đồ án tự động hóa Thiết kế phần cứng và phần mềm cho hệ thống đo lường và điều khiển nhiệt độ đa kênh

Sơ đồ tổng quỏt: Như vậy để tớch hợp một mạch gồm cú bộ chuyển đổi A/D, D/A truyềnthụng qua cổng nối tiếp trờn một bo mạch ta phải cú cỏc vi mạch cơ bản là: 1 bộchuyển đổi A/D Analog – D

LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ ĐA KấNH

1 Thiết kế mạch chuyển đổi A/D, D/A 8 kờnh, dữ liệu truyền thụng qua cổng nối tiếp (COM).

Sơ đồ tổng quỏt:

Như vậy để tớch hợp một mạch gồm cú bộ chuyển đổi A/D, D/A truyềnthụng qua cổng nối tiếp trờn một bo mạch ta phải cú cỏc vi mạch cơ bản là: 1 bộchuyển đổi A/D (Analog – Digital), một bộ chuyển đổi D/A (Digital – Analog),

bộ chuyển tớn hiệu từ nối tiếp sang song song và ngược lại, 1 vi mạch dồn kờnh(MUX) nếu vi mạch A/D chỉ cú một đầu vào, 1 vi mạch phõn kờnh (DEMUX)nếu vi mạch D/A chỉ cú một kờnh ra và một số vi mạch phụ khỏc Sau đõy ta lầnlượt tỡm hiểu từng đối tượng; mỗi loại đối tượng trờn đều cú rất nhiều loại nờncỏc đối tượng dưới đõy là cỏc đối tượng được lựa chọn từ 1 trong cỏc loại trờn

như đó giới thiệu trong Chương 1.

1.1 Bộ chuyển đổi tương tự sang số (A/D) ADC0809.

Sở dĩ ta chọn vi mạch này vỡ dõy là bộ chuyển đổi A/D cú 8 đầu vào nờn núrất tốt cho một hệ thống cú 8 kờnh đo, ADC0809 gồm 2 phần: bộ chuyển đổi A/

D và một mạch chọn kờnh vào, chỳng được tớch hợp trờn một vi mạch nờn độ tincậy rất cao khi thiết kế cho một hệ thống đo lường và điều khiển lớn Sự lựachọn này là tối ưu so với việc ghộp nối từ một bộ biến đổi A/D 1 đầu vào vớimột vi mạch dồn kờnh

Bộ biến đổi A/D ADC 0809 rất giống với bộ biến đổi ADC0804 đó trỡnh

bày ở Chương 1 Sự khỏc nhau cơ bản là ở con số cỏc kờnh lối vào đó được tăng

lờn Tổng cộng người sử dụng cú 8 kờnh làm việc hoàn toàn độc lập với nhau đểlựa chọn Ở đõy cần chỳ ý là cỏc điện ỏp được so sỏnh với điện thế 0V Cũn mộtđặc điểm đỏng quan tõm hơn là sự tiờu thụ dũng điện của vi mạch hầu nhưkhụng đỏng kể (chỉ cỡ 300A) Thời gian biến đổi cỡ 100s

Cỏc thụng số kỹ thuật của bộ biến đổi ADC0809:

Đồ ỏn tốt nghiệp

Hình 3.1: Sơ đồ tổng quát một bo mạch chuyển đổi A/D, D/A qua cổng COM.

ADC

Máy tính

DAC

MUX

DEMUX

NT/SS SS/NT Chọn kênh

- Khụng cần đũi hỏi điều chỉnh điểm 0.

- Quột động 8 kờnh bằng logic địa chỉ

- Dải tớn hiệu lối vào Analog khi điện ỏp nguồn nuụi +5V là 05V

- Tất cả cỏc tớn hiệu tương thớc TTL

- Độ phõn giải: 8 bit (Data Bus cú 8bit)

- Thời gian biến đổi: 100s

- Dũng tiờu thụ (bỡnh thường): 0.3mA

Sơ đồ chõn của nú ta cú thể xem ở chương1, sau đõy là sơ đồ mạch sau khi

đó lắp thờm một số linh kiện phụ trợ:

