Nghiên cứu ứng dụng PDA đo tín hiệu điện tim và độ ồn

Nghiên cứu ứng dụng PDA đo tín hiệu điện tim và độ ồn Giới thiệu cấu trúc một hệ thu thập giám sát và điều khiển. Mạng hệ thống mạng Field Point. Giới thiệu môi trường lập trình LabView. Chuẩn bị giao tiếp OPC. Thiết kế platform vào ra đo điều khiển phân tán trên cơ sở mạng Field Point. Kết quả và hướng nghiên cứu.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PDA ĐO TÍN HIỆU ĐIỆN TIM VÀ ĐỘ ỒN CHUYÊN NGÀNH: ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THẾ ĐỨC HƯNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG HÀ NỘI 2007 Lời cảm ơn Trong thời gian vừa qua, với giúp đỡ bạn bè đồng nghiệp, gia đình với nỗ lực thân đà hoàn thành luận án Nghtên cứu ứng dụng PDA đo tín hiệu điện tim độ ồn với tất lòng nhiệt tình Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp người ủng hộ, giúp đỡ lúc khó khăn Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thị Lan Hương đà hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành luận án Tôi xin trân thành cảm ơn người thân gia đình người thông cảm tạo điều kiện cho hoàn thành tốt công việc Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn Hà Nội Ngày 29/11/2007 -1- Đặt vấn đề Hệ thống mạng - mạng công nghiệp ngày phát triển đóng vai trò quan trọng hệ thống điều khiển Cùng với phát triển công nghiệp điện tử, kỹ thuật mạng máy tính, tin học, hệ thống ngày tích hợp với trình độ sâu hơn, mức độ tự động hoá cao Việc phát triển hệ thống đo phân tán thu thập qua mạng máy tính quan tâm cách đắn Sự đời card thu thập số liệu, hiển thị, điều khiển trình ngày hoàn thiện nhờ mạng công nghiệp Hơn nữa, xu hướng phát triển tích hợp hệ thống sở mạng máy tính giám sát, sử dụng giao thức cấp cao TCP/IP ngày áp dụng rộng rÃi Trong nhà máy đại, cấu phân cấp chức cho tầng mạng thể rõ rệt Các thông số kỹ thuật trình truy cập thông qua mạng LAN công ty mà truy cập phạm vi toàn cầu qua mạng internet cách sử dụng trình duyệt WEB Với mục đích tìm hiểu hệ thống mạng hệ thống điều khiển thực tế mục đích đề tài gồm: Mục đích thứ đề tài sử dụng mạng Field - Point để hiển thị thông số trình việc áp dụng thực tế Các dịch vụ truyền thông, cấu hình, đặt tham số, giao tiếp liên trình, số kỹ thuật lập trình môi trường LabView Trên sở hệ thống sẵn có module Field - Point hệ thống mạng NI (National Istrument) tìm hiểu module, giao thức truyền thông xây dựng giao diện giám sát đơn giản, đo điều khiển trình qua mạng máy tính Đặt vấn đề -2- Mục đích thứ hai phát triển số module giao tiếp trình phục vụ cho giảng dậy thí nghiệm đo sở thiết bị đo ảo Virtual Instrument môi trường LabView, cho sinh viên thực hành nhằm nắm rõ trình thông số kỹ thuật trình thu thập truyền thông mạng Nhằm phát triển nội dung cho đề tài nội dung trình bày luận văn chia thành phần: Ch­¬ng 1: Tỉng quan vỊ cÊu tróc hƯ thu thËp số liệu Chương 2: Thành phần hệ thống mạng Field Point Chương 3: Giới thiệu môi trường lập trình LabView, LabView DSC Ch­¬ng 4: Giíi thiƯu chn giao tiÕp OPC Chương 5: Xây dựng module tín hiệu thu thập giao tiÕp Field - Point vµ mét sè giao diƯn giám sát số liệu sở mạng