Điều khiển sản xuất tích hợp máy tính

ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN SẢN XUẤT TÍCH HỢP MÁY TÍNH Đề tài: Thiết kế modul ghép nối với PC qua giao diện LPT để điều khiển giám sát khởi động đảo chiều động không đồng xoay chiều pha Xây dựng phần mềm giao diện đơn giản máy tính cho phép điều khiển giám sát trình Nêu khả ứng dụng Module GVHD : NGUYỄN VĂN TIẾN SVTH : NGUYỄN QUANG VƯƠNG NGUYỄN QUANG LINH ĐỖ VĂN THỨC Hải Phòng, ngày tháng năm 2021 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN MỞ ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật công nghệ giới nhiều lĩnh vực khác diễn Đặc biệt phát triển vũ bảo khoa học máy tính cơng cụ hỗ trợ đắc lực quan trọng ngành Công nghệ thông tin tự động hố Nó giúp người lưu trữ, xử lý thơng tin, tính tốn, điều khiển Hơn nối kết với tạo thành mạng máy tính tồn cầu để chia sẻ thơng tin vùng giới Và vậy,việc lập trình cho phần cứng chip điều khiển điều phủ nhận được,và tầm quan trọng lớn.Và việc ghép nối với máy tính điều bắt buộc,vì người ta dùng ghép nối để mở rộng cấu hình khả ứng dụng máy tính vào thực tế Và nghiên cứu tài: Thiết kế modul ghép nối với PC qua giao diện LPT để điều khiển giám sát khởi động đảo chiều động không đồng xoay chiều pha Xây dựng phần mềm giao diện đơn giản máy tính cho phép điều khiển giám sát trình Nêu khả ứng dụng Module CHƯƠNG :TỔNG QUAN VỀ CỔNG LPT 1.1 Các vấn đề giao tiếp máy tính: Trải qua thời gian dài từ phát minh máy tính nay, máy tính khơng ngừng nâng cao phát triển qua nhiều hệ Tuy nhiên hầu hết máy tính phổ biến có nguồn gốc xuất phát từ họ PC (Personal Computer) Đầu tiên kiểu máy PCXT hãng IBM chế tạo với xử lý (CPU) 8088 hãng Intel Đây hệ thống xử lý liệu 16 bit dùng bus dư liệu bit Tiếp theo máy AT đời với xử lý 80286 có tính hẳn chip 8088 máy PCXT Nó có khả tạo nhớ ảo, đa nhiệm vụ, tốc độ nhanh, độ tin cậy cao dùng bus liệu 16 bit Đa nhiệm (Multitasking) khả thực lúc nhiều nhiệm vụ: Công việc thực nhờ hoán chuyển nhanh theo theo dõi CPU đến chương trình mà nắm quyền điều khiển Việc thực bên CPU cộng với vài giúp đỡ hệ điều hành Bộ nhớ ảo (Virtull Memory) cho phép máy tính làm việc với nhớ dường lớn nhiều so với nhớ vật lý có: Cơng việc thực nhờ phần mềm thiết kế phần cứng tinh xảo Ngày máy AT 386, 486, Pentium dùng chip CPU 80386, 80486, P5 kết trình độ kỹ thuật cơng nghệ đại Chương trình nhớ lớn tổ tiên là: 8088 hay 80286 với nhiều chức mới, thêm tốc độ vi xử lý không ngừng nâng cao độ rộng data bus mở rộng lên 32bit 64 bit với Pentium 1.2 Các phương pháp điều khiển vào ra: a/ Vào điều khiển chương trình: Thiết bị ngoại vi ghép với Bus hệ thống vi xử lý thông qua phần thích ứng cơng nghệ chế tạo logic Thích ứng cơng nghệ chế tạo điều chỉnh mức công nghệ sản xuất thiết bị ngoại vi công nghệ sản xuất mạch hệ vi xư lý Thích ứng Logic nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển ngoại vi tín hiệu bus hệ thống Trong hệ vi xử lý vùng nhớ dùng làm nơi chứa địa cổng vào CPU xuất nhập liệu từ cổng vào lệnh xuất nhập In/Out Lúc cổng vào xem ghi ngoài, chúng viết vào đọc ô nhớ Ram qua hai lệnh Để phân biệt hướng xuất nhập liệu từ cổng vào CPU phát tín hiệu điều khiển đọc viết Để phân biệt vùng nhớ với thiết bị vào CPU phát tín hiệu điều khiển IO/M Khi có lệnh lệnh In/Out có tác dụng Ngồi lệnh qui chiếu nhớ, khả trao đổi liệu thiết bị ngoại vi hệ vi xử lý Lúc vào gán địa ô nhớ nhớ Các ghi liên quan tới cổng vào xem ngăn nhớ Khi vi xử lý gọi địa xung điều khiển đọc hay viết nhớ không cần xác định nơi gởi nhớ hay thiết bị vào Nó hỏi nơi gởi liệu vào khoảng thời gian cho phép Bộ logic bên giải mã địa kết hợp với xung MR, MW, để chọn thiết bị mà không phân biệt ngan nhơ hay thiết bị vào b/ Vào điều khiển ngắt: Vơi phương pháp điều khiển vào chương trình, CPU phải liên tục kiểm tra trạng thái thiết bị ngoại vi đến sẵn sàng, lãng phí thời gian CPU chương trình dài phức tạp Khi vi xử lý có nhiều thiết bị ngoại vi CPU khơng đáp ứng yêu cầu chúng Có thể đáp ứng yêu cầu ngoại vi nhanh chóng khơng theo trình tự định trước nhờ cấu ngắt CPU Nhờ tính chất đáp ứng tức thời vi xử lý có yêu cầu ngắt từ thiết bị ngoại vi ngắt thường dùng trường hợp yêu cầu đáp ứng nhanh, thời gian trả lời ngắn, thực thời điểm Khi CPU phải chuyển đến chương trình con, yêu cầu ngắt cuối phục thực trình lệnh chương trình Các chương trình vụ ngắt lưu trữ nội dung ghi khơi phục lại xong chương trình phục vụ ngắt trước trở lại chương Giao tiếp với máy tính trao đổi liệu máy tính với hay nhiều thiết bị ngoại vi Theo tiêu chuẩn sản xuất, máy tính giao tiếp với người sử dụng hai thiết bị: - Bàn phím để nhập liệu - Màn hình để hiển thị Ngoài nhà sản xuất cho ta nhiều cách giao tiếp khác thông qua port ngõ giao tiếp: - Giao tiếp qua port com (nối tiếp) - Giao tiếp qua port Parallel(song song) Tùy theo trường hợp ứng dụng cụ thể mà chọn cách giao tiếp thích hợp 1.3 Các phương pháp giao tiếp: a)Định nghĩa cổng song song: Cổng song song( Parallel Port) tập hợp đường tín hiệu mà vi xử lí CPU dùng để trao đổi liệu với thiết bị, thành phần khác Điển hình loại giao diện dùng để giao tiếp với máy in, modems, keyboards hình, Cổng song song truyền nhiều bít lần, cổng nối tiếp truyền bít thời điểm(có thể truyển chiều thời điểm) Cổng song song PC ban đầu có đường ra, đường vào đường vào Những đường đủ để giao tiếp với nhiều dạng thiết bị ngoại vi Ở nhiều máy tính hơn, đường thực chức đường Input để đạt giao tiếp với tốc độ cao với máy scaner,thiết bị thiết bị khác gửi liệu tới PC b)Giao tiếp qua cổng PRINT (Cổng máy in): IBM PC cho phép sử dụng đến cổng song song có tên LP1, LP2 LP3 Kiểu giao tiếp song song dùng để truyền liệu máy tính máy in