Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 5 Lời nói đầu Nghiên cứu và ứng dụng tự động hoá (ngành tự động hoá) đã, đang và ngày càng khẳng định vai trò hết sức quan trọng trong cuộc sống con người. Nhờ những thành tựu của ngành tự động hoá, con người không phải tham gia trực tiếp hoặc ít phải tham gia vào những công việc khó khăn, vất vả, độc hại; tốn nhiều công sức, nhiều nhân lực như làm việc trong các nhà máy điện hạt nhân, hầm lò, khai thác… mà sản phẩm tạo ra lại có số lượng và chất lượng vượt trội nhiều lần. Ngành tự động hoá ngày nay đã đạt được những thành tựu lớn. Một nhà máy lớn được điều hành chỉ với một vài người, thậm chí không cần người điều hành, một bóng đèn tự bật sáng khi có người bược vào, một cánh cửa tự mở khi nhận biết người quen.... Tiến tới chúng ta có thể có những người máy có tư duy có thể làm những việc theo ý muốn con người. Những năm về trước, các thiết bị điều khiển (điển hình là rơle cơ, các thiết bị cảm biến, các cơ cấu chấp hành, các bộ chuyển đổi,… ) đều là các thiết bị tương tự, thực hiện các bài toán điều khiển đơn giản, độ chính xác không cao, độ tin cậy thấp, không có hoặc có rất ít khẳ năng lập trình. Nhờ tiến bộ trong công nghệ sản xuất linh kiện điện tử, công nghệ vi xử lý, mô hình thiết bị công nghiệp, dần dần các thiết bị số ra đời và thay thế các thiết bị tương tự do những ưu việt của chúng. Các thiết bị này có độ chính xác, độ tin cậy cao, có khẳ năng lập trình được, phù hợp với môi trường công nghiệp (chịu được ảnh hưởng của nhiễu: nhiệt độ, độ ẩm, nhiễu điện từ,… làm việc với cường độ cao, độ chính xác và độ tin cậy cao), đáp ứng được các bài toán điều khiển phức tạp với những yêu cầu cao, thực hiện trên những qui mô lớn. Điển hình cho thiết bị số này là PLC (Programmable Logical Controller). Mặc dù máy tính cá nhân (PC) đã có vai trò rất quan trọng trong cuộc sống, có năng lực bằng nhiều lần các thiết bị khả trình, nhưng sự xuất hiện của chúng với vai trò là thiết bị điều khiển trong công nghiệp rất mờ nhạt và gần như không được đề cập đến trong các bài toán điều khiển. Các PC không đáp ứng được các yêu cầu làm việc trong môi trường công nghiệp. Các nhà thiết kế lúc này chỉ còn biết nuối tiếc với tính năng mở, môi trường phát triển rộng, khả năng lập trình tự do, hiệu năng tính toán cao, tính năng ứng dụng lớn của PC.Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 6 Không những vậy, xây dựng bài toán điều khiển trên PC kinh tế hơn xây dựng trên các thiết bị khả trình. Một vài năm gần đây, các tiến bộ mới trong kỹ thuật linh kiện điện tử, trong kỹ thuật máy tính, công nghệ phần mềm, công nghệ truyền dẫn dữ liệu (công nghệ bus trường) khiến máy tính có thể thực hiện nhiệm vụ điều khiển dể dàng trong môi trường an toàn mà không phải đặt trực tiếp tại môi trường làm việc như trước đây. Nhờ vậy máy tính đã có thể đáp ứng các yêu cầu làm việc trong công nghiệp. Máy tính cá nhân đang là xu thế được chọn lựa trong điều khiển công nghiệp. Vì những lý do trên, máy tính đã có những loại được thiết kế riêng cho mục đích công nghiệp. PC104 là loại máy tính điển hình cho mục đích trên. Mọi sinh viên trong Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, trong quá trình 5 năm học tập của mình, đều phải trải qua ba lần thực tập. Trong đó quan trọng hơn cả là đợt thực tập tốt nghiệp. Sinh viên ngành Điều khiển tự động chúng em không nằm ngoài qui luật đó. Đây là một cơ hội để chúng em kiểm chứng, áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế. Hơn nữa, nó còn là thời gian chúng em được tiếp xúc với những thiết bị kĩ thuật hiện đại đang được các nhà máy, xí nghiệp, các trung tâm nghiên cứu ứng dụng rộng rãi. Nhóm chúng em gồm hai thành viên là Nguyễn Văn Hiến và Nguyễn Mậu Phương, lớp ĐKTĐ1K44. Đề tài tốt nghiệp mà chúng em đang làm là đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng điều khiển thời gian thực trên nền PC104” do giảng viên Tiến sĩ Hoàng Minh Sơn Bộ môn Điều khiển tự động – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hướng dẫn. Chúng em được thầy Sơn giới thiệu thực tập tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm Tự Động Hoá – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Đây là một nơi nghiên cứu, ứng dụng các kĩ thuật Tự động hóa vào sản xuất. Là một phòng thí nghiệm trọng điểm, Phòng thí nghiệm được nhà nước đầu tư các trang thiết bị hiện đại, có đội ngũ cán bộ khoa học có năng lực và trình độ chuyên môn cao. Nhiệm vụ chủ yếu của Phòng thí nghiệm là thực hiện các đề tài khoa học cấp Nhà nước; nghiên cứu, chuyển giao công nghệ cho các công ti trong và ngoài nước. Tại đây, chúng em đã được Thạc sĩ Phạm Quang Đăng – cán bộ của Phòng thí nghiệm – cũng như các thầy. các anh chị trong PhòngBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 7 thí nghiệm hướng dẫn tận tình. Trong thời gian thực tập, chúng em đã làm được một số việc sau: 1. Tìm hiểu, lắp ráp thành công máy tính PC104. 2. Khảo sát một đối tượng điều khiển là lò điện trở. 3. Tiến hành thiết kế mạch phần cứng của Card điều khiển lò điện trở. Ngoài ra, chúng em còn được làm quen với các thiết bị, linh kiện thường được sử dụng nhiều trong nghiên cứu cũng như thực tế sản xuất. Qua đó chúng em đã tích luỹ được những kinh nghiệm quí báu cho mình. Nội dung của bản báo cáo thực tập chúng em chia làm bốn phần. Những vấn đề được đề cập đến trong mỗi phần đều tương ứng với những công việc đã làm được trong đợt thực tập này. Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Hoàng Minh Sơn đã tạo cơ hội cho chúng em được thực tập tại một trong những Phòng thí nghiệm hàng đầu của Việt Nam, nơi chúng em có điều kiện tiếp xúc với những thiết bị điều khiển hiện đại nhất hiện nay. Chúng em cảm thấy mình may mắn hơn các bạn khác trong lớp rất nhiều. Đồng thời, chúng em cũng xin cảm ơn sự chỉ bảo, động viên của thầy dành cho trong suốt thời gian qua. Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các cán bộ, nhân viên của Phòng thí nghiệm Trọng điểm Tự Động Hoá, đặc biệt là Thạc sĩ Phạm Quang Đăng. Mặc dù luôn bận rộn với công việc song anh vẫn sắp xếp thời gian hướng dẫn chúng em tận tình. Chúng em biết rằng do sự nôn nóng, sự vụng về và bồng bột của tuổi trẻ mà chúng em đã làm nhiều điều không đúng. Chúng em mong rằng các anh là thế hệ những người đi trước sẽ không để tâm mà thẳng thắn chỉ ra những điều sai trái, cũng như chỉ bảo những điều đúng đắn cho chúng em. Dù đã rất cố gắng trong quá trình thực tập song do hạn chế của bản thân, chúng em không thể không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Nhưng với sự cố gắng học hỏi, tự hoàn thiện mình, đặc biệt cùng với sự chỉ bảo, hướng dẫn của các thầy, các anh trong Phòng thí nghiệm, chúng em tin rằng những thiếu sót đó sẽ sớm được khắc phục.Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 8 1 Giới thiệu về PC104 PC104 là một họ máy tính được thiết kế theo chuẩn máy tính công nghiệp. Đặc điểm chung của loại máy tính này là có cấu trúc dạng allinone (tất cả linh kiện được thiết kế trên một bo mạch) và cấu trúc dạng modul. Các modul ghép nối với PC104 thông qua khe cắm modul mở rộng (khe cắm này được thiết kế theo chuẩn ISA). 1.1 Sơ lược về cầu trúc PC104 Máy tính PC104 trên Phòng thí nghiệm là loại máy tính do hãng Nagasaki của Đài Loan sản xuất. Có nhiều thế hệ máy tính loại này ứng với tốc độ xử lý cũng như cấu trúc khác nhau. Ta tìm hiểu cầu trúc một thế hệ cụ thể của nó là PC104587VL. PC104 có cấu trúc như các máy tính cá nhân thông thường khác. Điểm khác biệt là nó được xây dựng với cấu trúc để phù hợp với cấu trúc của một thiết bị điều khiển có khả năng làm việc tin cậy hơn, có cấu trúc modul giúp mở rộng các modul điều khiển. PC104 có trọng lượng nhẹ (0,11kg) và kích thước nhỏ (96×90 mm), hoạt đông ở độ ẩm cho phép là 0% ÷ 95%, nhiệt độ hoạt động 0 ÷ 60 0 C (nhiệt độ dự trữ: 40 ÷ 850C), nguồn cung cấp: 5V ± 5% (thuộc loại nguồn thấp). Cấu hình cơ bản: CPU (Central Processing Unit): o NS Geode GX1, 300MHz, thuộc họ xử lý pentium. o Chipset NS CS5530A. o 16KB cho bộ nhớ lưu trữ dữ liệu trên chip. RAM: Một SDRAMPC100, 144 chân, dung lượng tử 32MB đến 128MB. Flash Disk: Dạng Modul, tuỳ chọn dung lượng từ 2, 8, 16, 32,… đến 512MB. HDDFDD: ổ cứng loại Notebook (44 chân cắm), chân cắm theo chuẩn IDE (Integrated Drive Electronics). BIOS: ACPI Bios với 256 KB flash EPROM. Chức năng hiển thị VGA (Video Graphics Array): Bộ nhớ hiển thị chia sẻ từ 1÷4MB cho phép ghép nối với màn hình CRT có độ phân giải đến 1024x768 hoặc TFT LCD. Hiển thị LCDBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 9 (Liquid Crystal Display) và CRT (Cathode Ray Tube) có thể làm việc ở cùng một thời điểm hoặc độc lập với nhau. PC104 587VL chỉ làm việc với loại TFT LCD (DSTN LCD không làm việc với PC104587VL). Các cổng vào ra khác: o 1 cổng song song: hỗ trợ chế độ SPPEPPECP o 2 cổng nối tiếp: COM1 theo chuẩn RS232, COM2 theo chuẩn RS232422485 o 2 cổng USB. o Cổng PS2 nối bàn phím, chuột. Bộ định thời ngăn chặn lỗi treo hệ thống WatchDog Timer với chu kỳ thiết đặt 0 ÷ 30s. 1.2 Cài đặt phần cứng Sơ đồ sắp xếp các rãnh trên PC104 được chỉ rõ ở hình dưới. Trong đó: CN1: điều khiển tín hiệu và nguồn công suất của bộ biến đổi LCD. CN2: bộ nối 18 bit cho giao diện LCD. CN3: bộ nối màn hình CRT. CN4: bộ nối ổ cứng chuẩn IDE. CN5: bộ nối ổ mềm. CN6 CN8: cổng COM1 COM2. CN7: cổng song song. CN9: kết nối chuột bàn phím. J1: bộ nối mạng LAN. J2: đầu cắm loa ngoài. J3: đầu nối cổng USB. J4: phích cắm nguồn. J5: nút khởi động lại.Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 10 Hình 1.1: Sắp xếp các chân và rãnh cắm của PC104 J6 JP1: đầu nối nguồn phụ và Jum thiết lập sử dụng nguồn phụ. BUS1: bộ nối PC104. LED1: đèn công suấtđịnh thời. DIMM1: rãnh cắm RAM. 1.3 Thiết lập hệ thống vào ra cơ sở (BIOS) 1.3.1 Các thiết lập cơ sở Bios của PC104 được thiết đặt cấu hình như các máy PC khác. Ở đây ta chỉ xét những vấn đề chung nhất cho việc thiết lập một máy tính thông thường và các vấn đề riêng trong lĩnh vực điều khiển. Quick Boot Trường này thiết đặt việc khởi tạo nhanh hệ thống khi nó được cho phép. Ta chú ý đến một số vấn đề sau: 1.BIOS sẽ không đợi đến 40s nếu tín hiệu READY (sãn sàng) không được nhận từ trình điều khiển IDE, và BIOS sẽ không thiết đặt cấu hình cho trình điều khiển IDE.Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 11 2.BIOS sẽ không đợi 0.5s sau khi gửi một tín hiệu RESET đến trình điều khiển IDE. Thiết lập mặc định: Enabled. Thuộc tính tuỳ chọn : Disabled, Enabled. 1st – 3st Boot Divece Trường này xác định nơi mà hệ thống tìm kiếm lựa chọn thiết bị khởi động cho hệ điều hành. Thiết lập mặc định là kiểm tra đĩa cứng (hard disk), tiếp đến kiểm tra ổ mềm (Floppy drive), và cuối cùng là ổ CDROM. Thiết lập tuỳ chọn: Disabled, IDE01, IDE02, IDE03, Floppy, ARMDFDD, ARMHDD, CDROM, CSCI và Network. Hỗ trợ chuột PS2 Chức năng chuột PS2 là tuỳ chọn. Trước khi đặt cấu hình cho chuột ta phải đảm bào rằng FB2502 hỗ trợ đặc tính này. Thiết đặt Enabled cho phép hề thống dò tìm một chuột cổng PS2 lúc khởi tạo. Nếu tìm thấy, IRQ12 (ngắt) sẽ được sử dụng chuột cổng PS2. IRQ12 sẽ được dành cho card mở rộng nếu chuột PS2 không được tìm thấy. Thiết đặt Disabled sẽ dành IRQ12 cho card mở rộng do đó chuột sẽ không hoạt động được. Thuộc tính tuỳ chọn: Disabled, Enabled. Thuộc tính mặc định: Enabled. Typematic rate Chức năng này chỉ định tốc độ lặp lại gõ phím khi một phím được nhấn và được giữ. Thuộc tính tuỳ chọn: Fast, Slow. Thuộc tính mặc định: Fast. System keyboard Trường này chỉ định một thông điệp lỗi xuất hiện hay không khi bàn phím không được gắn kết với máy tính. Thuộc tính tuỳ chọn: Absent (không có mặt), Present (có mặt). Thuộc tính mặc định: Absent. Primary DisplayBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 12 Trường này chỉ định kiểu màn hình được cài đặt trong hệ thống. Thuộc tính tuỳ chọn: Absent, VGAEGA, CGA40×25, CGA80×25, và Mono. Thuộc tính mặc định: Absent. Boot To OS2>64 MB Nếu sử dụng hệ điều hành OS2 và RAM hệ thống có dung lượng trên 64 MB, khi đó hãy chọn Yes, trái lại chọn No. Thuộc tính tuỳ chọn: Yes, No. Thuộc tính mặc định : No. Wait for ‘F1’ if Error AMIBIOS gửi thông báo lỗi được cho phép bởi: Press to continue (nhấn F1 để tiếp tục). Nếu trường này thiết đặt là Disabled, AMIBIOS không đợi để ta nhấn phím sau khi xuất hiện một thông điệp lỗi. Thuộc tính tuỳ chọn: Disabled, Enabled. Thuộc tính mặc định: Disbled. C000, 32k Shadow – E800, 32k shadow Trường này điều khiển vị trí của dung lượng 32KB ROM bắt đầu tại vị trí vùng nhớ được chỉ định bởi bởi người dùng. Nếu không có ROM tương ứng với chỉ định, nó sẽ sử dụng vùng ROM đã được thiết đặt trước bởi hệ thống, vùng này đã được tạo sẵn cho bus cục bộ.Các thiết đặt nay gồm: 1.Disabled: Thiết đặt này sẽ có tác dụng làm cho ROM video không được sao chép vào RAM. Nội dung của ROM video không được đọc hoặc viết từ bộ nhớ cache 2.Enabled: Nội dung của vùng có địa chỉ từ C000h – C7FFFh được viết vào cùng địa chỉ bộ nhớ hệ thống (RAM) để thực thi trên đó nhanh hơn. 3.Cache: Nội dung của vùng ROM đã được thiết đặt trước được viết vào cùng địa chỉ của bộ nhớ hệ thống (RAM) để thực hiện thao tác trên nó nhanh hơn, nếu ROM tương ứng (được chỉ định bởi người dùng) sử dụng ROM (được chỉ định bởi hệ thống).Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 13 Do đó nội dung RAM có thể được đọc hoặc viết từ bộ nhớ cache. Thuộc tính tuỳ chọn: Disabled, Enabled, Cache. Thuộc tính mặc định: Disabled. Video Memory Size Trường này chỉ định những dung lượng nhớ cho hiển thị VGA, ta có thể lựa chọn bộ nhớ Video trên VGA. Thuộc tính tuỳ chọn: 1.5 MB, 2.5 MB và 4 MB. Thuộc tính mặc định: 1.5 MB. LCD CRT Section Trường này chỉ định hiển thị VGA sẽ được sử dụng khi hệ thống khởi động. Ta có thể lựa chọn hoặc LCD hoặc CRT khởi tạo trên VGA. Thuộc tính tuỳ chọn: Both, LCD, CRT. Thuộc tính mặc định: CRT. LCD Type Khi sử dụng hiển thị LCD, trường này chỉ định độ phân giải cho các kiểu hiển thị TFT LCD. Thuộc tính tuỳ chọn: 640×480, 800×600, 1024 × 768. Thuộc tính mặc định: 640 × 480. IO Recovery Time Thời gian khôi phục trạng thái vào ra là một quãng thời gian được đo bằng các xung clock CPU, là thời gian mà hệ thống sẽ trễ sau khi đạt được một yêu cầu vàora để thực hiện yêu cầu vào ra tiếp theo. Trường này chỉ định thời gian để đầu vàora khôi phục lại cho việc truy nhập vào ra. Thuộc tính tuỳ chọn: No Delay, 2, 4 ,8, 16, 32, 64 and 128 xung. Thuộc tính mặc định: 32 xung. CAS Latency Trường này chỉ định khoảng thời gian trễ giữa tín hiệu CAS (Control Access System hệ thống truy nhập có điều khiển) và RAS (Random Access Storage bộ nhớ lưu giữ được truy nhập ngẫu nhiên)Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 14 của hệ thống SDRAM đồng bộ, truy nhập SDRAM là theo chu kỳ khi mà nó được cài đặt. Thuộc tính tuỳ chọn: 1, 2, 3, 4, 5, 6 và 7. Thuộc tính mặc định: 3. IRC Bit 24 – 27 TIM1 Trường này thiết đặt cho SDRAM, thiết đặt chu kỳ thời gian giữa lệnh làm tươi (refresh) và lệnh ACTPRE. Thuộc tính tuỳ chọn: 2, 3, 4, 5, 6, 7 và 8. Thuộc tính mặc định: 3. IRAS Bits 20 – 23 TIM1 Trường này thiết đặt cho SDRAM, lựa chọn chu kỳ thời gian giữa lệnh làm tươi (refresh) và lệnh ACT. Thuộc tính tuỳ chọn: 1, 2, 3, 4, 5, 6 và 7. Thuộc tính mặc định: 7. SDRAM Clock Ratio Trường này chỉ định tỷ lệ xung cho SDRAM. Thuộc tính tuỳ chọn: 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, và 4. Thuộc tính mặc định: 3.0. SDRAM Clock Shift Trường này chỉ định xung nhịp của SDRAM thích ứng với cài đặt SDRAM và thời gian duy trì yêu cầu cho việc tương thíc đó. Thuộc tính tuỳ chọn: No Shift, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, và 3.5. Thuộc tính mặc định: 1,5. 1.3.2 PCIPLUG AND PLAY Plug and Plug Aware OS Thiết đặt yes để cho BIOS biết rằng hệ điều hành có thể quản lý điều hành Plug và Play các thiết bị. Thuộc tính tuỳ chọn: Yes, No. Thuộc tính mặc định: No. PCI Latency TimerBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 15 Trường này chỉ định sự chọn lựa thích hợp độ trễ (của xung PCI) cho thiết bị PCI được nghép vào bus mở rộng PCI. Thuộc tính tuỳ chọn: 32, 64, 96, 128, 160, 192, 224 và 248. Thuộc tính mặc định: 64. PCI VGA Palette Snoop Khi Enabled (cho phép) được chọn lựa, thiết bị VGA đa nhiệm làm việc trên những bus khác nhau có thể quản lý dữ liệu từ CPU về mỗi thiết đặt cho những thanh ghi bảng màu của các thiết bị video. Bit 5 của thanh ghi lệnh trong không gian cấu hình thiết bị PCI là bit Snoop Palette VGA. Thuộc tính tuỳ chọn: Disabled: Dữ liệu đọc và ghi bởi CPU chỉ được trực tiếp cho thanh ghi bảng màu thiết bị VGA PCI. Enabled: Dữ liệu đọc và ghi bởi CPU là trực tiếp cho cả thanh ghi bảng màu của thiết bị VGA PCI và thanh ghi bảnh màu thiết bị VGA ISA, cho phép các thanh ghi của cả hai thiết bị trên đồng nhất nhau. Thuộc tính mặc định: Disabled. DMA Channel 07 Khi tài nguyên IO được điều khiển bằng thao tác tay, ta có thể gán DMA của hệ thống bằng những phân loại sau (dựa trên phân loại thiết bị dùng ngắt): Các thiết bị theo chuẩn bus ISAESA tương thích đặc điểm kỹ thuật bus AT PC nguyên thuỷ, có yêu cầu ngắt xác định (chẳng hạn như IRQ5 cho COM1). PnP (Plug and Play) phù hợp với chuẩn Plug and Play, hoặc được thiết kế cho kiến trúc bus PCI hoặc ISA. Thuộc tính tuỳ chọn: PnP, ISAEISA. Thuộc tính mặc định: PnP. IRQ 315 Khi tài nguyên IO được điều khiển bằng thao tác tay, ta có thể gán mỗi ngắt hệ thống theo những phân loại sau, dựa trên phân loại thiết bị dùng ngắt:Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 16 Các thiết bị theo chuẩn bus ISAESA tương thích đặc điểm kỹ thuật bus AT PC nguyên thuỷ, có yêu cầu ngắt xác định (chẳng hạn như IRQ5 cho COM1). PnP (Plug and Play) phù hợp với chuẩn Plug and Play, hoặc được thiết kế cho kiến trúc bus PCI hoặc ISA. Thuộc tính tuỳ chọn: PnP, ISAEISA. Thuộc tính mặc định: PnP. Resrved Memory Size Ta có thể dự trữ (thiết lập tay) kích thước bộ nhớ cho các card giao diện nào đó nếu cần thiết. Thuộc tính tuỳ chọn: Disbled, 16k, 32k, 64k Thuộc tính mặc định: Disabled Reserved Memory Address Khi Reserved Memory Size (kích thước bộ nhớ dự trữ) được cho phép, chỉ định không gian địa chỉ trong phạm vi C0000 và DC000. Thuộc tính tuỳ chọn: C0000, C4000, C8000, CC000, D0000, D4000, D8000, DC000. Thuộc tính mặc định: C8000. 1.3.3 Cài đặt ngoại vi OnBoard FDC Trường này cho phép trình điều khiển ổ mềm điều khiển trên FB2502. Thuộc tính tuỳ chọn: Disabled, Enabled. Thuộc tính mặc định: Enabled. OnBoard Serial Port 1 Trường này lựa chọn địa chỉ các cổng IO cho mỗi cổng nối tiếp. Thuộc tính tuỳ chọn: Auto, Disabled, 3F8HCOM1, 2F8HCOM2, và 3E8HCOM3, 2E8HCOM4. Thuộc tính mặc định: 3F8HCOM1. OnBoard Serial Port 2 Trường này lựa chọn địa chỉ cổng vào ra cho mỗi cổng nối tiếp.Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 17 Thuộc tính mặc định: 2F8HCOM2. OnBoard Parallel Port Trường này lựa chọn địa chỉ cổng vào ra cho cổng song song. Thuộc tính tuỳ chọn: Auto, Disabled, 378, 278, và 3BCH. Thuộc tính mặc định: 378H. Parallel Port Mode Trường này chỉ định chế độ cho cổng song song. ECP (Expanded Capabilities Parallel cổng song song tương thích mở rộng) và EPP (Ehanced Parallel Port cổng song song cải tiến) cả hai đều có lược đồ truyền dữ liệu trực tiếp với Bit, có đặc điểm kỹ thuật gắn bó với chuẩn IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) P 1284. Thuộc tính tuỳ chọn: NA Normal, BiDir, EPP và ECP. Thuộc tính mặc định: Normal. EPP Version Trường này chỉ định phiên bản đặc điểm kỹ thuật cho chế độ cổng song song được sử dụng trong hệ thống mà chưa được cấu hình. Nếu Normal hoặc ECP được chọn, lúc đó trường này hiển thị NA, nghĩa là không sẵn dùng. Thuộc tính tuỳ chọn: NA, 1.7, 1.9. Thuộc tính mặc định: NA. Parallel Port IRQ Trường này chỉ định các ngắt IRQ (Interrupt Request) cho cổng song song. Thuộc tính tuỳ chọn: Auto, NA, 5, 7. Thuộc tính mặc định: IRQ7 cho cổng song song; IRQ5 cho cổng song song 2. Parallel Port DMA Channel Thuộc tính kênh DMA (Direct Memory Access) với cổng song song chỉ có nếu thiết đặt tuỳ chọn cho phươn thức cổng song song là ECP. Thuộc tính tuỳ chọn: NA, 1, 3. Thuộc tính mặc định: NA.Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 18 Onboard IDE Trường này chỉ định kênh IDE cái mà có thể được áp dụng khi dùng kết nối đĩa cứng IDE (CN3). Thuộc tính tuỳ chọn: Disabled, Enabled. Thuộc tính mặc định: Enabled. 