Bài tập lớn môn Điều khiển tích hợp máy tính

Thiết bị giao tiếp trên labViewChương 2.Thiết kế mô phỏng việc điều khiển và giám sát hệ thống cho sản phẩm dạng hạt vào hộp 2.1.Mô tả các yêu cầu cho mỗi thành phần của hệ thống 2.1.1.C

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP LỚN

MÔN: Điều Khiển Tích Hợp Máy Tính

Sinh Viên Hoàng Trung Phong Mã SV:820738:

Phạm Hồng Đức Mã SV:820730 Nguyễn Bá Sơn Mã SV:820739

vệ tài sản cho nhân dân , nhà máy ,xưởng sản xuất ……

Ngày nay , việc phòng cháy chữa cháy kịp thời trở thành mối quan tâm hàng đầucủa nước ta cũng như nhiều nướctreen thế giới Nó trở thành nghĩa vụ của mỗi người dân Trên các phương tiện thông tin đại chúng luôn truyền giáo dục cho mỗi người dân

ý thức phòng cháy chữa cháy , nhằm mục đích hạn chế những vụ cháy đáng tiếc xảy ra

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của hệ thống thông tin điện thoại thì việc báo cháy qua điện thoại ngày càng trở lên phổ biến , nó giúp ta kịp thời những thông tin về vụ cháy đến các cơ quan chức năng

Xuất phát từ những ý tưởng trên em chọn đề tài “Thiết kế hệ thống báo cháy tự động ” cho học phần đồ án 1 Do thời gian và sự hiểu biết có hạn , chắc chắn trong quátrình làm em cũng có nhiều thiết sót , mong các thầy cô và các bạn chân thành góp ý

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN

Mục Lục

LỜI MỞ ĐẦU ………2NHÂN XÉT GIÁO VIÊN………3

Chương 1 : CHƯƠNG 1 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW LẬP TRÌNH

GIAO TIẾP VỚI MODULE USB 6218

1.1 Khái quát về phần mềm LabVIEW

1.1.1 Thông tin khái quát về phần mềm LabVIEW

1.1.2 Các chức năng chính của LabView

1.1.3 Cấu trúc chương trình labView

1.1.4 Ưu điểm của Lab VIEW

1.2.Giới thiệu về module USB 6218

1.2.1 Giơi thiệu về khái quát Module

1.2.2 Cầu tao và thông số của Module USB 6218

1.2.3 Kết nối và tích hợp của Module NI USB 6218

1.2.4 Các chức năng chính của Module NI Usb 6218

1.2.5 Ưu điểm của Module NI USB 6218

1.3.Lập trình giao tiếp với module USB 6218

1.3.1 Cài đặt phần mềm và kiểm tra thiết bị

1.3.2 Thiết bị giao tiếp trên labView

Chương 2.Thiết kế mô phỏng việc điều khiển và giám sát hệ thống cho sản phẩm dạng hạt vào hộp

2.1.Mô tả các yêu cầu cho mỗi thành phần của hệ thống

2.1.1.Các thành phần trong hệ thống

2.1.2.Yêu cầu về bộ điều khiển chính(Module Usb 6218)

2.1.3.Yêu cầu về cảm biến trong hệ thống(Load cell,Cảm biến vị trí,cảm biến quang học )

2.1.4.Yêu cầu về cơ cấu chấp hành(Băng tải,phễu cấp liệu,động cơ băng tải)2.1.5 Yêu cầu với hệ thống giám sát và giao diện góp ý (Lab View)

2.1.6 Yêu cầu về xử lí lỗi và an toàn

2.2 Sơ đồ khối của hệ thống

2.3 Sơ đồ nguyên lí của hệ thống

2.3.1 Thành phần chính trong sơ đồ nguyên lí

2.3.2 Sơ đồ nguyên lí và nguyên lí hoạt động

2.4 Xây dựng lưu đồ thuật toán của hệ thống

2.4.1 Các bước để xây dựng thuật toán

2.4.2 Lưu đồ thuật toán của hệ thống

Danh Mục Hình Ảnh Hình 1.1.Ứng dụng của LabVIEW

Hình 1.2a Giao diện một Front Panel

Hình 1.2.b.Giao diện một Block Diagram

Hình 1.3.Bên trong module 6218

Hình 1.4.Hình ảnh của module USB-6218

Hình 1.5.Các cổng nối của USB 6218

Hình 1.6.Giao diện cơ bản của LabVIEW

Hình 1.7.Xuất hiện New NI

Hình 1.8.Giao diện của Block Diagram và Front panel

Hình 1.9.Hình ảnh của NI MAX

Hình1.10.Hình ảnh của module USB 6218

Hình 1.11 Chọn đầu ra analog cho module

Hình 1.12.Đổi tên và chạy thử Module

Hình 1.13.Kết quả chạy mô phỏng

Hình 1.14.Tín hiệu điện áp của module

Hình 2.1.Hình ảnh về hệ thống điều khiển và giám sát việc cho sản phẩm dạng hạt vào hộp

