntruyềnthôngEthernet.CácICthườngtậpt r u n g vào mảngghépnốivớimáytínhcánhânthôngquachuẩngiaotiếpPCIhoặcIDE.NhữngICcót h ểghépnốivớiviđi ềukhiểnkhôngnhiều.T u y nhiênhãngMicrochipcũngđ ãt u n g r a t h ịtrườngchipđiềukhiểntruyềnthôngE thernetENC28J60.SơđồkhốicủaENC28J60.

 HỗtrợcácgóitruyềntheocáckiểuUnicast(Mộttrạmtớ(Client)sẽnhậnđượcmộtdòngdữliệuriêngtừt rạmchủ(Server),Multicast(Nhiềutrạmtớcùngnhậnđượcmộtdòngdữliệutừtrạmchủ),Broadcast(d ữliệuđượctruyềnrộngrãi)

 Chophépcóthểlậptrìnhđượcquátrìnhlọcgóidữliệunhậnvàđánhthứctrạmchủ(host)theocácphépl ogicANDhoặcORcủa cácđịachỉsauđây:

 Chếđộloopback(loopback:kếtnốivònglặpgiữa2thiếtbịcùngkiểuhaylặplạichínhbảnthâncủathiếtb ịđó)

 Haitínhiệuđầur a đènchobiếtt r ạngtháicủaLINK,TX ,RX,xungđộtchếđộfull/half-duplex

Referencesourcenotfound.)cókíchthướctừ6 4 byteđến1 5 1 8 byte.Vàđượcchiathành5 hoặc6 trường: ĐịachỉMACđích,địachỉMACnguồn,mộttrườngchiềudài/ kiểu,dunglượngd ữliệu,mộttrườngđệm(cót h ểcóhoặckhông),kiểmtravòng(CRC).Mặtkháckhiđượctruy ềntrongmôitrườngEthernet,7bytecủatrườngmởđầuvàbyteđịnhranhgiớiđầukhungđượcđặtởđầukhung Ethernet

ChíptruyềnthôngEthernetENC28J60thựchiệntruyềnthôngởtốcđộ10Mbps.Tốcđộtruyềnthôngnàyl àđủđốivớicácứngdụngđiềukhiểncôngnghiệpsửdụngcácthiếtbịnhúngvìcácứngdụngthườngchỉthựchiệnt ruyềnthôngvớilượngdữliệunhỏvàdảithôngkhônglớn.HơnnữacácứngdụngnhúngsửdụngEthernetthường làtrênmộtsub-networksaumộtbộđịnhtuyếnRouter.

 ĐểthiếtkếmoduleđonhiệtđộdùngcáccảmbiếnRTDvàTC,ởđâynhómthựchiệnđềtàiđ ãlựachọnch ipbiếnđổitươngtự-sốlàchipAD7794.VớiviệcsửdụngAD7794,cáctínhiệuRTDvàTCđược nốitrựctiếp.

 TrườnghợpdùngcảmbiếnRTD ĐểtốiưucấuhìnhRTD3dây,ởđâydùng2nguồndònglấytrựctiếptừcácnguồndòngcủaAD7794ở2đầu raOUT1vàOUT2(2nguồndòngnàyđượclậptrìnhđểđưaracùngmộtgiátrịdòng)đểđưađếncácđầudâylấy tínhiệutừRTD(Error!

Referencesourcenotfound.).Vớicấuhìnhnhưvậysẽloạibỏđượcsaisốsinhradođiệnáptrênđườngdâytừđầ uđođếnbộđiềukhiển.HaiđiệnápnàysẽtriệttiêulẫnnhaudovậygiátrịđiệnápđođượctạiđầuvàoADClàchính xác.NgượclạitrênđiệntrởđườngdâyRL3vàR3tacódòngđiệnlớngấp2 lầndòngO U T 1 (hoặcO U T 2 ) D òngđiệnnàysinhrađiệnáplàmchođiệnthếtạiđầuvàoAIN6đượcnânglên,nhưvậykhoảngtínhiệuđầuvàocủa kênhAIN6(AIN6+vàAIN6-)nằmtrongvùnglàmviệccủaAD7794.

