Tài liệu hướng dẫn thực tập công nhân điện tử viễn thông part 6 ppt

Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 46 JNB 10,EXP1 DJNZ R3,BACK1 BACK2: MOV R3,#50 BACK3: ACALL GET_KEY JB 10,BACK2 DjNZ R3,BACK3 SETB 11 MOV PHIM,R6 EXP1: NOP RET ; GET_KEY: MOV A,#0FEH MOV R2,#0 SCAN_ROW: MOV P0,A MOV R4,A ;luu gia tri cua A vao R4 ;chuan bi quet cac cot va nhay JNB P0.4,ROW_0 JNB P0.5,ROW_1 JNB P0.6,ROW_2 JNB P0.7,ROW_3 ;khong co phim an thi chuyen den cot tiep theo MOV A,R4 ;lay lai ma lan truoc tu r4 RL A ;quay trai 1 bit de chuyen den cot ke tiep INC R2 ;tang so lan quet len 1 CJNE R2,#4,SCAN_ROW ;khong du 4 cot thi quay lai quet SETB P2.6 SJMP NO_CODE ROW_0: MOV A,R2 ADD A,#0 SETB 10 MOV R6,A SJMP EXIT ROW_1: MOV A,R2 ADD A,#4 SETB 10 MOV R6,A SJMP EXIT ROW_2: MOV A,R2 Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 47 ADD A,#8 SETB 10 MOV R6,A SJMP EXIT ROW_3: MOV A,R2 ADD A,#12 SETB 10 MOV R6,A SJMP EXIT NO_CODE: ;NEU KHONG CO PHIM AN THI XOA BIT 10 CLR 10 EXIT: RET HT: MOV B,#10 DIV AB ADD A,#10H MOV P2,A ACALL DELAY MOV A,B ADD A,#00 MOV P2,A ACALL DELAY RET DELAY: MOV R0,#200 DJNZ R0,$ RET END Khi mạch không cần nhiều phím thì ta có thể dùng phím như sau: 6. Hiện thị *. Khi giao tiếp với LED 7 đoạn ta có nhiều cách giao tiếp khác nhau. - Xuất dữ liệu trực tiếp ra cổng: chỉ sử dụng khi có ít led hiển thị. - Khi có nhiều LED hiển thị thì ta dùng phương pháp quét có sơ đồ mạch cơ bản như sau: Vcc R1 R 1 4 2 3 p1.0 Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 48 R4 Q7 led8 c led4 Q6 R11 R9 d e Q2 R2 b Q4 J2 DATA LED7D 1 2 3 4 5 6 7 8J3 CON8 1 2 3 4 5 6 7 8 R12 0 g 5V R16 R3 R7 f 0 R14 R18 Q5 R10 Q1 led3 R6 Q8 led2 led5 Q3 VCC_CIRCLE R1 U2 7447 7 1 2 6 4 5 3 13 12 11 10 9 15 14 168 D0 D1 D2 D3 BI/RBO RBI LT A B C D E F G VCCGND led1 a R13 R15 led6 R5 led7 R8 R17 J1 DIEU KHIEN LED 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC_CIRCLE U1 74LS138 1 2 3 15 14 13 12 11 10 9 7 168 6 4 5 A B C Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 VCCGND G1 G2A G2B III. PHẦN THỰC TẬP CỤ THỂ - Thực hiện mạch kít vi điều khiển 89C51 - Thực hiện mạch ma trận bàn phím - Thực hiện mạch hiển thị 6 LED 7 đoạn. - Viết chương trình nhập dữ liệu từ bàn phím lưu vào vùng đệm. - Nhận dữ liệu từ vùng đệm xuất ra LED - Cấp nguồn cho mạch và kiểm tra. Mạch phải đảm bảo kỹ thuật và hoạt động ổn định. Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 49 BÀI 8 MẠNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT I. Mục đích yêu cầu. - Các ứng dụng về điều khiển cục bộ ngày càng trở nên lỗi thời và lạc hậu bởi sự hạn chế về chất lượng điều khiển, chi phí nhân công Giải pháp về đo lường và điều khiển tập trung đã và đang tỏ ra hiệu quả trong các ứng dụng vừa và nhỏ, bởi giá thành, chất lượng điều khiển, độ tin cậy, - Trong bài này sinh viên tìm hiểu được vấn đề cơ bản về giám sát và điều khiển thiết bị từ xa theo chuẩn RS485. II. Nội dung Khi gia nhập tổ chức thương mại Quốc tế WTO, các nhà doanh nghiệp trong nước có nhiều thuận lợi và chắc chắn cũng phải đối mặt với nhiều khó khăn khi phải gia nhập vào tổ chức này. Một trong những khó khăn đó là cơ sở vật chất của ta còn sơ sài, việc làm chủ công nghệ của ta còn yếu. Do vậy sản phẩm của chúng ta làm ra tính cạnh tranh sẽ không cao, hoặc không đáp ứng được các tiêu chuẩn của các nước nhất là trong lĩnh vực dược phẩm, điện tử, thực phẩm và chế biến thực phẩm. Để có được chứng nhận này, không thể