Nghiên cứu về cách thức sử dụng phần mềm labview cơ bản

MỞ ĐẦU Trong công nghiệp đại, thuật ngữ “đo lường điều khiển” trở nên quen thuộc, khơng phải mơ tả nhiều để hình dung mục đích, tác dụng tầm quan trọng Hiện hệ thống thiết bị điều khiển tự động mang tỷ trọng lớn phần tử với đặc điểm kỹ thuật vi tính Có thể tìm thấy phần tử lớp cấu trúc hệ thống Từ lớp kế cận hay trực tiếp với q trình cơng nghệ, lớp cấp Kỹ thuật vi tính góp phần làm thay đổi mặt trung tâm điều khiển, nơi theo dõi - xử lý tín hiệu - liệu thu thập được, thực nhiệm vụ điều khiển tối ưu hoá, vận hành phân tích q trình cơng nghệ Khi xây dựng hệ thống đo lường điều khiển dựa máy tính PC có hỗ trợ phần mềm chuyên dụng thường yêu cầu có tốc độ giao tiếp cao Nhu cầu đo lường - điều khiển ngày phức tạp nhu cầu làm việc liên tục q trình sản xuất địi hỏi độ tin cậy thiết bị đo lường - điều khiển ngày cao Câu hỏi đặt làm để tăng suất, giảm thời gian chi phí cho ứng dụng thiết kế, điều khiển, kiểm tra, tạo ứng dụng linh hoạt có khả tích hợp dễ dàng với nhiều kiểu I/O khác phục vụ đắc lực đo lường điều khiển tự động ngành công nghiệp đại Trong gần 30 năm qua, National Instruments không ngừng đổi phương pháp kiểm tra đo lường cho kĩ sư Với PC công nghệ thương mại, thiết bị đo ảo làm tăng suất giảm chi phí cho ứng dụng kiểm tra đo lường tự động qua phần mềm dễ tích hợp LabVIEW phần cứng đo lường điều khiển kiểu module cho PXI, PCI, USB Ethernet…mà tiêu biểu card PCI - 1710 Đó tảng trình kiểm tra, đo lường điều khiển tự động Trong ứng dụng công nghiệp đòi hỏi khắt khe sử dụng I/O tiên tiến (I/O tương tự tốc độ cao); xử lý tiên tiến cho ứng dụng đo, điều khiển độ rung thị giác máy; truyền thông tới phần cứng công nghiệp, bao gồm thiết bị OPC PLC bên thứ ba sở liệu doanh nghiệp…vv Bạn tích hợp điều khiển tự động hóa khả trình (PAC) NI xây dựng với LabVIEW vào hệ thống để bổ sung tính đo lường điều khiển Mục đích nghiên cứu đồ án: Trong phạm vi đồ án chúng em chủ yếu nghiên cứu cách thức sử dụng phần mềm LabVIEW như: cách tạo giao diện, lập trình sơ đồ khối, làm để tạo thiết bị ảo (VI) thiết bị ảo (Sub VI)…vv Tìm hiểu ứng dụng LabVIEW đo lường điều khiển công nghiệp Nghiên cứu card PCI – 1710 từ kết hợp với phần mềm LabVIEW để tạo ứng dụng cụ thể đo lường điều khiển Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu chung đồ án là: phần mềm LabVIEW card PCI-1710 Do thời gian nghiên cứu ngắn nên chúng em tập chung nghiên cứu ứng dụng quen thuộc LabVIEW card PCI-1710 Đó thu thập tín hiệu từ thiết bị bên (cảm biến nhiệt độ), giao tiếp với PC thơng qua card PCI-1710 từ mơ xử lý tín hiệu q trình sản xuất Ý nghĩa thực tiễn đồ án: National Instruments tiên phong đứng đầu dụng cụ ảo khái niệm tiến làm thay đổi phương pháp đo đạc tự động hóa kỹ sư nhà khoa học công nghiệp LabVIEW nhằm nâng cao khả đo lường công nghiệp nhờ đặc điểm thiết kế cho giao diện phân tích điều khiển tiên tiến; quản lý hệ thống phân tán nâng cao đích (target) cho giao diện người máy (HMI) Các dụng cụ ảo làm tăng suất làm giảm chi phí cho ứng dụng thiết kế, điều khiển kiểm tra thơng qua phần mềm dễ tích hợp NI LabVIEW phần cứng điều khiển đo đạc card PCI-1710 Môi trường LabVIEW mở tương thích với phần cứng đo với trợ giúp tương tác, tạo mã nguồn khả kết nối tới hàng nghìn thiết bị giúp tập hợp liệu dễ dàng Vì LabVIEW cung cấp tính kết nối tới hầu hết thiết bị đo, nên bạn dễ dàng kết hợp ứng dụng LabVIEW vào hệ thống LabVIEW đo tín hiệu như: nhiệt độ, sức căng, độ rung, âm thanh, điện áp, dòng, tần số, ánh sáng, điện trở, xung, thời gian (giai đoạn), tín hiệu số Chính mà LabVIEW trở thành lựa chọn hàng đầu kỹ sư nhà khoa học Việt Nam nói riêng giới nói chung Kết nghiên cứu đồ án giúp người dễ dàng sử dụng làm quen với phần mềm LabVIEW Nội dung đồ án: Với mục tiêu nêu trên, đồ án trình bày chương: Chương Tổng quan đo lường điều khiển Chương Sơ lược LabVIEW Chương LabVIEW đo lường điều khiển Chương CARD PCI – 1710 Chương Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển LabVIEW card PCI - 1710 Chương TỔNG QUAN VỀ ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN 1.1 Khái luận đo lường đặc trưng kỹ thuật đo Theo – D.L.Men-đê-lê-ép thì: “Khoa học người ta biết đo Một khoa học xác khơng có ý nghĩa thiếu đo lường” Ngay từ thời xa xưa người ý đến khái niệm đo lường, ngành khoa học chuyên nghiên cứu phương pháp để đo đại lượng khác Và nhà khoa học lĩnh vực quan tâm Đối với quốc gia việc phát triển đo lường phải bao gồm lĩnh vực đo lường đo lường pháp quyền đo lường khoa học - Đo lường pháp quyền liên quan đến vấn đề sau: + Xây dựng hệ thống pháp luật đo lường + Xây dựng tổ chức đo lường để quản lý công tác đo lường nước + Xây dựng hệ thống chuẩn đo Hình 1.1 Minh họa phương pháp đo lường pháp quyền lường + Kiểm định phương tiện đo Đo lường pháp quyền lĩnh vực lớn đặt cho quốc gia để hoạt động kinh tế, khoa học kỹ thuật, quốc phịng đời sống xã hội ln đảm bảo chất lượng số lượng sản xuất thương mại giao dịch quốc tế Tuy nhiên với khoa học công nghệ ngày phát triển với nhiều phát minh sáng giá nên quan tâm đến lĩnh vực đo lường thứ hai Đo lường khoa học Trong đo lường khoa học người ta ý đến vị trí nội dung đo lường hệ thống ngành khoa học đại: tập trung phân tích ý tưởng, nguyên lý phương hướng khoa học đặt tên chung “Lý thuyết đo lường” Để hiểu rõ nội dung đo lường khoa học trước tiên ta phải hiểu đo lường sở để hình thành lý thuyết đo lường? Đo lường phương pháp đánh giá định lượng đối tượng vật chất phi vật chất có tính biện chứng tồn diện, từ hình thành hướng khác lý thuyết đo Hình 1.2 Minh họa phương pháp đo lường lường Ví dụ như, vật lý lượng tử thực phép đo cần phải quan tâm đến việc đo đại lượng có kích thước nhỏ, điều hình thành lý thuyết đo lường học lượng tử Hay xã hội, tâm lý học, kỹ thuật hệ thống, điều khiển học…phải quan tâm đến đại lượng phi vật lý cần đo, điều hình thành lý thuyết đo lường tâm lý Trong đo lường học (metrology) người ta quan tâm đến sai số từ hình thành lý thuyết sai số Sai số coi dạng nhiễu kênh đo lường từ hình thành lý thuyết đo lường thông tin Việc nghiên cứu phép đo phương pháp (angôrit) để nhận kết số giá trị đại lượng cần đo (vật lý hay phi vật lý) từ hình thành lý thuyết đo lường angôrit Như lý thuyết đo lường khái niệm rộng bao quát nhiều lĩnh vực, nhiều hướng phát triển hướng tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể mà hình thành lý thuyết đo lường 1.1.1 Lý thuyết đo lường sở Là vấn đề tảng đo lường Nó gốc để phát triển khoa học xác vật lý, tốn học, phi vật lý Trong lĩnh vực quan tâm đến đặc tính chung nhất, quy luật phép đo phương pháp đánh giá định lượng thông số giới đối tượng Những phát minh quy luật phép đo ln đem lại ảnh hưởng có tính định đến khoa học xác Ví dụ như, vật