Với cỏch biểu diễn bằng phương phỏp hỡnh thức trờn, nếu chỳng ta phối hợp cỏc biến số, cỏc cỏch đ ều khiển so sỏnh và cỏch tớnh hiệu quả của phộp i so sỏnh sẽ thu được rất nhiều kiểu so sỏnh khỏc nhau, mỗi ki u cú nh ng l u ể ữ ư đồ phố ợi h p cỏc nguyờn cụng o lườđ ng và/hoặc cỏc ph ng phỏp đo cụ ểươ th .
Xõy dựng cơ sở dữ ệ li u và thư viện cỏc phương phỏp đo cụ thể là một vi c ệ làm lõu dài được rỳt ra từ quỏ trỡnh t ng h p lý thuy t ph i h p v i cỏc ổ ợ ế ố ợ ớ phương phỏp đo cỏc đại lượng cụ thể. Phụ lục 4 t ng k t cỏc b so sỏnh ổ ế ộ thường được sử dụng trong cỏc thiết bị đ o.
S ơ đồ khối của cỏc bộ so sỏnh được trỡnh bày trờn hỡnh 2.4. Để xõy dựng mụ hỡnh chung của phương phỏp đo kiểu so sỏnh, cần phải xỏc định tớn hiệu vào so sỏnh và xỏc định cỏc kiểu so sỏnh: đồng thời hoặc khụng đồng thời, cõn bằng hoặc khụng cõn bằng... Bộ so sỏnh cõn bằng cú u ra là tớn hiđầ ệu logic (0,1). Bộ so sỏnh khụng cõn b ng cú đầu ra là sai l ch ∆. Phộp so sỏnh ằ ệ khụng đồng thời cú thể thực hiện trong khụng gian đại lượng vật lý và khụng gian số. Khụng gian so sỏnh (0,1) Đồng thời Khụng đồng thời Cõn bằng Khụng cõn bằng Đại lượng so sỏnh (0,6) Dạng tớn hi u ệ
(1) Sơ đồ khối của thiế ị so sỏnh khụng đồng thời cõn bằng. t b
(2) Sơ đồ khối của thiế ị so sỏnh đồng thời khụng cõn bằng (vi sai) t b
(3) Sơ đồ khối của phộp so sỏnh đồng thời cõn bằng
(4) Sơ đồ khối của của thiết bị so sỏnh khụng đồng thời khụng cõn bằng. So sỏnh (àP) Xδ(t) BĐ (K) Mδ(t-τ) M U X ĐK h BĐ (∆) Đo ∆ So sỏnh ( ∆) B Đ (KX) Xδ(t) B Đ (KM) Mδ(t) So sỏnh (àP) BĐ (KX) X BĐ (KM) M Ghi giữ So sỏnh B Đ (KX) X.δ(t) B Đ (KM) M.δ(t-τ) BĐ ĐK h (∆) Đo ∆ MUX
2.1.5. Khối chức năng giao tiếp.
Cựng với sự phỏt triển mạnh mẽ của cụng ngh thụng tin, cỏc thi t b ệ ế ị đo hi n nay ph n l n được thi t k , ch t o v i nhi u ch c n ng “thụng minh” ệ ầ ớ ế ế ế ạ ớ ề ứ ă (ID -Intelligent Device) trong đú chức năng giao tiếp là chức năng chủ yếu được thực hi n b ng cụng c c a cụng ngh thụng tin. ệ ằ ụ ủ ệ
Cú hai loại giao tiếp chớnh: giao ti p thế ực hiện với người sử dụng và giao tiếp với hệ thống. Trong luận ỏn chỉ đặt vấn đề xõy dựng cỏc giao tiếp với người sử dụng. Cỏc giao tiếp với hệ thống khụng đặt vấn đề nghiờn cứu vỡ đó được cỏc hóng ch tạế o chu n hoỏ và ó cú r t nhi u chương trỡnh h tr để ẩ đ ấ ề ỗ ợ thực hiện.
