28 Chương CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG VÀ CẢM BIẾN THÔNG DỤNG Trong hệ thống điều khiển, tự động cho tòa nhà thường bắt gặp thuật ngữ : BACnet, LONtalk, Modbus, KNX, Profibus Chúng gọi chuẩn giao tiếp liệu (data communication protocol) Về mặt khái niệm liên hệ chúng với chuẩn giao tiếp TCP/IP phổ biến giới mạng, IT Cần phần biệt chuẩn giao tiếp (giao thức) hardware (phần cứng), software (phần mềm) hay firmware Chuẩn giao tiếp khái niệm trừu tượng Nó tập hợp quy định, khuôn khổ tiêu chuẩn hóa mà người ta cần theo cách nghiêm ngặt thiết lập trình truyền nhận liệu (data) Có thể hiểu cách mà thiết bị tự động dùng để trao đổi thông tin cho Một cách dễ hiểu liên hệ chuẩn giao tiếp hệ thống tự động với ngôn ngữ người Ngôn ngữ công cụ để người giao tiếp hiểu tư tưởng người Chuẩn giao tiếp giống thế, công cụ để thiết bị "hiểu" Ngôn ngữ người sử dụng đơn vị chữ cái, ghép chữ lại thành từ, đặt từ lại theo cấu trúc quy ước tạo thành câu có ý nghĩa Chuẩn giao tiếp, tương tự, sử dụng đơn vị bit, byte liệu, ghép chúng lại cho biến, thay đổi giá trị thuộc tính đối tượng theo "quy định" lập sẵn giúp trao đổi thông tin Giao tiếp máy tính với thiết bị ngoại vi việc trao đổi liệu máy tính với hay nhiều thiết bị ngoại vi Máy tính có nhiều cổng vào (I/O) để thực chức 4.1 Chuẩn truyền thông RS-232 Để bảo đảm tương thích thiết bị truyền liệu nối tiếp hãng khác sản xuất, năm 1960 hiệp hội Công Nghiệp Điện Tử EIA xây 29 dựng chuẩn giao diện gọi RS232 Năm 1963, chuẩn cải tiến gọi RS232A, RS232B RS232C vào năm 1965 1969 Ngày nay, RS232 chuẩn giao diện I/O sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, chuẩn đời lâu, trước có họ mạch vi điện tử TTL, mức điện áp vào/ra không tương thích với TTL Ở RS232, mức “1” tương ứng từ -3V ÷ -25V, mức “0” tương ứng từ 3V ÷ 25V, khoảng từ -3V ÷ +3V không xác định Do để nối RS232 với máy tính phải qua biến đổi điện áp MAX232 để chuyển mức logic TTL sang mức điện áp RS232 ngược lại Nhìn chung, chip IC MAX232 dùng để điều khiển đường truyền Cổng nối tiếp chuẩn RS232 giao tiếp phổ biến rộng rãi nhất, gọi cổng COM Cổng truyền liệu dạng nối tốc độ người lập trình quy định (thường 1200, 2400, 4800, 9600bps…) Cổng nối tiếp chuẩn RS232 hệ thống Bus, cho phép dễ dàng tạo liên kết hình thức điểm thiết bị cần trao đổi thông tin với Chiều dai liệu truyền bit, kèm theo bit Start, Stop, Parity để tạo thành khung truyền (Frame) Do việc truyền liệu nối tiếp nên tốc độ truyền bị hạn chế thường không sử dụng ứng dụng cần tốc độ truyền cao Khung truyền liệu sau: Start bit D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Hình 4.1: Cổng COM chân Ý nghĩa chân quan trọng mô tả đây: • RXD (receive Data): Đường nhận liệu Parity bit Stop bit 30 • TXD (Transmit Data): Đường gửi liệu • DTR (Data Terminal Ready): Báo DTE sẵn sàng Chân DTR thường trạng thái ON thiết bị đầu cuối sẵn sàng thiết lập kênh truyền thông (tự động quay số hay tự động trả lời) DTR trạng thái OFF thiết bị đầu cuối không muốn DCE chấp nhận lời gọi từ xa • DSR (Data Set Ready): Báo DCE sẵn sàng, chế độ trả lời, tone trả lời DSR ON sau giây Modem nhấc máy • DCD (Data Carrier Detect): Tín hiệu tích cực Modem nhận tín hiệu từ trạm từ xa trì suốt trình liên kết • RTS (Request To Send): Đường RTS kiểm soát chiều truyền