Hỡnh 3.2 chỉ ra cỏc chõn của vi mạch ADC0809 Tớn hiệu dữ nhịp cựng cho

bộ biến đổi này cần phải được tạo ra ở bờn ngoài và được dẫn đến chõn CLOCK.Điện ỏp so sỏnh được đưa qua tần lặp lại điện ỏp để đến chõn ra VREF+, chõn này

cú điện trở lối vào cỡ 2.5k Tỏm kờnh lối vào Analog được dẫn đến cỏc chõnIN0IN7 Mẫu bit ở cỏc lối vào địa chỉ A,B,C sẽ xỏc định xem kờnh nào đượclựa chọn khi đú, việc lựa chọn tuõn theo quy định sắp xếp dưới đõy:

gnd

Vref+

Vref

IN7 IN6 IN5 IN4 IN3 IN2 IN1 IN0

eoc

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

START ALE C B A OE

Hình 3.2: Sơ đồ mạch biến đổi A/D - ADC0809.

1 1 0 IN6

Nguyờn tắc làm việc của bộ biến đổi ADC0809 cũng khụng cú gỡ phức tạp.Một xung dương ở chõn START kớch hoạt sự biến đổi Qua đú mẫu bit ở lối vàođịa chỉ A, B, C cũng đồng thời được chốt và xỏc định kờnh cần biến đổi Trongquỏ trỡnh biến đổi chõn ra EOC đứng ở mức Low, sau cỡ 100s mức này sẽchuyển sang High và bỏo hiệu sự kết thỳc quỏ trỡnh biến đổi Sau đú kết quả củaquỏ trỡnh biến đổi sẽ xếp hàng ở cỏc đường dẫn dữ liệu D0D7 Khi OE=1 cỏcđường dẫn cú thể được đọc tiếp

1.2 Bộ biến đổi số sang tương tự (D/A) AD7524.

Bộ biến đổi D/A AD7524 là bộ biến đổi cú bus dữ liệu là 8 bit, một đầu ra,nờn để thiết kế cho hệ thống cú 8 kờnh điều khiển thỡ ta phải cú thờm một bộphõn kờnh với tớn hiệu chọn kờnh do mỏy tớnh phỏt ra

Bộ biến đổi AD7524 làm việc theo nguyờn tắc như trỡnh bày ở chương1.

Điện trở R của mạng điện cỡ 10k Hỡnh 3.3 chỉ ra một mạch điện điển hỡnh

của bộ biến đổi D/A – AD7524

Cỏc lối ra OUT1 và OUT2 là cỏc điểm chung của dũng điện Dũng tiờu thụcủa vi mạch AD7524 khoảng 1mA khi điện ỏp nguồn là 5V Điện ỏp nguồn ởchõn ra VDD cú thể được lựa chọn trong khoảng 515V Tất cả cỏc lối vào đềutương thớch TTL Cỏc chõn ra CS (Chip Select) và WR (Write) khi ghi vào mộtbyte dữ liệu cần phải cú mức Low Sau đú, chõn WR chuyển trở lại mức High

và byte dữ liệu được lưu trữ lại trong bộ biến đổi D/A Khi sử dụng vi mạchAD7524 thỡ điều đặc biệt đỏng quan tõm là ở chõn UREF (điện ỏp so sỏnh) cú thểcho phộp đấu vào cả điện ỏp dương cũng như điện ỏp õm Thậm chớ điện ỏp nàycũng cú thể là một điện ỏp xoay chiều

1.3 Mạch phõn kờnh (Demultiplexer - DMUX) 8 đầu ra DM74138.

Mạch phõn kờnh cú tỏc dụng chuyển tớn hiệu từ 1 kờnh vào ra 1 trong 8kờnh ở đầu ra ứng với 3 bit chọn C,B,A

Đồ ỏn tốt nghiệp

5V15V AD7524

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 /CS

VDD UREF RFB OUT1 OUT2 /WR GND +/U

Hình 3.3: Sơ đồ mạch bộ biến đổi D/A - AD7524.

7

8

RXD TXD DTR RTS

MAX232

V+

GND V

R1I T1O

C9 10

C10 10

C5 10

C4 10

T1I R1O

CDP6420

D7OUT D6OUT D5OUT D4OUT D3OUT D2OUT D1OUT D0OUT

TRC RRC /DRR RRI

GND EPE SBS SFD RRD MR TRO

/TBRL DR

VCC CRL CL31 CL32 P1

D7IN D6IN D5IN D4IN D3IN D2IN D1IN D0IN

R1 6.8K

TR1 5K

IC2a C1

1n

H×nh 3.5: Module ghÐp nèi víi cæng nèi tiªp cña m¸y tÝnh.