Field - Point Đặt vấn đề -3- Chương 1: Cấu trúc hệ thu thập giám sát & điều khiển 1.1 Thiết bị đo lường, cấu chấp hành Trong hệ thống thu thập giám sát thiết bị đo lường, dẫn động đứng giao tiếp hệ thống điều khiển máy móc (cấp trường) Chúng đóng vai trò thiết bị đơn lẻ, hoạt động độc lập Trong thiết bị đo lường thực phép đo, xử lý thông tin, truyền thông tin đến cấp điều khiển sở Cấp sở tính toán điều khiển xuống qua cấu chấp hành Các thiết bị đo lường, chấp hành ngày thông minh hoá Hình 1-1 mô tả sơ đồ khối thiết bị đo thông minh ( Sensor, chuyển đổi chuẩn hoá, vi xử lý, thị, điều khiển ) Đối tượng đo Thu nhận Gia công tín hiệu Lưu trữ thông tin đo Hiển thị truyền thông Điều khiển Hình 1-1 Sơ đồ khối khâu đo lường (sensor thông minh) Thiết bị thu nhận sensor: tín hiệu đo thu nhận qua sensor đo biến đổi thành tín hiệu điện Thiết bị gia công: nhằm biến đổi chuẩn hoá tín hiệu đo Các thông số trình đơn giản nhiệt độ, áp suất, lưu tốc đại lượng phức tạp (tín hiệu nhiệt độ thu thập hình ảnh nhiệt, tín hiệu siêu âm ) Cấu trúc hệ thu thập giám sát -4- cần phải gia công lượng tử so sánh với mẫu Hiển thị thông tin đo lệnh điều khiển lưu trữ Thiết bị lưu trữ thông tin đo có băng từ, EEPROM Các thông tin lưu trữ ngày tháng, thông số trình, ngày bảo dưỡng Chức hiển thị thông tin đo hiển thị giá đo tham số liên quan thứ nguyên, ngày tháng Bên cạnh giao diện kết nối cấu điều khiển, giao diện dòng vòng hay điện áp Giá trị điện đại diện cho thông tin đo (thông tin trình Process Value), điều khiển đọc làm sở cho việc điều khiển Trong sensor thông minh, việc áp dụng vi xử lý điều tất yếu, sensor thông minh thực phép đo mà có tính sau: chuẩn hoá, tuyến tính hoá, bù ảnh hưởng nhiễu (nhiệt độ, áp suất ), tích hợp giao diện truyền thông HART 1, RS232/485, GPIB lưu trữ số liệu Đặc biệt thiết bị có khả giao tiếp PC nhằm thu thập, xử lý, hiển thị thông tin đo Các đặc điểm thể kỹ thuật thông tin đo lường bao gåm: - Kü thuËt tÝnh to¸n - Kü thuËt truyền thông - Kỹ thuật giữ lưu thông tin - Kỹ thuật thông tin đo lường Trong hệ thống đại ngày xu hướng phân tán mặt chức kết hợp với kỹ thuật mạng công nghiệp hệ thống đo điều khiển có nhiều ®iĨm kh¸c biƯt so víi hƯ thèng cị Trong hƯ thống cũ giá trị biến trình thu nhận biến đổi ghép nối vào hệ thống phương pháp nối dây cổ điển (điểm điểm) Thông tin truyền từ thiết bị đo đơn lẻ dạng tương tự chuẩn áp (0 10V;+/-10V ) hay dòng (0 20mA, 20mA) Đặc biệt với hệ thống lớn, việc thu thập thông tin đo, kiểm tra chất lượng sản phẩm hệ thống có số ®iÓm ®o Highway Addressable Remote Transducer (cho phÐp truyền thông tin số 20 mA) General Purpose Interface Bus, IEEE 488 CÊu tróc hƯ thu thập giám sát -5- lớn phức tạp sử dụng đổi nối, (mux, demux) biến đổi AD Do độ tin cậy không cao Trong hệ thống đại ngày hệ thống thu thập tÝn hiƯu bao gåm c¸c PLC (programmable logic device), RTU ( remote terminal unit) vµ hƯ thèng trun tin sè (gọi chung Bus trường) PLC, RTU đóng vai trò trạm thu thập số liệu truyền thông tin máy tính PC, thông tin gia công xử lý chỗ Các thiết bị đo lường nối mạng trực tiếp giao tiếp qua giao diện dòng điện, điện áp