VìtínhiệuđiệnápratừcặpnhiệtđiệnlànhỏnênAD7794hoạtđộngvớibộkhuếchđạibêntrongđểlàmtăngt ínhiệuđầuvào.Vìkênhđầuvàođượcsửdụngbộđệmnêncóthểdùngcặptụgiátrịlớnởđầuvàođểloạibỏnhiễug âyratrêncặpnhiệtđiệnkhiđivàoAD7794.ĐiệnápoffsetbêntrongAD7794chophépdảitíntínhiệuđầuvàođư ợcnõnglờnđểnằmtrongvựnghoạtđộngcủaAD7794(điệnỏpoffsetnàycúthểđạtgiỏtrịbằngẵđiệnỏpcungcấ pVdd).

Việcbùđầulạnhcủacặpnhiệtđiệnđượcthựchiệnbằngcáchdùngmộtthermistor.Dòngđiệncấpchotherm istorđượclấytừnguồndòngOUT2củaAD7794.Bằngcáchđ ođiệnápcủathermistortacóthểtínhtoánđượcđi ệnápcầnbùởđầunguội(coldjunction)củaTC.

 Lựa chọn sensor và linh kiện chế t ạo transmitter pH

 ĐầuđopH ĐođộpHdựatrênnguyênlýcơbảnlàđonồngđộion.ViệclựachọnđầuđopHảnhhưởnglớnđếnkếtquảp hépđocủatoànhệ.HiệnnaytrongnướcđãcómộtsốđơnvịchếtạođượcđầuđopH,tuynhiênviệcápdụngchúngt rongthựctếcònhạnchếvìđộbềnvàđộchínhxácchưacao.M ộttrongcácphươngánlựachọntốtnhấtlàsửdụn gđầuđopHcủacáchãngsảnxuấtthiếtbịđo thôngsốmôitrườngnổitiếngt h ếgiớinhưHACH,Y S I , E + H , ASTi,GlobalWater Trong quátrìnhkhả osátvànghiêncứu,nhómthựchiệnđ ề tàiđ ãchọnđầuđ ocủahãngE + H vàHACHError!

Referencesourcenotfound Đâylàcácđầuđođiệnhóacóđộchínhxácvàđộbềnphùhợpyêucầucủacácứn gdụngcôngnghiệp.Thôngsốk ỹthuậtcủasensorpH(HACH)chotrongError!Reference sourcenotfound

 Đầuđonhiệtđộtíchhợpsẵn ĐầuđonhiệtđộPT1000 đượctíchhợpsẵntrongđầuđopHđểbùnhiệttựđộngpH.Dođó,transmitterpH đượctíchhợpthêmchứcnăngđonhiệtđộvàđưaradướidạngtínhiệu0-5Vhoặc0 / 4 - 2 0 mA.

TrongthựctếđểlựachọnICkhuếchđạithuậttoánngườitathườngdựatrêncácthôngsố:trởkhángvào,côn gsuấttiêuthụ,dòngbias,dòngoffsetvào,điệnápoffset,thờigianthiếtlập,… ĐốivớiđầuđopH,trởkhángđầuracỡMohm(vớiđiệncựcthủytinh),dođóop- ampkhuếchđạitínhiệutừđầuđopHcủatransmitterphảicótrởkhángvàorấtcao.LinhkiệncủaNationalSemi conductorthườngđượccáchãngsảnxuấtthiếtbịđ op H lựachọnvớicácop- ampchuyêndụngtíchhợpnhữngđặctínhđápứngđủyêucầucủahệđopH:

 ADC:cónhiềutiêuchuẩnđểlựachọnADC,tùytheoyêucầubàitoánmàlựachọnADCchophùhợp.Cá ctiêuchíđểlựachọnADCđólà:độphângiải,thờigianchuyểnđổi,cácbộlọc,nguồnnuôi,côngsuấttiêut hụ,tốcđộtraođổidữliệu.TínhiệupHlàtínhiệuDCđãđượcđưaquabuffer,khuếchđạivàlọc,từđócót hểđưaracácyêucầuđốivớiADCcủatransmitternhưsau:

 DAC:nhữngtiêuchuẩnđểlựachọnDACbaogồmđộphângiải,tốcđộchuyểnđổi,côngsuấttiêut h ụ,t rởkhángđầur a , nguồnnuôi.TươngứngvớiADCđ ãyêucầu,DACcủatransmitterphảiđảmbảonhữn gtiêuchísau:

 Đểthựchiệnđượccácchứcnăngnóitrên,viđiềukhiểnphảicótốcđộxửlýcao,bộnhớdữliệu>512bytev àbộnhớchươngtrình>8KB.NhómthựchiệnlựachọnviđiềukhiểnMSC1212bêntrongtíchhợpsẵnA

 Tínhiệuđiệnápthuđượctạimộttảibấtk ỳRLOAD(V=I SIGNAL *RLOAD)khôngphụthuộcvàođiệnápng uồnvàkhôngphụthuộcvàođiệntrởtrêndâydẫn.