Khác với cách giao tiếp qua Port Com, cách giao tiếp liệu truyền song song lúc bit Vì đạt tốc độ cao Connector Port có 25 chân bao gồm chân liệu đường tín hiệu bắt tay (Handshaking) Tất đường Data tín hiệu điều khiển mức logic hồn tồn tương thích vơi mức TTL Hơn nữa, lập trình điều khiển cho phép khơng cho phép tín hiệu tạo Interrupt từ ngõ vào nên việc giao tiếp đơn giản dễ dàng Tuy nhiên, giao tiếp với mức logic TTL nên khoảng cách truyền bị hạn chế so với cách truyền qua Port Com, đồng thời cáp truyền phức tạp Đó nhược điểm cách giao tiếp Cổng máy in LPT - Line Printer Terminal 1.4 Sơ đồ giao tiếp qua cổng máy in: Khái niệm: Cổng song song, cổng cái, cổng máy in - LPT viết tắt từ Line Printer Terminal Cổng song song( Parallel Port) tập hợp đường tín hiệu mà vi xử lí CPU dùng để trao đổi liệu với thiết bị, thành phần khác Điển hình loại giao diện dùng để giao tiếp với máy in, modems, keyboards hình, Cổng song song truyền nhiều bít lần, cổng nối tiếp truyền bít thời điểm (nhưng truyền chiều thời điểm) Cổng song song PC ban đầu có đường ra, đường vào đường vào Những đường đủ để giao tiếp với nhiều dạng thiết bị ngoại vi Ở nhiều máy tính hơn, đường thực chức đường Input để đạt giao tiếp với tốc độ cao với máy scaner, thiết bị thiết bị khác gửi liệu tới PC Cổng song song thiết kế cổng máy in Cổng song song dùng nhiều tài nguyên hệ thống Tất cổng dùng dãy địa chỉ, cho dù số lượng vị trí địa thay đổi Nhiều cổng có mức IRQ (Interrupt request) xác định, cổng ECP có kênh DMA xác định Các tài nguyên dành cho cổng dùng cho thành phần khác hệ thống, cổng song song khác Địa (Addressing) Cổng song song chuẩn dùng ba địa liền nhau, thường dãy sau: 3BCh, 3BDh, 3EEh 378h, 379h, 37Ah 278h, 279h, 27Ah Địa dãy địa gốc (base address) Port thương gọi địa ghi Dữ liệu (Data register) địa cổng Địa thứ địa ghi trạng thái (Status register) Địa thứ địa ghi Điều khiển (Control register) Các cổng EPP cổng ECP dành số địa bổ sung cho cổng EPP thêm ghi địa Base address + tới Base address + 7, ECP thêm ghi địa base address + 400h tới base address + 402h Các ngắt (Interrupts) Phần lớn cổng song song có khả phát tín hiệu ngắt từ thiết bị ngoại vi Thiết bị ngoại vi dùng ngắt để thơng báo sẵn sàng để nhận byte có byte để truyền Để dùng ngắt, cổng song song phải có mức yêu cầu ngắt (Interrupt request - IRQ) xác định Theo qui ước LPT1 dùng IRQ7 LPT2 dùng IRQ5 Thế IRQ5 dùng nhiều card âm thanh, mức IRQ khơng dùng thành phần hệ thống hệ thống, chí IRQ7 dành cho thiết bị khác Một vài cổng cho phép chọn mức IRQ khác mức Rất nhiều driver máy in nhiều ứng dụng thiết bị khác truy nhập cổng song song không yêu cầu ngắt cổng song song Nếu không chọn mức báo ngắt cho cổng song song cổng hoạt động hầu hết trường hợp hiệu bạn dành mức báo ngắt IRQ cho cơng việc khác Công dụng: Thường dành riêng cho