Chương 17 MÁY TÍNH – GIAO DIỆN VỚI QÚA TRÌNH Thực Lê Trung PHẦN VII ĐIỀU KHIỂ KHIỂN QUÁ TRÌNH NHỜ MÁY TÍNH Chương 17 GIAO DIỆN GIỮA MÁY TÍNH VỚI QÚA TRÌNH 17.1 KHÁI QUÁT Trong phần xem xét vấn đề dùng máy tính để điều khiển trình sản xuất Trước hết việc giao diện máy tính trình Máy tính phải có khả giao tiếp với môi trường nó.Trong hệ thống xử lý liệu, giao tiếp thực thiết bò xuất nhập mà xem xét chương 2, thiết bò đọc thẻ, máy in, hình CRT Trong sản xuất nhờ máy tính, môi trường máy tính thiết bò mà bao gồm trình sản xuất Như hệ thống điều khiển qúa trình, máy tính phải có khả cảm nhận biến số quan trọng qúa trình trì kiểm soát qúa trình cách hiệu qủa Trong mục sau xem xét số thành phần quan trọng hệ thống điều khiển qúa trình nhờ máy tính 17.2 DỮ LIỆU VỀ VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT Chúng ta xem xét chất liệu liên kết máy tính với qúa trình sản xuất Những liệu chia làm ba loại: Tín hiệu tương tự liên tục (thí dụ nhiệt độ, áp suất, dòng chất lỏng), Dữ liệu nhò phân rời rạc (on, off, đóng mở, mức điện áp +5V, ) Dữ liệu xung (tín hiệu xung máy phát xung thực hiện, thí dụ dùng để điều khiển môtơ bước) Ba dạng tín hiệu thể hình 17.1 Tìn hiệu tương tự Tìn hiệu nhò phân Tìn hiệu xung Hình 17.1 Ba dạng liệu qúa trình sản xuất 17.3 HỆ THỐNG BIÊN DỊCH DỮ LIỆU VỀ QÚA TRÌNH Có cách biểu diễn liệu nhập xuất máy tính qúa trình Đó là: Chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số Tín hiệu nhập kiểu công tắc Đếm xung Chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự CAD/CAM 199 Chương 17 MÁY TÍNH – GIAO DIỆN VỚI QÚA TRÌNH Lê Trung Thực Tín hiệu xuất kiểu công tắc Thiết bò phát xung Giao diện tổng quát máy tính qúa trình thể hình 17.2 Bộ biến đổi tín hiệu tương tự-số Thiết bò nhập kiểu công tắc Máy tính số Thiết bò đếm xung Bộ biến đổi tín hiệu số-tương tự Thiết bò ngoại vi xử lý liệu Quá trình sản xuất thiết bò Thiết bò xuất kiểu công tắc Bộ phát xung Hình 17.2 Giao diện máy tính trình 17.4 CÁC THIẾT BỊ GIAO DIỆN PHẦN CỨNG Các thiết bò dùng để thực giao diện máy tính qúa trình Thiết bò chuyển đổi tín hiệu cảm biến Thiết bò chuyển đổi dùng chuyển đổi đại lượng vật lý sang đại lượng vật lý khác dễ sử dụng dễ đánh giá Khi thiết bò chuyển đổi dùng dể đo giá trò đại lượng vật lý chúng coi cảm biến (sensor) Có hai dạng thiết bò chuyển đổi tương tự số Thiết bò chuyển đổi tương tự phát tín hiệu liên tục, kiểu dòng điện điện đặc trưng cho biến trình Chúng có hai loại: mức thấp (vài milivolts) mức cao (cỡ lớn volt) Thiết bò chuyển đổi kiểu số phát tín hiệu số biểu diễn đại lượng đo dạng bít song song loạt xung đếm Nhờ tương thích dễ dùng với máy tính số chúng ngày sử dụng rộng rãi Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số