Hình 2.2.Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 2.3.Sơ đồ nguyên lí hoạt động

Hình 2.4.Lưu đồ thuật toán của hệ thống

CHƯƠNG 1 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW LẬP TRÌNH GIAO

TIẾP VỚI MODULE USB 6218 1.1 Khái quát về phần mềm LabVIEW

1.1.1 Thông tin khái quát về phần mềm của LabVIEW

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) là một môi trường lập trình đồ họa (GDE - Graphical Development Environment) được phát triển bởi National Instruments, lần đầu tiên ra mắt vào năm 1976 Phiên bản LabVIEW 2017, được phát hành vào năm 2017, đại diện cho một bước tiến đáng kể

trong việc cung cấp một nền tảng mạnh mẽ và linh hoạt cho việc phát triển các ứng dụng kỹ thuật và khoa học Với giao diện trực quan, khả năng tích hợp phần cứng

và thư viện hàm phong phú, LabVIEW 2017 đã trở thành công cụ không thể thiếu cho nhiều kỹ sư, nhà khoa học và nhà nghiên cứu trên toàn thế giới

Hình 1.1 Ứng dựng của LabVIEW

1.1.2 Các chức năng chính của LabVIEW

- Thu thập và xử lý dữ liệu: LabVIEW 2017 cung cấp khả năng thu thập dữ liệu

từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm các cảm biến, thiết bị đo lường, và các hệ thống điều khiển Phần mềm cho phép xử lý tín hiệu số, phân tích dữ liệu thống

kê, và tạo ra các báo cáo trực quan Việc tích hợp với các thiết bị phần cứng của National Instruments (NI) như các module DAQ (Data Acquisition) giúp quá trình thu thập và xử lý dữ liệu trở nên đơn giản và hiệu quả hơn

- Điều khiển và tự động hóa: LabVIEW 2017 là một công cụ mạnh mẽ cho việc thiết kế và triển khai các hệ thống điều khiển và tự động hóa Người dùng có thể lập trình điều khiển các thiết bị ngoại vi, robot, máy móc công nghiệp và các hệ thống phức tạp khác Khả năng lập trình song song (parallel programming) giúp tối ưu hóa hiệu suất trong các ứng dụng thời gian thực

- Tạo giao diện người dùng (GUI): LabVIEW 2017 cho phép tạo ra các giao diện người dùng trực quan và thân thiện với người sử dụng Người dùng có thể thiết kếcác bảng điều khiển, biểu đồ, và các thành phần giao diện khác để tương tác với hệthống một cách dễ dàng Khả năng tùy biến cao giúp tạo ra các giao diện phù hợp với từng ứng dụng cụ thể

- Xử lý tín hiệu: LabVIEW 2017 cung cấp một bộ công cụ toàn diện cho việc xử

lý tín hiệu, bao gồm lọc, biến đổi Fourier, phân tích phổ, và nhiều phép toán khác

Khả năng tích hợp với các thư viện toán học và xử lý tín hiệu giúp đơn giản hóa quá trình xử lý dữ liệu phức tạp.

1.1.3 Cấu trúc một chương trình của LabVIEW

Lập trình LabVIEW trên cơ sở các thiết bị ảo Các đối tượng trong các thiết bị

ảo được sử dụng để mô phỏng các thiết bị thật nhưng chúng được xây dựng bởi phầnmềm Các thiết bị ảo tương tự như các hàm trong ngôn ngữ lập trình khác

Một chương trình VI (Virtual Instruments) trong LabVIEW bao gồm 3phần chính:

1 Front Panel là giao diện người sử dụng GUI (Graphic User Interface)

2 Block Diagram là giao diện dạng sơ đồ khối cung cấp mã nguồn lập trình

3 Biểu tượng kết nối (Icon/Connnecter)

Trong đó Front Panel và Block Diagram là hai thành phần quan trọng nhất trongLab VIEW