TransmitterpH,nhiệtđ ộ phảiđotínhiệuvàcót h ểđưar a tínhiệudạng4-

20mAđểtruyềnthôngvàđiềukhiểntừxa.Cáctransmittercủacáchãngsảnxuấtthiếtbịmôitrườngnổitiếngthư ờngsửdụngICchuyêndụngchuyểnđổiđiệnápsangdòngđiện.Trongphạmviđ ề tài,transmitterpH,nhiệtđộs ửdụngICXTR111đểthựchiệnchứcnăngnày.

 Thiết k ế, chếtạo phần cứng transmitter pH

KhốikhuếchđạicủatransmitterpHbaogồmhaiphần:phầntiềnkhuếchđại;phầnkhuếchđạivàlọc.Phầnti ềnkhuếchđại:nhưđãnóiởtrên,yêucầuquantrọngnhấtcủaOp- amptiềnkhuếchđạitínhiệup H làtrởkhángvàor ấtlớn,dòngvàor ấtnhỏ( c ỡvàichụcfA).T ro ng quátrìnhtìm hiểu,khuếchđạithuậttoánLMC6041đượclựachọnvớicácthôngsốphùhợpđốivớiyêucầu.Thôngsốkỹthuật củaLMC6041chotrongError!Referencesourcenotfound.

PhầnkhuếchđạivàlọctínhiệusaubufferdùngI C lowoffsetvoltage,outputrail-to-railMCP607cócác thôngsốkỹthuậttrongError!Referencesourcenotfound.

 KhốiADC ĐặctínhquantrọngnhấtcủamỗiADClàdảiđộng(dynamicrange)đượcbiểut h ịbằngd B hoặcbằngsốcác bithiệuquả,mỗibitđặct r ưngchodảiđộnglà6dB.CácADCđượcphânloạitheosốbitđầuracủanó,tuynhiêncá cbithiệulựcluônnhỏhơnđộdàinày.ADCcủatransmitterlàloạiDelta-

Sigma24bit,theosốliệucủanhàsảnxuấtthìdảiđộngcủanólêntới22bittại tầnsốlấymẫu10Hz.

MSC1212cónhiềuđiểmnổibậtsovớicácviđiềukhiểnkhác.M ộttrongsốđ ólàviệctíchhợpbêntrongmột hệconADCvớiđ ộ phângiảic a o , đ ộ tuyếntínhđángtincậy.ADCcủaMSC1212gồm8đầuvàoAIN0,AIN1 , ,AIN7vàAINCOM.

DAC0tạonguồndòng1mAđiquađầuđoRTD,tínhiệuSignal+vàSignal-đưavàoAIN4(+)vàAIN5(-).

ViđiềukhiểnMSC1212tíchhợp4DAC16bitđộclập,đápứngđủyêucầuvềđộchínhxáctínhiệuđầura. Trongđó,DAC0vàDAC1cònđóngvaitròlàbộchuyểnđiệnáp-dòngđiệnlậptrìnhđược.

VixửlýlấymẫutừcácADCvớitầnsố10Hztrongkhitầnsốbộtạodaođộngthạchanhlà6MHz.Tầnsốlấym ẫunàylàtốiưutrongviệcsửdụngcácbộlọccósẵntrongMSC1212.Vixửlýt h u thậpdữliệu,tínhtoán,lọcthông thấprồiđưatínhiệuđiềukhiểnraDAC.