Quá trình chuyển đổi gồm giai đoạn: Tín hiệu liên tục chuyển thành loạt tín hiệu tương tự dạng rời rạc theo thời gian CAD/CAM 200 Chương 17 MÁY TÍNH – GIAO DIỆN VỚI QÚA TRÌNH Lê Trung Thực Mỗi giá trò tương tự rời rạc biến thành số hữu hạn mức điện rời rạc với biên độ cho trước Các mức với biên độ cho trước biến thành dạng số Giai đoạn gọi encoding (mã hoá) Khi chọn chuyển đổi tương tự – số dùng công nghiệp phải lưu ý đến đặc tính nó: tốc độ chuyển đổi, thời gian chuyển đổi, độ phân giải Bộ chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự Nhận tín hiệu từ máy tính phát tín hiệu tương tự dạng điện dùng cho việc điểu khiển thiết bò tương tự ghi liệu máy in Đây thiết bò phản hồi máy tính trình mà đo đạc Quá trình chuyển đổi chia làm hai giai đoạn: Tín hiệu số chuyển đổi thành tín hiệu tương tự tương đương Giai đoạn gọi giải mã (decoding) Việc giải mã thực ghi nhò phân Điện xác đònh công thức: [ ( ) V0 = Vref 0.5B1 + 0.25 B2 + 0.125 B3 + + 2n ghi V −1 Bn ] V0 = đầu hoạt động giải mã Vref = nguồn điện tham chiếu, đại lượng lớn đầu B1, B2, …, Bn = trạng thái (0 1) bít nối tiếp Chuyển đổi tín hiệu từ ghi nhò phân thành tín hiệu tương tự liên tục gần Thí dụ: V0 = 10[0.5(1) + 0.25 (0) + 0.125(1) + 0.625(1) +0.03125(0) + 0.0156(1)] = 0.03125 Thiết bò chuyển đổi tín hiệu hàng loạt (multiplexers) Là thiết bò đóng ngắt nối hàng loạt với kênh nhập liệu từ trình Nó chia sẻ thời gian sử dụng với chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số (và khuếch đại tín hiệu) tín hiệu vào Nó có chuyển đổi tính hiệu tương tự – số riêng biệt Do việc lắp đặt chuyển đổi cho nhiều tín hiệu đến máy tính đắt tiền nên việc sử dụng multiplexers hữu ích rẻ tiền mà đáp ứng nhu cầu chuyển đổi hệ thống 17.5 XỬ LÝ TÍN HIỆU NHẬP XUẤT DẠNG SỐ Dừng hệ thống Máy tính trang bò hệ thống logic để điều khiển việc dừng máy móc trình Mục tiêu hệ thống cho phép việc đóng ngắt chương trình chương trình để đáp ứng nhu cầu thiết bò thực trình Thí dụ ngắt mạch máy phôi, đưa phôi vào vò trí gia công Việc đóng ngắt nguyên nhân bên nguyên nhân bên hệ thống Mức độ ưu tiên ngắt sau: Mức (thấp nhất): Việc ngắt hệ thống người vận hành Mức 2: Việc ngắt sinh hệ thống Mức 3: Việc ngắt rơ-le thời gian CAD/CAM 201 Chương 17 MÁY TÍNH – GIAO DIỆN VỚI QÚA TRÌNH Thực Mức 4: Việc ngắt thực xong lệnh điều khiển Mức (cao nhất): Việc ngắt sinh qúa trình Lê Trung Lập trình điều khiển Phần lớn việc lập trình điều khiển thực ngôn ngữ assembly ngôn ngữ cấp cao FORTRAN Việc lập trình ngôn ngữ assemly thích hợp cho công việc đơn giản Những chương trình có ưu điểm hiệu qủa thực nhanh chóng hơn, đặc biệt việc tính toán phải lặp lại nhiều lần Những chương trình viết ngôn ngữ cấp cao đònh hướng đối tượng có ưu điểm giảm thời