1.3.4 Chức năng Watchdog Timer PC104VL587 được trang bị một bộ định thời bắt lỗi (watchdog) với chu kỳ timeout lập trình được. Ta có thể dùng chính chương trình của mình để cho bộ đình thời bắt lỗi (watchdog timer). Một khi ta đã cho phép watchdog timer, chương trình sẽ khởi tạo IO mỗi lần trước khi bộ định thời times out (vượt quá thời gian cho phép). Nếu chương trình của ta bị lỗi để khởi tạo hoặc vô hiệu hoá bộ đinh này trước khi nó bị timeout, nó sẽ tạo ra một tín hiệu reset hệ thống. Chu kỳ timeout có thể lập trình từ 1 đến 255 giây hoặc nhiều phút. Trong đĩa CDROM kèm theo bao gồm file giới thiệu về Watch Dog. Trong file này có 3 trương trình thực thi được viết với những mẫu khác nhau. Trong thư mục WATCHDOG hãy tham khảo READ.TXT file. Có thể viết chương trình bằng ngôn ngữ Assembly hoặc C++. Hệ số ứng vơi hằng số timeout của watchdog timer vào khoản 1s. Chu kỳ timeout của watchdog timer nằm trong khoảng hệ số định thời từ 1 đến FF. Nếu ta muốn reset hệ thống của ta khi watchdog times out, bảng sau liệt kê quan hệ giữa các hệ số định thời với các chu kỳ times out: Bảng 1.1 – Quan hệ giữa các thừa số định thời với các chu kì timer out Hệ số định thời Chu kỳ timeout (giây) Chu kỳ timeout (phút) 1 1 1 2 2 2 3 3 3Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 19 4 4 4 “ “ “ FF FF FF Watchdog Timer Enabled Để cho phép watchdog timer hoạt động. ta phải output ra thừa số định thời cho watchdog. Sau khi cho phép watchdog timer làm việc, chương trình của ta phải viết cùng một hệ số (như khi viết hệ số cho phép watchdog timer làm việc) vào thanh ghi watchdog ít nhất một lần ở mỗi chu kỳ timeout. Ta có thể thay đổi chu kỳ định thời bằng cách viết một hệ số định thời khác vào thanh ghi watchdog tại bất kỳ thời điểm nào, và ta phải khởi tạo watchdog trước chu kỳ timeout mới trong lần khởi tạo tíêp theo. Để biết chi tiết có thể theo dõi các ví dụ trang 48 TL 1. Để vô hiệu hoá watchdog time hoạt động, đơn giản là viết giá trị 00H vào thanh ghi watchdog Diễn giải cụ thể PC104587VL bao gồm một ngăn chứa đồng hồ thời gian thực, nó duy trì thời gian và ngày tháng trong việc bổ xung cất giữ thông tin cấu hình về hệ thống máy tính. Nó bao gồm 14 Byte cho đồng hồ và thanh ghi điều khiển cùng 114 Byte RAM dành cho mục đích chung. Nội dung của mỗi byte trong RAM CMOS được liệt kê dưới đây: Bảng 1.2 Nội dung các byte trong RAM CMOS Địa chỉ Miêu tả 00 Giây 01 Cảnh báo giây 02 Phút 03 Cảnh báo phút 04 Giờ 05 Cảnh báo giờBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 20 06 Ngày trong tuần 07 Ngày trong tháng 08 Tháng 09 Năm 0A Thanh ghi trạng thái A 0B Thanh ghi trạng thái B 0C Thanh ghi trạng thái C 0D Thanh ghi trạng thái D 0E Byte trạng thái chuẩn đoán 0F Byte trạng thái shutdow 10 Byte loại trình điều khiển cho đĩa mềm, hai lựa chọn là trình điều khiển A và trình điều khiển B 11 Byte loại đĩa được định vị, ổ đĩa C Địa chỉ Miêu tả 12 Byte loại đĩa được định vị, ổ đĩa D 13 Dự trữ 14 Byte thiết bị 15 Byte thấp của bộ nhớ cơ sở 16 Byte cao của bộ nhớ cơ sở 17 Byte thấp của bộ nhớ mở rộng 18 Byte cao của bộ nhớ mở rộng 19 2D Dự trữBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 21 2E 2F 2 Byte kiểm tra tổng cho CMOS 30 Byte thấp của bộ nhớ mở rộng hiện thời 31 Byte cao của bộ nhớ mở rộng hiện thời 32 Byte về thế kỷ (ngày) 33 Các cờ thông tin (thiết đặt trong quá trình nguồn bật) 347F Dành cho BIOS hệ thống Bảng 1.3 Lược đồ RAM CMOS Thanh ghi Miêu tả 00h10h Chuẩn AT (Advance Technology kỹ thuật cải tiến) tương thích RCT và các định nghĩa dữ liệu thanh ghi trạng thái 11h13h Biến đổi 14h Thiết lập về thiết bị: Bit 76 Số lượng trình điều khiển ổ mềm: 00 1 Drive 01 2 Drive Bit 54 Kiểu màn hình: 00 Không CGA (Color Graphics Adapter bộ thích ứng đồ hoạ màu) hoặc MDA (Monochrome Display Adapter bộ thích ứng hiển thị đơn sắc) 01 2 drive: 80×25 và 40×25 CGA Thanh ghi Miêu tảBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 22 14h Bit 3 Cho phép hiển thị: 0 Không cho phép 1 Cho phép Bit 2 Cho phép bàn phím: 0 Không cho phép 1 Cho phép Bit 1 Bộ đồng xử lý toán được cài đặt: 0 Absent (không cài đặt) 1 Present (cài đặt) Bit 0 Điều khiển ổ mềm được cài đặt: 0 Disabled (không được cài đặt) 1 Enabled (được cài đặt) 15h Bộ nhớ cơ sở (trong 1 KB tăng thêm), Byte thấp 16h Bộ nhớ cơ sở (trong 1 KB tăng thêm), Byte cao 17h Vùng nhớ tương thích với máy tính IBM (trong 1 KB tăng thêm), Byte thấp 18h Vùng nhớ tương thích với máy tính IBM (trong 1 KB tăng thêm), Byte cao (lớn nhất 15 MB) 19h2Dh Biến đổi 2Eh Tổng kiểm tra chuẩn RAM CMOS, Byte cao 2Fh Tổng kiểm tra chuẩn RAM CMOS, Byte thấp 30h Vùng nhớ mở rộng tương thích với máy tính IBM, Byte thấp (POST –Power On Sefl TestTự kiểm tra nguồn) trong KB tăng thêm 31h Vùng nhớ mở rộng tương thích máy tính IBM, Byte cao (POST) trong KB tăng thêmBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 23 32h Byte thế kỷ (lưu trữ về thế kỷ (một trăm năm)) 33h Được dự trữ, không dùng 34h Được dự trữ, không dùng 35h Byte thấp của bộ nhớ mở rộng (POST) trong 64 KB 36h Byte cao của bộ nhớ mở rộng (POST) trong 64 KB 37h3Dh Biến đổi 3Eh Tổng kiểm tra CMOS mơ rộng, Byte thấp (bao gồm 34h3Dh) Thanh ghi Miêu tả 3Fh Tổng kiểm tra CMOS mơ rộng, Byte cao (bao gồm 34h3Dh) Mỗi thiết bị ngoại vi trong hệ thống được gán một tập các địa chỉ cổng IO, nó trở thành mã căn cước của thiết bị. Tổng cộng có 1K không gian địa chỉ sẵn dùng. Bảng sau liệt kê các địa chỉ cổng vào ra (IO) được sử dụng trong card CPU công nghiệp này. Bảng 1.4 Địa chỉ các cổng vào ra Địa chỉ Miêu tả thiết bị 000h 01Fh Điểu khiển DMA 1 020h 03Fh Điều khiển ngắt 1 040h 05Fh Timer (định thời) 060h 06Fh Điểu khiển bàn phímBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 24 070h 07Fh Đồng hồ thời gian thực, NMI (Nonmaskable Interrupt) 080h 09Fh Thanh ghi trang DMA 0A0h 0BFh Điều khiển ngắt 2 0C0h 0DFh Điểu khiển DMA 2 0F0h Xoá tín hiệu bận đồng xử lý toán học 0F1h Khởi động lại việc đồng xử lý toán học 1F0h 1F7h Giao diện IDE 2E8h 2EFh Cổng nối tiếp 4 (COM 4) 2F8h 2FFh Cổng nối tiếp 2 (COM 2) 2B0h 2DFh Điều khiển bộ thích ứng đồ hoạ 378h 3FFh Cổng song song 1 (LPT1) 36036Fh Cổng mạng 3B0h 3FFh Bộ điều hợp màn hình đơn sắc và bộ điều hợp máy in 3C0 3CFh Bộ thích ứng EGA (Enhanced Graphics Adapter) 3D0 3DFh Bộ thích ứng CGA (Color Graphics Adapter)Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 25 3F8h 3Efh Cổng nối tiếp 3 (COM 3) 3F0h 3F7h Điều khiển ổ mềm Địa chỉ Miêu tả thiết bị 3F8h 3FFh Cổng nối tiếp 1 (COM 1) Interrupt Request Lines (IRQ) Có tổng cộng 15 mức ngắt sẵn dùng trong Card CPU công nghiệp này. Thiết bị ngoại vi dùng các mức yêu cầu ngắt để thông báo cho CPU dịch vụ mà nó đòi hỏi . Bảng sau thể hiện các IRQ được sử dụng bởi các thiết bị trên Card CPU công nghiệp. Bảng 1.5 – Các chức năng ngắt Mức Chức năng IRQ0 Thời gian hệ thống output IRQ1 Bàn phím IRQ2 Ngắt theo đợt IRQ3 Cổng nối tiếp 2 IRQ4 Cổng nối tiếp 1 IRQ5 Dự trữ IRQ6 Điều khiển ổ mềm IRQ7 Cổng song song 1 IRQ8 Đồng hồ thời gian thực IRQ9 Dự trữ IRQ10 Ethernet (bus cục bộ)Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 26 IRQ11 Dự trữ IRQ12 Chuột PS2 IRQ13 FPU IRQ14 IDE chính IRQ15 Dự trữ DMA Channel Map Hai thiết bị điều khiển DMA 8327A tương đưong nhau được cung cấp trên bo mạch của CPU PC104. Mỗi bộ điều khiển là một thiết bị DMA bốn kênh, nó sẽ tạo ra các địa chỉ vùng nhớ và tín hiệu điều khiển cần thiết cho việc truyền thông tin một cách trực tiếp giữa một thiết bị ngoại vi và bộ nhớ. Điều này cho phép truyền thông với tốc độ cao mà ít phải có sự can thiệp của CPU (Central Processing Unit). Hai bộ điều khiển DMA được xếp tầng bên trong để cung cấp bốn kênh DMA cho việc truyền thông các thiết ngoại vi 8bits (DMA1) và 3 kênh khác cho việc truyền thông các thiết bị ngoại vi 16bit (DMA2). Kênh 0 DMA2 cung cấp liên kết nối tiếp giữa hai thiết bị DMA 8327A, do đó duy trì sự tương thích với chuẩn PCAT IBM. Bảng 1.5 Thông tin hệ thống của các kênh DMA DMA Controller1 DMA Controller2 Channel 0: Space (trống) Channel 4: Dành cho kết nối với bộ điều khiển 1 Channel 1: Dự trữ cho máy tính IBM (Synchronous Data Link Control điều khiển liên kết dữ liệu đồng bộ) Channel 5: Trống Channel 2: Bộ điều hợp đĩa mềm Channel 6 :Trống Channel 3: Space Channel 7: TrốngBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 27 Các cổng nối tiếp (Serial Ports) Các ACE (Asynchronous Communication Elements ACE1 tới ACE4 – các phần tử truyền thông không đồng bộ) được sử dụng để chuyển đổi dữ liệu từ song song sang định dạng nối tiếp ở phía bộ truyền và chuyển đổi ngược lại từ dạng nối tiếp sang định dạng song song ở phía bộ nhận. Việc truyền nhận tuân theo trình tự bên truyền và bên thu là một bit start, sau đó là 5 đến 8 bit dữ liệu, một parity bit (bit kiểm tra tính chẵn lẻ nếu được lập trình), một bit stop, một nửa (chỉ với định dạng 5 bit dữ liệu) hoặc 2 bit stop. Các ACE có thể quản lý số chia từ 1 đến 65535 (16 bit), và tạo ra một xung 16x cho việc điều khiển logic truyền thông nội bộ. Các ACE còn bao gồm cả sự cung cấp việc sử dụng xung 16x trên để điều khiển logic nhận. Trong ACE, cũng bao gồm một khả năng điều khiển MODEM hoàn toàn, và một trình xử lý hệ thống ngắt có thể được biến đổi mềm (phần mềm) cho thời gian máy tính, được yêu cầu để quản lý kết nối truyền thông. Cụ thể về các thanh ghi có trong TL 1 nên trong bản báo cáo này ta không cần phải liệt kê đầy đủ. Bảng 1.6 Bảng tóm tắt các thanh ghi truy nhập ACE DLA B Địa chỉ cổng Thanh ghi 0 Base + 0 Bộ đệm bên nhận (read) 0 Base + 1 Thanh ghi lưu giữ bộ truyền (write) X Base + 2 Cho phép ngắt X Base + 3 Mã nhận dạng ngắt DLAB Địa chỉ cổng Thanh ghi X Base + 4 Điều khiển dòng lệnh X Base + 5 Điều khiển ModemBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 28 X Base + 6 Trạng thái đường truyền X Base + 7 Thanh ghi 1 Base + 0 Bộ chốt thực hiện phép chia (byte ít có nghĩa nhất) 1 Base + 1 Bộ chốt thực hiện phép chia (byte có ý nghĩa cao nhất) Ghi chú: DLABDivisor Latch Access Bit (mạch chốt bộ chia truy nhập theo bit) Receiver Buffer Register (RBF) – Thanh ghi bộ đệm của thiết bị nhận: Một Byte dữ liệu được nhận (chỉ đọc) Transmitter Holding Register (THR)thanh ghi quản lý truyền dữ liệu: Một Byte kết nối việc truyền thông (chỉ ghi) Interrupt Enabled Register (IER) Thanh ghi cho phép ngắt Bit 0: Cho phép ngắt sẵn có trong dữ liệu được nhận (ERBF) Bit 1: Cho phép ngắt đường truyền rỗng (ETHEI) Bit 2: Cho phép ngắt trạng thái đường nhận (ELSI) Bit 3: Cho phép ngắt trạng thái MODEM Bit 4: Phải là 0 Bit 5: Phải là 0 Bit 6: Phải là 0 Bit 7: Phải là 0 Cổng song song (Parallel Ports) Bảng sau cho ta địa chỉ của các thanh ghi cổng song song Bảng 1.7 Địa chỉ các thanh ghi Địa chỉ cổng ĐọcGhi Thanh ghi Base + 0 Ghi Đường dữ liệu ra Base + 1 Đọc Đường dữ liệu vàoBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 29 Base + 2 Đọc Bộ đệm trạng thái Base + 3 Ghi Bộ chốt điều khiển Giá trị cụ thể của các thanh ghi có thể tham khảo trong TL 1.Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 21 2 Tìm hiểu về lò điện trở 2.1 Giới thiệu chung Lò điện trở ta xét có tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm Tự Động Hoá. Xét về mặt điện, lò điện trở là một là một tải thuần trở. Lò điện trở sử dụng nguồn điện xoay chiều 220V50Hz, công suất cực đại của lò là 1200W. Xét về mặt điều khiển, lò điện trở là một khâu quán tính bậc nhất có hàm truyền: Tp 1 K W(p) Với các tham số K, T được xác định một cách gần đúng theo yêu càu công nghệ. Do điều kiện chưa cho phép nên ta chưa thể tiến hành nhận dạng đối tượng được. Tuy nhiên việc nhận dạng đối tượng không có gì khó khăn cả. 2.2 Các phương pháp điều khiển lò điện trở Có rất nhiều phương pháp điều khiển lò điện trở, song phổ biến hiện nay có hai phương pháp là điều khiển dùng Rơle và điều khiển dùng Thyristor. 2.2.1 Điều khiển dùng Rơle a, Sơ đồ nguyên lý Hình 2.1 – Sơ đồ điều khiển bằng Rơle R RELAY . . . .Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 22 b, Nguyên lý điều khiển Nguyên tắc của điều khiển dùng Rơle là điều khiển hai vị trí có trễ. Đối tượng là lò điện trở đặt trong môi trường nên luôn toả nhiệt ra môi trường xung quanh. Xét: Q = Qc Qt Tương ứng với P = P c Pt Khi muốn tăng nhiệt độ ta tăng Qc, tức là tăng công suất cấp Pc cho lò lớn hơn Pt sao cho Q > 0. (P >0) Vậy điều khiển Rơle chính là điều khiển công suất trung bình của dòng điện cấp cho nguồn. Một cách trực quan ta có đồ thị quan hệ giữa sông suất và nhiệt độ theo thời gian sau: Hình 2.2 Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và công suất cấp 0 T2 T 2T t P c to(oC) t toBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 23 2.2.2 Điều khiển Thyristor a, Sơ đồ nguyên lý T2 R . T1 . Hình 2.3 – Sơ đồ điều khiển bằng Thyristor b, Nguyên lý điều khiển Khác với điều khiển dùng Rơle, điều khiển dùng Thyristor là điều khiển công suất cấp vào. Cũng từ công thức: Q = Qc Qt Tương ứng với P = P c Pt Nếu như trong phương pháp điều khiển dùng Rơle, P hoặc âm hoặc dương tuỳ theo việc ta ngắt hay đóng Rơle, thì trong phương pháp này ta điều khiển công suất cấp Pc sao cho P = 0 khi hệ thống ổn định. Để điều khiển Pc ta điều khiển điện áp cấp vào lò. Muốn vậy ta cần tính toán được góc mở của Thyristor. Dựa theo công thức tính giá trị trung bình của điện áp cấp cho tải R khi ta điểu chỉnh bằng Thyristor như sau: 2 2 2 ( ( )) ( ( )) 1 2 ( ) 1 2 0 2 2 0 2 0 2 0 2 Sin U U U u t dt U Sin t dt U Sin t dt tb tb Với 2 0 U U Vậy có thể nói điều khiển dùng Thyristor chính là điều khiển góc mở của nó.Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 24 P c Utb . Từ đó ta xác định góc mở van thích hợp để đạt được giá trị điện áp trung bình cấp cho tải. Đồ thị của phương pháp này như sau: Hình 2.4 Dạng điện áp ra điều khiển bằng Thyristor 2.3 Kết luận Trong hai phương pháp trên, phương pháp nào cũng có những ưu nhược điểm của nó. Tuỳ theo yêu cầu của bài toán mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp. Đầu tiên, ta xét phương pháp điều khiển dùng Rơle Ưu điểm: o Cấu tạo phần cứng đơn giản. o Phần mềm tính toán không có gì khó, có thể dùng các mạch điều khiển analog mà không cần lập trình. o Giá cả phải chăng. Nhược điểm: o Độ trễ của Rơle ảnh hưởng lớn đến chất lượng điều khiển. Nếu ta đóng ngắt quá nhanh sẽ dẫn đến tình trạng Rơle không hoạt động, nếu đóng ngắt quá chậm thì sai lệch nhiệt độ sẽ lớn. o Nhiệt độ luôn luôn không ổn định mà lúc nào cũng dao động trong một giới hạn t nhất định. 0 t G U T1 tBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 25 o Đường đặc tính điều khiển không trơn. Do vậy khó cho việc điều khiển các đối tượng có nhiệt độ theo một qui luật nhất định. o Chịu ảnh hưởng của nhiễu như: nhiệt độ buồng đốt, nhiệt độ vật nung, nhiệt độ môi trường…sẽ ảnh hưởng đến nhiệt lượng toả Qt. Phương pháp điều khiển dùng Thyristor Ưu điểm: Chất lượng điều khiển tốt hơn phương pháp điều khiển dùng Rơle rất nhiều: o Nhiệt độ lò ổn định. o Có thể điều khiển nhiệt độ của đối tượng theo một đường cong bất kì với chất lượng tương đối tốt. o Có sự cách li về điện. Nhược điểm: o Phần mềm tính toán phức tạp hơn phương pháp kia. Do vậy đòi hỏi cấu hình phần cứng tương đối cao. o Giá thành đắt hơn phương pháp điều khiển dùng Rơle. Từ các ưunhược điểm trên của hai phương pháp ta thấy nếu công việc yêu cầu độ chính xác cao, chất lượng tốt thì ta áp dung phương pháp hai. Còn nếu chất lượng vừa phải thì có thể dùng phương pháp một để tiếc kiệm chi phí. Thực tế trên thị trường hiện nay các mạch điều khiển dùng Rơle hiện rất phổ biến bởi tính phổ dụng của nó. Song, trong khuôn khổ đề tài được giao, chúng em sử dụng phương pháp điều khiển dùng Thyristor.Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 26 3 Cấu tạo mạch điều khiển 3.1 Cấu tạo mạch điều khiển lò điện trở 3.1.1 Đặc tính của Thyristor Ta có đường đặc tính mở của Thyristor như sau: Hình 3.1 Đường đặc tính V – A của Thyristor Từ đó ta thấy để mở Thyristor thì phải cung cấp cho nó một dòng lớn hơn ngưỡng mở của nó trong khoảng thời gian nhỏ. Muốn vậy ta phải tạo ra các xung có độ dốc lớn để mở van. Tín hiệu điều khiển sẽ được đưa qua bộ vi phân rồi vào biến áp xung trước khi nối với đầu điều khiển của Thyristor. 3.1.2 Sơ đồ mạch Để điều khiển việc đóng mở các Thyristor ta dùng các biến áp xung. Nguồn cung cấp cho các máy biến áp xung này là xung điều khiển qua bộ vi phân tạo thành các xung nhọn. Trong đó: Mạch vi phân gồm có: o 1 tụ C. o 1 điện trở. Một máy biến áp xung. Các điot xung 1A loại RU1. C828: transistor loại NPN. V A 0 Idt I nBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 27 Mạch vi phân có tác dụng tạo xung nhọn từ xung chữ nhật đầu vào điều khiển. Xung nhọn này được khuếch đại và tạo sự đồng pha điều khiển 2 Thyristor bời một máy biến áp xung. Đầu ra thứ cáp của máy biến áp xung nối vào đầu vào điều khiển Thyristor. G1 K1 G2 K2 K2 A2 G2 A1 K1 G1 +12V 50 Hz V4 220220V T2 T1 R4 RU1 R C C828 RU1 RU1 RU1 RU1 RU1 Hình 3.2 Cấu tạo mạch mở Thyristor. 3.2 Cấu tạo Card điều khiển trên PC104 sử dụng rãnh ISA ISA là một chuẩn dùng để giao tiếp giữa máy tính và các thiết bị khác qua một rãnh cắm 62 chân. Trong chuẩn ISA, đường dữ liệu là 8 bít, 20 bít địa chỉ. Chuẩn này được dùng rất phổ biến trong công nghiệp. PC104 587VL chỉ có rãnh cắm ISA. Các modul vàora đều được thiết kế theo một chuẩn nhất định. Kích thước của các modul này vừa bằng modul PC104. Các modul được cắm vào rãnh ISA trên Mainboard PC104 và có thể cắm chồng lên nhau. Trên Phòng thí nghiệm hiện có một Card điều khiển dùng cho chuẩn này. Card do Đài Loan sản xuất và điều khiển theo nguyên lý đóngmở Rơle. Với yêu cầu điều khiển Thyristor, chúng em có hai phương án thiết kế Card điều khiển: sử dụng bộ định thời PIT8254 hoặc dùng bộ biến đổi sốtương tự DAC0808 làm đầu ra điều khiển. Đầu vào phản hồi của cả hai phương án đều dùng bộ biến đổi tương tựsố ADC0804. Kích thước của card tương tự như card hiện có trên Phòng thí nghiệm.Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 28 Hình 3.3 – Sơ đồ khối Card điều khiển 3.2.1 Dùng PIT8254 a, Sơ đồ nguyên lý Y1 1MHz D1 D1N4148 D2 D1N4148 0 A1 7WR VCC D5 JP1 HEADER 4 2 3 1 4 A7 A8 D4 U5C 5 7414 6 A7 ST A2 D4 0 0 D6 7CS1 D3 D7 0 0 7WR A5 A3 VCC D1 + U6A LM358 3 2 1 JP2 HEADER 4 2 3 4 1 VCC A0 A2 D5 U5D 7414 8 9 7CS2 0 D5 + U6B LM358 5 6 7 8 4 A9 VCC R6 10k 7RD A5 D3 A1 0 VCC AEN U5A 7414 1 2 7 14 D6 0 D4 0 D3 REF25Z(2.5V) G1 0 70 7 P Q COMP 1P=Q U1 74LS688 3 5 7 9 12 14 16 18 10 20 1 2 4 6 8 11 13 15 17 19 VCC U7A 74LS08 2 1 3 14 7 R1 1k R4 10k U3 ADC0804 18 17 16 15 14 13 12 11 1 3 2 5 6 7 19 4 9 8 20 10 DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 CS RD WR INTR VI+ VICLKR CLK VREF AGND VCC GND D0 D1 D0 A4 ST 0 A9 0 U2 19 8254 20 24 12 10 13 17 8 7 6 5 4 3 2 1 11 14 16 9 15 18 22 23 21 A0 A1 VCC GND OUT0 OUT1 OUT2 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 G0 G1 G2 CLK0 CLK1 CLK2 RD WR CS 7A2 0 D5 A6 0 A3 A0 0 7RD 7CS2 7CS1 D2 U4D 74LS32 12 13 11 7A2 U4C 74LS32 9 10 8 7 14 R2 D3 1k J1 HEADER 31x2 B01 B02 B03 B04 B05 B06 B07 B08 B09 B10 B11 B12 B13 B14 B15 B16 B17 B18 B19 B20 B21 B22 B23 B24 B25 B26 B27 B28 B29 B30 B31 A01 A02 A03 A04 A05 A06 A07 A08 A09 A10 A11 A12 A13 A14 A15 A16 A17 A18 A19 A20 A21 A22 A23 A24 A25 A26 A27 A28 A29 A30 A31 7RD D2 D2 0 7CS2 AEN U5B 7414 3 4 JP3 JUMPER 1 2 A0 0 A6 D7 A8 D6 D0 A1 ST 0 A4 + C1 10m 0 R5 10k + C3 1m R3 250 JP4 JUMPER 1 2 0 U4A 74LS32 1 2 3 JP5 JUMPER 1 2 D1 VCC D7 D4 7WR VCC C2 150p C4 5p U4B 74LS32 4 5 6 A2 Hình 3.4 – Sơ đồ mạch nguyên lý của Card điều khiển dùng PIT8254 Các linh kiện gồm: Các IC giải mã địa chỉ: + 74LS688: Là vi mạch so sánh bằng 8 bít họ TTL gồm có 8 đầu vào (P0…P7) và 8 đầu đặt mức so sánh (Q0…Q7). Khi P = Q thì đầu ra 19 xuống mức thấp. + 7414: Là vi mạch gồm có 6 cổng NOT. PC104 PIT 8254 (DAC 0808) ADC 0804 Các mạch giải mã địa chỉ và các đường dữ liệu, điều khiển. Đầu ra điều khiển Đầu vào phản hồi Phần Card điều khiểnBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 29 + 74LS32: Là vi mạch gồm có 4 cổng OR hai đầu vào . Các IC trên được nối với các đường địa chỉ từ A2 đến A9 của PC104 thông qua ránh chuẩn ISA có nhiệm vụ giải mã địa chỉ cho hai IC 8254 và ADC0804. Cụ thể, địa chỉ cơ sở của 8254 là 300h, trong đó địa chỉ của Timer0 là 300h, Timer1 là 301h, Timer2 là 302h, CWR là 303h; địa chỉ của ADC0804 là 304h. Bộ đếm 8254: Dùng để tạo tín hiệu điều khiển tới mạch điều khiển Thyristor. 