20mA,dòngđầur a cót h ểlênđến36mA.TỉlệgiữađiệnápvàovàdòngđiệnrađượcđặtbởiRSETvàtínhtheoc ôngthức:

Thànhphầntrungtâmcủabộđiềukhiểnsốlàvixửlý,viđiềukhiểnhayvixửlýtínhiệu.Cónhiềuphươngphá pđểtiếnhànhthiếtk ếnhưphươngphápthiếtkếtrênmiềnthờigianxấpxỉliêntục(thiếtkếbộđiềukhiểnPIDsố), thiếtkếtrênmiềnthờigiangiánđoạn(thiếtkếtốiưuthamsốchobộđiềukhiển,thiếtk ếtốiưucấutrúc,

…).Vớicácphươngphápthiếtkếnhưtốiưuthamsốhaytốiưucấutrúcchobộđiềukhiển,môhìnhđốitượngcần đượcbiếttrước.Trêncơsởtìmhiểucácphươngphápvàcăncứvàoyêucầuđặtracủanhữngbàitoánthựctế,đềt àilựachọnthiếtkếkhâuđiềuchỉnhtheoluậtđiềukhiểnPIDsố.Đâylàmộtluậtđiềukhiểntuyếntínhđượcứngdụ ng rộngr ã i trongcáchệthốngđiềukhiểntrongcôngnghiệpbêncạnhcácphươngphápđiềukhiểnhiệnđạikhácnh ưđiềukhiểnmờ,điềukhiểnthíchnghivàđiềukhiểnlai.

MỗicấutrúcđiềukhiểnPIDđượcđưaracónhữngưuđiểmriêng,phụthuộcvàocácyêucầuvềtốcđộđápứ ng,độquáđiềuchỉnh,tínhổnđịnh,mứcđộtínhtoánmàlựachọnluậtđiềukhiểnphùhợp.Ởđây,đểthíchhợpch ocácứngdụngkhácnhau,bộđiềukhiểnđượcthiếtkếsửdụngluậtđiềukhiểnPID1(cácdạngrútgọnPI,PD.

Trêncơsởthamkhảothiếtkếcủacácbộđiềukhiểnhiệncótrênthịtrườngvàphầncứngđượcthiếtk ếchobộ điềukhiển,tầnsốthựchiệngiánđoạnhoáđượcchọnvớithờigianlấymẫuthấpnhấtcót h ểlàTs=0.01s(tầnsố1 00Hz,vớikhoảngthờigiannàyviđiềukhiểnLPC2124cóthểthựchiệnđược1triệulệnh,đủđểthamgiatínhtoá nchocácthuậttoánPID).Vớitầnsốlấymẫunàyviđiềukhiểnđượclựachọnthiếtkếhoàntoànđápứngđượcviệ cthựchiệncáctínhtoánđiềukhiển,nhậndạng.

 TựchỉnhcácthamsốcủabộđiềukhiểnPID ĐốivớicácứngdụngđiềukhiểntrongcôngnghiệpsửdụngluậtđiềukhiểnPID,yêucầuđặtrađốivớiviệclự achọncácthamsốKp,Ti,Tdlàrấtquantrọngvàkhôngdễdàngvìcácđốitượngtrongcôngnghiệpthườngkhôn gbiếttrướccấutrúccũngnhưthamsố.Hơnnữa,mộtsốthamsốvàmôhìnhcủađốitượngcóthểthayđổidonhiễut ácđộnghoặcdotínhchấtphituyếncủađốitượng.ViệcxâydựngcáccấutrúcđiềukhiểntheoluậtPIDcócáctha msốcốđịnhtrongthựctếkhóđápứngđượccácthayđổinhưđãđềcập.Dođó,đểcóthểthựchiệncácbộđiềukhiể nhoạtđộngtốttrongcácđiềukiệncóthayđổithamsốvàmôhìnhđốitượngthìbộđiềukhiểncầntíchhợpcácphư ơngpháptựchỉnhđịnh,tốiưuthamsố.

 Nhậndạngonlinecácthamsốmôhìnhđốitượng.Trọngtâmlàsửdụngphươngphápbìnhphươngcựcti ểuLSM(LeastSquareMethod).Đâylàphươngpháprấtnổitiếngvàđượcsửdụngrộngrãi.

Nicholsthôngquaviệctínhtoáncáchệsốkhuếchđạitớihạnvàchukỳtớihạn.Ýtưởngnềntảngcủacáchtínhtoá nnàylàtìmhệsốkhuếchđạiphảnhồiđểtiếntớibiêngiớiổnđịnhcủavòngđóng.Hàmtruyềnđạtcủaquátrìnhđư ợcđịnhnghĩabởiphươngtrình(3.19),phươngtrìnhđặctínhvòngkíncódạng:

Khihệthốngkínởbiêngiớiổnđịnh,mộttrongcácnghiệmcủaphươngtrìnhđặctínhởbiêngiớiổnđịnhvàcá cnghiệmkhácổnđịnh.Trênmiềnz,vùngổnđịnhlàvùngnằmbêntrongđườngtrònđơnvị,biêngiớiổnđịnhlàvò ngtrònđơnvị.Phầncònlạilàvùngkhôngổnđịnh.Nghiệmtớihạnz=1phảiđượcbỏkhitínhtoánvìđâylàbiêngi ớiổnđịnhtiệmcậnvànhưvậychukỳdaođộngtớihạnkhôngđượctính.

