Nghiên cứu, thiết kế chế tạo các loại thiết bị tự động đo lường và kiểm tra thông minh ứng dụng công nghệ thông tin

MỤC LỤC

NỘI DUNG CHÍNH CỦA BÁO CÁO

Sự phát triển của các thế hệ đo đi lên từ thế hệ đo cơ khí, đo điện, đo điện tử vi mạch rời, đo sử dụng các vi xử lý cấp thấp đến thế hệ các thiết bị đo, đầu đo thông minh có các vi xử lý cấp cao, máy tính nhúng với các thuật đo xử lý hiện đại, có khả năng tự suy diễn, nhớ và kết nối mạng tốc độ cao. Các thiết bị hệ thống đo kiểm tra thông minh này bảo đảm kết quả đo chính xác, khử được nhiễu và khả năng phân tích xử lý tổng hợp số liệu phong phú, có nhiều chức năng mà các thế hệ thiết bị trước không tự động xử lý được. Để có thể tạo ra các thiết bị có tính cạnh tranh cả về chất lượng lẫn giá thành, ta phải ứng dụng các công nghệ mới, thành tựu của công nghệ thông tin như công nghệ tạo chip chuyên dụng, công nghệ lập trình thời gian thực, công nghệ xử lý tín hiệu số vào các nghiên cứu phát triển của mình.

Một số chương trình đo điều khiển xa như PROCON, PROCONWIN, DDK 300 đã được phát triển và áp dụng cho hệ thống đo xa các tham số nhiệt độ của các phòng thí nghiệm của Cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng, Bộ Quốc phòng. Đặc biệt công nghệ xử lý nhúng PC/104 đã được Viện áp dụng phát triển các thiết bị với phần trí não có khả năng xử lý mạnh cho nhiều ứng dụng đo lường và điều khiển trong các khí tài quân sự và tạo ra các thiết bị đo điều khiển thông minh. Tại Bộ môn Đo lường và Tin học công nghiệp Đại học Bách khoa Hà Nội đã tiến hành nhiều nghiên cứu về các phương pháp đo hiện đại, đo trên nguyên lý hàm tương quan và tập trung phát triển các thiết bị hệ thống đo cho ngành điện và quan trắc môi trường ở các nhà máy độc hại.

- Thiết bị đo điều khiển xa EĐĐK có khả năng tính toán các thuật xử lý phức tạp, có độ bền hoạt động trong môi trường công nghiệp và kích thước gọn nhẹ, tiêu ít năng lượng hơn, rẻ tiền hơn so với các thiết bị đo lường thu thập dữ liệu từ xa nhập ngoại hiện hành. - Thiết bị được áp dụng các thuật toán được nhóm nghiên cứu phát triển như nhận dạng và xử lý ảnh số nhanh, phương pháp định vị vật di động trong không gian từ dữ liệu ảnh, phương pháp điều khiển, bám trên cơ sở phản hồi hình ảnh (visual servoving).

GA Optimized Neuro Controller for Robot Manipulater

Proceedings of the 7 th International Conference on Control, Automation, Robotics and Vision (ICARCV2002) 2-5 December 2002, Marina

Các thuật toán xử lý, lọc số, loại nhiễu và tính toán bù nhiệt độ chuyển đổi kèm theo các giao thức truyền dữ liệu kết nối mạng RS485 được tích hợp trong chip WLS tạo thành đầu đo mực nước thông minh mới. Thiết bị xử lý thu thập tín hiệu mực nước từ xa được thiết kế để nhận số liệu từ đầu đo mực nước và thực hiện các chức năng xử lý, hiển thị, lưu trữ và truyền số liệu cho PC hoặc hệ thống SCADA. Để thông tin liên lạc giữa các máy trên mạng Ethernet đ−ợc tin cậy, nhanh, mạnh, mềm dẻo, dễ phát triển và có khả năng kết nối vào mạng Internet, thì việc lựa chọn hệ điều.

+ Hệ điều hành của máy chủ: Win98, Win2000, WinNT là các hệ Windows thông dụng có sẵn các giao thức TCP/IP chạy trên mạng Ethernet và có sẵn khả năng kết nối vào Internet. Phần mềm của thiết bị EĐĐK đã cung cấp tất cả những phần cần thiết về giao thức TCP/IP và tạo ra môi tr−ờng trên DOS, nên ng−ời sử dụng rất dễ dùng vì chỉ cần lập trình phần ứng dụng. Thiết bị giao diện với người vận hành sử dụng với công nghệ Touch Screen (màn hình cảm ứng tiếp xúc) được thiết kế đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật ứng dụng trong công nghiệp với khả năng tích hợp hệ thống hiện đại , mềm dẻo, giám sát và điều khiển mạng công nghiệp dùng công nghệ mạng Ethernet.