hình thành hệ hệ thống điều khiển 1.2 HƯ thèng ®iỊu khiĨn - SCADA SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) thuật ngữ hệ thống thu thập giám sát điều khiển số liệu từ xa Bao gồm công việc xử lý số liệu trình điều khiển cục bộ, hay máy tính trung tâm gồm số chức sau: ã Kiểm tra thông số trình công nghệ ã Gia công số liệu, báo hiệu sai lệch thông số trình so với giá tri đặt trước, thực số chức tính toán tổng ghi lượng tiêu hao lưu trữ số liệu trình ã Điều chỉnh tự động tham số trình (ổn định tham số công nghệ điều khiển theo chương trình, điều khiển tầng) ã Điều khiển xa thông báo trạng thái máy móc thiết bị công nghệ ã Đảm bảo hoạt động đồng bộ, an toàn cho hệ thống ã Thực điều khiển tối ưu tham số tiêu (kinh tế, kỹ thuật) trình công nghệ Cấu trúc hệ thu thập giám sát -6- Các thành phần hệ SCADA gồm: - Các trạm điều khiển giám sát trung tâm o Trạm kỹ thuật (Engineer Station): Cài đặt công cụ phát triển ứng dụng, chương trình lập trình, thay đổi cấu trúc điều khiển tham số điều khiển o Trạm vận hành (Operator Station): Gồm giao diện người máy, mô tả sơ đồ hệ thống, hiển thị biến trình (các thiết bị ảo), đồ thị thời gian thực, đồ thị liệu tĩnh, phím thao tác, nút điều khiển o Máy chủ (Server Station): Cài đặt chương trình quản lý, lưu trữ thông tin thu thập, lập báo cáo, in ấn - Các trạm thu thập giám sát trung gian o Trạm thu thập số liệu từ xa (Remote Terminal Unit -RTU): Thay thÕ cho viÖc thu thập tín hiệu tập trung, việc dùng RTU hỗ trợ cho trợ thu thập tín hiệu trường chỗ, giảm chi phí lắp đặt, dây dẫn o Trạm thu thËp sè liÖu (Data Collection Unit (DCU)): PLC, I/O: Bên cạnh khả thu thập liệu trình PLC đảm nhiệm, thực điều khiển sở - Hệ thống truyền thông o Mạng truyền thông công nghiệp truyền thông tin phân tán công nghiệp thu thập qua PLC, RTU, DCU đưa vỊ trung t©m qua hƯ thèng Bus tr­êng (trun tin số) o Mạng máy tính, thiết bị truyền đường dài HUB, SWITCH hỗ trợ hệ thống máy tính kết nối với Trợ giúp giám sát qua trình qua công cụ WEB o Thiết bị chuyển đổi dồn kênh - Các công cụ phát triển ứng dụng : gồm chương trình lập trình giao diện WinCC, LabView, InTouch CÊu tróc hƯ thu thËp gi¸m sát -7- Trong hệ thống sẵn có thường tồn PLC đảm nhiệm việc điều khiển cục Tuy nhiên PLC điều khiển không nối mạng, nối mạng Việc thiết kế hệ SCADA dựa hệ thống mạng sẵn có đặt vấn đề sau: - Công cụ phát triển, tạo dựng giao diện người máy: Yêu cầu giao diện giám sát áp dụng phát triển sở phát triển kỹ thuật máy tính, công nghệ phần mềm nhằm mục đích hỗ trợ tối đa người vận hành có nhìn trực quan trình công nghệ , vận hành tốt Các chương trình tạo giao diện WinCC, LabView, InTouch Trong với LabView, việc thiết lập giao diện nhanh chóng hiệu nhờ phương pháp lập trình đồ họa - Các phần mềm kết nối: Các thiết bị sẵn có trường nhà m¸y cị gåm c¸c PLC, RTU c¸c h·ng kh¸c Nhằm mục đích kết nối chúng thành hệ thống phải dựa phần mềm kết nối (driver) Việc chuẩn hóa phần mềm kết nối dựa tiêu chuẩn mở ngày hỗ trợ giao tiếp trình dễ dàng chuẩn giao tiếp OPC ví dụ điển hình - ứng dụng công nghệ (hướng đối tượng, phần mềm thành phần): Việc thiÕt kÕ giao diƯn