Thiết bị ngoại vi & Kỹ thuật ghép nối - Chương 6 pdf

Ch6 Analog 1 ch 6. analog interfacing In this Chapter: • Analog Signal Interface Overview • Analog Electronics - Conditioner • Digital to Analog Converters • Analog to Digital Converters • DAS - SCADA - DCS/QCS Ch6 Analog 2 6.1. analog signal interface overview: Là hàm của 1 (hoặc nhiều) biến độc lập, đại lợng vật lý theo thời gian: nh tiếng nói, nhiệt độ theo thời gian: A=f(t,h) Xuất hiện liên tục trong khoảng thời gian t 0 -t 1 Giá trị biến thiên liên tục trong khoảng biên độ từ A 0 đến A 1 ,có thể đa trị. Ch6 Analog 3 6.1. analog signal interface overview: Trong thực tế: Rời rạc hóa Trong Máy tính số, thông tin thu về : Rời rạc về thời gian Rời rạc về giá trị => để máy tính thu thập, cần phải 'rời rạc hóa' các tín hiệu về thời gian và giá trị, dùng thiết bị chuyển đổi ADC tạo ra các tín hiệu số, để: Xử lý, cất vào kho số liệu Truyền gửi đi xa Tái tạo lại hay tổng hợp tín hiệu: dùng thiết bị DAC tạo lại các tín hiệu analog. Ch6 Analog 4 H×nh 6.02a. M« h×nh ghÐp nèi tÝn hiÖu analog Ch6 Analog 5 H×nh 6.02-b. M« h×nh HÖ §o l−êng - §iÒu khiÓn sè Ch6 Analog 6 • Process: – Là các quá trình công nghệ như: dây chuyền xeo giấy; phối-trộn-nghiền-nung clinker => sản xuất cement; dây chuyền luyện-nung-cán thép, sản xuất-trộn phân bón NPK, các nhà máy phát điện •Sensors: –Làvật liệu/thiết bị dùng để chuyển đổi các đại lượng vật lý không điện (T, RH, p, L, v, a, F, pH, F, ) thành tín hiệu điện (u, i, R, f) –Vật liệu: do đặc tính tự nhiên của vật chất – ví dụ RTD Pt100, cặp nhiệt điện, piazo (titanate-bary), tenzometric –Thiết bị: có sự gia công/chế tác – ví dụ LM135 precision temperature sensor, bán dẫn • Conditioners: – Vì tín hiệu từ sensors thường rất nhỏ, có nhiễu và phi tuyến => có mạch điện tử analog để xử lý tín hiệu: khuếch đại, lọc nhiễu, bù phi tuyến cho phù hợp. Ch6 Analog 7 • MUX: analog multiplexer – bộ dồn kênh – Inputs: n bit chọn kênh, có 2 n kênh số đo analog, đánh số từ 0 2 n -1; – Output: 1 kênh chung thông với 1 trong số 2 n inputs và duy nhất; –Như vậy chỉ cần 1 hệ VXL/MT và ADC vẫn thu thập được nhiều điểm đo công nghệ •Trích mẫu và giữ - Sample & Hold: – Dùng để trích mẫu của t/h khi có xung sample (100s ns vài us) và giữ nguyên giá trị của t/h trong khoảng thời gian lâu hơn để ADC chuyển đổi được ổn định; –Chỉ dùng trong các trường hợp tín hiệu biến thiên nhanh tương đối so với thời gian c/đ của ADC; – Nâng cao độ chính xác và tần số của th. Ch6 Analog 8 • ADC: analog to digital convertor: –Rời rạc hóa t/h về thời gian và số hóa t/h – lượng tử hóa –Cónhiều phương pháp/tốc độ/địa chỉứng dụng của chuyển đổi • Central system: hệ nhúng/MT: – CPU, mem, bus, IO port, CSDL, net; – thu