1.4 Bộ chuyển đổi tín hiệu từ nối tiếp sang song song và ngược lại.

Module chuyển đổi tín hiệu từ nối tiếp sang song song và ngược lại có linhkiện trọng tâm là bộ phát nhận không đồng bộ vạn năng CDP6402 và một vimạch phụ trợ khác là vi mạch MAX232 của hãng MAXIM để thích ứng với tínhiệu ở mức 12V12V trên giao diện RS232 (COM)

Module này cho phép đọc vào cũng như đưa ra 8 tín hiệu TTL qua giaodiện nối tiếp của máy tính PC

1.4.1.Bé phát nhận không đồng bộ vạn năng CDP6402.

Thông số kỹ thuật đặc trưng của vi mạch CDP6402:

- Công suất tiêu thụ không đáng kể: 7.5mW ở 3.2MHz và Vcc=5V

- Tốc độ Boud cực đại:200kBoud khi nguồn nuôi là 5V 200kBoud khi nguån nu«i

lµ 5V

400kBoud khi nguồn nuôi là 10V

- Điện áp nguồn nuôi 4V10.5V

- Có thể đặt khuôn mẫu truyền dữ liệu bằng phần cứng

Đồ án tốt nghiệp

DM74138 S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 VEE C B A

S /EN

H×nh 3.4: M¹ch ph©n kªnh DM74138.

Sơ đồ chõn như sau:

Chức năng của cỏc chõn riờng biệt:

1 VDD Cực dương của nguồn nuụi

3 GND Mass, Đất, 0V

4 RRD Receive Register Disable

Khi tớn hiệu này dẫn đến mức High thỡ cỏc đường dẫn lối raD0OUTD7OUT chuyển sang trạng thỏi điện trở cao

Cỏc bit dữ liệu đó đến theo cỏch nối tiếp ở chõn 20 sẽ xuấthiện theo cỏch song song ở cỏc lối ra ba trạng thỏi (tristate):D7OUTD0OUT

13 PE Parity Error: Sai số chẵn lẻ

Một mức logic 1 ở chõn này bỏo hiệu là bit chẵn lẻ đó đượclập trỡnh khụng đồng nhất với bit nhận được Nếu như bitchẵn lẻ khụng được kớch hoạt thỡ chõn này nằm ở mức Low

Đồ ỏn tốt nghiệp

Hình 3.6: Sơ đồ chân vi mạch CDP6402.

14 FE Framming Error: Sai sè Framming

Mức High ở chân này báo hiệu là bit dừng đầu tiên là không

có giá trị FE giữ nguyên High cho đến khi nhận được mộtbit dừng có giá trị

15 OE Sai sè Overrun

OE sau đó trở nên High, nếu như một byte mới đã đượcnhận Trước khi byte cũ được đọc từ thanh ghi nhận

16 SFD Status Flag Disable

Một mức cao ở chân này có nghĩa là các lối ra PE, FE, OE,

DE và TBRL trở nên có điện trở cao

17 RRC Receiver Register Clock:

Ở RRC, tín hiệu giữ nhịp của bộ nhận nối tiếp được dẫn đến.Tần số cần phải được thiết lập ở giá trị 16 lần lớn hơn tốc độ

18 DRR Data Received Reset

Mét xung Low ở chân này đặt DR trở lại Low

19 DR Data Received

DR=1 báo hiệu là các dữ liệu đã được nhận một cách đầy đủ

và có mặt ở các lối ra D7OUTD0OUT Trước khi mét byte

dữ liệu có giá trị tiếp theo có thể được báo hiệu, tín hiệu DRcần phải được đặt lại bằng một xung âm ở DRR (chân 18)

20 RRI Receiver Register Input

Ở chân này tín hiệu lối vào nối tiếp được dẫn đến

21 MR Master Reset

Với mức High, việc Reset linh kiện sẽ được thực hiện PE,

FE, OE và DR được đặt lại, trong khi TRE, TBRE và TROđược đặt lên mức cao

22 TBRE Transmitter Buffer Register Empty

Một mức cao ở chân này báo hiệu là thanh ghi của bộ gửiđang trống và sẵn sàng tiếp nhận dữ liệu mới

23 TBRL Transmitter Control Register Load

Mét xung Low sẽ xoá để gửi đi các bit dữ liệu Bằng sườn

Đồ án tốt nghiệp

bên nhận theo cách nối tiếp với bit khởi động và bit dõng.