3.3 Xâydựngchứcnăngđiềukhiển Điềukhiểnlàchứcnăngquantrọngnhấtcủabộđiềukhiển.Trongnộidungthựchiện,đềtàitậptrungvàoh aidạngđiềukhiểncơbảnđólàđiềukhiểntheogiátrịchủđạocốđịnhvàđiềukhiểntỷlệ.Đâylànhữngcấutrúcđiều khiểnrấtphổbiếntrongcôngnghiệp,đặcbiệtlàtrongđiềukhiểnq u á trình.

Nếumộtnhiệmvụđiềukhiểnbaogồmnhiệmvụgiữmộtđạilượngcốđịnhtheomộtgiátrịđặtt r ướck ý hiệu làS P t h ì đượcgọilàđiềukhiểntheogiátrịchủđạo(FixSetpointControl).T ro ng thựctếgiátrịchủđạonàycót hểcốđịnhhoặcthayđổi.Trongtrườnghợpcốđịnhtagọiđólàđiềukhiểntheogiátrịchủđạocốđịnh.Trườnghợp giátrịchủđạothayđổitheothờigiantagọiđólàđiềukhiểnbám(Followu p Control).Giátrịcủađạilượngđầur a củađốitượngcầnđiềukhiểnđượcsosánhvớigiátrịđặt,saisốsẽđượcdùnglàmtínhiệuđầuvàocủabộđiềukhiển. TrườnghợpsailệchsovớigiátrịđặtlàdonhiễuZ.Vídụ:bộđiềukhiểnđưaratínhiệuđiềukhiểnCO(Contro l Output)dựatheotínhtoántừsailệchđầuvàokhâuđiềukhiểnPVd=SP– PV,khiđóPV(ProcessValue)sẽđượcđiềukhiểnđểbámtheođúnggiátrịđặtSP(Setpoint).Ởđây,đểthựchiệ nnhiệmvụđiềukhiển,bộđiềukhiểnPIDđượcsửdụng.Cácthamsốcủaluậtđiềukhiểnđượccàiđặtsaochođảm bảonhiệmvụđiềukhiểnđượcthiếtkế.

 Điều khiểntỷlệ Điềukhiểntỷlệlàmộtdạngđặcbiệtcủađiềukhiểnfollow- upcógiátrịđặtbênngoài.Điềukhiểntỷlệcónhiệmvụlàmchobiếnđượcđiềukhiển( P V 1 ) bámtheomộtbiếnq u á trìnhkhác( P V 2 ) theomộttỷlệxácđịnh.PV1đượccoinhưmộtbiếnphụthuộcvàPV2làbiến yêucầu.

SPr=PV1/PV2(3.1) SPr:giátrịđặttỷlệ

PV1:biếnphụthuộc,biếnđượcđiềukhiểnPV2:biế n yêucầu

PV1set=PV2*SPr(3.2)SP

 Khâulọcthôngthấp(1và14):chophépđặttầnsốlọcgiớihạnchocáctínhiệuđầuvàotươngtựnhận từcácđầuđo.Cácthôngsốđiềukhiểnquátrìnhthườngbiếnđổichậmnêntầnsốgiớihạnthườngnằmtro ngdải0,1Hzđến20Hz.

 Khâulấycănbậc2(2và15):thựchiệnlấycănbậc2củađạilượngđầuvàovớiđiềukiệnđạilượngn àycógiátrịlớnhơnhoặcbằng0.Trongthựctếcómộtsốđốitượngđiềukhiểnq u á trìnhcầnđếnkhâunà y,víd ụ:khithựchiệnđiềukhiểnkhínén,đạilượngđ ođượclàđộbiếnđổiápsuất(phụthuộcvàonhiệtđộ vàápsuất),tacólưulượngdòngkhítỷlệvớicănbậc2củađộthayđổiápsuấttrongđườngốngdẫnkhí.

