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.. Các hệ thống tru
Trang 1Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển
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:
SCAN_ROW:
;chuan bi quet cac cot va nhay
;khong co phim an thi chuyen den cot tiep theo MOV A,R4 ;lay lai ma lan truoc tu r4
CJNE R2,#4,SCAN_ROW ;khong du 4 cot thi quay lai quet
ROW_0:
ROW_1:
ROW_2:
Trang 2Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển
ROW_3:
EXIT:
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
Trang 3Xưởng điện tử Bài 7:Giám sát và điều khiển
R4
Q7
led8
c
led4
Q6 R11 R9
d
Q2 R2
b
Q4
J2
DATA LED7D
1 3 5 7
J3
CON8
1 3 5 7
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 2
4 5
13 11 9 15
D0 D2
BI/RBO RBI LT
A C E F G
led1 a
R13
R15
led6
R5
led7
R8
R17
J1
DIEU KHIEN LED
1 3 5 7
VCC_CIRCLE
U1
74LS138
1 3
15 13 11 9
6 5
A C Y0 Y2 Y4 Y6
G1 G2A
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
Trang 4Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển
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:
Trang 5Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển
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
Trang 6Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển
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
trung tâm
Bơm
ĐK Động cơ
Van
Cảm biến
Điều khiển trung tâm
Cơ cấu chấp hành
Điều khiển
Bus trường
Hình 4.1: Cấu hình của một mạng công nghiệp
Trang 7Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển
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
TCP/IP
Application
Session
Data link
Network access
Transport OSI
Physical
Transport
Hình 4.2: Cấu trúc 4 lớp của mô hình TCP/IP so với mô hình OSI
Trang 8Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển
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
Trang 9Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển
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