cắm máy in Tuy nhiên máy in hệ hầu hết cắm vào cổng USB thay cổng COM hay LPT Nhận dạng: Là cổng dài mainboard 1.5 Sơ đồ,chức chân: Cổng LPT loại cổng dễ sử dụng.Thông thường loại cổng dùng để ghép nối với máy in Sơ đồ ghép nối song song hình sau: Cổng LPT loại cổng song song gồm có đường điều khiển, đường trạng thái đường liệu Các chân cổng sau: + Chân số 1(STROBE): Chân ra, máy tính đưa tín hiệu báo cho máy in đọc liệu vào để in Xung tác động mức thấp 10 0000h:040Ch Địa sở LPT3 Định dạng ghi sau: Thứ tự bít Tín hiệu máy in D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Chân số Thanh ghi trạng thái máy in (chỉ đọc): Thứ tự bít Tín hiệu máy in BUS Y ACK PAPER EMPTY SELEC T ERROR IRQ Chân số 11 10 12 13 15 - Thanh ghi điều khiển máy in: 13 X X - - Thứ tự bít Tín hiệu máy in X X DIR IRQ Enable SELECTIN INIT AUTOFEED STROBE Chân số - - - - 17 16 14 x: không sử dụng IRQ Enable: yêu cầu ngắt cứng; = cho phép; = không cho phép Chú ý chân BUSY nối với cổng đảo trước đưa vào ghi trạng thái, bit SELECTIN , AUTOFEED STROBE đưa qua cổng đảo trước đưa chân cổng máy in Thông thường tốc độ xử lý liệu thiết bị ngoại vi máy in chậm PC nhiều nên đường ACK , BUSY STR sử dụng cho kỹ thuật bắt tay Khởi đầu, PC đặt liệu lên bus sau kích hoạt đường STR xuống mức thấp để thông tin cho máy in biết liệu ổn định bus Khi máy in xử lý xong liệu, trả lại tín hiệu ACK xuống mức thấp để ghi nhận PC đợi đường BUSY từ máy in xuống thấp (máy in khơng bận) đưa tiếp liệu lên bus CHƯƠNG :THIẾT KẾ BÀI TOÁN 14 2.1 Giới thiệu toán Bài toán thiết kế mạch: Thiết kế modul ghép nối PC qua giao diện LPT để điều khiển giám sát khởi động đảo chiều động xoay chiều pha Xây dựng phần mềm giao diện đơn giản máy tính cho phép điều khiển giám sát trình Nêu khả ứng dụng mạch 2.2 Phương án thiết kế + Sử dụng phần mềm Visual Basic để xây dựng giao diện điều khiển giám sát hệ thống + Sử dụng khí cụ điện thơng dụng : Công tắc tơ ,Rơ le,Rơ le thời gian ….vv + Chọn phương pháp khởi động đổi nối sao/tam giác Máy tính PC Hệ thống cơng tắc tơ Rơ le thời gian Hệ thống rơ le Sơ đồ khối hệ thống 2.3 Mạch động lực mạch điều khiển 15 Đ C Trong : + T,N : Là tiếp điểm cơng tắc tơ KT,KT Chức dùng để 16 đảo chiều pha (đảo chiều động cơ) + K1,K2 : Là tiếp điểm phụ công tắc tơ K1,K2 Chức dung để khởi động động đổi nối sao/tam giác + RT : Rơ le nhiệt bảo vệ tải +Th : Là tiếp điểm Rơ le thời gian (có thường đóng mở chậm thường mở đóng chậm) Chức tạo khoảng trễ việc chuyển từ – tam giác + D : tiếp điểm phụ công tắc tơ D.Chức nút ( Stop ) Công tắc tơ D điều khiển thông qua cổng LPT hệ thống rơ le + S_T,S_N : Là tiếp điểm phụ công tắc tơ S_T S_N Chức nút ( Start_Thuận , Start _Nghịch ) Công tắc tơ S_T S_N điều khiển thông qua cổng LPT hệ thống rơ le + R1,R2,R3 : Là tiếp điểm role R1,R2,R3.