- Dừng từ x a:
c. Hệ thống kiểm tra cỏc thụng số sử dụng PLC và mỏy tớnh PC.
Hệ thống ngày này được trang bị trờn cỏc tàu đúng mới hiện đại, cú thể khỏi quỏt sơ
đồ như sau : Cảm biến ON/OF Cảm biến tương tự Chỉ thị và Rơ le Đốn Đốn quay Cũi PLC Mỏy tớnh/ thiết bị tự ghi Bảo vệ Test
Hỡnh 4.16. Hệ thống kiểm tra cỏc thụng số sử dụng PLC và mỏy tớnh PC.
Khối chỉ thị và rơle cú chức năng chỉ thị cỏc thụng số tương tự và đưa ra tỏc động rơle, trờn khối này cú nỳm chỉnh giỏ trị giới hạn để bỏo động và bảo vệ. PLC hoặc bộ vi xử lý thực hiờn toàn bộ thuật toỏn tạo trễ, bỏo động, nhận biết sự cố…
Trong một số tàu người ta sử dụng cỏc bộ vi xử lý thay cho PLC với chức năng và nhiệm vụ tương tự, người ta sử dụng một card chủ điều hành cỏc card rời, mỗi card rời ứng với một nhúm thụng số riờng biệt, hệ thống loại này thể hiện sự cơ động hơn rất
nhiều so với hệ sử dụng PLC.
Nhận xột : cỏc hệ thống tự động kiểm tra ngày nay cú cấu trỳc đa dạng, xử lý và
thụng bỏo cho người sử dụng vận hành theo nhiều cỏch khỏc nhau nhưng cơ bản vẫn là tuõn thủ cỏc yờu cầu, chức năng chung của hệ thống.
d. NHẬN XẫT.
Sau khi khảo sỏt và nghiờn cứu tỡnh hỡnh thực tế cỏc hệ thống kiểm tra dưới tàu thuộc đội tàu Việt Nam và nước ngoài, ta nhận thấy cỏc hệ thống sử dụng rơle-contactor cú cấu trỳc khỏ đơn giản, được lắp đặt trờn cỏc tàu cũ, những tàu đúng mới hiện nay hầu như khụng lắp đặt hệ thống này nữa do khụng đỏp ứng được nhu cầu khai thỏc, khụng cú tớnh năng giỏm sỏt trong hệ thống, khụng cú khả năng lưu nhật ký bỏo động… Núi chung hệ thống loại này khụng đỏp ứng được nhu cầu phỏt triển của cụng nghiệp đúng tàu hiện nay.
Hệ thống sử dụng card rời cú kết cấu khỏ cồng kềnh nhưng tớnh cơ động của hệ
thống cao, trong khai thỏc cú thể kiểm tra tỡnh trạng hệ thống đơn giản, khi hỏng húc cú thể thay thế cỏc card rời mà khụng ảnh hưởng tới cỏc thụng số khỏc đang làm việc. Thụng thường hệ thống gồm hai phần, phần chỉ bảo cỏc thụng số ON/Off như bỏo mức, nhiệt độ, ỏp lực… mỗi thụng số cú một card riờng rẽ. Phần hai chỉ bỏo cỏc thụng số biến
đổi liờn tục thụng qua cỏc đồng hồ Quart, mỗi thụng số một đồng hồ, cỏc thụng số đầu
vào được đưa vào cỏc khối xử lý tớn hiệu ra ở dạng chuẩn từ 4ữ20mA hoặc là từ 1ữ5V, như vậy hệ thống cú bao nhiờu thụng số phải cú bấy nhiờu bộ xử lý, điều này tạo sự cồng kềnh khụng cần thiết của hệ thống.
Ưu điểm hơn cả là hệ thống sử dụng PLC hoặc vi xử lý kết hợp với mỏy tớnh, hệ
thống cú khả năng giỏm sỏt tất cả cỏc thụng số trờn mỏy tớnh, cỏc thụng số được quản lý từ một trung tõm, trung tõm đú điều hành và xử lý tớn hiệu trước khi đưa đi hiển thị hoặc
đưa vào mỏy tớnh. Tất cả cỏc tớn hiệu đầu vào là đại lượng vật lý đều được chuyển sang
tớn hiệu chuẩn từ 4ữ20mA hoặc từ 1ữ5V trước khi đưa vào trung tõm tạo ra sự đồng bộ và đơn giản trong xử lý tớn hiệu cho trung tõm điều hành. Ngoài ra hệ thống cũn cú khả năng kết nối trực tiếp với cỏc hệ thống khỏc tạo thành một khối liờn kết, từ đú thuận tiện cho việc tự động hoỏ toàn bộ con tàu.
Đứng trước thực tế như vậy cho thấy việc xõy dựng và chế tạo hệ thống mới cú
tớnh năng cao hơn để thay thế những hệ thống cũ hoặc lắp mới trờn cỏc tàu đúng mới là cần thiết. Mục tiờu của đề tài là thiết kế chế tạo một hệ thống cú khả năng kiểm soỏt được toàn bộ cỏc thụng số bỏo động và bảo vệ của con tàu, ghi lại thời diểm sảy ra và thời
điểm khắc phục sự cố trờn mỏy tớnh PC, bỏo động bằng đốn và cũi khi xảy ra sự cố, đo
cỏc đại lượng ỏp lực, nhiệt độ, tốc độ… và hiển thị giỏ trị trờn màn hỡnh, lập đồ thị biến
4.2. Xõy dựng mụ hỡnh thực tế.
4.2.1. Thiết kế trung tõm thu thập xử lớ tớn hiệu dựng vi điều khiển AVR. a. Giới thiệu chung về vi điều khiển AVR. a. Giới thiệu chung về vi điều khiển AVR.
AVR là loại vi điều khiển do hóng ATMEL sản xuất với một số cỏc đặc điểm nổi bật sau:
+ Kiến trỳc RISC(Reduced Instruction Set Computer) với hầu hết cỏc lệnh cú chiều dài cố định truy nhập bộ nhỡ nạp - lưu trữ (load - store) và 32 thanh ghi đa năng. + Kiến trỳc đường ống lệnh kiểu hai tầng (Two – Stage Instruction Pipeline) cho phộp làm tăng tốc độ thực thi lệnh.
+ Cú chứa nhiều bộ phận ngoại vi ngay trờn chip bao gồm cỏc cổng vào ra, bộ biến đổi ADC, bộ nhớ EEPROM, bộ định thời, UART, bộ định thời RTC, bộ điều chế độ rộng xung(PWM). Đặc điểm này được xem là nổi bật so với nhiều họ vi điều khiển khỏc. Trờn AVR đó tớch hợp sẵn :
- 48 đường dẫn vào ra lập trỡnh được - Hai bộ truyển nhận UART lập trỡnh được - Một giao diện SPI đồng bộ
- Một giao diện TWI đồng bộ tương thớch I2C - Ba bộ Timer/Counter 8-bit
- Một bộ Timer/Counter 16-Bit với chức năng so sỏnh bắt mẫu - Bốn đầu ra điều biến độ rộng xung
- Một đồng hồ thời gian thực
- Một bộ biến đổi ADC 10-Bit với 8 kờnh vào - Một bộ phỏt hiện trạng thỏi sụt điện ỏp nguồn nuụi - Một bộ so sỏnh Analog
- Một bộ định thời Watdog.
Đõy là những chỉ dẫn chung về vi điều khiển này cũn số lượng cụ thể thỡ so thể
nhiểu hay ớt hơn.
+ Hầu hết cỏc lệnh (chỉ trừ cỏc lệnh nhảy và nạp/lưu trữ) đều được thực hiện trong một chu kỡ xung nhịp.
+ Hoạt động với tần số xung nhịp lờn tới 16MHz. So với cỏc vi điều khiển khỏc trong họ ATMEL thỡ AVR cho phộp tần số xung nhịp tương đối cao. Xung nhịp do bộ dao động tạo ra cũng chớnh là xung nhịp của hệ thống mà khụng cần qua một bộ chia tần
nào như trong cỏc vi điều khiển ra đời trước đú nờn kộo theo tốc độ xử lớ lệnh tương đối cao kết hợp với khả năng thực hiện lệnh trong một chu kỡ xung nhịp vi điều khiển AVR cú khả năng đạt đến tốc độ xử lớ 16 MPIS(triệu lệnh trong một giõy). Cú thể thấy được tốc độ xử lớ lệnh của AVR trong giản đồ thực hiện lệnh của một số vi điều khiển theo giản đồ xung sau đõy:
xong xong xong 2 2 1 1 2 1 89C51 PIC AVR Xung nhip
Hỡnh 4.17: So sỏnh thời gian thực hiện 2 lệnh trong cỏc vi điều khiển khỏc nhau. + Bộ nhớ chương trỡnh và bộ nhớ dữ liệu được tớch hợp ngay trờn chớp. CPU cú kiến trỳc Harvard tức là bộ nhớ chương trỡnh và bộ nhớ dữ liệu riờng biệt. Trờn vi điều khiển AVR cú tới 3 cụng nghệ bộ nhớ khỏc nhau:
- Bộ nhớ EPROM xúa được kiểu flash (luụn luụn lập trỡnh mới được) dựng cho
người lập trỡnh viết mó chương trỡnh.