liệu Khi trạm cần gửi liệu, đóng mạch RTS sang ON để báo hiệu với modem • CTS (Clear To Send): Khi CTS chuyển sang ON, Modem xác nhận DTE truyền số liệu Quá trình ngược lại đổi chiều truyền số liệu • RI (Ring Indicator): Khi modem nhận tín hiệu chuông, RI chuyển ON/OFF cách với chuông điện thoại để báo hiệu cho trạm đầu cuối Tín hiệu thị modem xa yêu cầu thiết lập liên kết dialup 4.2 Chuẩn truyền thông RS-485 Khi thực truyền thông tin tốc độ cao qua khoảng cách lớn môi trường thực, phương pháp đơn cực (single ended) thường không thích hợp Việc truyền dẫn liệu vi sai (hay tín hiệu vi sai cân bằng) cho kết lớn phần lớn trường hợp Tín hiệu vi sai loại bỏ ảnh hưởng thay đổi nối đất giảm nhiễu xuất điện áp chung mạng Tuy nhiên, mạng multi-network thực chất gồm nhiều mạch phát nhận nối vào đường dây bus chung, node phát nhận data RS485 đáp ứng yêu cầu Chuẩn RS485 cho phép 32 mạch truyền nhận nối vào đường dây bus đơn (với repeater tự động truyền/ nhận trở kháng cao, giới hạn mở rộng lên tới 256 node mạng) 31 Bên cạnh đó, RS485 chịu xung đột data (data collision) điều kiện lỗi đường truyền Để giải vấn đề xung đột data thường xuất mạng multi-drop network, đơn vị phần cứng (converters, repeaters, micro-prosessor controls) thiết kế trì trạng thái nhận sẳn sàng truyền data Một node master kích khởi yêu cầu truyền đến slave node cách định địa node Phần cứng phát bit start ký tự truyền tự động cho phép truyền làm việc Sau ký tự truyền đi, phần cứng trở trạng thái nhận sau vài micro giây Khi có ký tự cần gởi, truyền tự động kích lại Như vậy, slave node định địa đáp ứng mà không cần thực khoảng delay dài để tránh xung đột 4.3 Cảm biến nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ dụng cụ chuyển đổi đại lượng nhiệt thành đại lượng vật lý khác như: điện áp, dòng điện, áp xuất, độ nở dài, độ giãn nở khối, điện trở, v.v Cảm biến nhiệt độ phần tử thiếu hệ thống đo lường điều khiển nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ có khả nhận biết tín hiệu tín hiệu nhiệt độ cách xác chuyển đổi thành tín hiệu đo lường điện áp, dòng điện, điện trở, thể tích áp suất.v.v • Khoảng làm việc: khoảng nhiệt độ mà cảm biến có khả tác động chưa bị bão hòa Khoảng làm việc cao hay thấp tính chất cấu tạo tính lý hóa loại cảm biến quy định • Độ nhạy: định nghĩa biểu thức: s = df dx Với: df: thay đổi đại lượng đo cảm biến dx: thay đổi đại lượng vật lý • Ngưỡng độ nhạy: mức thấp mà cảm biến phát • Tính trễ: gọi quán tính cảm biến Tính trễ cảm biến tạo sai số phép đo Tốc độ thay đổi đại lượng đo phải phù hợp với tính trễ cảm biến Nếu đại lượng đo thay đổi nhanh mà quán tính cảm 32 biến lớn đo xác Mọi cảm biến có tính trễ ảnh hưởng vỏ bảo vệ • Các loại cảm biến nhiệt thông dụng: cảm biến nhiệt thực tế có nhiều loại khác nhau, cấu tạo khác nhau, ứng dụng khác Nhưng chúng có chung đặc điểm xác định nhiệt độ vật chất - Cặp nhiệt điện: dụng cụ đo nhiệt độ thường sử dụng rộng rãi công nghiệp Cơ sở chế tạo cặp nhiệt điện dựa nguyên lý sau: o Hiệu ứng Thomson: qua dây dẫn có dòng điện I hiệu nhiệt dây T1 - T2 có hấp thụ hay tỏa nhiệt o Hiệu ứng Pentier: có dòng điện qua mối nối hai dây dẫn vị trí mối nối có hấp thụ hay tỏa nhiệt o Hiệu ứng Seebeck: dây dẫn bất kỳ, có chênh lệch nhiệt độ điểm điểm xuất suất điện động o Định luật Macmut: mạch