8254 gồm có 3 timer hoạt động độc lập với nhau. Ở đây ta sử dụng cả 3 timer: Timer0 dùng để tạo xung có tần số thích hợp cung cấp cho các đầu vào Clock của hai timer còn lại; Timer1 và Timer2 dùng để tạo xung cần thiết để cung cấp tín hiệu điều khiển cho mạch điều khiển Thyristor. Bộ biến đổi AnalogDigital 8 bít ADC0804: Dùng để biến đổi tín hiệu đầu vào tương tự từ cặp nhiệt qua điện trở tử 0V…5V sang dạng số từ 0…255. IC khuếch đại thuật toán LM358: Gồm có hai bộ khuếch đại. Một bộ dùng để phát hiện sườn lên của tín hiệu điện áp nguồn cấp cho lò điện trở. Bộ còn lại dùng cho mạch ADC0804. Mạch tạo xung dùng tinh thể thạch anh và các chân NOT của 7414, có nhiệm vụ cung cấp xung Clock cho 8254 hoạt động. (a) (b) (c) (d) 9 Q3 2 P0 8 P3 Q7 18 10 GND Q5 P5 13 14 Q4 12 74LS688 5 3 Q1 Q0 P7 17 7 Q2 P6 15 1 G 7P=Q 19 Q6 16 6 P2 4 P1 P4 11 Vcc 20 8 AGND 10 GND ADC0804 DB3 15 7 VI DB5 DB4 13 14 VCC 20 6 VI+ 1 CS DB1 17 CLKR 19 9 VREF DB7 11 5 4 3 INTR CLK WR DB6 12 2 RD DB0 18 DB2 16 2 INA2 IND2 18 OUTC 14 74LS32 5 3 INB2 OUTA OUTD 17 7 GND INC2 15 1 INA1 IND1 19 INC1 16 6 OUTB 4 INB1 Vcc 20 + 2 6 LM358 + 5 3 1 OUT1 OUT2 19 4 Vcc +Vcc 20 IN6 13 OUT4 8 4 5 OUT2 IN3 OUT5 OUT6 IN5 10 12 11 1 IN1 7 GND 7414 2 OUT1 6 OUT3 Vcc 14 IN4 9 3 IN2 A1 20 12 11 GND G0 CLK1 15 CS 21 2 D6 RD 22 1 D7 G2 16 A0 19 OUT2 17 G1 14 9 CLK0 CLK2 18 10 OUT0 3 D5 8 D0 5 D3 VCC 24 OUT1 13 6 D2 WR 23 4 D4 8254 7 D1Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 30 Hình 3.5 – Sơ đồ chân các linh kiện: (a) mạch so sánh 8 bít 74LS688; (b) mạch biến đổi tương tựsố ADC0804 (c) mạch OR hai đầu vào 74LS32 (4 bộ); (d) khuếch đại thuật toán LM358 (2 bộ) (e) mạch NOT 7414 (6 bộ); (f) bộ đếm PIT8254 b, Nguyên lý hoạt động Nhiệt độ của lò được nhận biết bởi một cặp nhiệt điện. Cặp nhiệt điện này biến đổi nhiệt độ lò từ Tmin đến Tmax sang dòng điện từ 4mA đến 20mA. Tín hiệu này được đưa vào máy tính thông qua bộ biến đổi tương tựsố ADC0804 cho ta giá trị số từ 0 dến 255. Từ đó ta xác dịnh được nhiệt độ tức thời của lò. Thuật toán điều khiển bằng phần mềm trong máy tính sẽ so sánh với giá trị đặt và xuất ra tín hiệu điều khiển thích hợp. Sau khi xử lí, máy tính sẽ xuất ra tín hiệu điều khiển đến Thyristor thông qua bộ đếm 8254. Như đã nói ở trên, IC 8254 có 3 timer hoạt động độc lập với nhau. Timer0 có nhiệm vụ điều chế xung có tần số thích hợp từ nguồn xung bên ngoài để cung cấp cho hai timer còn lại. Timer1 có nhiệm vụ điều khiển một nửa chu kì mở van (điều khiển một Thyristor), Timer2 điều khiển nửa còn lại. Mỗi timer của PIT8254 có 6 chế độ hoạt động: Chế độ 0 (Mode 0: Interrup on Terminal Count): tạo tín hiệu ngắt theo yêu cầu. Đầu ra Out sẽ phát ra một sườn xung lên khi kết thúc đếm (khi số đếm bằng 0). Chế độ 1 (Mode 1) (Programmable Monoflop): phát ra một xung đơn với thời gian tồn tại biến đổi được. Lối ra Out sẽ chuyển (f) (e)Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 31 xuống mức thấp khi khởi phát đếm và duy trì cho đến khi kết thúc đếm thì sẽ nhảy lên mức cao. Chế độ 2 (Mode 2: Rate Generator): phát ra các sóng tỉ lệ. Các xung nhịp đưa vào bộ đếm được chia bởi giá trị nạp trong thanh ghi bộ đếm. Lối ra sẽ xuống mức thấp trong một chu kì khi số đếm đạt đến 0, sau đó được nâng lên mức cao trong một chu kì xung nhịp. Quá trình này cứ tiếp tục như vậymãi. Chế độ 3(Mode 3: SquareWare Generator): phát ra sóng hình vuông. Chế độ này tương tự như chế độ 2 nhưng xung điện lối ra là sóng vuông khi giá trị đếm là chẵn hoặc thêm một chu kì ở mức cao khi giá trị đếm là lẻ. Chế độ 4 (Mode 4: SortwareTriggered Pulse): tạo ra các xung bằng phần mềm. Chế độ này giống như chế độ 2 nhưng xung cửa Gate không khởi phát quá trình đếm mà quá trình đếm được khởi phát bằng lệnh nạp số đếm ban đầu. Chế độ 5 (Mode 5: HardwareTriggered Pulse): tạo các xung bằng cổng Gate. Cũng giống như chế độ 2. Chỉ khác khi bộ đếm chưa kết thúc, nếu xung của xuất hiện những sườn lên thì cứ mỗi lần như vậy bộ đếm lại đếm lại từ giá trị ban đầu. Thông tin chi tiết về PIT8254 được trình bày rất rõ ở 3. Căn cứ vào yêu cầu của đề tài, ta chọn chế độ 3 cho Timer0, chế độ 1 cho Timer1 và Timer2. Cụ thể như sau: Timer0: Cổng Gate0 được nối với nguồn +5V để Timer0 luôn hoạt động, chân Clock0 nối với mạch phát xung bên ngoài. Theo yêu cầu công nghệ mà ta đưa ra số đếm thích hợp. Đầu ra Out0 được nối vào đầu Clock1 và Clock2 để làm xung nhịp cho hai timer còn lại. Timer1: Chân Clock1 lấy xung nhịp tử chân Out0, chân Gate1 nối với đầu ra của mạch phát xung đồng bộ với tần số của nguồn xoay chiều bên ngoài. Sau khi tính toán thời gian mở van (góc mở) của Thyristor, máy tính sẽ xuất số đếm ra Timer1, Out1 = 0. Đầu nửa chu kì đầu, Gate1 chuyển trạng thái từ 0 lên 1 và giữ nguyên cho đến hết nửa chu kì. Khi đó Timer1 bắt đầu hoạt động. Khi số đếm về 0 thì Out1 = 1 và giữ nguyên cho đến khi Gate1 xuất hiện sườn lên (đến đầu chu kì sau).Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 32 Sơ đồ cụ thể như sau: Hình 3.6 Giản đồ xung điều khiển T1 Timer2: Chân lấy xung nhịp tử chân Out0, chân Gate2 nối với đầu đảo của Gate1. Sau khi tính toán thời gian mở van (góc mở) của Thyristor, máy tính sẽ xuất số đếm ra Timer2, Out2 = 0. Đầu nửa chu kì sau, Gate2 chuyển trạng thái từ 0 lên 1 và giữ nguyên cho đến hết nửa chu kì. Khi đó Timer2 bắt đầu hoạt động. Khi số đếm về 0 thì Out2 = 1 và giữ nguyên cho đến khi Gate2 xuất hiện sườn lên (sau một chu kì). Sơ đồ cụ thể như sau: Hình 3.7 Giản đồ xung điều khiển T2 T2 T 2T t t Gate2 Out2 UT2 T2 t 0 T2 T 2T t t Gate1 Out1 UT1 tBáo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 33 Tuy nhiên, như trên đã thấy, trong nửa chi kì đầu Timer1 hoạt động, Timer2 luôn có Out2 = 1 và ngược lại. Muốn tạo được xung ra theo ý muốn ta phải cho hai đầu Out1 và Out2 qua một bộ AND. Đầu ra của bộ AND này mới là xung điều khiển cuối cùng. Out1 AND 2 3 Out2 Out 1 Hình 3.8 Đầu ra của mạch điều khiển Cuối cùng ta được xung có dạng sau: Hình 3.9 Giản đồ toàn bộ quá trình điều khiển dùng PIT8254 0 T2 T t t Gate2 Out1 Out2 t Out 2T T1 T2 T1 T2 UR T1 T2 T1 T2 Gate1Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 34 3.2.2 Dùng DAC0808 a, Sơ đồ nguyên lí Nguyên lý hoạt động của mạch này không khác mạch dùng PIT8254 lắm. Đầu vào phản hồi không đổi. Chỉ có đầu ra điều khiển ta thay PIT8254 bằng DAC0808. Đây là một mạch biến đổi sốtương tự phổ biến. 74LS373 3 4 7 8 13 14 17 18 1 11 2 5 6 9 12 15 16 19 20 10 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 OE LE Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 VCC GND 5 D7 DAC0808 VR 15 V+ 13 D0 12 3 2 1 V IOUT NC 4 IOUT 7 D5 D2 10 8 D4 VR+ 14 6 D6 D1 11 D3 9 COMP 16 (a) ( b) Hình 3.10 – Sơ đồ chân vi mạch 74LS373 (a) và DAC0808 (b) Trên sơ đồ nguyên lí, ta chỉ việc thay PIT8254 bằng bộ đệm dữ liệu 74LS373 và DAC0808 như sau: Q3 Q4 74LS373 3 4 7 8 13 14 17 18 1 11 2 5 6 9 12 15 16 19 10 20 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 OE LE Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 GND VCC D2 Q3 Q4 Q1 7CS Out1 VCC Q2 Q1 D7 D6 AEN D0 Q0 DAC0808 12 11 10 9 8 7 6 5 14 15 4 2 16 13 3 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 VR+ VRIOUT IOUT COMP V+ VC1 0.1mF Q0 D3 D5 Q6 Q2 Q6 R2 1k Q5 D1 +VCC Q7 D4 VCC + LM358 2 3 1 4 8 VCC Q7 R3 5k R1 1k VCC Q5 Hình 3.11 – Sơ đồ mạch nguyên lý của Card điều khiển dùng DAC0808Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 35 b, Nguyên lý hoạt động Phần phản hồi không có gì khác mạch dùng PIT8254. Ở đây có sự khác biệt về thuật toán điều khiển. Sau khi nhận giá trị phản hồi, phần mềm điều khiển sẽ so sánh với giá trị đặt và tính toán thời gian mở van sau đó xuất tín hiệu điều khiển ra DAC0808. Cái khác biệt chính ở đây là nếu như tín hiệu điều khiển ở mạch trên đưa ra số đếm đến các timer của 8254 thì tín hiệu điều khiển ở đây tỉ lệ nghịch với góc (thời gian) mở van. Sau khi qua DAC0808 là tín hiệu tương tự có giá trị điện áp từ 0…5V. Tín hiệu này được đưa qua bộ so sánh với xung răng cưa có chu kì bằng ½ chu kì của điện áp xuay chiều nguồn được tạo bởi mạch: Out Out1 + LM358 2 3 1 4 8 R2 1k Out2 R2 1k VCC Hình 3.12 – Sơ đồ mạch so sánh tín hiệu điện áp điều khiển Từ đây ta có đầu ra đến điều khiển Thyristor. Giản đồ xung như sau:Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2. Tìm hiểu về lò điện trở Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 36 Hình 3.13 Giản đồ toàn bộ quá trình điều khiển dùng DAC0808 3.3 Đánh giá, lựa chọn phương án Hai phương án trên đều có những ưu nhược điểm của nó. Phương án một đơn giản phần cứng thì lại phức tạp phần mềm. Phương án hai thì ngược lại. Vì lí do phương án hai đã được
Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lò điện trở Lời nói đầu Nghiên cứu ứng dụng tự động hoá (ngành tự động hoá) đã, ngày khẳng định vai trò quan trọng sống người Nhờ thành tựu ngành tự động hoá, người tham gia trực tiếp phải tham gia vào công việc khó khăn, vất vả, độc hại; tốn nhiều công sức, nhiều nhân lực làm việc nhà máy điện hạt nhân, hầm lò, khai thác… mà sản phẩm tạo lại có số lượng chất lượng vượt trội nhiều lần Ngành tự động hoá ngày đạt thành tựu lớn Một nhà máy lớn điều hành với vài người, chí không cần người điều hành, bóng đèn tự bật sáng có người bược vào, cánh cửa tự mở nhận biết người quen Tiến tới có người máy có tư làm việc theo ý muốn người Những năm trước, thiết bị điều khiển (điển hình rơle cơ, thiết bị cảm biến, cấu chấp hành, chuyển đổi,… ) thiết bị tương tự, thực toán điều khiển đơn giản, độ xác không cao, độ tin cậy thấp, có khẳ lập trình Nhờ tiến công nghệ sản xuất linh kiện điện tử, công nghệ vi xử lý, mô hình thiết bị công nghiệp, thiết bị số đời thay thiết bị tương tự ưu việt chúng Các thiết bị có độ xác, độ tin cậy cao, có khẳ lập trình được, phù hợp với môi trường công nghiệp (chịu ảnh hưởng nhiễu: nhiệt độ, độ ẩm, nhiễu điện từ,… làm việc với cường độ cao, độ xác độ tin cậy cao), đáp ứng toán điều khiển phức tạp với yêu cầu cao, thực qui mô lớn Điển hình cho thiết bị số PLC (Programmable Logical Controller) Mặc dù máy tính cá nhân (PC) có vai trò quan trọng sống, có lực nhiều lần thiết bị khả trình, xuất chúng với vai trò thiết bị điều khiển công nghiệp mờ nhạt gần không đề cập đến toán điều khiển Các PC không đáp ứng yêu cầu làm việc môi trường công nghiệp Các nhà thiết kế lúc biết nuối tiếc với tính mở, môi trường phát triển rộng, khả lập trình tự do, hiệu tính toán cao, tính ứng dụng lớn PC Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lò điện trở Không vậy, xây dựng toán điều khiển PC kinh tế xây dựng thiết bị khả trình Một vài năm gần đây, tiến kỹ thuật linh kiện điện tử, kỹ thuật máy tính, công nghệ phần mềm, công nghệ truyền dẫn liệu (công nghệ bus trường) khiến máy tính thực nhiệm vụ điều khiển dể dàng môi trường an toàn mà đặt trực tiếp môi trường làm việc trước Nhờ máy tính đáp ứng yêu cầu làm việc công nghiệp Máy tính cá nhân xu chọn lựa điều khiển công nghiệp Vì lý trên, máy tính có loại thiết kế riêng cho mục đích công nghiệp PC/104 loại máy tính điển hình cho mục đích Mọi sinh viên Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, trình năm học tập mình, phải trải qua ba lần thực tập Trong quan trọng đợt thực tập tốt nghiệp Sinh viên ngành Điều khiển tự động chúng em không nằm qui luật Đây hội để chúng em kiểm chứng, áp dụng kiến thức học vào thực tế Hơn nữa, thời gian chúng em tiếp xúc với thiết bị kĩ thuật đại nhà máy, xí nghiệp, trung tâm nghiên cứu ứng dụng rộng rãi Nhóm chúng em gồm hai thành viên Nguyễn Văn Hiến Nguyễn Mậu Phương, lớp ĐKTĐ1-K44 Đề tài tốt nghiệp mà chúng em làm đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng điều khiển thời gian thực PC/104” giảng viên - Tiến sĩ Hoàng Minh Sơn - Bộ môn Điều khiển tự động – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hướng dẫn Chúng em thầy Sơn giới thiệu thực tập Phòng thí nghiệm Trọng điểm Tự Động Hoá – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đây nơi nghiên cứu, ứng dụng kĩ thuật Tự động hóa vào sản xuất Là phòng thí nghiệm trọng điểm, Phòng thí nghiệm nhà nước đầu tư trang thiết bị đại, có đội ngũ cán khoa học có lực trình độ chuyên môn cao Nhiệm vụ chủ yếu Phòng thí nghiệm thực đề tài khoa học cấp Nhà nước; nghiên cứu, chuyển giao công nghệ cho công ti nước Tại đây, chúng em Thạc sĩ Phạm Quang Đăng – cán Phòng thí nghiệm – thầy anh chị Phòng Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lò điện trở thí nghiệm hướng dẫn tận tình Trong thời gian thực tập, chúng em làm số việc sau: Tìm hiểu, lắp ráp thành công máy tính PC/104 Khảo sát đối tượng điều khiển lò điện trở Tiến hành thiết kế mạch phần cứng Card điều khiển lò điện trở Ngoài ra, chúng em làm quen với thiết bị, linh kiện thường sử dụng nhiều nghiên cứu thực tế sản xuất Qua chúng em tích luỹ kinh nghiệm quí báu cho Nội dung báo cáo thực tập chúng em chia làm bốn phần Những vấn đề đề cập đến phần tương ứng với công việc làm đợt thực tập Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Hoàng Minh Sơn tạo hội cho chúng em thực tập Phòng thí nghiệm hàng đầu Việt Nam, nơi chúng em có điều kiện tiếp xúc với thiết bị điều khiển đại Chúng em cảm thấy may mắn bạn khác lớp nhiều Đồng thời, chúng em xin cảm ơn bảo, động viên thầy dành cho suốt thời gian qua Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cán bộ, nhân viên Phòng thí nghiệm Trọng điểm Tự Động Hoá, đặc biệt Thạc sĩ Phạm Quang Đăng Mặc dù bận rộn với công việc song anh xếp thời gian hướng dẫn chúng em tận tình Chúng em biết nôn nóng, vụng bồng bột tuổi trẻ mà chúng em làm nhiều điều không Chúng em mong anh hệ người trước không để tâm mà thẳng thắn điều sai trái, bảo điều đắn cho chúng em Dù cố gắng trình thực tập song hạn chế thân, chúng em không tránh khỏi thiếu sót định Nhưng với cố gắng học hỏi, tự hoàn thiện mình, đặc biệt với bảo, hướng dẫn thầy, anh Phòng thí nghiệm, chúng em tin thiếu sót sớm khắc phục Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lò điện trở Giới thiệu PC/104 PC/104 họ máy tính thiết kế theo chuẩn máy tính công nghiệp Đặc điểm chung loại máy tính có cấu trúc dạng all-in-one (tất linh kiện thiết kế bo mạch) cấu trúc dạng modul Các modul ghép nối với PC/104 thông qua khe cắm modul mở rộng (khe cắm thiết kế theo chuẩn ISA) 1.1 Sơ lược cầu trúc PC/104 Máy tính PC/104 Phòng thí nghiệm loại máy tính hãng Nagasaki Đài Loan sản xuất Có nhiều hệ máy tính loại ứng với tốc độ xử lý cấu trúc khác Ta tìm hiểu cầu trúc hệ cụ thể PC/104-587VL PC/104 có cấu trúc máy tính cá nhân thông thường khác Điểm khác biệt xây dựng với cấu trúc để phù hợp với cấu trúc thiết bị điều khiển có khả làm việc tin cậy hơn, có cấu trúc modul giúp mở rộng modul điều khiển PC/104 có trọng lượng nhẹ (0,11kg) kích thước nhỏ (96×90 mm), hoạt đông độ ẩm cho phép 0% ÷ 95%, nhiệt độ hoạt động ÷ 60 C (nhiệt độ dự trữ: -40 ÷ 850C), nguồn cung cấp: 5V ± 5% (thuộc loại nguồn thấp) Cấu hình bản: CPU (Central Processing Unit): o NS Geode GX1, 300MHz, thuộc họ xử lý pentium o Chipset NS CS5530A o 16KB cho nhớ lưu trữ liệu chip RAM: Một SDRAM-PC100, 144 chân, dung lượng tử 32MB đến 128MB Flash Disk: Dạng Modul, tuỳ chọn dung lượng từ 2, 8, 16, 32,… đến 512MB HDD/FDD: ổ cứng loại Notebook (44 chân cắm), chân cắm theo chuẩn IDE (Integrated Drive Electronics) BIOS: ACPI Bios với 256 KB flash EPROM Chức hiển thị VGA (Video Graphics Array): Bộ nhớ hiển thị chia sẻ từ 1÷4MB cho phép ghép nối với hình CRT có độ phân giải đến 1024x768 TFT LCD Hiển thị LCD Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lò điện trở (Liquid Crystal Display) CRT (Cathode Ray Tube) làm việc thời điểm độc lập với PC104587VL làm việc với loại TFT LCD (DSTN LCD không làm việc với PC104-587VL) Các cổng vào khác: o cổng song song: hỗ trợ chế độ SPP/EPP/ECP o cổng nối tiếp: COM1 theo chuẩn RS-232, COM2 theo chuẩn RS232/422/485 o cổng USB o Cổng PS/2 nối bàn phím, chuột Bộ định thời ngăn chặn lỗi treo hệ thống Watch-Dog Timer với chu kỳ thiết đặt ÷ 30s 1.2 Cài đặt phần cứng Sơ đồ xếp rãnh PC/104 rõ hình Trong đó: CN1: điều khiển tín hiệu nguồn công suất biến đổi LCD CN2: nối 18 bit cho giao diện LCD CN3: nối hình CRT CN4: nối ổ cứng chuẩn IDE CN5: nối ổ mềm CN6 & CN8: cổng COM1 & COM2 CN7: cổng song song CN9: kết nối chuột & bàn phím J1: nối mạng LAN J2: đầu cắm loa J3: đầu nối cổng USB J4: phích cắm nguồn J5: nút khởi động lại Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lò điện trở Hình 1.1: Sắp xếp chân rãnh cắm PC/104 J6 & JP1: đầu nối nguồn phụ Jum thiết lập sử dụng nguồn phụ BUS1: nối PC/104 LED1: đèn công suất/định thời DIMM1: rãnh cắm RAM 1.3 Thiết lập hệ thống vào sở (BIOS) 1.3.1 Các thiết lập sở Bios PC/104 thiết đặt cấu máy PC khác Ở ta xét vấn đề chung cho việc thiết lập máy tính thông thường vấn đề riêng lĩnh vực điều khiển Quick Boot Trường thiết đặt việc khởi tạo nhanh hệ thống cho phép Ta ý đến số vấn đề sau: BIOS không đợi đến 40s tín hiệu READY (sãn sàng) không nhận từ trình điều khiển IDE, BIOS không thiết đặt cấu hình cho trình điều khiển IDE Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 10 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lò điện trở BIOS không đợi 0.5s sau gửi tín hiệu RESET đến trình điều khiển IDE Thiết lập mặc định: Enabled Thuộc tính tuỳ chọn : Disabled, Enabled 1st – 3st Boot Divece Trường xác định nơi mà hệ thống tìm kiếm lựa chọn thiết bị khởi động cho hệ điều hành Thiết lập mặc định kiểm tra đĩa cứng (hard disk), tiếp đến kiểm tra ổ mềm (Floppy drive), cuối ổ CDROM Thiết lập tuỳ chọn: Disabled, IDE0-1, IDE0-2, IDE0-3, Floppy, ARMD-FDD, ARM-HDD, CDROM, CSCI Network Hỗ trợ chuột PS/2 Chức chuột PS/2 tuỳ chọn Trước đặt cấu hình cho chuột ta phải đảm bào FB2502 hỗ trợ đặc tính Thiết đặt Enabled cho phép thống dò tìm chuột cổng PS/2 lúc khởi tạo Nếu tìm thấy, IRQ12 (ngắt) sử dụng chuột cổng PS/2 IRQ12 dành cho card mở rộng chuột PS/2 không tìm thấy Thiết đặt Disabled dành IRQ12 cho card mở rộng chuột không hoạt động Thuộc tính tuỳ chọn: Disabled, Enabled Thuộc tính mặc định: Enabled Typematic rate Chức định tốc độ lặp lại gõ phím phím nhấn giữ Thuộc tính tuỳ chọn: Fast, Slow Thuộc tính mặc định: Fast System keyboard Trường định thông điệp lỗi xuất hay không bàn phím không gắn kết với máy tính Thuộc tính tuỳ chọn: Absent (không có mặt), Present (có mặt) Thuộc tính mặc định: Absent Primary Display Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 11 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lò điện trở Trường định kiểu hình cài đặt hệ thống Thuộc tính tuỳ chọn: CGA80×25, Mono Absent, VGA/EGA, CGA40×25, Thuộc tính mặc định: Absent Boot To OS2>64 MB Nếu sử dụng hệ điều hành OS2 RAM hệ thống có dung lượng 64 MB, chọn Yes, trái lại chọn No Thuộc tính tuỳ chọn: Yes, No Thuộc tính mặc định : No Wait for ‘F1’ if Error AMIBIOS gửi thông báo lỗi cho phép bởi: Press to continue (nhấn F1 để tiếp tục) Nếu trường thiết đặt Disabled, AMIBIOS không đợi để ta nhấn phím sau xuất thông điệp lỗi Thuộc tính tuỳ chọn: Disabled, Enabled Thuộc tính mặc định: Disbled C000, 32k Shadow – E800, 32k shadow Trường điều khiển vị trí dung lượng 32KB ROM bắt đầu vị trí vùng nhớ định bởi người dùng Nếu ROM tương ứng với định, sử dụng vùng ROM thiết đặt trước hệ thống, vùng tạo sẵn cho bus cục bộ.Các thiết đặt gồm: Disabled: Thiết đặt có tác dụng làm cho ROM video không chép vào RAM Nội dung ROM video không đọc viết từ nhớ cache Enabled: Nội dung vùng có địa từ C000h – C7FFFh viết vào địa nhớ hệ thống (RAM) để thực thi nhanh Cache: Nội dung vùng ROM thiết đặt trước viết vào địa nhớ hệ thống (RAM) để thực thao tác nhanh hơn, ROM tương ứng (được định người dùng) sử dụng ROM (được định hệ thống) Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 12 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lò điện trở Do nội dung RAM đọc viết từ nhớ cache Thuộc tính tuỳ chọn: Disabled, Enabled, Cache Thuộc tính mặc định: Disabled Video Memory Size Trường định dung lượng nhớ cho hiển thị VGA, ta lựa chọn nhớ Video VGA Thuộc tính tuỳ chọn: 1.5 MB, 2.5 MB MB Thuộc tính mặc định: 1.5 MB LCD CRT Section Trường định hiển thị VGA sử dụng hệ thống khởi động Ta lựa chọn LCD CRT