- Bộ nhớ EEPROM hay PROM xoỏ được bằng điện nhưng nội dung bộ nhớ vẫn
giữ nguyờn sau khi tắt điện ỏp nguồn nuụi. Chương trỡnh người dựng cú thể được lập
trỡnh trong thời gian thực khi hệ thống đang hoạt động.
- Bộ nhớ RAM tĩnh (SRAM) dựng cho cỏc biến, nội dung của bộ nhớ sẽ mất đi khi tắt điện ỏp nguồn nuụi. Ngoài ra AVR cú tới 32 thanh ghi làm việc tất cả đều được nối trực tiếp tới khối ALU (khối số học và logic) được trao đổi trực tiếp trờn vựng địa chỉ bộ nhớ cụ thể là 32 ụ đầu tiờn của bộ nhớ (0x00 đến 0xFF) tương ứng với cỏc thanh ghi làm việc R0 đến R31.
+ Khả năng lập trỡnh được trong hệ thống. Do cỏch thiết kế và cụng nghệ bộ nhớ
+ Được đúng vỏ với 8 chõn đến 64 chõn để thớch ứng với nhiều loại ứng dụng
khỏc nhau, từ cỏc ứng dụng cú chi phớ thấp với cỏc vi điều khiển TINY 8 chõn(loại DIP hoặc SOIC) đến những loại thụng dụng 20 hoặc 44 chõn và cuối cựng là loại MEGA- AVR với 40 chõn hai hàng(DIP) hoặc 64 chõn kiểu đúng vỏ vuụng(TQFP). Loại cú vỏ 64 chõn là bước đột phỏ chưa cú đối thủ cạnh tranh về khả năng xử lớ(với 16 bit) và cả giỏ thành.
+ Cú tốc độ xử lớ lớn hơn đến 12 lần so với cỏc vi điều khiển CISC thụng thường. + Hỗ trợ việc lập trỡnh bằng cỏc ngụn ngữ bậc cao, chẳng hạn như C.
+ Cú mạch đặt lại trạng thỏi mỗi khi cấp lại điện ỏp nguồn nuụi cho hệ thống. + Cú bộ định thời ngay trờn chip và lập trỡnh được với mạch chia tần sú (Prescaler) tỏch biệt. Bộ định thời này được sử dụng cho cỏc ứng dụng cú sự phõn định thời gian của cỏc sự kiện.
+ Cú cỏc nguồn ngắt bờn trong và bờn ngoài.
+ Cú bộ định thời Watchdog trờn chip và lập trỡnh được với bộ dao động độc lập. Khối này cú tỏc dụng khụi phục lại trạng thỏi hoạt động của hệ thống trong trường hợp
xảy ra lỗi(treo khi chạy phần mềm ).
+ Cú chế độ hoạt động SLEEP(ngủ) và POWER DOWN(nghỉ) giảm dũng tiờu thụ khi khụng cần thiết. Đặc điểm này cho phộp tiết kiệm năng lượng khi bộ xử lớ khụng cú cụng việc cần xử lớ.
+ Được chế tạo bằng cụng nghệ CMOS 0.6um.
+ Điện ỏp làm việc được cho phộp thay đổi trong khoảng rộng từ 2.7V cho đến
6.0V nờn cho phộp thể hiện ưu điểm rừ rệt trong cỏc thiết bị xỏch tay, sử dụng pin. Với cỏc thiết bị sử dụng pin thỡ một chỉ tiờu quan trọng là giảm dũng tiờu thụ. Thường thỡ tần số xung nhịp của hệ thống càng lớn thỡ dũng tiờu thụ càng lớn, vỡ vậy muốn giảm dũng tiờu thụ thỡ nờn lựa chọn tần số giữ nhịp trong phạm vi cho phộp. Ngoài ra việc hạ thấp
điện ỏp nguồn nuụi cũng cho phộp làm giảm dũng tiờu thụ hay kộo dài thời gian làm việc
của pin.
+ AVR cú tập lệnh gồm 133 lệnh cho phộp lập trỡnh bằng hợp ngữ.