lý đại phát minh tiếng lĩnh vực đo lường hệ thức bất định Gâyzenbeg nguyên tắc hạn chế độ xác phép đo lường lượng tử vật lý lượng tử Trong toán học phát minh toán học hỗ trợ cho trình đo lường cách hiệu Ví dụ việc phát minh phương pháp biến đổi Furiê nhanh giúp nhà đo lường phân tích phổ tín hiệu đo với dải tần ngày cao xác định hàm mật độ phổ cách nhanh chóng, mở phương pháp đo lường đại, đo lường tốn học logic mà cốt lõi đo lường angơrit bao hàm việc gia công kết đo lường Đối với đại lượng đo phi vật lý, lý thuyết đo lường sở ý đến việc xác định đặc trưng phi vật lý (ví dụ lượng thơng tin hay đặc trưng thống kê…) phát minh mặt toán học đặt sở cho lý thuyết đo đại lượng phi vật lý mà ta gọi đo lường tâm lý 1.1.2 Lý thuyết đo lường ứng dụng Lý thuyết đo lường ứng dụng tập trung nghiên cứu phép đo thực tế, toán cụ thể đặt cho kỹ thuật nói chung kỹ thuật đo lường nói riêng Ví dụ việc nghiên cứu chế tạo chuẩn đơn vị đo lường (trước hệ mét, hệ tuyệt đối Gause ngày hệ đo lường quốc tế SI) để đảm bảo thống đo lường tồn giới Xung quanh tốn khoa học ngày hình thành lĩnh vực gọi đo lường học (Metrology) Đo lường học môn khoa học phép đo, phương pháp phương tiện đo để đảm bảo cho trình đo thống phương pháp nhằm đạt độ xác u cầu Hình 1.3 Minh họa phương pháp đo lường học Đo lường học đóng vai trị to lớn việc xây dựng phương pháp thiết bị đo giải hầu hết toán đặt kỹ thuật đo lường Khoa học kỹ thuật ngày phát triển, việc ứng dụng thành tựu máy tính điều khiển học kỹ thuật đo lường làm xuất lĩnh vực đo lường ứng dụng đo lường tự động Nội dung đo lường tự động người can thiệp vào thao tác đo lường xử lý thông tin mà thao tác hoàn toàn tự động Sự xuất thiết bị đo thông minh, hệ thống thông tin đo lường điều khiển thơng minh, việc truyền tín hiệu xa kỹ thuật số phương tiện đại cáp quang hay vô tuyến tạo hệ thống đo điều khiển từ xa hiệu tiện lợi Như lý thuyết đo lường ứng dụng đại bao gồm hai hướng phát triển hỗ trợ cho là: đo lường học đo lường tự động Cả hai phản ánh trình quan trọng kỹ thuật đo lường trình vật lý (sử dụng thành tựu vật lý để hoàn thiện thiết bị đo trình tự động hố Sử dụng phương pháp đo tự động điều khiển sản xuất công nghiệp) Cùng với đo lường sở, đo lường ứng dụng ngày phát triển tạo thành ngành kỹ thuật đo lường ngành khoa học cơng nghệ cao, có mặt khắp nơi, lĩnh vực kinh tế quốc dân đời sống xã hội Sự phát triển có ảnh hưởng lớn đến phát triển khoa học – kỹ thuật, đưa lại lợi ích to lớn cho xã hội 1.1.3 Phân loại cách thức thực phép đo Để thực phép đo ta thực nhiều cách đo khác nhau, ta phân biệt cách đo sau đây: - Đo trực tiếp: cách đo mà kết nhận trực tiếp từ phép đo Cách đo cho kết Dụng cụ đo sử dụng thường tương ứng với đại lượng cần đo Ví dụ: đo điện áp dùng Vơnmét mặt thang đo khắc độ sẵn vôn Trên thực tế chủ yếu dùng phương pháp - Đo gián tiếp: cách đo mà kết suy từ phối hợp kết nhiều phép đo dùng cách đo trực tiếp Ví dụ: đo dịng điện ta dùng Vơnmét Ômmét sau dùng định luật Ôm để suy kết quả: I = U/R Tuy nhiên cách đo thường mắc phải sai số lớn tổng sai số phép đo trực tiếp - Đo thống kê: để đảm bảo độ xác phép đo nhiều người ta phải sử dụng cách đo thống kê tức phải tiến hành đo nhiều lần, sau lấy giá trị trung bình Cách đo đặc biệt hữu hiệu tín hiệu đo ngẫu nhiên cần kiểm tra độ xác dụng cụ đo - Đo so sánh: cách đo mà kết đạt ta tiến hành so sánh đại lượng