Giao tiếp giữa người và mỏy (HMI) thực hiện thụng qua cỏc phương thức chớnh: hiển thị (Display), theo dừi (Monitoring), đối thoại giữa người và mỏy, đều khiển, giỏm sỏt, trao i cỏc chứđổ c n ng trớ tu nhõn t o... ă ệ ạ
Thực hiện hiển thị (Display):
Phương thức hiển thị: cỏc phương thức hiển thị trong đo lường đ ềi u khiển bao gồm: ngoài hiển thị kết qu o, hi n th số ệả đ ể ị li u, hi n th số ệể ị li u 2 tr ng thỏi ạ như "đúng"/"m ", l n/nh , hay tr ng thỏi ho t động/d ng … Cỏc hinh th c ở ớ ỏ ạ ạ ừ ̀ ứ hiờ̉n thị rṍt phong phú dưới nhiờu d ng khac nhau, vớ d hi n th bằ̀ ạ ̣ ́ ụ ể ị ng con s ố 0/1, đốn bỏo bật/tắt, hay màu sắc xanh/đỏ, nhấp nhỏy/liờn tục….
Nụ̣i dung thụng báo cũng rṍt phong phú như thụng bỏo cỏc trạng thái iờđ ̀u khiờ̉n của hợ̀ thụ́ng, thụng báo trạng thỏi thiờ́t bi vượ̣ t ra khoi ho t ụng binh ̉ ạ ̣ đ ̣ ̀ thường hay thụng báo cỏc nhọ̃n dạng và chuõ̉ đ ́n oan ky thuõt. ̃ ̣
Hiờ̉n thị bản tin: Nụ̣i dung mọi thụng tin đ ̀ờu có thờ̉ tụ̉ chức hiờ̉n thị đ ̉ ờ người sử dụng n m v ng tr ng thỏi v n hành c a m t h th ng. õy la phương th c ắ ữ ạ ậ ủ ộ ệ ố Đ ̀ ứ hiờ̉n thị tụ̉ng hợp tình hình xảy ra trong hợ̀ thụ́ng qua cỏc hỡnh thức:
* Mụ̣t văn bản tom tắ́ t qua trí ̀nh xảy ra.
* Cá đ ̀c ụ thị tĩnh và đ ̣ ụng biờ̉u diờ̃n quan hợ̀ theo th i gian cua cac hiờn tương ờ ̉ ́ ̣ ̣ và giữa các đ ̣ai lượng với nhau.
* Các bản vẽ đ ̀ ụ hoạ mụ tả quá trình xảy ra v i cac sụ liờu phan anh tinh trạng ớ ́ ́ ̣ ̉ ́ ̀ hoạt đ ̣ụng của quá trình (sơ đ ̀ ụ flowsheet) có sụ́ liờu. ̣
* Bản vẽ cṍu tạo của mụ̣t thiờ́t bị. * Bản vẽ ắ l p ráp, sơ đ ̀ ụ nụ́i dõy. * Giải thích hướng dõ̃n sử dụng.
* Mụ hỡnh hoá quá trình và trợ giúp kỹ thuọ̃t. * Nụ̣i dung củ đ ́a ụi thoai gi a người và máy. ̣ ữ
Thu thập và lưu gi sụ liờu : Cỏc số ệữ ́ ̣ li u, d li u hi n th cú th dưới dạữ ệ ể ị ể ng s ố (giỏ trị) hoặc là đại lượng liờn tục theo thời gian (tương tự). Việc thu thập số liệu cú th dựng thụng qua một số chức năng về thu thập số liệu (Data ể Acquisition).
Tụ́c đ ̣ụ thu thập và lưu giữ ố liệu phụ thuụ̣c chủ yờ́u vào tụ́ đ ̣ụ của cá s c c bụ̣ biờ́n đ ̉ụi tương tự sụ́. Với mục đ ́ich cụ thờ̉ của người sử dụng, cú th tụ ể ̉ chức mụ̣t lịch trình thu thập và lưu gi sụ liờu nh : ghi nhanh, ghi theo giõy, ữ ́ ̣ ư phút, giờ, ngày, tháng, năm, ghi khi cú yờu cầu. Mụ̃i nhóm sụ́ liợ̀u đươc lưu ̣ giữ theo những quy đ ̣inh theo yờu cõ̀u sử dụng.