24 TRE Transmitter Register Empty

Một mức cao báo hiệu là linh kiện đã làm xong việc gửi

25 TRO Transmitter Register Output

Các bit dữ liệu xếp kề sát song song D0IND7IN được gửibao gồm bit khởi động và bit dõng qua đường dẫn TRO tớibên nhận

34 CRL Control Register Load: nạp thanh ghi điều khiển Một mức

High nạp các bit điều khiển vào thanh ghi điều khiển

38 CLS1

40 TRC Transmitter Register Clock

Ở TRC có tín hiệu giữ nhịp của bộ gửi nối tiếp tần số cầnphải được thiết lập lớn hơn tốc độ Baud 16 lần

Bộ phát nhận không đông bộ vạn năng UART CDP6402 là một linh kiện đểtruyền dữ liệu qua giao diện nối tiếp được tích hợp ở mức độ cao, do hãngHARIS sản xuất Bộ UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)này chứa trên cùng chip một bộ gửi và bộ nhận nối tiếp hoạt động hoàn toàn độclập với nhau Bộ gửi nối tiếp truyền đi sau mét xung khởi động các dữ liệu xếp

kề sát qua một đường dẫn tời bộ nhận và gửi kèm theo một các tự động các bítkhởi động và bit dừng Bên bộ nhận lại có được các dữ liệu đã nối tiếp đến dểchuyển sang dạng song song Điểm đáng lưu ý ở vi mạch này là khuôn mẫutruyền dữ liệu có thiể thiết lập trước bằng phần cứng qua các mức logic ở cácchân, nhờ vậy mà vi mạch này có thể được sử dụng một cách vạn năng

R1I T1O

C9 10

C10 10

C5 10

C4 10

T1I R1O

Vi mạch này nhận mức RS232 đã được gưởi từ máy tính PC và biến đổi tínhiệu này thành tín hiệu TTL, để sau đó dẫn tới bộ UART CDP6402 Mặt kháctín hiệu từ bộ UART được biến đổi thành mức –12V12V và gửi tới máy tính

PC Theo cách này khoảng cách giữa máy tính PC và module biến đổi có thể đạtđến 20m

1.5 Ghép nối các module đã giới thiệu ở trên thành một bo mạch.

Xem Hình 3.8 ở trang sau

Đồ án tốt nghiệp

Hình 3.9: sơ đồ nghuên lý điều khiển nhiệt độ lô sấy.

2 Hệ thống điều chỉnh tự động nhiệt độ cỏc lụ sấy.

Với hệ thống chuyển đổi thiết kế như ở trờn ta cú thể dựng để điều khiển vàgiỏm sỏt đồng thời 8 kờnh (cú thể là 8 lụ sấy) độc lập với mỗi kờnh cú một nhiệt

độ đặt cụ thể với thụng số điều khiển độc lập

Để xột một quỏ trỡnh đo lường điều khiển nhiệt độ cụ thể bằng mỏy tớnh taxột đối tượng điều khiển là nhiệt độ của 1 lụ sấy

Đồ ỏn tốt nghiệp

Đối tượng đo và điều khiển là lụ sấy:

Trong đú:R/U – chuyển đổi điện trở sang điện ỏp R/U – chuyển đổi điệntrở sang điện áp

A/D – chuyển đổi tương tự sang số

MT – mỏy tớnh D/A – chuyển đổi số sang tương tự

U/I – chuyển đổi điện ỏp sang dũng điện

I/P – chuyển đổi dũng điện sang điện ỏp

Nguyờn lý làm việc:

Hơi từ thiết bị gia nhiệt được bơm tuần hoàn qua van rồi tới lụ sấy Khilượng hơi vào lụ sấy càng nhiều thỡ nhiệt độ lụ sấy càng tăng Điều đú đồngnghĩa với việc điện trở của cảm biến Pt100 cũng tăng vỡ:

Rt = R0 (1 + 3,9710-3t + 5.8510-7t2)Với:t – nhiệt độ mụi trường đặt Pt100 t – nhiệt độ môi trờng đặtPt100