cần đo với mẫu Cách đo dùng phổ biến có độ xác cao Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể khác mà lựa chọn phép đo cho phù hợp Lựa chọn phép đo tốt phù hợp đem lại cho bạn kết với độ xác cao 1.1.4 Các đặc trưng kỹ thuật đo Để hiểu rõ ngành kỹ thuật đo lường ta nên quan tâm tới đặc trưng Đó yếu tố cần thiết khơng thể thiếu kỹ thuật đo Những đặc trưng bao gồm: đại lượng cần đo, điều kiện đo, phương pháp đo, thiết bị đo, người quan sát hay thiết bị thu nhận kết đo Đại lượng đo: Là thông số đặc trưng cho đại lượng vật lý cần đo Theo tính chất thay đổi đại lượng đo chia chúng thành hai loại là: đại lượng đo tiền định đại lượng đo ngẫu nhiên - Đại lượng đo tiền định: đại lượng đo biết trước quy luật thay đổi theo thời gian chúng, nhiều thông số chúng chưa cần phải đo Đại lượng đo tiền định thường tín hiệu chiều hay xoay chiều hình sin hay xung vng Các thơng số cần đo thường là: biên độ, tần số, góc pha…của tín hiệu đo - Đại lượng đo ngẫu nhiên: đại lượng đo mà thay đổi theo thời gian không theo quy luật Nếu ta lấy giá trị tín hiệu ta nhận đại lượng ngẫu nhiên Ta thấy thực tế số đại lượng đo ngẫu nhiên Tuy nhiên chừng mực ta giả thiết suốt thời gian tiến hành phép đo đại lượng đo phải không đổi thay đổi theo quy luật biết (tức đại lượng đo tiền định) tín hiệu phải thay đổi chậm Vì đại lượng đo ngẫu nhiên có tần số thay đổi nhanh khơng thể đo phép đo thông thường Trong trường hợp ta phải sử dụng phương pháp đo đặc biệt đo lường thống kê Theo cách biến đổi đại lượng đo mà ta chia thành đại lượng đo liên tục hay đại lượng đo tương tự (analog) đại lượng đo rời rạc hay đại lượng đo số (digital): - Đại lượng đo tương tự (analog): biến đổi thành đại lượng đo khác tương tự Ứng với đại lượng đo người ta thường chế tạo dụng cụ đo tương tự Ví dụ như: Ampemet có kim tương ứng với cường độ dòng điện - Đại lượng đo số (digital): biến đổi từ đại lượng tương tự thành đại lượng số ứng với đại lượng đo người ta chế tạo dụng cụ đo số Theo chất đại lượng đo ta chia thành: - Đại lượng đo lượng: đại lượng đo mà thân mang lượng Ví dụ như: sức điện động, điện áp, dịng điện…vv - Các đại lượng đo thơng số: thơng số mạch điện như: điện trở, điện cảm, điện dung…vv - Các đại lượng đo phụ thuộc vào thời gian như: chu kỳ tần số góc pha… - Các đại lượng đo không điện: để đo phương pháp điện thiết phải biến đổi chúng thành đại lượng điện thông qua cảm biến Thông qua cảm biến mà ta nhận tín hiệu Y tỷ lệ với đại lượng cần đo X ta có: Y = f(X) Ta biết tín hiệu đo loại tín hiệu mang đặc tính thơng tin đại lượng đo người ta coi tín hiệu đo đại lượng đo Điều kiện đo: Thông tin đo lường gắn chặt với môi trường sinh đại lượng đo Khi tiến hành phép đo ta phải tính tới ảnh hưởng mơi trường đến kết đo ngược lại dùng dụng cụ đo không để dụng cụ đo ảnh hưởng đến đối tượng đo Ngồi ra, ta phải ý đến mơi trường bên ngồi ảnh hưởng đến kết phép đo Những yếu tố môi trường là: nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, từ trường bên ngoài, độ rung, độ lệch áp suất so với áp suất trung bình, bụi bẩn Những yếu tố phải điều kiện chuẩn Điều kiện tiêu chuẩn điều kiện quy định theo tiêu chuẩn quốc gia, khoảng biến động yếu tố bên ngồi mà suốt khoảng dụng cụ đo đảm bảo độ xác quy định, loại dụng cụ đo có khoảng tiêu chuẩn ghi đặc tính kỹ thuật Trong thực tế ta thường phải tiến hành đo nhiều đại lượng lúc lại phải 10