thập và xử lý số đo. • DAC: digital to analog convertor –Biến đổi tín hiệu số => liên tục về tg nhưng vẫn rời rạc về gt; –Nhiều loại: số bit/1 hay 2 dấu/tốc độ Ch6 Analog 9 •Mạch điện tử analog: – Có nhiều kiểu chức năng tùy thuộc ứng dụng: •Lọc – tái tạo, tổng hợp âm thanh; •Khuếch đại để đến các cơ cấu chấp hành; • Cách ly quang học đề ghép nối với các thiết bị công suất lớn (motor, breaker, ) • Actuators: các cơ cấu chấp hành –Là1 lớp các thiết bị để tác đọng động trở lại dây chuyền công nghệ; –Cơ học: motor (3 phase Sync/Async, single phase, dc, step) như robot, printer’s motor, FDC/HDC motors – Điều khiển dòng năng lượng điện: SCR (thyristor), Triac, Power MOSFET, IGBT – Điều khiển dòng chất lỏng/khí/gas: valves (percentage, ON/OFF valves) Ch6 Analog 10 H. 6.2c. Mô hình hệ DCS [...]... LF3 56/ 357/347 (NS) Linear Hybrid:LH0024/ 0032 (NS-Hi Slewrate) Instrumentation OpAmp: LM725/ LH00 36/ 0038/ 0084 Ch6 Analog 15 (NS) Hình 6. 05a Analog Comparator, dùng trong ADC Ch6 Analog 16 Hình 6. 05b Ch6 Analog 17 Hình 6. 05c Ch6 Analog 18 Hình 6. 05d Ch6 Analog 19 Hình 6. 05e Ch6 Analog 20 Hình 6. 05-f Ch6 Analog 21 Hình 6. 05-g Instrumentation Ampl Ch6 Analog 22 Hình 6. 05-h Ch6 Analog 23 Hình 6. 05-j... Hình 6. 05-f Ch6 Analog 21 Hình 6. 05-g Instrumentation Ampl Ch6 Analog 22 Hình 6. 05-h Ch6 Analog 23 Hình 6. 05-j Ch6 Analog 24 Hình 6. 05-k Ch6 Analog 25 Hình 6. 05-l Mạch lặp lại tín hiệu (Follower) Ch6 Analog 26 Hình 6. 05-n i/ U Converter - ghép nối dac out Ch6 Analog 27 6. 2.2 analog switches & multiplexers: a Switches Dùng cặp transistor FET bù kênh p và kênh n => dẫn dòng ac R(on) từ 100 1.5 k Off...Ch6 Analog H 5.02d Mụ hỡnh h SCADA 11 6. 2 analog electronics: Operational Amplifiers - OpAmps - Khuếch đại thuật toán để tạo các bộ conditioners chuẩn hóa tín hiệu Analog Switches & Analog Multiplexers Reference Voltage Sourcers - nguồn áp chuẩn Sample & Hold - trích mẫu và giữ Converssion Errors - Sai số chuyển đổi Ch6 Analog 12 6. 2 analog electronics: 6. 2.1 Opamp Là vi mạch khuếch đại, nối. .. +Vcc, -Vcc( Gnd) Chỉnh Offset H603 Operational Amplifier (OpAmp) Có thể có thêm chân nối tụ bù tần số Ch6 Analog 13 6. 2.1 opamp: đặc điểm opamp Xử lý tín hiệu dc (0 Hz up) Hệ số khuếch đại lớn, từ kilo Mega and even more (GBW - Gain - band width Product, unit @ MHz) Trở vào lớn vài k đến 1012 , trở ra nhỏ, 10s đến 100s, tốt cho các mạch ghép nối analog, phối hợp trở kháng Hình 6. 04 Thiết bị 2... ICs: CD 4052/ 53, LF11331 Ch6 Analog Hình 6. 06 Symbol of Analog SPDT switch 28 6. 2.2 analog switch & multiplexer: b Multiplexers Hình 6. 07 Functional Block Diagram Analog MUX Ch6 Analog 29 6. 