Quản lý sụ́ liợ̀u hay quản lý thụng tin (MIS –Managerment Information System) : Sụ́ liợ̀u thu được sẽ cú thể đươc dùng vạ ̀o nhiờ̀u mục đ ́ich khác nhau. Để tụ̉ chức lưu giữ sụ́ liợ̀u mụ̣t cách có hợ̀ thụ́ng, phuc vụ tộ́ t cho cac ́ nhiợ̀m vụ cần ph i t ch c t t vi c quan ly sụ liờu. Cú nhi u lo i số ệả ổ ứ ố ệ ̉ ́ ́ ̣ ề ạ li u khỏc nhau: sụ́ liợ̀ đ ̣u ụng, sụ́ liợ̀u lịch sử, sụ́ liợ̀u vờ̀ bỏo hiợ̀u báo đ ̣ụng, sụ́ liợ̀u cực đại, cực ti u, sụ liờu vờ̀ sựể ́ ̣ cụ ờ phõn tich sự́ đ ̉ ́ cụ v.v.. Để qu n lý được t t c ́ ả ấ ả cỏc dạng số liệu này, cần phải tổ chức trỡnh bày (biểu diễn) số liệu cho hợp lý.
Hiện nay, một số cách hiển thị đ ̃ a trở thành cụng cụ quen thuộc của người sử dụng ứng dụng như:
* Hiờ̉n thị đ ̣ ụng quá trình dưới dạng bảng sụ́ liợ̀u, đ ̀ụ thị cọ̃p nhọ̃t, đ ̀ụ hoạ với sụ́ liợ̀u ở cá điờ̉m theo dõi, thanh sáng có đ ̣c ụ dài tỷ lợ̀ với sụ́ liờu theo dõi. ̣ * Hiển thị sụ́ liợ̀u lịch sử của quá trình. Sụ́ liợ̀u lịch sử theo lịch trình đươc lưu ̣ trữ, được tổ chức và hiển thị hợp ly giỳp ngươi s dung hiờu rừ qua trinh biờn ́ ̀ ử ̣ ̉ ́ ̀ ́ đ ̉ụi và theo doi đươc s tiờn triờn cua s viờc nh m anh gia hoat ụng cua hờ ̃ ̣ ự ́ ̉ ̉ ự ̣ ằ đ ́ ́ ̣ đ ̣ ̉ ̣ thụ́ng theo thời gian.
*Trình bày sụ́ liợ̀u của sự kiợ̀n (event recorder) : Sụ́ liợ̀u của sự kiợ̀n đươc cạ ́c thiờ́t bị ghi sự kiờn l u gi , tụ ch c h p lý va hi n th giỳp ngươi s dung co ̣ ư ữ ̉ ứ ợ ̀ ể ị ̀ ử ̣ ́ đ ̉u sụ liờu để anh gia, phõn tich đươc nguyờn nhõn cua s kiờn. Thụng ́ ̣ đ ́ ́ ́ ̣ ̉ ự ̣ thường sự kiợ̀n được trình bày dưới 3 dạng : sụ́ liợ̀u trước khi xảy ra sự kiợ̀n, sụ́ liợ̀u khi đang xảy ra sự kiợ̀n và sụ́ liờu sau khi xảy ra sự kiợ̀n. ̣
Về cơ bản, cú thể sử dụng tr c ti p cỏc hàm ch c n ng hi n th dưới ự ế ứ ă ể ị dạng bảng số và hiển thị bằng cỏc dạng đồ thị khỏc nhau của VI.