Hình 1.2a Giao diện một

Front Panel

Hình 1.2b Giao diện một Block Diagram

1.1.4 Ưu điểm của LabVIEW

- Giao diện trực quan: Phương pháp lập trình đồ họa giúp dễ dàng hiểu và sử dụng, đặc biệt hữu ích cho những người không có kinh nghiệm lập trình sâu rộng

- Tích hợp phần cứng: Tích hợp chặt chẽ với các thiết bị phần cứng của National Instruments, đơn giản hóa quá trình thu thập và điều khiển dữ liệu

- Thư viện hàm phong phú: Cung cấp một thư viện hàm rộng lớn, hỗ trợ nhiều ứng dụng khác nhau

- Khả năng mở rộng: Cho phép mở rộng chức năng thông qua việc sử dụng các module và thư viện bổ sung

- Lập trình song song: Hỗ trợ lập trình song song, tối ưu hóa hiệu suất trong các ứng dụng thời gian thực

Tóm lại, LabVIEW 2017 là một môi trường lập trình đồ họa mạnh mẽ và linh hoạt, được thiết kế đặc biệt cho việc phát triển các ứng dụng kỹ thuật và khoa học Với giao diện trực quan, khả năng tích hợp phần cứng và thư viện hàm phong phú, LabVIEW 2017 cung cấp một nền tảng toàn diện cho việc thu thập, xử lý, và phân tích dữ liệu, cũng như điều khiển và tự động hóa các hệ thống Tuy nhiên, chi phí cao và đường cong học tập tương đối dốc là những nhược điểm cần cân nhắc Nhìn chung, LabVIEW 2017 vẫn là một công cụ hữuích và hiệu quả cho nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau

1.2 Giới thiệu về module USB 6218

1.2.4 Giới thiệu khái quát về module

NI USB-6218 là một module DAQ (Data Acquisition) của Nation Instrument, được thiết kế để đáp ứng nhu cầu thu thập dữ liệu, đo lường và điều khiển trong các ứng dụng đo đạc và kiểm tra Module ra đời nhằm cung cấp một giải pháp linh hoạt và

dễ dàng triển khai trong các hệ thống đo lường di động và không gian hạn chế Nó được trang bị khả năng kết nối qua cổng USB, giúp người dùng có thể dễ dàng giao tiếp với máy tính mà không cần thêm các bộ chuyển đổ phức tạp Nó phù hợp với nhiều ứng dụng, từ nghiên cứu khoa học cho đến thử nghiệm thiết bị trong ngành côngnghiệp

Hình 1.3 Bên trong module USB 6218

1.2.5 Cấu tạo và thông số của module USB 6218

Modelu NI USB-6218 có thiết kế nhỏ gọn, kết nối trực tiếp qua cổng USB 2.0, mang lại tính di động cao cho người sử dụng

Hình 1.4.Hình ảnh của module USB-6218

Thông số kỹ thuật của module NI USB-6218:

- Nguồn điện hỗ trợ: Nguồn điện từ bus

- Số kênh đầu vào analog đơn cực tối đa: 32

- Độ phân giải đầu vào analog: 16 Bit

- Tốc độ lấy mẫu tối đã: 250 kS/s

- Số kênh đầu ra analog: 2

- Tốc độ cập nhật tối đa: 250 kS/s

- Kết nối bus : USB 2.0

- Số bộ đếm/ Số bộ đếm thời gian: 2

- Số kênh kỹ thuật số hai chiều: 0

- Kích thước bộ đệm FIFO đầu vào analog: 4095 mẫu

- Số kênh đầu vào analog vi sai tối đa : 16

- Lấy mẫu đồng thời : Không

- Độ chính xác tuyệt đối đầu vào analog : 2690 μV

- Cách ly đầu vào analog : 60V nối đất

Hình 1.5 Các cổng kết nối của USB 6218

Bảng 1.1 Chân Counter/ Times Pins mặc định NI-DAQmx

1.2.6 Kết nối và tích hợp của Module NI USB-6218

a Giao diện

- USB-6218 được cấp nguồn qua cổng USB, do đó không cần nguồn ngoài

b Phần mềm hỗ trợ

- NI-DAQmx Driver: Đây là phần mềm cần thiết để giao tiếp với USB-6218

Có thể tải về từ trang web của National Instruments

- LabVIEW: Cung cấp môi trường lập trình trực quan để thiết kế, mô phỏng và

triển khai hệ thống đo lường

- NI-DAQmx: Phần mềm điều khiển thiết bị giúp dễ dàng cấu hình và giao tiếp

với module

1.2.7 Các chức năng chính của module NI USB-6218

- Thu thập và xử lý dữ liệu analog: Với khả năng cung cấp 16 kênh đầu vào

tương tự và độ phân giải lên đến 16 bit, module NI USB-6218 có thể thu thập và

xử lý các tín hiệu analog từ nhiều loại cảm biến khác nhau Điều này đặc biệt

- hữu ích trong các ứng dụng như đo lường nhiệt độ, áp suất, độ ẩm và các loại tínhiệu khác.

- Kết nối và giao tiếp với máy tính qua USB: Sử dụng kết nối USB 2.0, module

này dễ dàng được kết nối với máy tính mà không cần thêm bộ chuyển đổi hoặc phần cứng hỗ trợ khác Điều này giúp người dùng tiết kiệm chi phí và thời gian triển khai, đồng thời giảm thiểu sự phức tạp trong việc thiết lập hệ thống

- Điều khiển tín hiệu số: Với khả năng đầu vào và đầu ra số, NI USB-6218 có

thể điều khiển các thiết bị ngoại vi, ví dụ như động cơ, relay, hay thiết bị điện tửkhác, hỗ trợ người dùng trong các ứng dụng tự động hóa và kiểm tra

- Ứng dụng trong thời gian thực: Module này có thể thu thập dữ liệu với tốc độ

lấy mẫu lên tới 250 kS/s, giúp xử lý tín hiệu thời gian thực, đáp ứng các yêu cầu trong các ứng dụng cần giám sát liên tục và xử lý nhanh chóng, như trong các thí nghiệm khoa học hay các quy trình công nghiệp

- Tính linh hoạt và mở rộng: Với phần mềm hỗ trợ mạnh mẽ, đặc biệt là

LabVIEW của National Instruments, người dùng có thể dễ dàng tạo ra các ứng dụng tuỳ chỉnh cho các mục đích cụ thể, từ việc thu thập dữ liệu đơn giản đến các ứng dụng phân tích và điều khiển phức tạp

1.2.8 Ưu điểm của module NI USB-6218

Dễ dàng cài đặt và sử dụng: Module NI USB-6218 có thể được kết nối

trực tiếp qua cổng USB mà không cần thêm phần cứng bổ sung, giúp giảm thiểu

sự phức tạp trong việc thiết lập hệ thống Người dùng chỉ cần cắm và chạy là có thể sử dụng ngay, mà không cần phải thực hiện cấu hình phức tạp

Kết nối linh hoạt và di động: Nhờ sử dụng kết nối USB, module có thể

được di chuyển và kết nối với nhiều máy tính khác nhau, mang lại sự linh hoạt cao cho các ứng dụng yêu cầu di động hoặc thay đổi vị trí

Hiệu suất đo lường cao: Với tốc độ lấy mẫu lên đến 250 kS/s và độ phân

giải 16 bit, module này cung cấp hiệu suất đo lường chính xác và nhanh chóng, phù hợp với nhiều ứng dụng yêu cầu thu thập dữ liệu thời gian thực

Tính mở rộng: Module NI USB-6218 có khả năng tích hợp dễ dàng với

các sản phẩm và phần mềm khác của National Instruments, đặc biệt là LabVIEW, cho

phép người dùng mở rộng ứng dụng và tạo ra các hệ thống đo lường phứctạp hơn

Chi phí hợp lý: Với tất cả các tính năng vượt trội và dễ sử dụng, NI

USB-6218 có mức giá hợp lý, đặc biệt là đối với các phòng thí nghiệm, tổ chức giáo dục, và các ứng dụng nghiên cứu yêu cầu một hệ thống đo lường đáng tin cậy mà không cần chi phí quá cao

1.3.Lập trình giao tiếp với module USB 6218

1.3.1 Cài đặt phần mềm và kiểm tra thiết bị

1.3.2 Thiết kế giao tiếp trên LabVIEW

a Tạo chương trình đo tín hiệu tương tự (Analog Input)

1 Tạo VI mới

- B1: Mở LabVIEW

Hình 1.6 Giao diện cơ bản của LabVIEW

- B2: Chọn File → Chọn New VI

Hình 1.7 Xuất hiện New NI

- B3: Sau khi chọn New NI sẽ xuất hiện cửa sổ của Block Diagram và Front Panel

Hình 1.8 Giao diện của Block Diagram và Front Panel

2 Tạo module USB 6218 trên NI MAX

- B1 : Khởi động NI MAX

Hình 1.9 Hình ảnh của NI MAX

- B2 : Click chuột phải vào Devices and interfaces → Create New → Simulated NI-DAQmx Device or Modular instrument → Gõ trên thanh tìm kiếm 6218 → Chọn USB-6218.