 Khâuđiềukhiển(8):cácthamsốcủaluậtđiềukhiểnđượcthiếtlập,baogồmhệsốtỷlệ,hằngsốthời giantíchphân,hằngsốthờigianviphân,điểmlàmviệc,vùngsaisốchophépquanhđiểmlàmviệc.Khâuđ iềukhiểnởđâyđượcxâydựngdựatrêncơsởluậtđiềukhiểnPIDsố.T ùy vàoyêucầubàitoáncụthểng ườidùngsẽcấuhìnhchokhâunàythựchiệncácluậtđiềukhiểnP,PI,PDhayPID.Khiđượccấuhìnhởc hếđộtựchỉnhkhâunàysẽlàmộtkhâuPIDtựchỉnhđịnhthamsốtheomôhìnhđốitượng.

 Khâugiớihạntínhiệuđiềukhiển(10):khâunàyđưaracácgiớihạntrênvàdướiđốivớitínhiệuđiề ukhiển.T r o n g thựctếhầuhếtcácđốitượngđiềukhiểnchỉđápứngđượcvớimộtgiớihạnnhấtđịnhcủat ínhiệuđiềukhiển.

 KhâuPWM2điểm(12):tínhiệuđiềukhiểnđưaradướidạngxung,độrộngxungtíchcựctỷlệvớití nhiệuđiềukhiển.Tínhiệuđiềukhiểnnàythíchhợpchocáccơcấuchấphànhđiện(nhưcácđộngcơchoph épđiềukhiển3 vịtrí).Tínhiệuđưar a điềukhiểnsẽđượcchuyểnđổithànhtỷlệxungtíchcựctạiđầur a củ akhâunàytínhtrongmộtchukỳđiềuchế.

 Tínhiệubước3 điểm(13):tínhiệur a dạngrơle3 vịtrícótrễ.Dùngchođiềukhiển độngcơ,điềuchỉnhtốcđộquaythuận,quaynghịch.

Bộđiềukhiểncóbộnhớngoàitươngđốilớndạngthẻ(hiệncólà256MB,cóthểtănggầnnhưkhônghạnchế: hàngGB).Vớibộnhớ256MBnếulưu4giátrịAI(mỗigiátrịcần16bytelưucácthôngsố:kênhđo,giátrị,thờigia n)vớitầnxuấtlưu1phút/lầnthìđủcho8nămliêntục.

I P , góiphầnmềmbaogồmnhiềufilechươngtrìnhđượcxâydựng.Ởđâyđãtậndụngmộtsốgóiphầnmề mchocáchệnhúng,cụt h ểlàsửdụnggóiphầnmềmviếtbởiAdamDunkel.

 Cáccôngcụp h ầnmềmh ỗtrợthựchiệntruyềnthôngEthernetthôngquachiptruyềnthôngENC28J 60 ĐểthựchiệntruyềnthôngEthernet,cầncóstackthựchiệngiaothứcTCP/

Hoạtđộngcủabộđiềukhiểnchiathànhhaitrườnghợp:chạy(RUN)vàdừng(STOP).TrườnghợpSTOPl àkhibộđiềukhiểnđãđượccấpnguồn,tuynhiênmọitươngtácgiữabộđiềukhiểnvớicácđốitượngkhácchưađư ợcthiếtlậpvàchưađượcphéphoạtđộng.TrongtrườnghợpRUN,bộđiềukhiểnchuyểnsanglàmviệcbìnhthườ ng,khiđócácchếđ ộ điềukhiểnmớiđượcphépthựchiện.KhiởtrườnghợpRUN,hoạtđộngcủabộđiềukhiểnđư ợcchiathànhhaichếđộ:chếđộbằngtayManualvàchếđộtựđộngAutomaticvàđượcchiathànhbamức:

Cáccấutrúcđiềukhiểnvớicácđầuvào/ rađượclựachọnkếtnốivớicảmbiếnvàcơcấuchấphành.Cácmodulecảnhbáo,báođộng,dạngtruyềnthôngvà cáchthứclưutrữdữliệuđềuđược cấuhình.T ấtcảd ữliệuđịnhnghĩacácthamsốđềucót h ểđượcnhậpvào.T ro ng suốtq u á trìnhcấuhình,bộđiề ukhiểnluônluônởchếđộManual.Ngaykhiviệccấuhìnhchobộđiềukhiểnkếtthúc,bộđiềukhiểnchuyểnđếnc hếđộhoạtđộngđãđượclựachọntrướcđó.