Thực hiện đối thoại giữa người và mỏy :
Trong cỏc thiết bị thụng minh thường cú chức năng ụi thoại giữa người và đ ́ máy. Cỏc đ ́ụi thoại này được thực hiợ̀n trờn màn hình thụng qua các hụ̣p thoại dưới cỏc hỡnh thức :
* Truy vấn: đõy là chức năng 2 chiều dưới dạng hỏi /đỏp giữa người và mỏy. Việc hỏi /đ ́ap có thờ̉ thụng qua chữ viờ́t, tiờ́ng nói, hình ảnh…
* Mở đ ́, ong các dịch vụ: người sử dụng cú th goi ra cac chương trinh tiờn ể ̣ ́ ̀ ̣ ích, tìm hiờ̉u nó, đ ́i thoại với mỏy đ ̉ thực hiợ̀n viợ̀c tính toán thiờ́ụ ờ t kờ theo ́ yờu cõ̀ đ ̀u ờ ra. Hiợ̀n nay cú rất nhiều dịch vụ trợ giỳp qua các cụng cụ tin học, người sử dụng cú th tra c u tai liờu, tụ ch c l i d liờu, tra th muc, goi tai ể ứ ̀ ̣ ̉ ứ ạ ữ ̣ ư ̣ ̣ ̀ liợ̀u theo các kiờ̉u khác nhau. Ngoài ra, người sử dụng cũn cú th cắể t, dan, ́ dụ̀n dữ liệu hoặc xõy dựng mụ̣t tư liờu mới … ̣
* Trợ giúp xõy dựng văn bản, báo cáo: cụng tác v n phong oi hoi nhiờu ụi ă ̀ đ ̀ ̉ ̀ đ ́ thoại người – máy nờn cỏc chương trỡnh trợ giỳp được xõy dựng trờn cơ sở đối thoại v xõy d ng bang biờ̉ề ự ̉ u, tinh toan ; chon mõu ch , mõu hinh; xoa, ́ ́ ̣ ̃ ữ ̃ ̀ ́ đ ̀iờn thờm; tr giup in õn nh thu nho, mởợ ́ ́ ư ̉ rụng, xoay ngang, xoay doc, s p ̣ ̣ ắ trang, thay đ ̉ụi phụng chự̃… và nhiều chức năng khỏc.
* Hụ̃ trợ kỹ thuọ̃t: bao g m cỏc hụ̃ ợ kỹ thuọ̃t sửồ tr dung cac phõn mờm tiờn ̣ ́ ̀ ̀ ̣ ích, mở các dịch vụ hụ̃ trợ kỹ thuọ̃t các hợ̀ thụ́ng thụng tin điờ̀u khiờ̉n, m cac ở ́ dịch vụ huṍn luyợ̀n kỹ thuọ̃t, mở các dịch vụ kiờ̉m tra trắc nghiợ̀m…
2.2. Xõy dựng lưu trỡnh tiến hành tổng hợp thiết bị đ o trờn cơ sở cỏc khối chức năng ó thành lập. đ
Sau khi đó thành lập cơ sở dữ ệ li u và th vi n cỏc kh i ch c n ng th c ư ệ ố ứ ă ự
và ảo để thực hiện cỏc nguyờn cụng đo lường, cần phải xõy d ng cỏc quy ự trỡnh thực hiện cỏc quỏ trỡnh đo lường theo yờu c u theo trỡnh tầ ự cỏc bước sau:
(1) Xõy dựng yờu cầu kỹ thu t của thiết bị đậ o cầ ổn t ng hợp (2) Chọn phương phỏp đo thớch hợp
(3) Xỏc định cỏc nguyờn cụng cụ thể trong quỏ trỡnh đo và chọn khối chức năng thực hiện tương ứng.
(4) Tớnh toỏn cỏc hệ ố s biến đổi c a cỏc khõu chức năng. ủ
(5) Xỏc định cỏc lưu đồ ph i hợp cỏc nguyờn cụng trong phương phỏp đo ố đó ch n. ọ
(6) Xỏc định sơ khối cđồ ủa thiết bị đ o thiế ế. t k (7) Tổ chức phần mềm thực hiện cỏc lưu đồ trờn. (8) Thực hiện th nghiệm trờn makột. ử
(9) Bố trớ thang o củđ a thi t b , t động ch n thang o và chuy n đơn v ế ị ự ọ đ ể ị đo.