Rt – điện trở của Pt100 ở nhiệt độ t

R0 – điện trở của Pt100 ở 00C (R0 = 100)Giỏ trị điện trở nhận được từ Pt100 sẽ được đưa đến bộ chuyển đổi R/U đểchuyển thành giỏ trị điện ỏp cần thiết (thường là:05V) Sau khi qua bộ chuyểnđổi R/U tớn hiệu được đưa qua bộ chuyển đổi A/D, tớn hiệu Analog được biếnđổi thành cỏc giỏ trị sụ (Digital) rời rạc và đưa vào mỏy tớnh Tại đõytớn hiệu sẽđược mỏy tớnh xử lý theo yờu cầu Tớn hiệu điều khiển được đưa qua bộ chuyểnđổi D/A chuyển đổi thành tớn hiệu analog Tớn hiệu này qua bộ chuyển đổi I/Ptỏc động vào cơ cấu chấp hành điều khiển gúc mở của van làm thay đổi lượnghơi vào lụ sấy từ đú làm thay đổi nhiệt độ lụ sấy

2.1 Đặc điểm của lụ sấy và phương phỏp điều chỉnh nhiệt độ lụ sấy.

2.1.1 Đặc điểm của lụ sấy:

Đồ ỏn tốt nghiệp

Tớn hiệu nhiệt độ núi chung là cú quỏn tớnh lớn, sự thay đổi nhiệt độ của lụsấy xảy ra chậm Lụ sấy cú dung lượng càng lớn thỡ quỏn tớnh càng lớn.

Nhiệt độ của lụ sấy khụng hoàn toàn đồng đều nờn việc xỏc định nhiệt độcủa lụ sấy cũn phụ thuộc vào vị trớ đặt cảm biến đo Cảm biến đo phải được đặt

ở vị trớ mà ở đú nhiệt độ cú độ hiệu dụng lớn nhất (tức là nhiệt độ ở đú cú ảnhhưởng lớn nhất đến quỏ trỡnh sấy), nờn cảm biến đo phải được đặt sỏt bề mặt lụsấy

2.1.2.Phương phỏp điều chỉnh nhiệt độ lụ sấy.

Đại lượng điều chỉnh là nhiệt độ lụ sấy Để điều chỉnh nhiệt độ của lụ sấychớnh là điều khiển gúc mở của van làm thay đổi lượng hơi thổi vào

Thụng số kỹ thuật của van

Kiểu NAF 370200 cơ cấu định vị van bằng khớ nộn

Chức năng Chuyển tớn hiệu khớ nộn thành gúc mở của van

Tớn hiệu điều khiển Khớ nộn 20KPA100KPA

Nhiệt độ mụi trường -300C800C

Chức năng chuyển đổi Gúc quay 600 với van bướm, 900 với van bi Đặc tớnh

là tuyến tớnh (L) hoặc tỷ lệ phần trăm (P) cú thể lựa chọn kểu tỏc động trực tiếp (D) hay tỏc động ngược (R)

Nguồn cung cấp Mat 800KPA (8bar), khớ khụ và sạch

Độ chớnh xỏc Dải trễ <0.3% tớn hiệu vào

Độ trễ <0.5% so với chuyển động của van

Sơ đồ nguyờn lý của bộ điều khiển van

Đồ ỏn tốt nghiệp

Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển van

1 – Nguồn cung cấp khí 8 - Điều khiển van

Cam disc (cam hình đĩa):

Bộ phận cam thể hiện mối qua hệ giữa tín hiệu điều khiển và chế độ đặt vantuỳ theo các loại khác nhau chính vì vậy cần phải chọn lùa đặc tính theo tỷ lệphần trăm (P) hay đặc tính tuyến tính (L) Có thể chọn loại có góc quay 600 (vanbướm) hay 900 (van bi) Mỗi cam disc có hai cam khác nhau: D – cam (tác độngtrực tiếp) – khi tín hiệu điều khiển tăng thì độ mở của van tăng, R – cam (tácđộng đảo) – khi tín hiều điều khiển tăng thì độ mở van giảm Muốn chuyển chứcnăng của cam cần phải thực hiện quay 1800

Bộ định vị:

Bộ định vị van được thiết kế gắn trực tiếp trên những bộ tác động NAF Bộphận chuyển động quay được truyền động nhờ trục dẫn động trong bộ định vị

Tín hiệu điều khiển:

Khoảng tín hiệu điều khiển: 20KPA100KPA

Nguyên lý hoạt động của van:

Cơ cấu định vị van làm việc theo nguyên tắc cân bằng lực, nguồn cung cấpkhí được cấp vào (1), nguồn áp lục tới điều khiển van (8) được nối qua hai ốngdẫn tới bộ tác động (10), khi tín hiệu điều khiển thay đổi cánh tay đòn cân bằng(7) sẽ dịch chuyển vì lực tác động từ màng xếp va lò xo (11) làm mất cân bằng

Bộ phận trượt điều khiển van (9) được gắn với đòn cân bằng, khi bộ phận trượt

di chuyển nguồn cung cấp khí tới bộ tác động thay đổi Trục (6) được đưa trựctiếp nối với trục của bộ tác động (10) Piston trong bộ tác động di chuyển làmquay trục (6) và cam (5), cùng thời điểm đó thanh đẩy (4) bị tác động làm cholực tác động lên lò xo (11) thay đổi Sự di chuyển vẫn còn tiếp tục cho tới khilực của lò xo được cân bằng với lực đẩy từ màng xếp Đòn cân bằng (7) và khetrượt (9) khi đó trở lại trạng thái cân bằng và van có một vị trí tương ứng với tínhiệu điều khiển Có thể điều chỉnh điểm 0 bởi vít (12), chỉnh giới hạn bởi vít(13)

2.1.3 Cơ cấu chấp hành điều khiển góc mở van.

Đồ án tốt nghiệp

Tín hiệu vào của cơ cấu chấp hành được lấy từ bộ chuyển đổi D/A của bomạch giao tiếp với máy tính ở mục trên

Để tín hiệu đó có thể điều khiển góc mở van cần phải qua hai lần chuyểnđổi: tín hiệu điện áp từ đầu ra của bộ D/A được đưa qua mạch chuyển đổi U/Ithành tính hiệu dòng điện, tín hiệu dòng điện sau đó được đưa qua bộ chuyểnđổi I/P thành tín hiệu điện áp đưa vào van để điều khiển góc mở van

Sau đây ta lần lượt xét hai mạch chuyển đổi U/I và I/P

a Mạch chuyển đổi U/I.

Chuyển đổi tín hiệu 05V được phát ra từ bộ D/A sang dòng điện420mA để truyền cho bộ chuyển đổi I/P điều khiển van khí nén

Chọn R3 và hiệu chỉnh sao cho khi máy tính phát ra con sè 225 thì

Ira=20mA, khi máy tính phát ra sè 0 thì ta phải điều chỉnh điện áp vào chânoffset của LM741 sao cho Ivào=4mA

b Bộ chuyển đổi I/P.

Dây là một bộ chuyển đổi cơ bản của cơ cấu chấp hành nhằm chuyển đổi tínhiệu điều khiển từ máy tính thành tín hiệu tác động lên đối tượng Tín hiệu vào

là dòng điện, tín hiệu ra là khí nén được truyền vào van khí nén làm thay đổi độ

Hỉnh 3.12: Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi I/P.

Sơ đồ nguyờn lý:

Nguyờn lý làm việc:

Khi cú dũng điện chạy qua cuộn dõy bị nam chõm hút xuống, vũi phun 4 bịnắp đậy 3 đậy lại do đú ỏp suất trong buồng A tăng lờn làm van cầu 5 và ỏp suấttrong buồng B cũng tăng lờn dẫn đến ỏp suất ra cũng tăng lờn

Áp suất ra qua xi phụng 6 liờn hệ nghịch tỏc động trở lại cỏnh tay đũn làmvan mở ra sao cho mụmen lực đẩy phản hồi của xiphụng cõn bằng với mụmenlực hút của nam chõm Kết quả là ỏp suất P tỷ lệ với dũng điện vào

Áp suất khớ nộn ra thay đổi trong khoảng 0.21at Tại thời điểm ban đầuđiều chỉnh vớt sao cho ỏp suỏt ra Pr = 0.2 ứng với dũng điện lỳc đú là 4mA Đõy

là giới hạn dưới Giới hạn trờn được điều chỉnh bởi R1 sao cho khi dũng vàobằng 20mA thỡ Pr = 1at

