Bai giang Do luong dieu khien bang may tinh - Quoc1

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠ KHÍ Mơn học: Đo lường điều khiển máy tính GVHD: TS Nguyễn Viễn Quốc Tài liệu tham khảo: Nguyễn Đức Thành, Đo lường điều khiển máy tính, NXB ĐHQG TPHCM, 2011 Ngô Diên Tập, Đo lường điều khiển, NXB KH-KT, 1996 Kevin James, PC Interfacing and Data Acquisition: Techniques for Measurement, Instrumentation and Control, Newnes, 2000 Nội dung: Chương 1: Khái niệm Chương 2: Cảm biến chuyển đổi Chương 3: Giao tiếp qua rãnh cắm máy tính Chương 4: Lập trình cho máy tính điều khiển Chương 5: Card thu thập tín hiệu điều khiển Chương 6: Giao tiếp qua cổng song song Chương 7: Giao tiếp qua cổng nối tiếp Chương 8: Bộ điều khiển logic lập trình Chương 9: Hệ thống điều khiển số Chương 10: Mạng công nghiệp Chương 1: KHÁI NIỆM 1.1) Máy tính đo lường điều khiển Vi xử lý sử dụng đo lường điều khiển dạng - Máy tính điều khiển, - Vi xử lý điều khiển nhúng (embedded micro-processor/ microcontroller), - Bộ điều khiển logic lập trình (PLC – Programmable Logic Controller) Các hệ thống đo lường điều khiển có sử dụng máy tính: - Hệ thống cân xe tải, cân định lượng, trạm trộn bêtông, … Máy tính Cầu cân Loadcell Đầu cân (weigh indicator) Hệ thống cân xe tải Tủ điều khiển Trạm trộn bê-tông - Hệ SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition - Điều khiển giám sát thu thập liệu): nhà máy hóa dầu, xử lý nước, hệ thống điện, … Một hệ thống SCADA (Lị phản ứng hóa học) - Robot Robot sơn tự động - Máy CNC (Computer Numerical Control), … 1.2) Cấu trúc hệ thống đo lường – điều khiển dùng máy tính Mơi trường Nhiễu Sản phẩm vào Năng lượng vào Thông tin vào Q trình vật lý Máy tính Sản phẩm Năng lượng Thơng tin Sử dụng máy tính điều khiển q trình Máy tính trung tâm Máy tính Giao tiếp vào/ra Ngõ vào số ADC DAC Ngõ vào tương tự Ngõ số Ngõ tương tự Khuếch đại công suất Khuếch đại, chuyển đổi Chấp hành Cảm biến Quá trình vật lý Cấu trúc hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển số 1.3) Máy tính cơng nghiệp So với máy tính thơng thường, máy tính cơng nghiệp chế tạo để làm việc môi trường môi trường khắc nghiệt nên đòi hỏi: - chắn chắn hơn, khả chịu rung động học tốt hơn, - chịu nhiệt độ cao hơn, - chất lượng linh kiện cao (theo chuẩn công nghiệp) Industrial Motherboard ATX-945G Một số dạng máy tính cơng nghiệp: - Industrial rack-mount computers - Industrial panel-mount computers - Industrial wall-mount computers 10 So sánh đặc tuyến thermistor, RTD thermocouple 4- Cảm biến nhiệt vi mạch - Một số loại IC cảm biến nhiệt: LM34, LM35, LM135, LM235, LM335, AD590, TMP01, TMP35, … - Thông số cụ thể xem datasheet IC Ví dụ: LM335 TO-92 SOIC o Tầm đo: -40100C o Độ xác: 2C o Hệ số điện áp-nhiệt độ ngõ ra: 10mV/K o Dòng làm việc: 400A5mA Sơ đồ mạch: 22 TO-46 Có cân chỉnh Khơng cân chỉnh - Dùng mạch bù nhiệt cho thermocouple Ví dụ: Dùng TC loại J, hệ số nhiệt 50V/C Cảm biến nhiệt vi mạch dùng để bù nhiệt, có độ nhạy 8mV/C Yêu cầu ngõ mạch khuếch đại 2.00V 200C Thiết kế mạch khuếch đại + bù nhiệt 2.2) Cảm biến lực trọng lượng 1- Strain gage - Hoạt động dựa thay đổi điện trở kim loại biến dạng - Công thức tính điện trở kim loại: R0   Trong đó: 23 l0 A0 o R0: điện trở,  o : điện trở suất, .m o l0: chiều dài, m o A0: tiết diện, m2 - Lực kéo F tác dụng lên đoạn kim loại hình trụ  biến dạng Thể tích khơng đổi  V  l0 A0  (l0  l )( A0  A) Điện trở biến dạng: R   l0  l A0  A Sự thay đổi điện trở: R  R0 l l0  l0  l  1   A0  l0  - Định nghĩa hệ số gage (gage factor) G: G R R l  strain  R R l - G đặc trưng cho thay đổi điện trở ứng với biến dạng (strain) cho trước (G lớn dễ đo) G  strain gage kim loại constantan Với loại strain gage carbon hợp kim đặc biệt, G lên tới 10 24 2- Đo lực/trọng lượng strain gauge - Do thay đổi điện trở nhỏ, ứng dụng thực tế strain gage thường mắc theo sơ đồ cầu Ngoài cách mắc cho phép bù ảnh hưởng nhiệt độ cách mắc thêm dummy strain gage - Giả sử điện trở danh định strain gage RA = RD = R1 = R2 = R 25 ... Rhenium (-) 165 0-2 315C N Chromel (+) Constantan (-) Iron (+) Constantan (-) Chromel (+) Alumel (-) Nicrosil (+) Nisil (-) R Platinum 13% Rhodium (+) E J K 14 9 5-9 00C 9 5-7 60C 9 5-1 260C 65 0-1 260C... 9 5-9 00C 9 5-7 60C 9 5-1 260C 65 0-1 260C 87 0-1 450C S T Platinum (-) Platinum 10% Rhodium (+) Platinum (-) Copper (+) Constantan (-) 98 0-1 450C -2 0 0-3 50C - Cực tính TC (như bảng trên) quy ước theo... máy tính cơng nghiệp: - Industrial rack-mount computers - Industrial panel-mount computers - Industrial wall-mount computers 10 11 Chương 2: Cảm biến 2.1) Cảm biến nhiệt độ - Đơn vị: Celsius (C),