gian viết, quen thuộc với nhiều kỹ sư bác học 17.6 Phân cấp nối mạng máy tính sản xuất Tổ chức hoạt động máy tính theo kiểu phân cấp (hình 17.7) Máy tính vệ tinh Máy tính công ty Cấp Máy tính nhà máy Cấp Máy tính vệ tinh Máy vi tính Máy vi tính Máy vi tính Quá trình sản xuất Quá trình sản xuất Quá trình sản xuất Máy vi tính Quá trình sản xuất Cấp Cấp Nguyên công Hình 17.7 Tổ chức hoạt động máy tính sản xuất Ưu điểm hoạt động phân cấp máy tính sản xuất là: Việc điều khiển hình thành theo cấp Việc dùng máy tính kiểu tuỳ theo nhu cầu cấp Sự dư thừa sơ đồ tổ chức cho phép máy tính khác thực lại chức bò lỗi Các phần mềm thiết kế cho sơ đồ tổ chức dễ quản lý dự án lập trình hỗ trợ cách độc lập Tổ chức hoạt động máy tính theo kiểu mạng Có kiểu nối mạng máy tính sản xuất (hình 17.8) CAD/CAM 202 Chương 17 MÁY TÍNH – GIAO DIỆN VỚI QÚA TRÌNH Thực Lê Trung a) c) b) d) Hình 17.8 Các dạng nối mạng máy tính sản xuất a) Nối mạng kiểu điểm tới điểm b) Nối mạng kiểu c) Nối mạng kiểu dây treo d) nối mạng kiểu xoay vòng Nối mạng kiểu điểm tới điểm kiểu nối dây dẫn hai thiết bò với (điển hình nối máy tính với hình) Ưu điểm đơn giản, dây dẩn bò đứt dây dẫn hoạt động Tuy nhiên số lượng thiết bò tăng lên dây dẫn trở nên dài chi phí đắt tiền Nối mạng kiểu kiểu nối máy tính trung tâm (chủ) nối với số thiết bò ngoại vi (tớ) Nhược điểm kiểu nối mạng máy chủ bò trục trặc tất máy tớ không hoạt động Trong kiểu nối mạng dây treo máy tính thiết bò ngoại vò nối chung vào dây dẫn Dây gọi bus truyền liệu Nhược điểm kiểu nối mạng có hai xử lý có trể truyền liệu cho lúc Trong kiểu nối mạng xoay vòng, máy tính nối với dây dẫn chỗ bắt đầu kết thúc điều khiển xoay vòng, điển hình máy tính trì kiểm soát việc kết nối máy tính Khi có thông báo cho máy tính tất máy khác mạng nhận CAD/CAM 203 Chương 17 MÁY TÍNH – GIAO DIỆN VỚI QÚA TRÌNH Thực Lê Trung Câu hỏi ôn tập Dữ liệu trình sản xuất có dạng nào? cách biểu diễn tín hiệu nhập xuất gì? Làm để chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ngược lại? Tín hiệu nhập xuất dạng số thực nào? Máy tính sản xuất phân cấp nối mạng nào? HẾT CHƯƠNG 17 CAD/CAM 204 ... máy tính theo kiểu phân cấp (hình 17. 7) Máy tính vệ tinh Máy tính công ty Cấp Máy tính nhà máy Cấp Máy tính vệ tinh Máy vi tính Máy vi tính Máy vi tính Quá trình sản xuất Quá trình sản xuất Quá. .. động máy tính theo kiểu mạng Có kiểu nối mạng máy tính sản xuất (hình 17. 8) CAD/ CAM 202 Chương 17 MÁY TÍNH – GIAO DIỆN VỚI QÚA TRÌNH Thực Lê Trung a) c) b) d) Hình 17. 8 Các dạng nối mạng máy tính. .. thời gian CAD/ CAM 201 Chương 17 MÁY TÍNH – GIAO DIỆN VỚI QÚA TRÌNH Thực Mức 4: Việc ngắt thực xong lệnh điều khiển Mức (cao nhất): Việc ngắt sinh qúa trình Lê Trung Lập trình điều khiển Phần lớn