(10) Bự cỏc loại sai số cú thể (11) Thiết kế ả s n xu t ấ
(12) Đỏnh giỏ thiết bị đ o.
Sau đõy sẽ trỡnh bày chi tiết về cỏc yờu cầu kỹ thuật của 12 quy trỡnh trờn ứng dụng vào bài toỏn mẫu: tổng hợp thiết bị đ o ỏp suất 0-10at cú sai số yờu cầu γγγγγ=1,1%
2.2.1. Xõy dựng yờu cầu kỹ thuật của thiết bị đ o
Việc xõy dựng cỏc yờu cầu kỹ thuật của một thi t b o là h t s c c n ế ị đ ế ứ ầ thiết, nú đũi hỏi việc trao đổi giữa người thi t k và người đặt hàng. Đõy là ế ế khõu đầu tiờn phải thực hiện khi tiến hành thiết k mộế t thi t b o. Cỏc yờu ế ị đ cầu kỹ thuật bao gồm:
Tờn thiết bị đ o và mụ đc ớch xõy dựng, Cỏc khoảng o và đơn vị sử ụđ d ng,
Loại hỡnh thiết bị : số/tương tự/cú lưu giữ/cú đối thoại/cú kết nối với hệ thống …?
Tớn hiệu vào: đại lượng, dạng tớn hiệu,
Số liệu ra: số/ tương tự, thống nhất húa, chuẩn truyền tin ? Cỏc sai số
Thời gian đỏp ứng Cỏc yờu cầu khỏc
Cỏc đ ềi u kiện kỹ thuật: khớ hậu, yếu tố ả nh hưởng…
Quyết định cỏc thụng số kỹ thu t cho thi t b o là m t vi c ũi h i ậ ế ị đ ộ ệ đ ỏ nhiều kinh nghiệm của chuyờn gia và cần xõy dựng những dịch vụ để giỳp đỡ chuyờn gia xỏc định cỏc đặc tớnh kỹ thuật này.
2.2.2. Chọn phương phỏp đo theo yờu c u kỹầ thuậ đt ó đề ra.
Như đ ó phõn tớch và trỡnh bày ở 2.1.4, tuy cỏc mụ hỡnh thiết bị đ o khụng nhiều nhưng khi tiến hành thực hiện phộp đo cho cỏc đại lượng, dạng tớn hiệu cụ thể thỡ số lượng ph ng phỏp đươ o cú th th c hi n l i khụng nh . ể ự ệ ạ ỏ Xỏc định phương phỏp đo là xỏc định lưu đồ phối hợp cỏc nguyờn cụng c thể ụ
để đạ t được cỏc mục tiờu đề ra. Ngoài ra, theo kinh nghiệm của chuyờn gia, việc lựa chọn này sẽ được phỏt biểu dưới dạng ngụn ngữ truy vấn tin học "if … then".
Vớ dụ, sử dụng m t kinh nghi m c a chuyờn gia được ỏp d ng làm lu t ộ ệ ủ ụ ậ tổng hợp cho phần chương trỡnh chuyờn gia thử nghi m cú phương phỏp o ệ đ lựa chọn chủ yếu d a trờn sai s , cú th chia thành 2 trường h p: n u sai số ự ố ể ợ ế >1% chọn phương phỏp đo biến đổi thẳng (so sỏnh trong khụng gian số) cũn nếu sai số <1% dựng phương phỏp đo kiểu so sỏnh (so sỏnh trong khụng gian vật lý)
Trong phương phỏp đo biến đổi thẳng, chủ yếu c n ph i ch n cỏc ph n ầ ả ọ ầ tử biến đổi thớch hợp (cú thang đo thớch hợp, hệ số bi n đổi thớch h p, tớnh ế ợ tuyến tớnh cao, nhiễu thấp, v.v... và giỏ thành rẻ).