khởi tạo VGA Thuộc tính tuỳ chọn: Both, LCD, CRT Thuộc tính mặc định: CRT LCD Type Khi sử dụng hiển thị LCD, trường định độ phân giải cho kiểu hiển thị TFT LCD Thuộc tính tuỳ chọn: 640×480, 800×600, 1024 × 768 Thuộc tính mặc định: 640 × 480 I/O Recovery Time Thời gian khôi phục trạng thái vào quãng thời gian đo xung clock CPU, thời gian mà hệ thống trễ sau đạt yêu cầu vào/ra để thực yêu cầu vào Trường định thời gian để đầu vào/ra khôi phục lại cho việc truy nhập vào Thuộc tính tuỳ chọn: No Delay, 2, ,8, 16, 32, 64 and 128 xung Thuộc tính mặc định: 32 xung CAS Latency Trường định khoảng thời gian trễ tín hiệu CAS (Control Access System - hệ thống truy nhập có điều khiển) RAS (Random Access Storage -bộ nhớ lưu giữ truy nhập ngẫu nhiên) Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 13 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu lò điện trở hệ thống SDRAM đồng bộ, truy nhập SDRAM theo chu kỳ mà cài đặt Thuộc tính tuỳ chọn: 1, 2, 3, 4, 5, Thuộc tính mặc định: IRC Bit 24 – 27 TIM1 Trường thiết đặt cho SDRAM, thiết đặt chu kỳ thời gian lệnh làm tươi (refresh) lệnh ACT/PRE Thuộc tính tuỳ chọn: 2, 3, 4, 5, 6, Thuộc tính mặc định: IRAS Bits 20 – 23 TIM1 Trường thiết đặt cho SDRAM, lựa chọn chu kỳ thời gian lệnh làm tươi (refresh) lệnh ACT Thuộc tính tuỳ chọn: 1, 2, 3, 4, 5, Thuộc tính mặc định: SDRAM Clock Ratio Trường định tỷ lệ xung cho SDRAM Thuộc tính tuỳ chọn: 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, Thuộc tính mặc định: 3.0 SDRAM Clock Shift Trường định xung nhịp SDRAM thích ứng với cài đặt SDRAM thời gian trì yêu cầu cho việc tương thíc Thuộc tính tuỳ chọn: No Shift, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 Thuộc tính mặc định: 1,5 1.3.2 PCI/PLUG AND PLAY Plug and Plug Aware O/S Thiết đặt yes BIOS biết hệ điều hành quản lý điều hành Plug Play thiết bị Thuộc tính tuỳ chọn: Yes, No Thuộc tính mặc định: No PCI Latency Timer Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 14 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tìm hiểu lò điện trở (f) Hình (e) 3.5 – Sơ đồ chân linh kiện: (a)- mạch so sánh bít 74LS688; (b)- mạch biến đổi tương tự/số ADC0804 (c)- mạch OR hai đầu vào 74LS32 (4 bộ); (d)- khuếch đại thuật toán LM358 (2 bộ) (e)- mạch NOT 7414 (6 bộ); (f)- đếm PIT-8254 b, Nguyên lý hoạt động Nhiệt độ lò nhận biết cặp nhiệt điện Cặp nhiệt điện biến đổi nhiệt độ lò từ Tmin đến Tmax sang dòng điện từ 4mA đến 20mA Tín hiệu đưa vào máy tính thông qua biến đổi tương tự/số ADC0804 cho ta giá trị số từ dến 255 Từ ta xác dịnh nhiệt độ tức thời lò Thuật toán điều khiển phần mềm máy tính so sánh với giá trị đặt xuất tín hiệu điều khiển thích hợp Sau xử lí, máy tính xuất tín hiệu điều khiển đến Thyristor thông qua đếm 8254 Như nói trên, IC 8254 có timer hoạt động độc lập với Timer0 có nhiệm vụ điều chế xung có tần số thích hợp từ nguồn xung bên để cung cấp cho hai timer lại Timer1 có nhiệm vụ điều khiển nửa chu kì mở van (điều khiển Thyristor), Timer2 điều khiển nửa lại Mỗi timer PIT-8254 có chế độ hoạt động: Chế độ (Mode 0: Interrup on Terminal Count): tạo tín hiệu ngắt theo yêu cầu Đầu Out phát sườn xung lên kết thúc đếm (khi số đếm 0) Chế độ (Mode 1) (Programmable Monoflop): phát xung đơn với thời gian tồn biến đổi Lối Out chuyển Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 30 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tìm hiểu lò điện trở xuống mức thấp khởi phát đếm trì kết thúc đếm nhảy lên mức cao Chế độ (Mode 2: Rate Generator): phát sóng tỉ lệ Các xung nhịp đưa vào đếm chia giá trị nạp ghi đếm Lối xuống mức thấp chu kì số đếm đạt đến 0, sau nâng lên mức cao chu kì xung nhịp Quá trình tiếp tục vậymãi Chế độ 3(Mode 3: Square-Ware Generator): phát sóng hình vuông Chế độ tương tự chế độ xung điện lối sóng vuông giá trị đếm chẵn thêm chu kì mức cao giá trị đếm lẻ Chế độ (Mode 4: Sortware-Triggered Pulse): tạo xung phần mềm Chế độ giống chế độ xung cửa Gate không khởi phát trình đếm mà trình đếm khởi phát lệnh nạp số đếm ban đầu Chế độ (Mode 5: Hardware-Triggered Pulse): tạo xung cổng Gate Cũng giống chế độ Chỉ khác đếm chưa kết thúc, xung xuất sườn lên lần đếm lại đếm lại từ giá trị ban đầu Thông tin chi tiết PIT-8254 trình bày rõ [3] Căn vào yêu cầu đề tài, ta chọn chế độ cho Timer0, chế độ cho Timer1 Timer2 Cụ thể sau: Timer0: Cổng Gate0 nối với nguồn +5V để Timer0 hoạt động, chân Clock0 nối với mạch phát xung bên Theo yêu cầu công nghệ mà ta đưa số đếm thích hợp Đầu Out0 nối vào đầu Clock1 Clock2 để làm xung nhịp cho hai timer lại Timer1: Chân Clock1 lấy xung nhịp tử chân Out0, chân Gate1 nối với đầu mạch phát xung đồng với tần số nguồn xoay chiều bên Sau tính toán thời gian mở van (góc mở) Thyristor, máy tính xuất số đếm Timer1, Out1 = Đầu nửa chu kì đầu, Gate1 chuyển trạng thái từ lên giữ nguyên hết nửa chu kì Khi Timer1 bắt đầu hoạt động Khi số đếm Out1 = giữ nguyên Gate1 xuất sườn lên (đến đầu chu kì sau) Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 31 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tìm hiểu lò điện trở Sơ đồ cụ thể sau: Gate1 T/2 T t 2T Out1 t UT1 t Hình 3.6 - Giản đồ xung điều khiển T1 Timer2: Chân lấy xung nhịp tử chân Out0, chân Gate2 nối với đầu đảo Gate1 Sau tính toán thời gian mở van (góc mở) Thyristor, máy tính xuất số đếm Timer2, Out2 = Đầu nửa chu kì sau, Gate2 chuyển trạng thái từ lên giữ nguyên hết nửa chu kì Khi Timer2 bắt đầu hoạt động Khi số đếm Out2 = giữ nguyên Gate2 xuất sườn lên (sau chu kì) Sơ đồ cụ thể sau: Gate2 T/2 Out2 T t 2T t UT2 T/2 t Hình 3.7 - Giản đồ xung điều khiển T2 Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 32 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tìm hiểu lò điện trở Tuy nhiên, thấy, nửa chi kì đầu Timer1 hoạt động, Timer2 có Out2 = ngược lại Muốn tạo xung theo ý muốn ta phải cho hai đầu Out1 Out2 qua AND Đầu AND xung điều khiển cuối Out1 Out AND Out2 Hình 3.8 - Đầu mạch điều khiển Cuối ta xung có dạng sau: Gate1 Gate2 T/2 2T T t Out1 t Out2 Out T1 T2 T1 T2 UR t T1 T2 T1 T2 Hình 3.9 - Giản đồ toàn trình điều khiển dùng PIT8254 Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 33 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tìm hiểu lò điện trở 3.2.2 Dùng DAC0808 a, Sơ đồ nguyên lí Nguyên lý hoạt động mạch không khác mạch dùng PIT8254 Đầu vào phản hồi không đổi Chỉ có đầu điều khiển ta thay PIT8254 DAC0808 Đây mạch biến đổi số/tương tự phổ biến 10 OE Q0 D0 D1 Q1 Q2 D2 D3 Q3 GND 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 VCC Q7 D7 D6 Q6 Q5 D5 D4 Q4 LE 74LS373 NC COMP IOUT VRVVR+ IOUT V+ D7 D0 D6 D1 D5 D2 D4 DAC0808 D3 (a) 16 15 14 13 12 11 10 ( b) Hình 3.10 – Sơ đồ chân vi mạch 74LS373 (a) DAC0808 (b) Trên sơ đồ nguyên lí, ta việc thay PIT8254 đệm liệu 74LS373 DAC0808 sau: Q0 12 Q1 11 Q2 10 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 R2 1k R1 74LS373 IOUT IOUT COMP VR+ VR- - LM358 + Out1 16 C1 0.1mF DAC0808 1k 14 15 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 +VCC V- 12 15 16 19 13 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 V+ LE OE 10 AEN 11 7CS D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 VCC 13 14 17 18 GND D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 R3 5k VCC VCC 20 VCC -VCC Hình 3.11 – Sơ đồ mạch nguyên lý Card điều khiển dùng DAC0808 Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 34 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tìm hiểu lò điện trở b, Nguyên lý hoạt động Phần phản hồi khác mạch dùng PIT8254 Ở có khác biệt thuật toán điều khiển Sau nhận giá trị phản hồi, phần mềm điều khiển so sánh với giá trị đặt tính toán thời gian mở van sau xuất tín hiệu điều khiển DAC0808 Cái khác biệt tín hiệu điều khiển mạch đưa số đếm đến timer 8254 tín hiệu điều khiển tỉ lệ nghịch với góc (thời gian) mở van Sau qua DAC0808 tín hiệu tương tự có giá trị điện áp từ 0…5V Tín hiệu đưa qua so sánh với xung cưa có chu kì ½ chu kì điện áp xuay chiều nguồn tạo mạch: VCC R2 1k - LM358 + R2 Out Out1 1k Out2 Hình 3.12 – Sơ đồ mạch so sánh tín hiệu điện áp điều khiển Từ ta có đầu đến điều khiển Thyristor Giản đồ xung sau: Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 35 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tìm hiểu lò điện trở U Sin-ware Square-ware /Square-ware T/2 Out1 2T T t Out2 t Out T1 T2 T1 T2 UR t T1 T2 T1 T2 Hình 3.13 - Giản đồ toàn trình điều khiển dùng DAC0808 3.3 Đánh giá, lựa chọn phương án Hai phương án có ưu nhược điểm Phương án đơn giản phần cứng lại phức tạp phần mềm Phương án hai ngược lại Vì lí phương án hai ứng dụng nhiều thành công nên chúng em dùng phương án để thử sức Có thể gặp phải nhiểu khó khăn, đặc biệt vấn đề điều khiển thời gian thực Window Song với hướng dẫn thầy Phòng thí nghiệm trọng điểm Tự Động Hoá (nơi chúng em thực tập), cụ thể Thạc sĩ Phạm Quang Đăng, với cố gắng không ngừng thân, chúng em tin thành công Dù vậy, kết Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 36 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tìm hiểu lò điện trở qua đó, chúng em đánh giá ưu nhược điểm PC/104 Từ biết đối tượng nào, yêu cầu ta điều khiển PC/104 Đó quan trọng Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 37 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tìm hiểu lò điện trở Những việc làm Trong thời gian thực tập Phòng thí nghiệm Trọng điểm Tự Động Hoá, hướng dẫn tận tình anh Phạm Quang Đăng thầy, anh chị, chúng em làm số việc sau: Tìm hiểu, lắp ráp thành công máy tính PC/104 Khảo sát đối tượng điều khiển lò điện trở Tiến hành thiết kế mạch phần cứng Card điều khiển lò điện trở Nghiên cứu thư viện lập trình FMOL++ Cụ thể sau: 4.1 Tìm hiểu, lắp ráp máy tính PC/104 Chúng em làm xong hộp chứa Mainboard thiết bị khác Vì lí Phòng thí nghiệm chưa có RAM, ổ cứng, ổ mềm, ổ CDROM nên chúng em chưa thể cài đặt Hệ điều hành Window2000 (WinNT) phần mềm điều khiển lên Vậy công việc dừng lại việc lắp ráp mà 4.2 Khảo sát lò điện trở Lò điện trở đặt Phòng thí nghiệm Trọng điểm Tự Động Hoá trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, sản xuất Lab-Line Instruments Inc Các thông số lò: Điện áp: 220 ÷ 240V, tần số 50/60Hz Dòng điện: 5A Công suất: 1200W 4.3 