nhanh chãng vµ hiƯu qđa nhê thành tựu công nghệ tin học Các đối tượng nút bấm, cần gạt, đồ họa, biểu đồ phần mềm thành phần ActiveX, chúng cho khả sử dụng lại, hiển thị giao diện đồ họa đẹp CÊu tróc hƯ thu thËp gi¸m s¸t -8- 1.2.1 CÊu trúc thành phần hệ thu thập giám sát Các thành phần hệ thống điều khiển giám sát trình minh họa hình 1-2 Các cảm biến cấu chấp hành đóng vai trò giao diện thiết bị điều khiển với trình kỹ thuật Trong đó, hệ thống điều khiển giám sát đóng vai trò giao diện người vận hành máy Các thiết bị ghép nối trực tiếp điểm-điểm, thông qua mạng truyền thông Cấu trúc hệ thống thu thập điều khiển số liệu (SCADA) PC Phần mềm giao diện, điều khiển thu thập PC PC Network PLC / IO Module RS-485 PLC / IO Module RTU Actutor&Instrument RS-485 RS-485 RS-485 PLC / IO Module PLC / IO Module PLC / IO Module Hình 1-2 Cấu trúc thành phần hệ thu thập số liệu Tùy theo loại cảm biến, tín hiệu đưa tín hiệu nhị phân, tín hiệu số hay tín hiệu tương tự theo chuẩn điện học thông dụng khác (1 10V, 5V, 20mA, 20mA, v.v ) Tr­íc cã thĨ xư lý m¸y tÝnh sè, c¸c tín hiệu đo cần chuyển đổi, thích ứng với chuẩn giao diện vào/ra máy tính Bên cạnh đó, ta cần biện pháp cách ly điện học để tránh ảnh hưởng xấu lẫn thiÕt bÞ (vÝ dơ supply current loop, current isolate cho tín hiệu đo dòng) Đó chức module vào/ra (I/O) Các thành phần chức hệ thống điều khiển giám sát: ã Giao diện trình: cảm biến cấu chấp hành, ghép nối vào/ra, chuyển đổi tín hiệu Cấu trúc hƯ thu thËp gi¸m s¸t -61- dơng nhanh, OPC custom interface sử dụng phức tạp hơn, đòi hỏi người lập trình có kiến thức chuyên sâu (Hình 4-5) Hình 4-5 Giao tiếp OPC qua giao diện Hình 4-6 Các driver sử dụng cho PLC c¸c h·ng kh¸c ChuÈn giao tiÕp OPC -62- Hình 4-6 ví dụ mô tả file driver giao tiÕp c¸c PLC c¸c h·ng kh¸c mét phần mềm OPC server Chúng đặc trưng cho giao tiếp riêng nhà sản xuất khác ví dụ: siemens, yokogawa, mishubishi Khi chương trình giao tiếp HMI chØ viƯc thiÕt lËp c¸c kÕt nèi qua OPC server trao đổi liệu LabView hỗ trợ chế OPC Server OPC Client Bản thân LabView đóng vai trò client server Trong hỗ trợ OPC Server sau: - DaqOpc (hỗ trợ giao tiếp liƯu card DAQ thu thËp sè liƯu) - OPCDemo (m« giao tiếp OPC liệu máy tính) - OPCFieldPoint (giao tiÕp d÷ liƯu hƯ thèng Field - Point) - OPCLabView Bên cạnh tất nhiên người lập trình cài thêm OPC server cho thiết bị hÃng khác Siemens, Mitsubishi, Một hÃng phần mềm cung cấp OPC software toolbox, kepware Víi OPC Server c¸c thao t¸c thiÕt lËp bao gồm 8: - Thiết lập quyền truy cập, đăng ký OPC (DCOMCNFG.EXE) - Kết nối (connect) - Tạo Group - Tạo items - Thiết lập kiểu liệu cho tag (boolean, byte, interger, ) - Dải trễ (Deadband%) - TimeBias - TimeStamp Trong LabView, OPC sử dụng gói phần mềm LabView DSC Hỗ trợ giao tiếp thiết bị khác Hoặc truy cập qua phần mềm tạo giao diện khác (LabView OPC ®ãng vai trß server) Dïng SerVerExplorer ®Ĩ thiÕt lËp cấu hình cho đơn vị liệu Chuẩn giao tiếp OPC Chương 5: Thiết kế platform vào đo điều khiển phân tán sở mạng Field Point 5.1 Đặt vấn đề Với mục đích thiết kế phát triển platform mô tín hiệu đầu vào từ sensor, cấu chấp hành sở