3 Thiết kế phần mềm cho hệ thống.

3.1 Thiết kết thuật toỏn điều khiển.

Giỏ trị đo đầu vào (nhiệt độ) liờn tục được biến đổi thành cỏc giỏ trị số rờirạc

t(I) = m*I + n(*) (*)

Đồ ỏn tốt nghiệp

t(I) – hàm quan hệ bậc nhất giữa nhiệt độ và dòng điện I

m,n – các hằng số dược xác định như sau:

với I = 4mA I = 4mA200mA thì t = 00C2000C

 dùa vào phương trình (*) ta có ,

Muốn điều khiển một đối tượng băng máy tính thực tế ta chỉ cần quan tâmđến các giá trị của: điện áp vào Uv (tín hiệu phản hồi), độ sai lệch e giữa giá trjđặt Usp (set point)và tín hiệu vào Uv, tín hiệu ra của bộ PID Còn các khối nhưkhối khuếch đại công suất, bộ biến đổi nhiệt độ thành điện áp và khuếch đại điện

áp đó đến điện áp vào máy tính ( 0 5vôn ) đều được thực hiện bằng phần cứng,

ta chỉ xét nó nhằm có thể đưa vào một tín hiệu điều kiển Usp phù hợp để có mộtnhiệt độ mong muốn Như vậy điều khiển bằng phần mềm chính là dùa vào tínhiệu phản hồi Uv, so sánh với tín hiệu điều khiển Usp và cho ra một điện áp điềukhiển U tương ứng vào bộ khuếch đại công suất (chấp hành) Để thực hiện đượcđiều đó ta phải tiến hành rời rạc hoá bộ điều khiển, từ phương trình rời rạc thựchiện các thuật toán cần thiết để có thể cho ra một điện áp điều khiển ở cổng racủa máy tính

Thực hiện rời rạc hoá bộ điều khiển bằng phương pháp số TUSTIN:

+ Rời rạc hoá bộ điều khiển P:

Phương trình bộ điều khiển P:

=> phương trình rời rạc chỉ đơn giản là: u[k]=Kc.e[k]

+ Rời rạc bộ điều khiển PI:

Phương trình bộ điều khiển PI:

đặt:

=>

<=> 2Ti.Z.u-2Ti.u=(2KcTi+T)Z.e+(T-2KcTi)e

=> 2Ti.u[k+1]-2Ti.u[k]=(2KcTi+T)e[k+1]+(T-2KcTi)e[k]

hoặc 2Ti.u[k+2]-2Ti.u[k+1]=(2KcTi+T)e[k+2]+(T-2KcTi)e[k+1]

+Rời rạc bộ PID:

sau khi thực hiện rời rạc như trên ra được phương trình sai phân:

u[k+2]=u[k]+B2*e[k+2]+B1*e[k+1]+B0*e[k]

Lưu đồ thuật toán điều khiển theo quy luật PI

3.2 Tiến hành thiết kế phần mềm điều khiển giám sát.

Ngôn ngữ sử dụng để thiết kế là Visual Basic

Visual Basic là một công cụ phát triển phần mềm (nó thuộc công cụ pháttriển phần mềm Visual Studio của Microsoft) như các trình biên dịch Pascal,Basic, C/C++, SDK, (còn gọi là ngôn ngữ lập trình) Các ngôn ngữ trên chạytrên nền DOS và việc thiết kế một giao diện trang nhã dễ sử dụng, dùng chuột làrất phức tạp và mất nhiều thời gian, nhưng với Visual Basic chay trên nềnWINDOWS thì việc thiết kế một giao diện người – máy trở nên đơn giản và tiếtkệm thời gian hơn hẳn các loại trên

Visual Basic gắn liền với khái niệm lập trình trực quan (visual), nghĩa là khithiết kế chương trình, ta sẽ được nhìn thấy ngay kết quả qua từng thao tác vàgiao diện khi chương trình thực hiện Đây là thuận lợi lớn so với các ngôn ngữlập trình khác Visual Basic cho phép tạo các đối tượng một cách đơn giản,nhanh chóng với màu sắc, kích thước, hình dáng trang nhã

Để phát triển một ứng dụng với Visual Basic ta có thể thực hiện theo bốnbước, tuy nhiên sự phân cách giữa các bước là không rõ ràng