làm thủ công ghi chép bằng tay vào sổ sách. Mà tất cả quá trình này phải được thực hiện bằng máy tính được gọi là tiêu chuẩn GAMP (Good Automated Manufacturing Practices). Các doanh nghiệp cũng cần phải nâng cao hiệu suất hoạt động, tiết kiệm chi phí sản xuất để tăng tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường. Một trong những lí do trên làm chúng ta phải nghĩ đến việc lắp đặt mạng công nghiệp để tăng cường sự can thiệp của máy tính và các bộ điều khiển thay thế cho con người. Có như thế các doanh nghiệp mới có thể đứng vững trong quá trình hội nhập mà không lạc hậu Mạng công nghiệp là hệ thống mạng tuyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp. Các hệ thống truyền thông công nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau từ các bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành, các bộ điều khiển, các trạm máy tính điều khiển và giám sát, cho đến các trạm máy tính điều hành và quản lý công ty. 1. Điều khiển: Sử dụng Bus trường truyền tin số để kết nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển với nhau và thiết bị ở cấp chấp hành. Chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Bus trường chuyển dữ liệu quá trình lên cấp điều khiển để xử lý và chuyển quyết định điều khiển xuống cơ cấu chấp hành, vì vậy yêu cầu về tính thời gian thực được đặt lên hàng đầu. Thời gian phản ứng tiêu biểu nằm trong phạm vi từ 0,1 đến vài miligiây. 2. Điều khiển trung tâm. Điều khiển trung tâm là nơi tập hợp các máy tính/server nối mạng LAN với nhau và chúng được nối đến các bộ điều khiển, các thiết bị điều khiển của nhà máy qua các đường truyền thông như Ethernet, RS232, RS485… Các máy tính tại phòng điều khiển trung tâm này được cài các phần mềm để đảm nhận các chức năng sau: Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 50 Chức năng giám sát và điều khiển (HMI – Human Machine Interface): chức năng này giúp các kĩ sư vận hành có thể theo dõi được trạng thái của nhà máy trên màn hình máy tính, thiết lập các thông số set-point lập lịch chạy cho từng bộ điều khiển/thiết bị mà không cần phải xuống sàn nhà máy. Chức năng cảnh báo (Alarm): cảnh báo để báo hiệu cho người vận hành cần phải thao tác khẩn cấp ở các bộ phận không an toàn, có nhiều mức cảnh báo và chúng được thể hiện trên màn hình máy tính hoặc còi. Chức năng thu thập và lưu trữ số liệu (Database): máy tính sẽ thực hiện thao tác lưu trữ lại tất cả những gì xảy ra trong hệ thống theo phương thức chu kì (cyclic) hoặc sự kiện (event) theo thời gian thực. Chức năng này rất quan trọng trong nhà máy, GAMP và ERP (Enterprise Resource Planning) sẽ khai thác từ cơ sở dữ liệu này để tạo các báo cáo, biểu đồ. Đối với các nhà máy ở Mỹ thì dữ liệu phả hệ phải được lưu trữ theo luật sau: 6 tháng đối với các các thực phẩm có hạn sử dụng là 60 ngày hoặc ít hơn, 1 năm đối với hạn sử dụng từ 60 ngày đến 6 tháng và 2 năm đối với hạn từ 6 tháng đến 1 năm. Chức năng báo cáo, truy vấn (Report & Query): các báo cáo này được tạo từ cơ sở dữ liệu của nhà máy, quan trọng hơn cả các báo cáo này phải có khả năng tìm kiếm và cập nhật kết quả theo thời gian thực, có như vậy các báo cáo này mới giúp các bộ phận, phòng ban có được kết quả trung thực để phản ứng kịp thời đối với nhà máy như chất lượng sản phẩm hiện tại, lập kế hoạch cho giai đoạn kế tiếp là cần phải làm gì? Chức năng đưa ra các đồ thị khuynh hướng (Trending): chức năng này giúp các nhà quản lý, kỹ sư vận hành biết