 Định nghĩathamsố Ởmứcthamsốhóa,cácthamsốđiềuchỉnhcót h ểđượcnhậptrêncơsởcáccấutrúcđiềuchỉnhđượclựachọn. Cácthamsốđặtgiátrịngưỡngcảnhbáo,báođộngcũngcóthểđượcnhập.T ạimứcnày,cáccấutrúcđiềukhiểnv àcáckiểudữliệuvàor a sẽkhôngbịthayđổi.Khiởmứcđịnhnghĩathamsố,bộđiềukhiểngiữnguyênchếđộhoạt động.Nếukhôngcóphímnàođượcbấmtrongvòng30s,chếđộđịnhnghĩathamsốsẽkếtthúc.Tấtcảcácthamsố đượcnhậpvàokhiđósẽđượclưulại.

Giátrịđặtvàgiátrịcủacácđầuvào/ rađượchiểnthịkhiởmứcnày.Giátrịđặtcủacácluậtđiềukhiểnđượcnhậpvàotrongcảhaichếđộtựđộngvàbằng tay.Trongchếđộtựđộng,quátrìnhtựđiềuchỉnhthamsốcủaluậtđiềukhiểntươngứngcóthểđượcthựchiệnsau khiđãkhởitạogiátrịđặt.Chếđộtựchỉnhđịnhthamsốcủaluậtđiềukhiểnđượcchiara3trườnghợp:thứnhấtlàch ophéptựchỉnhonlineliêntục,thứhailàchỉthựchiệntựchỉnhđịnhkhigiátrịđặtcóthayđổi,thứbalàkhôngchop héptựchỉnhđịnhthamsố.

Tínhiệuđầur a củabộđiềukhiểnchỉcót h ểthayđổiđượctừbênngoàitrongchếđ ộ điềukhiểnbằngtay. Khibộđiềukhiểnđượccấpnguồn,t r ạngtháicủabộđiềukhiểnsẽở mứchoạtđộngbìnhthường.Từmứcnà yngườisửdụngcóthểchuyểnsangcácchếđộcấuhìnhhaychếđộđịnhnghĩathamsố.Chếđộhoạtđộngbằngtay haytựđộngcủabộđiềukhiểnlàchếđộhoạtđộngsaucùngtạithờiđiểmtắtbộđiềukhiểnlầntrước.

Docáckhốichứcnăngđượcxâydựngthànhnhữnghàmriêngbiệtnênđ ể cót h ểcấuhìnhđượccáccấutrúc điềukhiểncầnxâydựngkếtnốigiữacáckhốihàm.B ốnluậtđiềukhiểnPIDđượcxâydựngchophépthựchiệncá ccấutrúcđiềukhiểntheogiátrịchủđạovàđiềukhiểntỷlệ.Nhữngcấutrúcnàychophépcấuhìnhtùyýcácđầuvào / rađểtiệnchoquátrìnhthiếtlậpmộthaynhiềucấutrúcđiềukhiển.Kếtnốigiữacáckhốiđượcthựchiệnthôngqua mộthaynhiềuchuyểnmạch(Si).Cáchìnhvẽsauđâysẽchỉracáckhảnăngkếtnốiđểcóđượccấuhìnhđiềukhiểnt ươngứngvớiphầncứngđãđượcxâydựng.Khảnăngcấuhìnhcấutrúcđiềukhiểnđượcthựchiệnthôngq u a các chuyểnmạchS1đếnS32.MặcđịnhcácchuyểnmạchSicógiátrịlà0.

+phầnmềmSCADA( 2 ) : Bộđiềukhiểnđanăng(S lave)UDC.02( 3 ) : ThiếtbịSwitch

(4):PC-ClienttrênmạngLAN (5):PC-ClienttrênmạngWAN(INTERNET) (6):Sensor

ClientcủacấpgiámsáthoặcquảnlýcóthểkếtnốivớihệthốngthôngquamạngLANhoặcmạngINTERNET vàchỉcầnweb- browserlàcóthểgiámsátđượctoànhệthốngtừxa.GiátrịsensorđượchiểnthịtạichỗvàđưavềPC.Cáccơcấuch ấphànhđượcđiềukhiểntạichỗhoặctừxaquamạng. Đặcđiểmkỹthuậtcủamạnglà:

 Topology:Line,tree,ring,star.