Hiện nay, chúng tôi đã thiết kế một hệ thống mạng đo và điều khiển trên công nghệ mạng Ethernet tốc độ 10/100 Mbit, trong đó thiết bị giao diện ETS có nhiệm vụ giám sát và điều khiển toàn bộ hệ thống mạng là một thiết bị đạt tiêu chuẩn công nghiệp, có màn hình touch screen, bộ nhớ Flash và kết nối qua mạng Ethernet. Tất cả các công việc thay đổi cấu hình đều có thể thay đổi khi quá trình đo, điều khiển dừng, cấu hình hệ thống có thể được cất vào tệp và đọc lại mỗi khi khởi động chương trình. Người dùng có thể thiết kế màn hình giao diện giám sát và điều khiển hệ thống dạng đồ hoạ (xem hình 2) với các đối tượng đồ hoạ (nút ấn, chuỗi kí tự, đồ thị.) lấy từ thư viện chuẩn của EMON32 để thực hiện tác vụ theo yêu cầu bài toán đo, điều khiển và cho phép giám sát hệ thống trực quan trên sơ đồ công nghệ khi thiết lập ảnh nền (BkImage) là một file bitmap được vẽ bằng bất kỳ chương trình xử lý ảnh nào như Paintbrush của Windows , Photoshop.

Khi chuyển sang chế độ đo, điều khiển và giám sát hệ thống, người dùng có thể quan sát các kênh số liệu dưới dạng đồ thị thời gian thực với tối đa cho phép hiển thị đồng thời 4 đồ thị. Người dùng có thể quan sát số lượng thiết bị trên mạng, số lượng thiết bị đang kết nối với máy chủ trong hệ thống.Mỗi thiết bị EĐĐK trên mạng Ethernet đều có một địa chỉ IP (ví dụ 10.10.3.100) và một tên đại diện Hostname (ví dụ C5), có thể thay đổi các thông số này cho phù hợp với hệ thống mạng. - Nh−ợc điểm lớn nhất của phần mềm chạy trên hệ điều hành Windows là tốc độ xử lý chậm, chương trình tính toán cồng kềnh không đáp ứng được yêu cầu về tốc độ bám nhanh.

“Hệ thống đo và quan trắc môi tr−ờng xí nghiệp công nghiệp” gồm có các thiết bị đầu cuối đo xa RTU (Remote Terminal Unit) đo các giá trị ở các điểm đo xa, và truyền về máy tính xử lý trung tâm (Host) chạy chương trình EVIEW để tính toán, hiển thị, xử lý, cảnh báo, lưu trữ bằng chương trình phần mềm chạy trên Windows qua mạng ETHERNET. Thiết bị đầu cuối đo xa có khả năng tính toán các thuật xử lý thông minh, có độ bền hoạt động trong môi tr−ờng công nghiệp và kích th−ớc gọn nhẹ, tiêu ít năng l−ợng, với giá cả cạnh tranh so với các thiết bị nhập ngoại. - Thiết bị đầu cuối đo xa RTU đ−ợc chế tạo trên công nghệ nhúng PC/104, có dung l−ợng bộ nhớ RAM, bộ nhớ FLASH lớn và có khả năng kết nối mạng Ethernet với giao thức TCP/IP.

Ch−ơng trình có giao diện thân thiện với người sử dụng, có chế độ báo động, lưu trữ, in ấn dữ liệu về môi trường…cho phép phát triển các ứng dụng toàn cục cũng như thay đổi chương trình xử lý cho từng thiết bị đầu cuối đo xa RTU. + Chương trình tạo môi trường theo chuẩn của giao thức TCP/IP trên DOS, có các lệnh chính để truyền trên mạng Ethernet như nhận tên và địa chỉ IP của PC/EVIEW, nhận tên và địa chỉ IP của RTU do EVIEW đặt lại, nhận thời gian do EVIEW gửi để đồng bộ lại thời gian, nhận tệp ứng dụng mới được nạp lại từ EVIEW và cho chạy tệp này, gửi số liệu thời gian thực, gửi toàn bộ số liệu lưu trên đĩa theo yêu cầu của EVIEW. Chương trình EVIEW chạy trên các máy PC thông thường với hệ điều hành Win9x/2000/XP…EVIEW cung cấp rất nhiều công cụ để giám sát toàn bộ hệ thống theo thời gian thực, dễ cài đặt, dễ sử dụng, đáp ứng được các yêu cầu của người sử dụng.

Về các công nghệ sử dụng trong các sản phẩm của đề tài đều là các công nghệ cao như PC/104, công nghệ tạo chip chuyên dung PSoC, công nghệ lập trình thời gian thực, các chip vi mạch chuyên dụng.