module tín hiệu sẵn có, xây dựng module mô tín hiệu thu thập vào m¸y tÝnh qua hƯ thèng Field - Point HƯ thèng mạng Field- Point bao gồm module giao diện, điều khiển Bản thân tín hiệu chuẩn hóa với tín hiệu chuẩn, tín hiệu vào Xây dựng giao diện giám sát trao đổi tín hiệu SCADA, thu thập, lưu trữ, hiển thị, đo lường, cảnh báo qua mạng 5.2 Platform thu thập tín hiệu Platform thu thËp tÝn hiƯu gåm tÝn hiƯu sè, vµo số, tương tự, vào tương tự - Vào số : từ sensor logic báo hành trình, vị trí - Ra số : đóng cắt tranzitor, rơle - Vào tương tự: tín hiệu từ sensor tiêu chuẩn (áp, dòng) - Ra tương tự: điều khiển cấu chấp hành Tín hiệu áp, dòng điện Platform có tính : - Đo nhiệt độ sensor bán dẫn: LM335 - Đo nhiệt độ sensor nhiệt điện trở Pt100 - Đo tốc độ động vi mạch chuyển đổi tần áp: LM2917 - Hai kênh tương tự, (điện áp) (01 điều khiển động DC) - Phát dao động sin, xung vuông - Hai kênh vào rời rạc - Hai kênh rời rạc - Một kênh điều khiển rơle 5.2.1 Đo nhiệt ®é b»ng sensor b¸n dÉn, sensor nhiƯt ®iƯn trë C¸c tín hiệu tương tự đưa vào Module FP AI 100 Module có 11 loại kiểu (thang tÝn hiƯu vµo) gåm : – 1.2V, – 6V, – 18V, – 36, ±1.2V, ±6V, ±18V, 36V, 20mA, 20mA, 20mA Độ phân giải 12bit (phương pháp biến đổi ghi xấp xỉ dần) Trở kháng vào dải điện áp 1.5M, trở kháng vào thang dòng 100 5.2.1.1 Sử dụng sensor bán dẫn LM335 đo nhiệt độ Mạch chuẩn hãa nh­ sau: 2.982V at 25C Using semiconductor ! LM335 +15V +15V + 11 - TL084 U1A 10K R2 + 11 D1 LM335/TO92 -15V TL084 U1B R4 10K 2 R1 6.2K R3 100K H×nh 5-1 Sơ đồ chuyển đổi nhiệt độ IC bán dẫn Nguyên lý đo nhiệt độ bán dẫn điện áp chân LM335 thay đổi theo nhiệt độ với hệ số 10mV/oK Chỉnh định điện áp 2.982 V 25oC Sau đưa vào mạch lặp, điện áp dược khuếch đại tương ứng với dải đo module FP – AI – 100 nh­ sau : ChØnh định 2.892V 25oC, chuẩn hoá dải tín hiệu vào 6V max Trong block diagram xây dựng chương trình biến đổi, nhân hệ số, để có giá trị nhiệt độ ®o LM335: Sensor b¸n dÉn LM335 cã hƯ sè nhiƯt độ 10mV/oK, dải nhiệt độ làm việc 0oC- 100oC, đầu tuyến tính Nguồn nuôi dải rộng 12 36VDC (dòng hoạt động 400uA- 5mA) Dùng cho nhiều ứng dụng dân dụng đo nhiệt độ đơn giản, không yêu cầu độ xác cao, độ ổn định cao Hình 5-2 Sensor đo nhiệt độ bán dẫn LM335 5.3 Xây dựng giao diện điều khiển LabView 5.3.1 Giới thiệu vi kÕt nèi Field – Point Nh­ giíi thiƯu vỊ phương pháp lập trình LabView, gồm lập trình giao diện lập trình mà đồ hoạ Với công cụ phần mềm dùng cho ứng dụng khác LabView hỗ trợ mà đồ hoạ khác nhằm phục vụ cho lập trình LabView Với gói phần mềm Field - Point LabView sử dụng thư viện hàm Field – Point nh­: FP Open.VI, FP Close.VI, Creat Tag.VI, FP Get Configuration infor VI Trong hàm tập hợp VI khác thực nhiệm vụ truyền thông (xử lý giao thức) Thực chất chúng SubVI xử lý khác (thiết lập kênh truyền thông, kết thúc kênh truyền thông, mở cổng COM, xác định lệnh đọc/viết module ) Ví dụ đoạn mà đồ hoạ sau FP Open.VI, thực đọc cầu hình trạm Field - Point qua file cấu hình iak Việc đọc cầu hình thiết lập truyền thông thực nhờ lời gọi thư viện liên kết động (*.dll) Tham số trả từ lời gọi hàm kiểm tra SubVI: ErrorConvert.VI