Bước đầu tiên: ta phải hoạch định những gì người dùng sẽ thấy – nói cách

khác, là thiết kế các màn hình giao diện người – máy

Bước thứ hai: sau khi thiết kế xong dao diện sẽ lập trình truyền thống

Visual Basic là ngôn ngữ lập trình theo kiểu đáp ứng các biến cố tức là cácđối tượng trong Visual Basic sẽ nhận biết các biến cố chẳng hạn như biến cốnhấp chuột, Ên một phím nào đó Các đối tượng sẽ đáp ứng các biến cố tuỳ theo

Đồ án tốt nghiệp

Cỏc chương trỡnh trong lập trỡnh qui ước chạy từ trờn xuống Tức là sự thihành bắt đầu từ dũng đầu tiờn rồi chuyển theo dũng chảy của của chương trỡnhđến cỏc phần khỏc theo yờu cầu.

Bước thứ ba và thứ tư là tỡm lỗi và chỉnh sửa cỏc mó lệnh cú lỗi.

Tuy nhiờn như ta đó núi ở trờn là sự phõn cỏc giữa cỏc bước là khụng rừràng Trong lúc ta đang lập trỡnh cỏc biến cố ta cú thể thờm một đối tượng nào

đú vào trong ứng dụng mà ta cảm thấy cần thiết, hoặc lỳc ta lập trỡnh cú thể tiếnhành tỡm lỗi và sửa lỗi phần mà ta đó lập trỡnh được Điều này làm giảm sự phứctạp trong tỡm lỗi và sửa lỗi đối với cỏc chương trỡnh lớn

Để cú thể tiến hành điều khiển, giỏm sỏt cỏc quỏ trỡnh trong cụng nghiệpbằng mỏy tớnh, trước hết phải cú được mối liờn hệ cần thiết giữa mỏy tớnh vớithế giới bờn ngoài Một chương trỡnh điều hành hệ thống ghộp nối phải cú đủkhả năng đảm nhận việc thu thập thụng tin từ đối tượng bờn ngoài và điều khiểnchỳng Để ghộp nối mỏy tớnh với đối tượng bờn ngoài ta cú thể thực hiện theocỏc phương ỏn:

 Sử dụng cỏc cổng ghộp nối đó cú sẵn trờn mỏy tớnh (cổng nối tiếp, songsong) Đõy là phương ỏn tiết kiệm và đơn giản nhất cú thể sử dụng với cỏc quỏtrỡnh khụng cần tốc độ truy cập nhanh

 Sử dụng card mở rộng được cắm vào cỏc rónh cắm mở rộng cú trong mỏytớnh, theo cỏch này cho phộp đạt được tốc độ truy cập lớn nhất, nhưng cũng đũihỏi chi phớ cao

 Ghộp nối với một bộ xử lý riờng để thực hiện những bài toỏn khỏc màkhụng cần trao đổi dữ liệu với mỏy tớnh Khi đú người thiết kế phải phõn định rừbài toỏn lập trỡnh đối với hệ thống này

Lập trỡnh ghộp nối mỏy tớnh ta cú thể sử dụng cỏc ngụn ngữ lập trỡnh:Pascal, C/C++, Visual C++, nhưng với điều kiện thời gian eo hẹp thỡ ngụn ngữlập trỡnh Visual Basic là phương ỏn thớch hợp nhất

Việc lập trỡnh ghộp nối mỏy tớnh bằng Visual Basic thực hiện được nhờ sửdụng cỏc thư viện DLL(Dynamic Link Library: thư viện liờn kết động) là cỏcthư viện hàm Cỏc thư viện DLL (cỏc tệp *.DLL) cú thể cú sẵn trongWINDOWS hoặc cú thể do người sử dụng tạo ra từ cỏc ngụn ngữ lập trỡnh khỏc.Khi lập trỡnh Visual Basic ta cú thể gọi cỏc hàm cú trong thư viện DLL Để gọicỏc hàm trong một thư viện DLL nào đú thỡ ta phải khai bào thư viện đú trongthủ tụ cú sử dụng hàm, vớ dụ để sử dụng hai hàm:

Out Port adr.datXuất dữ liệu ra một địa chỉ Xuất dữ liệu ra một địa chỉ

Đồ ỏn tốt nghiệp