Được ghép nối với đầu cổng LPT.Chức gián tiếp điều khiển công tắc tơ D , S_T S_N + F : Cầu chì bảo vệ ngắn mạch 17 2.4 Module ghép nối hệ thống Role với cổng LPT Nguồn nuôi DC V - + - + R2 - + HI R1 R3 10 11 12 13 14 15 16 17 18 ULN2803 C Q Q Q Q Q Q Q Q OM GND D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D D D D D D D D HI 18 17 16 15 14 13 12 11 74HC245 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 D IR A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 /G 19 HI D3 D7 D2 D6 D1 D5 D0 D4 K2 11 10 14 13 74HC257 1A 1Y 1B 2A 2Y 2B 3A 3Y 3B 4A 4Y 4B S E L /O E 12 15 Module ghép nối LPT - RoLe 18 LPT 14 15 IN IT 17 18 19 20 21 10 22 11 23 12 24 13 25 AF ERROR 16 S L C T IN GND 19 20 21 22 23 24 25 STR O BE D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 ACK BUSY PE SLC T Trong : +Cổng LPT : Chức giao tiếp với máy tính +IC 74HC245: Chức tách liệu đến máy tính PC từ modul ghép nối DIR = : liệu từ B - A DIR = : liệu từ A - B + IC HC257 : Vi mạch chứa quét động.Chức dung đọc liệu vào SEL = : bit D0,D1,D2,D3 đến PC SEL = : Các bit D4,D5,D6,D7 đến PC +IC ULN2803 : Khuếch đại dòng tải đầu module sở để cấp cho rơle Chú ý : Các đầu ULN2803 đầu đảo + R1,R2,R3 : Rơ le R1,R2,R3.Chức biến trung gian để điều khiển Công tắc tơ D,S_T S_N mạch điều khiển + K2 : Tiếp điển phụ Công tắc tơ K2 mạch điều khiển Chức gửi tín hiệu thông báo trạng thái hoạt động động 2.5.Thiết kế giao diện lập trình điều khiển phần mềm Visual Basic 19 a) Thiết kế giao diện điều khiển Visual Basic Giao diện điều khiển xây dựng phần mềm Visual Basic đơn giản + Nút Strat_Thuận: Khởi động động theo chiều thuận (chiều tự quy ước) + Nút Strat_Nghịch: Khởi động động theo chiều nghịch + Nút Stop : Dừng động + Nút Exit : Thoát khỏi giao diện điều khiển + Status : Hiện thị trang thái động Ngồi giao diện cịn có hiển thị ngày làm việc b) Viết chương trình điều khiển 20 Dim Outbyte As Byte Dim Inbyte As Byte Private Sub Timer1_Timer() Label2.Caption = Now End Sub Private Sub startthuan_Click() If Outbyte = Then MsgBox "Phải cho động dừng trước đảochiều" Else Outbyte = Outport &H378, Val(Outbyte) End Sub Private Sub startnnghich_Click() If Outbyte = Then MsgBox " Phải cho động dừng trước đảo chiều " Else Outbyte = Outport &H378, Val(Outbyte) End Sub Private Sub stop_Click() Outbyte = Outport &H378, Val(Outbyte) End Sub Private Sub Timer2_Timer() Outport &H37A, Inbyte = Inport(&H379) And If Inbyte = Then hienthi.Text = " Dong co dang hoat dong" Else hienthi.Text = " Dong co khong hoat dong " End Sub 21 Private Sub exit_Click() End End Sub Để phần chương trình hoạt động ta cần tải thư viện liên kết động IO.dll về, sau chép vào đường dẫn C:\Windows\System32 2.6.Thuyết minh hoạt động toàn hệ thống a) Khởi động Thuận + Đóng Aptomat + Khởi động phần mềm Visual Basic (mở giao diện điều khiển xây dựng) + Kích vào nút START_THUẬN : liệu gửi vào ghi có địa 378H (Thanh ghi xuất liệu cổng LPT).Khi bit ghi có địa 378H sau D7……………………………………………………………………D0 0 0 0 1 Khi có nghĩa rơ le R1,R2 có điện -> Tiếp điểm thưởng mở R1,R2 mạch lực đóng lại, Khi cơng tắc tơ D S_T mạch điều khiển có điện -> tiếp điểm thường mở D S_T đóng lại, ->cơng tắc tơ KT có điện ->đóng tiếp điểm T mạch lực.Quá trình khởi động thuận bắt đầu Khi động quay thuận , người vận hành muốn cho động quay nghịch cần cho động dừng sau cho quay nghịch.Nếu người vận hành quên thao tác mà kích vào START_NGHỊCH động quay thuận , chương trình hộp thoại thông báo " Phải cho động dừng trước đảo chiều ".Khi người vận hành thơng báo lỗi vận hành 22 biết cách xử lý b ) Khởi động nghịch Tương tự khởi động thuận , kích vào START_NGHỊCH Byte liệu địa 378H D7…………………………………………………………………… D0 0 0 1 Khi có nghĩa rơ le R1,R3 có điện -> Tiếp điểm thưởng mở R1,R3 mạch lực đóng lại, Khi cơng tắc tơ D S_N mạch điều khiển có điện -> tiếp điểm thường mở D S_N đóng lại ->cơng tắc tơ KN có điện ->đóng tiếp điểm N mạch lực.Quá trình khởi động nghịch bắt đầu 23 Khi động quay nghịch , người vận hành muốn cho động quay thuận cần cho động dừng sau cho quay thuận.Nếu người vận hành qn thao tác mà kích vào START_THUẬN động quay nghịch , chương trình hộp thoại thơng báo " Phải cho động dừng trước đảo chiều ".Khi người vận hành thông báo lỗi vận hành biết cách xử lý c ) Dừng động Nếu muốn cho động dừng ta kích nút DỪNG giao diện điều khiển byte liệu địa 378H D7………………………………………………………………… D0 0 0 0 0 Khi rơ le R1,R2,R3 khơng có điện , tiếp điểm D mạch lực mở ngắt toàn điện phần mạch điều khiển , toàn mạch điều khiển trở trạng thái ban đầu -> động dừng Nếu muốn khỏi giao diện điều khiển ta kích vào nút EXIT d ) Kiểm tra trang thái động Từ sơ đồ mạch ghép lối LPT với hệ thống Rơ le ta thấy tiếp điểm phụ Công tắc tơ K2 nối nguồn DC 5V chân 14 IC 74HC257 Khi ta cần nhận vào bit thấp vào ghi 379H kiểm tra giá trị biến Inbyte (trong chương trình visual basic 6) Nếu giá trị Inbyte = => Động hoạt động Nếu giá trị Inbyte = => Động không hoạt động Phương pháp thực đơn giản lập trình thực thi mạch 24 ghép nối Tuy nhiên với phương pháp chưa thực phản ánh xác trang thái động nhiều trường hợp 25 ... vấn đề giao tiếp máy tính: Trải qua thời gian dài từ phát minh máy tính nay, máy tính khơng ngừng nâng cao phát triển qua nhiều hệ Tuy nhiên hầu hết máy tính phổ biến có nguồn gốc xuất phát từ họ... cho phần cứng chip điều khiển điều phủ nhận được,và tầm quan trọng lớn.Và việc ghép nối với máy tính điều bắt buộc,vì người ta dùng ghép nối để mở rộng cấu hình khả ứng dụng máy tính vào thực tế... phục vụ ngắt trước trở lại chương Giao tiếp với máy tính trao đổi liệu máy tính với hay nhiều thiết bị ngoại vi Theo tiêu chuẩn sản xuất, máy tính giao tiếp với người sử dụng hai thiết bị: -