điện kín dây dẫn đồng bất kỳ, phân bố nhiệt độ sao, suất điện động tổng cộng mạch không - Nhiệt kế điện trở: nguyên lý làm việc nhiệt kế dựa vào thay đổi điện trở theo nhiệt độ vật liệu dẫn điện Có loại nhiệt điện trở: o Nhiệt điện trở kim loại: thường có hệ số nhiệt lớn, điện trở xuất lớn, tính ổn định lý hóa tốt tính khiết nhiệt trở kim loại o Nhiệt điện trở bán dẫn: thường chế tạo bán dẫn thermistor Thành phần thermistor bột oxit kim loại hỗn hợp tinh chế MgAl2O4 ,Zn2TiO4 Nói chung, nhiệt điện trở bán dẫn chia làm loại: Nhiệt điện trở Pct: loại nhiệt điện trở có hệ số nhiệt dương, nghĩa nhiệt độ tăng điện trở giảm Nhiệt điện trở Nct: thành phần bột kim loại như: MnAl 2O4 Zn2TiO4 Độ tin cậy nhiệt điện trở bán dẫn phụ thuộc vào độ tinh khiết vật liệu chế tạo 33 - IC cảm biến nhiệt độ: mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển đổi thành điện, cho phép đo dạng điện áp hay dòng điện Một số IC cảm biến thông dụng là: LX5700, LX135, LM235, LM335, AD590, LM134.v.v 4.4 Cảm biến CO2 Hình 4.2: Cảm biến CO2 Hệ thống thông gió điều khiển theo yêu cầu DCV (demand - cotrol ventilation) dựa CO2 tương đối tiết kiệm chi phí cho không gian không liên tục có tỉ lệ chiếm chỗ dễ thay đổi phòng hội thảo, thính phòng, nhà hát, phòng học hay sân bay v.v Các ứng dụng điển hình khác công nghệ bệnh viện, casino, nơi người quản lý mong muốn đảm bảo thông gió cần thiết cần phải nhận cảnh báo sớm có cố xảy Cảm biến CO2 thường gắn tường hay tích hợp điều nhiệt khả trình 4.5 Van điện từ (Motorize valve) Hình 4.3: Van điện từ Van điện từ thực tế có nhiều loại, cấu tạo khác biệt nhau, nhìn chung chúng dựa nguyên lý có cuộn điện, có 34 lõi săt lò so nén vào lõi sắt đó, lõi sắt lại tỳ vào đầu gioăng cao su Như vậy, bình thường điện lò so ép vào lõi sắt, để đóng van, đưa điện vào, cuộn dây sinh từ trường hút lõi sắt ra, từ trường đủ mạnh thắng lò so, van mở Ví dụ loại van điện từ thường gặp van cấp nước máy giặt, van xả nước máy giặt, van đảo chiều điều hòa không khí.v.v Trong hệ thống điều hòa không khí thông gió, nguyên tắc hoạt động van điện từ chịu điều khiển hệ thống BMS, tên của gọi MOTORIZED VALVE Nó có tác dụng ON/OFF hệ ống dẫn nhiệt, dẫn khí cung cấp chịu điều khiển từ bảng điều chỉnh nhiệt độ, bảng điều khiển tốc độ quạt FCU nhận tín hiệu từ tủ DDC mà đóng mở tiếp điểm tác động lên van Tủ DDC lập trình dạng tín hiệu số DI, DO, AI, AO có trách nhiệm xử lý số máy tính đưa tới Van điện từ (solenoid valve) có nhiều loại: loại ngả, ngả, ngả Loại dùng cho khí nén, dùng cho nước, gaz, nước Loại thường đóng (NC), loại thường mở (NO), thường đóng: chưa có điện van đóng, có điện mở; loại thường mở ngược lại Điện áp cuộn hút: 24VDC, 110VAC, 220VAC ... để đóng van, đưa điện vào, cuộn dây sinh từ trường hút lõi sắt ra, từ trường đủ mạnh thắng lò so, van mở Ví dụ loại van điện từ thường gặp van cấp nước máy giặt, van xả nước máy giặt, van đảo... xảy Cảm biến CO2 thường gắn tường hay tích hợp điều nhiệt khả trình 4.5 Van điện từ (Motorize valve) Hình 4.3: Van điện từ Van điện từ thực tế có nhiều loại, cấu tạo khác biệt nhau, nhìn chung... DDC mà đóng mở tiếp điểm tác động lên van Tủ DDC lập trình dạng tín hiệu số DI, DO, AI, AO có trách nhiệm xử lý số máy tính đưa tới Van điện từ (solenoid valve) có nhiều loại: loại ngả, ngả, ngả