Cácưuđiểmcủamạnglà:tốcđộcao, cóthểlêntới1Gbps;lắpđặtnhanhnhờphươngphápkếtnốiđơngiản

;tínhsẵnsàngcaonhờkhảnăngmởrộnglớn,hầunhưkhônghạnchế;chophépkếtnốinhiềulớpứngdụngkhácnh aunhưquảnlý,sảnxuất;cókhảnăngkếtnốidiệnrộngmạng

 Giảipháp2:Mộtphầndựatrêncácgiaothứctheochuẩnquốctếmở.Trongtrườnghợpnàyphảitựxâyd ựnggiaothức tầngứngdụng

 Sửdụng hoàntoàngiaothứctheochuẩnquốc tếmở Đâylàgiảipháptốtnhất.T r o n g trườnghợpsửdụnggiảiphápnàyđểxâydựnghệSCADAngườitathườn gdựatrêncơsởmộtgiaothứctruyềnthôngchuẩnnhưMODBUS,PROFIBUS, kếthợpvớiOPCServerđ ể có tíchhợpvớihầuhếtcácphầnmềmnềnSCADA(nhưWinCC,Intouch, )hoặcchươngtrìnhHMItựpháttriển( bằngVC,VB,.NET, ).Trongtrườnghợpcủađ ề tài,tầnggiaothứctầngdướidùngTCP/

IPdođótầnggiaothứctrêndùngMODBUSlàhợplývìtrênt h ịtrườngsẵncónhiềucácmodulevàOPCServerh ỗtrợMODBUS/TCP/IPđồngthờigiáthànhkhôngquá cao.

Cấutrúcnàycótínhmởcao,khôngphảixâydựnggiaothứctruyềnthông,tuynhiênđòihỏiphảimuaOPC- ServervàmoduleMODBUS/TCP/

C cómộtmoduleMaster_Comm,haimodulenàythựchiệntraođổidữliệutheogiaothứctựxâydựng.Phầnmề mHMIpháttriểndựatrêncácngônngữlậptrìnhthôngdụngcủaMicrosoftvàcơsởdữliệuquanhệchuẩn(SQL, Oracle, ).ƯuđiểmcủagiảipháplàchophépgiảmgiáthànhhệthốngSCADA.Nhượcđiểmlàtínhmởkhôngc a o , tuynhiênvẫncómộtsốthànhphầnmangtínhmởnhưgiaothứctầngdưới,cơsởdữliệu,côngcụlậptrìnhthô ngdụng.

Trongkhuônkhổđềtài(giớihạnvềthờigian,kinhphí)nhómthựchiệnlựachọngiảipháptựxâydựnggiaot hứctruyềnthôngtầngứngdụng.Môhìnhtruyềnthônglàmaster– slave(masterlàPC,slavelàbộđiềukhiển).Masternắmquyềnkiểmsoátmạng,đưaracácyêucầu,cònslavechỉ nhậnyêucầuvàtrảlời.Ư uđiểmcủamôhìnhnàylà:thựchiệngiaothứcđơngiản,hiệuquảsửdụngđườngtruyền cao(masterchỉyêucầucácthôngtincần,khôngcóthôngtinthừa,mastercót h ểchỉnhlạilưulượngtruyềnchoh ợplý).Nhượcđiểm:trongtrườnghợpslavelàcácbộđiềukhiểnthìmôhìnhchỉphùhợpnếuliênđộngđiềukhiển giữacácslavelàtươngđốiít(mỗislaveđiềukhiểncụcbộ,tươngđốiđộclậpmộtcôngđoạntrongdâychuyềnsản xuất).Môhìnhrấtphùhợpchocácứngdụngtrongđóslavechỉlàcáctrạmthuthậpdữliệu,cácIOphântán.

Khicácbộđiềukhiểnítliênđộngthìhầuhếtcácchứcnăngđiềukhiểnđãđượcthựchiệntạibộđiềukhiểnnên trênPCchủyếuthựchiệnviệcgiámsát,cònviệcnạpcấuhìnhítkhiđượcthựchiện(thườngchỉthựchiệnmộtlầnt rướckhilắpđặt).Nếucoimỗilầngửivànhậntrảlờixácnhận(acknowlege)làmộtphiêngiaodịchthìdolượngdữ liệutraođổitrongmỗiphiêntươngđốiít(lớnnhấttheogiaothứctựxâydựng