Hình 5-3 Mà đồ hoạ FP Open.VI Cấu trúc lập trình điều khiển thao tác liệu module Field - Point sau: xác định cấu hình trạm thông qua file cầu hình *.iak , đọc thông in cầu hình (Open VI), thiêt lập kênh truyền thông (create tag), truy xuất xử lý số liệu định kỳ, kết thúc truyền thông Hình 5-16 minh hoạ mà đồ hoạ chương trình đơn giản đọc module số Trong IAK path đường dẫn đến file cấu hình Đầu tiên file *.iak đọc xử lý FP Open.VI, sau đến thiết lập phiên truyền thông (create tag), xác định tham số truyền thông Comm resource name tên trạm Field - Point (ví dụ MICA), device name (FP DI - 300) tên module tín hiệu cần xử lý, item name tên đơn vị liệu module (ví dụ channel 3) Tiếp đến đọc số liệu định kỳ theo thời gian vòng lặp while Biến thời gian control rate xác định chu kỳ cập nhật vòng điều khiển Khi kết thúc vòng lặp Close VI kết thúc việc truyền thông, đóng cổng COM Hình 5-4 Cấu trúc mà đồ hoạ đọc số liệu trạm FP Trong chương trình vậy, sử dụng FP Open.VI nhÊt ViƯc xư lý sè liƯu bao gåm đọc/viết, lập trình theo yêu cầu toán công nghệ xử lý vòng lặp Các VI quan trọng thường xuyên sử dụng gồm: Hình 5-5 Các VI sử dơng cho hƯ thèng FP - FP advise : ®äc sè liÖu tõ module - FP write : viÕt sè liệu xuống module - FP Open.vi : Đọc thông tin cấu hình - FP Close.vi : Kết thúc truyền thông Ngoài lập trình hệ thống Field - Point - Real Time LabView hỗ trợ cụ thể VI đọc/viết module số, đọc/viết module tương tự Các VI tương ứng với tập lệnh Field - Point chuẩn, tập lệnh mở rộng Cụ thể phần cứng đổi với FP Real Time dòng FP 20xx Mỗi FP 20xx đóng vai trò thu thập điều khiển số liệu giao tiếp hệ thống FP 232/485 qua cổng nối tiếp RS232, thân điều khiển nối vào ethernet qua cỉng RJ45 Cơ thĨ vỊ tËp lƯnh cã thĨ tra mạng, hay help LabView Hình 5-6 Các VI tập lệnh tiêu chuẩn 5.3.2 Xây dựng giao diƯn kÕt nèi sư dơng cÊu tróc m¹ng RS 232/RS 485 module FP – 1000 CÊu h×nh cho cÊu tróc nµy gåm mét host PC kÕt nèi víi hƯ thèng bus nèi tiÕp RS232/485 qua module FP – 1000 Dïng Field Point Explore thiết lập cấu hình trạm Trên LabView xây dựng giao diện giám sát, thu thập, điều khiển sổ liệu Chương trình điều khiển máy tính thực thu thập điều khiển xuống qua hƯ thèng bus nèi tiÕp HƯ thèng víi cÊu trúc thiết lập hệ điều khiển tập trung với vào phân tán Ví dụ giao diện thiết kế cho thu thập giám sát điều khiển cho hình 5-19 Đồng thời với việc thiết lập giao diện, ta thiết kế mà đồ họa theo yêu cầu công nghệ Giao diện có chức sau: - Xác định tham số cấu hình vào mạng kênh điều khiển địa trạm - Thu thập số liệu đo, biến đổi, hiển thị đồ thị - Sử dụng toolkit PID điều khiển động Nhiệm vụ cụ thể sau: - Đặt điện áp điều khiển xuống động DC qua cổng tương tự 20mA Dải dòng vòng chuẩn hóa thành điện áp 12VDC - Tốc độ động chuẩn hoá thành 12VDC, đọc từ module tương tự, biến đổi, vẽ lên đồ thị - Điều khiển cổng số ON/OFF động - Nhiệt độ đo LM335, RTD đọc vào qua cổng tương tự, biến đổi hiển thị giao diện đồ hoạ Hình 5-7 Giao diện thu thập giám sát điều khiển Chương trình mà đồ hoạ xử lý biến đổi số liệu thành dạng thích hợp Có thể lưu trữ, lập báo cáo, phân tích Mà đồ hoạ cho phụ lục Việc thiết kế giao diện đơn giản nhanh chóng, tag trình sử dụng file cấu hình, chương trình điều khiển đơn giản Cách thức làm việc sau: thiết lập đường dẫn đến file cấu hình IAK tạo Field Point Explorer, thiết lập kết nối điện với module tín hiệu module thí nghiệm, xác định địa cổng vào như: tương tự, số chạy LabView, quan sát bảng thông báo lỗi, chỉnh sửa lại cấu hình cho phù hợp có lỗi Hình 5-8 Giao diện thiết lập cấu hình Hạn chế giao diện kết nối qua RS 232/485 khoảng cách tốc độ Việc nâng số trạm lên tối đa, đọc tất liệu tất kênh tính toán mặt lý thuyết, nhiên độ xác thời gian không cao chương trình sử dụng viết hệ điều hành windows (không có tính thời gian thực) 5.3.3 Xây dùng giao diƯn kÕt nèi sư dơng ethernet FP – 1601 Module FP – 1601 lµm nhiƯm vơ cđa bé giao diện mạng, thu thập, điều khiển qua mạng Ethernet Mạng Ethernet có nhiều cấu trúc BUS khác (RING, BUS, START), hình thành chuẩn khác cho mạng Ethernet Tuy nhiên việc áp dụng với mạng Field - Point đơn giản thiết lập cấu hình qua địa IP trạm, không quan tâm đến së líp d­íi cđa hƯ thèng m¹ng Sè tr¹m cấu hình tuỳ thuộc topology mạng Với cấu hình hệ thống thiết lập hệ điều khiển tập trung với vào phân tán sở mạng LAN Trong Field Point Explorer tạo file cấu hình truy xuất đến trạm mạng Ethernet Đánh đường dẫn đến file cấu hình vào mục đường dẫn file IAK 10 giao diÖn thiÕt kÕ cho RS – 232/485 Nh­ vËy, vÉn sư dơng giao diƯn nµy nh­ mét chương trình ứng dụng điều khiển giám sát mà thay đổi file cấu hình, mà đồ hoạ giữ nguyên Qua hai phần thiết kế giao diện 6.3.2 6.3.3 cã thĨ thÊy sù linh RS485 cã thĨ lªn tới 1200m tốc độ 9600baud 10 Đường dẫn đến file cấu hình nhằm đọc cấu hình trạm lập kết nối đơn vị số liệu (các tag) hoạt việc chuyển đổi cấu hình điều khiển RS 232/485 Ethernet mà đồ hoạ giữ nguyên Các chức giữ nguyên - Đặt điện áp điều khiển xuống động DC qua cổng tương tự 20mA Dải dòng vòng chuẩn hóa thành điện áp 12VDC áp dụng tool set PID để điều khiển - Tốc độ động chuẩn hoá thành 12VDC, đọc từ module tương tự, biến đổi, vẽ lên đồ thị - Điều khiển cổng số ON/OFF động qua cổng số - Nhiệt độ đo LM335, RTD đọc vào qua cổng tương tự, biến đổi hiển thị giao diện đồ hoạ Hình 5-9 Giao diện giám sát qua ethernet Mạng Ethernet với tốc độ 100M, sử dụng phương pháp truy cập CSMA/CD mặt thời gian không xác định gói tin truyền đi, tức tính thời gian thực Tuy nhiên tính điều khiển đáp ứng lưu thông mạng không cao 5.3.4 Xây dựng giao diện kÕt nèi ®iỊu khiĨn sư dơng Real Time FP - 2015 FP – 2015 lµ module Ethernet Controller cã cµi đặt realtime - engine có khả điều khiển cấu tróc m¹ng RS – 232/485 qua cỉng nèi tiÕp Mét hệ thống với cấu hình vào phân tán có khả điều khiển phân tán sử dụng với module FP 20xx Chương trình viết cho FP 20xx dùng trạm vào phân tán điều khiển phân tán Tuy nhiên để phát triển ứng dụng điều khiển phân tán người dùng cài đặt thêm Real Time Engine Bản thân bank module FP – 2015 qu¶n lý module tÝn hiƯu Một trạm FP 2015 giám sát đến 25 trạm khác (mỗi trạm module tín hiệu) EtherNet Network PC FP - 2015 Hub RJ - 45 interface RS-232 EtherNet FP - 1000 EtherNet RS-232 RS-232 