Hình 1.10 Hình ảnh chọn module USB-6218

3 Thêm DAQ Assistant:

- B1: Chuyển đến thể Block Diagram → Measument I/O → NI-DAQmx

- B2: Chọn Express → Input → DAQ Assistant, kéo và thả vào vùng làm việc trong Block Dìgram

- B3: Ta chọn các giá trị cho module

+ Ta đưa các giá trị Analog Input → Voltage → chọn đầu ra → Finish + Ta chọn đầu ra : Genarate Signal → Voltage → chọn đầu ra → Finish

Hình 1.11 Chọn đầu ra analog cho module

Hình 1.12 Đổi tên và chạy thử module

- B4: Đổi tên đầu ra và cài đặt Voltage Input, Voltage Output

4 Chọn các thông số đo công cụ hiển thị

a Vào Front Panel kích chuột phải , trong phần Modern chọn các kiểuđồng hồ hiển thị thích hợp , bảng hiển thị

o Sang phần Block Diagram , chuột phải rồi chọn Numeric tức là logic tínhtoán

o Tiến hành nối các đầu in – out

5 Tiến hành chạy và test kết quả

o Sau khi đã kết nối các module lại với nhau ta Run hệ thống

o Nếu kết quả không cần chỉnh sửa gì thì ta tiến hành lưu lại dự án

Hình 1.13 Kết quả chạy mô phỏng

Hình 1.14 Tín hiện điện áp của module

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÔ PHỎNG VIỆC ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CHO SẢN PHẨM DẠNG HẠT VÀO HỘP 2.1 Mô tả các yêu cầu cho mỗi thành phần của hệ thống

2.1.1 Các thành phần trong hệ thống

Hình 2.1 Hình ảnh về hệ thống điều khiển và giám sát việc cho sản phẩm dạng

hạt vào hộp

- Thiết bị điều khiển bao gồm: CTIU và Unidrive SP

- Thiết bị giám sát: CTIU

- Thiết bị chấp hành: Unimotor (Động cơ servo không chổi than)

2.1.1 Yêu cầu về bộ điều khiển chính (Module USB-6218)

- Module xử lý tín hiệu: Đọc và xử lý tín hiệu từ các cảm biến và từ các thiết bị

chấp hành

- Module được kết nối với phần mềm LabView

- Thiết kế tín hiệu I/O của module:

+ AI: Đọc tín hiệu analog từ Load Cell (cân điện tự) đo khối lượng + DI: Đọc tín hiệu số từ cảm biến vị trí hoặc trạng thái thiết bị.

+ DO: Điều khiển các thiết bị cơ khí như động cơ, băng tải, hoặc phễu cấp

liệu

+ AO: Xuất tín hiệu điều khiển động cơ hoặc các thiết bị tuyến tính khác.

- Độ ổn định của module: Đảm bảo hoạt động liên tục, không xảy ra lỗi gây gián

đoạn

2

2.1.2 Yêu cầu về cảm biến trong hệ thống (Load Cell, cảm biến vị trí, cảm biến quang học)

- Đối với đo khối lượng (Load Cell): Cần đo chính xác khối lượng sản phẩm trong

hộp với sai số nhỏ hơn ±0.1%

- Đối với việc phát hiện vị trí:

+ Cảm biến quang học phát hiện hộp có mặt ở vị trí cấp liệu.

+ Cảm biến vị trí xác định trạng thái chính xác của hộp trên băng tải.

- Đối với khả năng giao tiếp của cảm biến với module:

+ Load Cell: Xuất tín hiệu analog

+ Cảm biến quang học và vị trí: Tín hiệu số (On/Off)

- Các cảm biến cần có độ bền cao và khả năng chống chịu tốt

2.1.3 Yêu cầu về cơ cấu chấp hành (Băng tải, phễu cấp liệu, động cơ băng tải).

- Đối với động cơ băng tải:

+ Có thể điều chỉnh tốc độ linh hoạt để phù hợp với năng suất yêu cầu.