2.2 analog switch & multiplexer: b.MUX 2n switches nối chung 1 cực n bit chọn kênh => 2n kênh, 1 trong số 2n kênh đợc chọn trong 1 thời điểm Chức năng MUX và DeMUX Có tín hiệu Inhibit - cấm tất cả các kênh Biên... theo thập phân (2,5 / 5/ 10,00Vdc) hay nhị phân (5,12/ 10,24Vdc) Hệ số trôi: 30 50 ppm/OC Công thức chuyển đổi A/D và D/A n bit: bn-12n-1 + bn-22n-2 + + b121 + b020 Uanalog Uref ( ) 2n Các vi mạch: LH0070, LM199s, LM136s (NS) Ch6 Analog 31 6. 2.4 Sample & Hold (trích mẫu & giữ) Trích mẫu của tín hiệu vào thời điểm cuối của xung Sample và giữ nguyên giá trị đó trong khoảng thời gian lâu hơn Dùng trong... bất định của ADC - do thời gian chuyển đổi dài (10s s - ms) thành cửa sổ bất định của S&H (10s ns s) => nâng cao độ chính xác chuyển đổi A/D và nâng cao tần số tín hiệu Thời gian trích mẫu: vài chục ns đến vài s Tụ giữ (Chold): dùng tụ có dòng rò rất nhỏ Tốc độ sụt áp: mV/s, tuỳ thuộc tụ Ch6 Analog Guard Ring: kỹ thuật chế tạo mạch giảm thiểu dòng32 rò Hình 6. 08 Synbolic Sample & Hold ICs: LF189s... áp: mV/s, tuỳ thuộc tụ Ch6 Analog Guard Ring: kỹ thuật chế tạo mạch giảm thiểu dòng32 rò Hình 6. 08 Synbolic Sample & Hold ICs: LF189s (NS); AD585 (Analog Device Inc.) Ch6 Analog 33 Ch6 Analog 34 Hình 6. 09 Biểu đồ chuyển đổi tín hiệu w/o [w] S&H Ch6 Analog 35 Có tín hiệu u(t) Định: điểm t1 => mẫu A1; t2 => mẫu A2 khi khôi phục lại sẽ đợc đờng cong gần đúng với đờng ban đầu, tùy thuộc mật độ của mẫu... Inhibit - cấm tất cả các kênh Biên độ tín hiệu: Vss thờng dùng mạch follower để loại trừ Ron ICs:Analog 4051, 74HC4051 (TI), DG508A, 509A (Maxim) 30 Ch6 CD 6. 2.3 voltage reference - uref Là các vi mạch (super zener) tạo ra các điện áp có độ ổn định cao theo thời gian và theo nhiệt độ môi trờng... , trở ra nhỏ, 10s đến 100s, tốt cho các mạch ghép nối analog, phối hợp trở kháng Hình 6. 04 Thiết bị 2 cửa Ch6 Analog 14 6. 2.1 opamp: đặc điểm opamp Nguồn cấp dải rộng, 1 hoặc 2 dấu: 3Vdc to 18Vdc Khuếch Vi sai (Differential Amplifier), loại trừ nhiễu tốt => CMRR (Common Mode Rejection Ratio - hệ số khử nhiễu đồng pha lớn) up to 120dB Band width/ Slew rate: Băng thông/ Tốc độ tăng điện áp tối đa phía . LM725/ LH00 36/ 0038/ 0084 (NS) Ch6 Analog 16 H×nh 6. 05a. Analog Comparator, dïng trong ADC Ch6 Analog 17 H×nh 6. 05b. Ch6 Analog 18 H×nh 6. 05c Ch6 Analog 19 H×nh 6. 05d Ch6 Analog 20 H×nh 6. 05e . hiệu: dùng thiết bị DAC tạo lại các tín hiệu analog. Ch6 Analog 4 H×nh 6. 02a. M« h×nh ghÐp nèi tÝn hiÖu analog Ch6 Analog 5 H×nh 6. 02-b. M« h×nh HÖ §o l−êng - §iÒu khiÓn sè Ch6 Analog 6 • Process: –. xeo giấy; phối-trộn-nghiền-nung clinker => sản xuất cement; dây chuyền luyện-nung-cán thép, sản xuất-trộn phân bón NPK, các nhà máy phát điện •Sensors: –Làvật liệu /thiết bị dùng để chuyển