được hiệu suất làm việc của hệ thống trong quá khứ, hiện tại để dự đoán trong tương lai. Dựa vào các trending này các kỹ sư có thể biết cần phải điều chỉnh ở khâu nào để nâng cao hiệu suất làm việc cũng như tiết kiệm năng lượng cho nhà máy. Kế hoạch bảo trì bảo dưỡng định kì. Chức năng bảo mật (Security): giúp an toàn thông tin tránh các truy cập trái phép làm mất hoặc hỏng thông tin, bảo mật sẽ được thiết lập cho từng cấp, từng ứng dụng như kỹ sư vận hành chỉ được phép điều khiển ở những khu vực nào, thay đổi các thông số nào? Phòng bảo trì, bảo dưỡng, kế toán được truy xuất các cơ sở dữ liệu gì trong nhà máy. 3. Điều hành sản xuất. Kết nối các máy tính văn phòng thuộc cấp điều hành với cấp điều khiển trung tâm. Thông tin được đưa lên trên bao gồm trạng thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, hệ thống điều khiển tự động, các số liệu tính toán, thống kê về diễn biến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm. Thông tin theo chiều ngược lại là các thông số thiết kế, công thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành. Điều hành sản xuất không yêu cầu nghiêm ngật về tính thời gian thực, nhưng lượng thông tin với số lượng lớn tới hàng Mbyte. Hai loại mạng được dùng phổ biến trong mục đích này là Ethernet và Token - Ring, trên cơ sở các giao thức chuẩn như TCP/IP và IPX/SPX. Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 51 4. Khảo sát giao thức và cấu trúc mạng sử dụng. Mô hình TCP/IP: Mô hình TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) là mô hình cho mạng Internet được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Cấu trúc các lớp của TCP/IP có một số điểm tương đồng với mô hình OSI (Open System Interconnect) nhưng có bỏ bớt một số lớp. So với 7 lớp của mô hình OSI, cấu trúc TCP/IP chỉ có 4 lớp sau đây: Điều hành sản xuất Mạng xí nghiệp Bus hệ thống Điều khiển trun g tâm Bơm ĐK Động cơ Van Cảm biến Điều khiển trun g tâm Cơ cấu chấp hành Điều khiển Bus trường Hình 4.1: Cấu hình của một mạng công nghiệp Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 52 Lớp truy xuất mạng: Network Access Layer. Lớp liên mạng: Internet Layer. Lớp vận chuyển: Transport Layer. Lớp ứng dụng: Application Layer. 4.1. Chức năng của các lớp: Lớp truy xuất mạng (Network Access Layer): Lớp truy xuất mạng đại diện cho các bộ phận kết nối vật lý như cáp, bộ chuyển đổi (Adapter), card mạng, giao thức kết nối, giao thức truy cập mạng. Lớp này có nhiệm vụ trao đổi dữ liệu giữa các máy chủ và mạng. TCP/IP không định nghĩa lớp này mà dùng các chuẩn có sẵn như IEEE, X25, RS232, ETHERNET, Lớp liên mạng (Internet Layer): Chịu trách nhiệm cung cấp địa chỉ logic cho giao diện mạng vật lý để điều khiển việc truyền thông tin giữa các máy. Lớp này nhận dữ liệu từ lớp vận chuyển, TCP/IP Application Presentation Application Session Network Internet Data link Network access Trans p ort OSI Ph y sical Trans p ort Hình 4.2: Cấu trúc 4 lớp của mô hình TCP/IP so với mô hình OSI Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 53 đóng gói thành các IP datagram với các IP header chứa thông tin của việc truyền dữ liệu, sau đó chuyển xuống lớp truy xuất mạng để truyền. Lớp này cũng cung cấp các giao thức để thông báo lỗi. Lớp vận chuyển: Lớp vận chuyển có nhiệm vụ phân phát dữ liệu tới các chương trình ứng dụng khác nhau. Lớp này có hai nghi thức quan trọng là TCP (Transmission Control Protocol) và UDP (User Datagram Protocol). Đơn vị dữ liệu ở lớp này là các bản tin. Lớp ứng dụng: Đây là lớp cao nhất, dùng để truy xuất các dịch vụ trên mạng bằng các chương trình ứng dụng. Một chương trình ứng dụng sẽ tương tác với các nghi thức của lớp này để gửi và nhận dữ liệu. Các dịch vụ trên lớp này gồm có: truyền thư (SMTP), truyền nhận file (FTP) , truy cập từ xa (TELNET)… 4.2. Nghi thức Ethernet: Lớp truy xuất mạng trong TCP/IP sử dụng các nghi thức mạng có sẵn như : Ethernet, IEEE 802, X25, Frame Relay, ATM. Trong các mạng LAN, nghi thức được sử dụng phổ biến nhất là mạng Ethernet. Ethernet: Dựa trên điều khiển đa truy cập CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect). Các chức năng cơ bản của Ethernet là: ¾ Truyền và nhận các gói dữ liệu. ¾ Giải mã các gói và kiểm tra địa chỉ trước khi phát cho phần mềm lớp trên. ¾ Kiểm tra lỗi. Điều khiển đa truy cập CSMA: Trước khi truyền dữ liệu trên mạng, một trạm Ethernet phải lắng nghe hoạt động của kênh truyền. Nếu phát hiện kênh truyền bị bận, nó sẽ chờ mà không truyền. Nếu kênh truyền trống thì nó sẽ truyền. Sau bit cuối cùng của một khung truyền trạm Ethernet phải đợi một khoảng thời gian nhất định để tạo một khoảng cách giữa các khung. Khoảng cách này chính là thời gian cho phép các trạm khác Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 54 có thể chiếm kênh truyền. Trong trường hợp xảy ra xung đột (khi có hai trạm cùng phát hiện ra kênh trống và truyền dữ liệu lên), trạm Ethernet sẽ phát hiện ra xung đột nhờ so sánh dữ liệu trên đường truyền với dữ liệu đã phát. Cả hai trạm sẽ cùng ngưng phát và chờ trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi phát lại. Do thời gian chờ phát lại của mỗi trạm là ngẫu nhiên nên có thể tránh được việc tái xung đột, tuy nhiên nếu điều này xảy ra, các trạm sẽ phải chờ một lần nữa với thời gian chờ ngẫu nhiên tăng lên để giảm xác suất tái xung đột. Định dang khung Ethernet: Preamble (8 byte) Destination Address (6 byte) Source Address (6 byte) Type (2 byte) Data (46 >1500 byte) FCS (3byte) Preamble : Gồm 8 byte: ¾ 7 byte đầu có giá trị 10101010 có chức năng đồng bộ cho phần cứng. ¾ 1 byte có giá trị 10101011 báo cho biết bắt đầu của 1 frame. Destination Address và Source Address: Địa chỉ nguồn và địa chỉ đích, mỗi trạm Ethernet được gán một địa chỉ 48 bit cố định. Type : Xác định loại dữ liệu. Data: Chứa dữ liệu nhận được từ lớp trên.Trường dữ liệu bao gồm IP Header, TCP, Header, và dữ liệu. Chiều dài của trường dữ liệu từ 46-1500 byte. FCS (Frame Check Sequence): Cho phép trạm nhận xác định việc truyền có bị lỗi hay không. 4.3. Khảo sát Token Ring: . 3 p1.0 Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 48 R4 Q7 led8 c led4 Q6 R11 R9 d e Q2 R2 b Q4 J2 DATA LED7D 1 2 3 4 5 6 7 8J3 CON8 1 2 3 4 5 6 7 8 R12 0 g 5V R 16 R3 R7 f 0 R14 R18 Q5 R10 Q1 led3 R6 Q8 led2 led5 Q3 VCC_CIRCLE R1 U2 7447 7 1 2 6 4 5 3 13 12 11 10 9 15 14 168 D0 D1 D2 D3 BI/RBO RBI LT A B C D E F G VCCGND led1 a R13 R15 led6 R5 led7 R8 R17 J1 DIEU. Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 46 JNB 10,EXP1 DJNZ R3,BACK1 BACK2: MOV R3,#50 BACK3: ACALL GET_KEY JB 10,BACK2 DjNZ R3,BACK3 SETB 11 MOV PHIM,R6. LED 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC_CIRCLE U1 74LS138 1 2 3 15 14 13 12 11 10 9 7 168 6 4 5 A B C Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 VCCGND G1 G2A G2B III. PHẦN THỰC TẬP CỤ THỂ - Thực hiện mạch kít vi điều khiển 89C51 - Thực hiện mạch ma trận bàn phím - Thực hiện mạch