Thiết kế phần cứng cho Card điều khiển lò điện trở Toàn phần cứng Card điều khiển trình bày phần 3.2.1 thiết kế xong Hiện chúng em chờ Phòng thí nghiệm làm mạch in xong tiến hành lắp linh kiện chạy thử 4.4 Nghiên cứu thư viện lập trình FMOL++ Fmol++ tên viết tắt Fundamental Mathematical Object Library Đây thư viện phần mềm tính toán điều khiển viết Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 38 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tìm hiểu lò điện trở ngôn ngữ lập trình C++ tác giả Hoàng Minh Sơn - Bộ môn Điều khiển tự động - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Trong thư viện có chứa công cụ toán học mạnh để ta tính toán xử lí toán điều khiển phức tạp Đề phục vụ cho toán điều khiển, Fmol++ cung cấp cho ta timer với mức độ ưu tiên cao Đặc biệt, thư viện thích hợp cho vốn làm việc quen thuộc phần mềm tính toán Matlab Mặc dầu có điểm khác biệt như: Ma trận, vector, đa thức, phân số xây dựng với cấu trúc tổng quát (các khuôn mẫu lớp), có tính khả chuyển cao, có khả tự quản lý nhớ Ngoài thư viện xây dựng hàm truy nhập phần tử, truy nhập số phần tử ma trận, vector, đa thức, truy nhập vector hàng, vector cột ma trận làm tăng đáng kể hiệu tính toán Các phép tính số học +, - , x, ÷, … Fmol++ phải thực theo qui định kiểu liệu Trong thư viện có định nghĩa khuôn hình lớp, khuôn hình hàm thích hợp cho ứng dụng cụ thể (tính mở thư viện) Fmol++ thư viện lập trình máy tính, xây dựng với mã sử dụng lại thuận tiện giải pháp kinh tế cho toán điều khiển sử dụng lại mã pham vi quyền phần mềm chuyên dụng Matlab, Matrix Những khác biệt làm cho Fmol++ chặt chẽ phần mềm khác nhiều lần Đây điểm mạnh Vì vậy, toán điều khiển mà độ xác yêu cầu cao Fmol++ lựa chọn thích hợp Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 39 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tìm hiểu lò điện trở U5A U2 C4 U5B VCC 7414 5p R2 Y1 1k 1k HEADER JP2 1MHz J1 A21 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 74LS32 VCC C1 74LS688 U4C U5C 74LS32 14 10 A0 A1 18 17 16 15 14 13 12 11 VIDB0 DB1 ADC0804 DB2 DB3 CLKR DB4 DB5 CLK DB6 VREF DB7 RD 7414 A2 19 VCC R5 10k Phụ lục: Sơ đồ mạch nguyên lý Card điều khiển Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 20 VCC WR U3 VI+ INTR Q CS 10m ST JP4 JUMPER ST ST JP5 D0 JUMPER D1 D2 7A2 D3 JP3 D4 JUMPER D5 D6 D7 7WR 7RD VCC AGND 1P=Q 19 7CS2 7CS2 GND 7CS2 10 11 P HEADER 31x2 74LS32 74LS32 U4D VCC U1 G1 COMP V 12 20 U4B 10 AEN A3 A4 A5 A6 A7 11 A8 13 A9 15 17 12 14 16 18 13 7A2 AEN A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 12 7CS1 U4A A01 A02 A03 A04 A05 A06 A07 A08 A09 A10 A11 A12 A13 A14 A15 A16 A17 A18 A19 A20 A21 A22 A23 A24 A25 A26 A27 A28 A29 A30 A31 CLK0 VCC D0 G0 D1 D2 OUT0 D3 CLK1 D4 CLK2 D5 G2 D6 D7 8254 A0 G1 A1 OUT1 RD OUT2 WR CS + B01 B02 B03 B04 B05 B06 B07 B08 B09 B10 B11 B12 7WR B13 7RD B14 B15 B16 B17 B18 B19 B20 B21 B22 B23 B24 B25 B26 B27 B28 B29 B30 B31 7414 0R1 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 19 A1 20 7RD 22 7WR 23 7CS121 GND 14 VCC 40 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tìm hiểu lò điện trở Tài liệu tham khảo [1] PC/104 www.nagasaki.com.tw User’s Manual: Website: http:// [2] Bài tập lớn Hệ thống điều khiển số: Nguyễn Mậu Phương ĐKTĐ1-K44-ĐHBK, 6/2003 [3] Kĩ thuật Vi xử lí: Văn Thế Minh – NXB Giáo dục, 1997 [4] Đo lường điều khiển máy tính: Ngô Diên Tập -NXB Khoa học Kĩ thuật, 1999 [5] Nguyên lý phần cứng kĩ thuật ghép nối máy vi tính: Trần Quang Vinh-NXB Giáo dục, 1997 [6] Fundamental Mathematical Object Library: Hoàng Minh Sơn Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 41 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tìm hiểu lò điện trở Mục lục Lời nói đầu………………………… …………………………… ………… …2 Mục lục…………….……………………………………………… ……… … Giới thiệu PC/104……………… ……… …………………… …… 1.1 Sơ lược cấu trúc PC/104……… …….……………………… … 1.2 Cài đặt phần cứng………………….….…………………………… 1.3 Thiết lập hệ thống vào sở……….………………………………6 1.3.1 Các thiết lập sở………… …………………………………… ….6 1.3.2 Cài đặt ngoại vi…………… ……………………………………… 10 1.3.3 Chức WatchdogTimer………… …………………………….12 Tìm hiều lò điện trở………………………… ……… …………… .21 2.1 Giới thiệu chung… ……………………………………………… 21 2.2 Các phương pháp điều khiển lò điện trở…………… ………… 21 2.2.1 Điều khiển dùng Rơle……………….…………………………… 21 2.2.1.1 Sơ đồ nguyên lý………… ……………………………… 21 2.2.1.2 Nguyên lý điều khiển…….…………….………………… 21 2.2.2 Điều khiển Thyristor… ………………… …………………… ….22 Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 42 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tìm hiểu lò điện trở 2.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý……………… …………………………….22 2.2.2.2 Nguyên lí điều khiển……………….……………………… 22 2.3 Kết luận…………… ….………………………………………… …24 Cấu tạo mạch điều khiển……………………………….………………….25 3.1 Cấu tạo mạch điều khiển lò điện trở……….…… …………… …25 3.1.1 Đặc tính Thyristor…… … …………………………………….25 3.1.2 Sơ đồ mạch………………………… …………………………… .25 3.2 Cấu tạo Card điều khiển PC/104 sử dụng rãnh ISA…… ….26 3.2.1 Dùng PIT8254…… ………………………………………… … 27 3.2.1.1 Sơ đồ nguyên lý……… …………………………………….27 3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động………….…………………………… 29 3.2.2 Dùng DAC0808…… ………………………………………… ……32 3.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý……………… ………………………… 32 3.2.2.2 Nguyên lý hoạt động……………….……………….……….32 3.3 Đánh giá, lựa chọn phương án……….………….………… ………34 Những việc làm được………………………………… ……… …… 35 4.1 Tìm hiểu, lắp ráp máy PC/104…….…………………………… ….35 Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 43 Báo cáo thực tập tốt nghiệp Tìm hiểu lò điện trở 4.2 Khảo sát lò điện trở…………….……….………………… ……… 35 4.3 Thiết kế phần cứng cho Card điều khiển lò điện trở………………35 4.4 Nghiên cứu thư viện lập trình toán học Fmol++……….…… ….35 Tài liệu tham khảo……,……………………………….………………………37 Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động – K44 44 [...]... pháp điều khiển lò điện trở Có rất nhiều phương pháp điều khiển lò điện trở, song phổ biến hiện nay có hai phương pháp là điều khiển dùng Rơle và điều khiển dùng Thyristor 2.2.1 Điều khiển dùng Rơle a, Sơ đồ nguyên lý RELAY R Hình 2.1 – Sơ đồ điều khiển bằng Rơle Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 21 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2 Tìm hiểu về lò điện trở b, Nguyên lý điều. .. độ theo thời gian sau: Pc 0 T/2 T t 2T o o to t ( C) t Hình 2.2 - Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và công suất cấp Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 22 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2 Tìm hiểu về lò điện trở 2.2.2 Điều khiển Thyristor a, Sơ đồ nguyên lý T1 T2 R Hình 2.3 – Sơ đồ điều khiển bằng Thyristor b, Nguyên lý điều khiển Khác với điều khiển dùng Rơle, điều khiển dùng... Đường dữ liệu vào Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 28 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2.Tìm hiểu về lò điện trở Base + 2 Đọc Bộ đệm trạng thái Base + 3 Ghi Bộ chốt điều khiển Giá trị cụ thể của các thanh ghi có thể tham khảo trong TL [1] Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 29 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2 Tìm hiểu về lò điện trở 2 Tìm hiểu về lò điện... thước của card tương tự như card hiện có trên Phòng thí nghiệm Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 27 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2 Tìm hiểu về lò điện trở Phần Card điều khiển PIT 8254 (DAC 0808) Các mạch giải mã địa chỉ và các đường dữ liệu, điều khiển PC/104 Đầu ra điều khiển Đầu vào phản hồi ADC 0804 Hình 3.3 – Sơ đồ khối Card điều khiển 3.2.1 Dùng PIT-8254 a, Sơ đồ nguyên... cộng có 1K không gian địa chỉ sẵn dùng Bảng sau liệt kê các địa chỉ cổng vào ra (I/O) được sử dụng trong card CPU công nghiệp này Bảng 1.4 - Địa chỉ các cổng vào ra Địa chỉ Miêu tả thiết bị 000h01Fh Điểu khiển DMA #1 020h03Fh Điều khiển ngắt #1 040h05Fh Timer (định thời) 060h06Fh Điểu khiển bàn phím Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 23 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 070h07Fh... Điều khiển tự động 1 – K44 24 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2 Tìm hiểu về lò điện trở o Đường đặc tính điều khiển không trơn Do vậy khó cho việc điều khiển các đối tượng có nhiệt độ theo một qui luật nhất định o Chịu ảnh hưởng của nhiễu như: nhiệt độ buồng đốt, nhiệt độ vật nung, nhiệt độ môi trường…sẽ ảnh hưởng đến nhiệt lượng toả Qt Phương pháp điều khiển dùng Thyristor Ưu điểm: Chất lượng điều khiển. .. song #1 IRQ8 Đồng hồ thời gian thực IRQ9 Dự trữ IRQ10 Ethernet (bus cục bộ) Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 25 Báo cáo thực tập tốt nghiệp IRQ11 Dự trữ IRQ12 Chuột PS2 IRQ13 FPU IRQ14 IDE chính IRQ15 Dự trữ 2.Tìm hiểu về lò điện trở DMA Channel Map Hai thiết bị điều khiển DMA 8327A tương đưong nhau được cung cấp trên bo mạch của CPU PC/104 Mỗi bộ điều khiển là một thiết... loại NPN Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 26 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 2 Tìm hiểu về lò điện trở Mạch vi phân có tác dụng tạo xung nhọn từ xung chữ nhật đầu vào điều khiển Xung nhọn này được khuếch đại và tạo sự đồng pha điều khiển 2 Thyristor bời một máy biến áp xung Đầu ra thứ cáp của máy biến áp xung nối vào đầu vào điều khiển Thyristor RU1 +12V G1 RU1 K1 RU1 G2 RU1... được cắm vào rãnh ISA trên Mainboard PC/104 và có thể cắm chồng lên nhau Trên Phòng thí nghiệm hiện có một Card điều khiển dùng cho chuẩn này Card do Đài Loan sản xuất và điều khiển theo nguyên lý đóng/mở Rơle Với yêu cầu điều khiển Thyristor, chúng em có hai phương án thiết kế Card điều khiển: sử dụng bộ định thời PIT-8254 hoặc dùng bộ biến đổi số/tương tự DAC0808 làm đầu ra điều khiển Đầu vào phản hồi... lượng tốt thì ta áp dung phương pháp hai Còn nếu chất lượng vừa phải thì có thể dùng phương pháp một để tiếc kiệm chi phí Thực tế trên thị trường hiện nay các mạch điều khiển dùng Rơle hiện rất phổ biến bởi tính phổ dụng của nó Song, trong khuôn khổ đề tài được giao, chúng em sử dụng phương pháp điều khiển dùng Thyristor Nguyễn Văn Hiến & Nguyễn Mậu Phương – Điều khiển tự động 1 – K44 25 Báo cáo thực