RS-485 FP - 1001 RS-232 RS-485 RS - 232/485 Network H×nh 5-10 Cấu trúc mạng điều khiển với FP - 2015 Hình 5-11 Giao diƯn gi¸m s¸t qua ethenet FP - 2015 Trong cấu hình Module FP 2015 điều khiển đến động thông qua giao diện RS 232 tới module FP 1000 Tín hiệu tốc độ đặt đọc từ cổng tương tự, sau đặt cổng tương tự tới mô hình thí nghiệm Các chức giám sát giao diện giám sát gồm thu thập thông số tốc độ, nhiệt độ, biến đổi hiển thị đồ thị, điều khiển đầu tín hiệu số Với cấu trúc điều khiển phân tán, kết nối với máy PC ngắt bỏ Chương trình điều khiển dịch cài đặt vào module FP 2015 Để lập trình cho FP 2015 tr­íc hÕt thiÕt lËp cÊu h×nh Field – Point Explore, LabView thiết lập môi trường phát triển cho module FP 2015 mạng - Đặt điện áp điều khiển đọc vào từ cổng vào tương tự (thay đổi nhờ chiết áp), sau đưa chuẩn hoá đưa xuống động DC qua cổng tương tự 20mA Dải dòng vòng chuẩn hóa thành điện áp 12VDC - Tốc độ động chuẩn hoá thành 12VDC, đọc từ module tương tự, biến đổi, vẽ lên đồ thị - Điều khiển cổng số ON/OFF động - Nhiệt độ đo RTD đọc vào qua cổng tương tự, biến đổi hiển thị giao diện đồ hoạ Module FP 2015 làm nhiệm vụ đọc module vào tương tự, biến đổi, viết module tương tự, (điều khiển động theo chu trình định trước), đọc bit thấp module vào số, viết bit thấp module số Các thao tác độc lập với kết nối máy PC Bản thân FP 2015 có cài đặt real time enginee, đứng độc lập điều khiển tín hiệu vào thông qua giao diện RS 232/485 sau đà lập trình Ngoài FP - 2015 kết nối với máy PC nhằm điều khiển giám sát số liệu Các bước tiến hành sau: thiết lập đường dẫn đến file cấu hình IAK tạo Field Point Explorer, thiết lập kết nối điện với module tín hiệu module thí nghiệm, xác định địa cổng vào như: tương tự, số chạy LabView, quan sát bảng thông báo lỗi, chỉnh sửa lại cấu hình cho phù hợp có lỗi Download chương trình viết PC xuống module FP 2015, ngắt bỏ kết nối với PC để FP 2015 chạy điều khiển độc lập Trên sở sử dụng LabView làm công cụ phát triển giao diện giám sát công việc lập trình giao diện lập trình ®iỊu khiĨn cã thĨ thùc hiƯn nhanh chãng Giao diƯn ®å häa cho H×nh 5-23, m· ®å häa cho phụ lục Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo [1] Mạng hệ thống mở [Nguyễn Thúc Hải] [2] Mạng truyền thông công nghiệp [Hoàng Minh Sơn] [3] Bài giảng Hệ DCS [Hoàng Minh Sơn] [4] LabView User manual [NI] [5] Field – Point User manual [NI] [6] LabView DSC User manual [NI] [7] OPC [ Kepware - Corporation] [8] Kỹ thuật mạch điện tử [ Phạm Minh Hµ ] [9] Mét sè trang WEB 82 Trang ... đỡ bạn bè đồng nghiệp, gia đình với nỗ lực thân đà hoàn thành luận án Nghtên cứu ứng dụng PDA đo tín hiệu điện tim độ ồn với tất lòng nhiệt tình Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp... kế nhiều ứng dụng với nhiều giao diện khác nhau, cần dùng ứng dụng ta chạy ứng dụng Ví dụ với mét card vµo ta cã thĨ thiÕt kÕ giao diện đo nhiệt độ, đo áp suất, đo điện áp, dòng điện, ứng suất... cảm biến, tín hiệu đưa tín hiệu nhị phân, tín hiệu số hay tín hiệu tương tự theo chuẩn điện học thông dụng khác (1 10V, 5V, 20mA, 20mA, v.v ) Tr­íc cã thĨ xư lý m¸y tÝnh sè, c¸c tÝn hiệu đo cần