Để lựa chọn được phương phỏp o, vi c đầu tiờn và c bảđ ệ ơ n nh t là ph i mụ ấ ả t ả được quỏ trỡnh đo dự kiến thụng qua cỏc nguyờn cụng và lưu đồ phối hợp cỏc nguyờn cụng đú.
Với bài toỏn mẫu, để chọn phương phỏp đo ỏp suất 0-1at cú sai số yờu cầu γ=1,1%. Vỡ sai số của thi t b γ>1% nờn ta cú thể chọn phế ị ương phỏp đo biến đổi thẳng. Quỏ trỡnh o cú th mụ t nhưđ ể ả sau: ỏp su t 0-1at tỏc d ng lờn một ấ ụ màng đàn hồi của ỏp kế biến thành biến dạng ở tõm (biế đổi kết cấu). Biến n dạng này làm biến đổi i n tr tenzo bỏn d n theo cụng th c đ ệ ở ẫ ứ
l l k R R ∆ = ∆
(CĐSC) và sẽ làm thay đổi đ ệi n ỏp ở đường chộo cầu 4 nhỏnh hoạt động: R R U U = cc ∆ ∆ 2
Đ ệi n ỏp ∆U sau ú được khu ch đại và bi n thành dũng th ng nh t hoỏ 4-đ ế ế ố ấ 20mA (nhờ bộ bi n đổi th ng nh t hoỏ). Dũng 4-20mA được bi n đổi thành ế ố ấ ế
số vớ ối s bit xỏc định. Vi c x lý s li u s được ti n hành trong khụng gian ệ ử ố ệ ẽ ế s ố để đưa ra kết quả theo hệ đơn vị mà người sử dụng yờu cầu.
2.2.3. Xỏc định cỏc nguyờn cụng và chọn khối chức năng thực hiện.
Sau khi xỏc định được phương phỏp đo, cú thể mụ tả quỏ trỡnh đo một đại lượng vật lý nào ú bằđ ng cỏc nguyờn cụng. Theo cỏc phõn tớch lý thuy t ế ở mục 2.1.2, cỏc nguyờn cụng biến đổi cơ bản bao g m cỏc nguyờn cụng v ồ ề bi n ế đổi kết cấu, chuyể đổi cản m bi n và bi n đổi th ng nh t hoỏ. ế ế ố ấ
Với bài toỏn mẫu, ta cú thể phõn tớch cỏc nguyờn cụng đo theo sơ đồ :
Hỡnh 2.5. Sơ đồ chuỗi biến đổi của cảm biến tương tự đ o ỏp suất Trong sơ đồ bao gồm :
Nguyờn cụng biến đổi k t cấu: ế
Màng đàn hồi của ỏp kế được làm bằng vật liệ đồng berili cú đặc tớnh u đàn h i t t (mụ un àn h i 200.000kN/mồ ố đ đ ồ 2), giải tuyến tớnh rộng, biến dạng dư rất nhỏ. Biến dạng của màng đàn hồi K .P
l l CK = ∆ = ε cú ứng su t tấ ại tõm màng là Với : P- ỏp suất tỏc động lờn màng
R –bỏn kớnh màng, d- chiều dày của màng (ch n theo v t li u), R ọ ậ ệ được tớnh sao cho
10000 1 5000 1 ữ = ε
Nguyờn cụng chuyển đổi s cấp: ơ
Chuyển đổi sơ cấ được chọn theo cỏch ưu tiờn cho chuyể đổi đ ệp n i n trở vỡ nú khụng chị ảu nh h ng cưở ủ đ ệa i n dung và đ ệi n cảm. Nguồn cung cấp là
4-20mA ∆U=SI.U ε k RR = ∆ ε=KKC.P KC CĐSC BĐTN U/I 2 2 49 0 d PR . + = σ
nguồn một chiều cú hệ ố ổ s n định cao. u tiờn thứ hai là chuyển đổi sơ ấƯ c p sử