BÀI TẬP LỚN Môn học : HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN “Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển” potx

Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
BÀI TẬP LỚN
Môn học : HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU VÀ
ĐIỀU KHIỂN
“Thiết kế hệ thống
thu thập dữ liệu và
điều khiển”
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
1
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
TRƯỜNG ĐHCNQN
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
BÀI TẬP LỚN
Môn học : HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN
Sinh viên: ………………………………………………
Lớp :
Ngành : Công Nghệ Kỹ Thuật Điện
Giáo viên hướng dẫn : Lê Văn Tùng
Ngày giao đề : 09/03/2011
Ngày hoàn thành : 09/04/2011
I. Tên đề tài : “Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu và điều
khiển”
II. Nội dung thuyết minh tính toán
Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển hiển thị
tại chỗ theo nhóm cảm biến và đưa về trung tâm điều
khiển. Số nhóm tối đa là 4.
1. Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống DAQ&C.
2. Thiết kế hệ thống theo phương án đã lựa chọn (lựa chọn
chuẩntruyền thông).

3. Định địa chỉ cho các cảm biến.
4. Lựa chọn các thiết bị trong hệ thống (tranmister, mux, demux,
repeater, cáp truyền dẫn , thiết bị hiển thị v.v).
III. Các bản vẽ và kết quả mô phỏng
……………………………………………………………………

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Lê Văn Tùng
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
2
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Quảng Ninh,ngày….,tháng….,năm 20
GIÁO VIÊN CHẤM
(ký và ghi rõ họ tên)
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
3
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
MỤC LỤC
Lời nói đầu 4
Đề tài 5
Chương 1 : Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển
1.1 .Phương án thiết kế hệ thống DAQ&C……………….… 6
1.1.1 Tổng quan về hệ DAQ&C…… ……………………… …6
1.1.2 Phân loại hệ thống DAQ&C ……… ………………… …9
1.2 Chọn phương án thiết kế hệ thống……………………….…11
1.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống………………………………… 11
1.2.2 Chức năng các khối trong sơ đồ…………………… …11
1.3. Định địa chỉ cho cảm biến………………………………….14
Chưong 2 : Lựa chọn các thiết bị trong hệ thống ………………………….17
2.1 Cảm biến đo nhiệt độ: dải đo từ 0 đến 600
0
C…………… 17
2.2 Cảm biến đo áp suất: dải đo từ -0.1 đến 32 Mpa………… 19
2.3 Cảm biến đo nồng độ……………………………………… 23
2.4 : Cảm biến đo dòng điện: dải đo từ 0 – 500A………………26
2.5. Cảm biến đo lưu lượng: d= 50mm; dải đo từ 0.5-10 m/s……
2.6. Cảm biến đo mức: dải đo max 2.5 m……………………….
2.7. Cảm biến đo tốc độ quay: dải đo 0 – 1500vòng/phút………

2.8. Cảm biến đo khối lượng : dải đo 0 – 30000kg……………
2.9 Lựa chọn truyền dẫn RS232,RS485………………………….
2.10.Lựa chọn cáp truyền dẫn……………………………………
2.11 ADC………………………………………………………
2.12 Lựa chọn Mux,DeMux… …………………………………
2.13 Chuyển đổi dòng áp…………………………………….…
2.14 Lựa chọn bộ vi xử lý trung tâm………………………….….

Lời nói đầu
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
4
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Kỹ thuật thông tin đo lường là một bộ phận quan trọng của kỹ thuật
hiện đại.Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và đặc biệt là sự ứng
dụng công nghệ mới vào quá trình sản xuất ,nền thông tin đo lường ngày nay
ngày càng phát triển đóng vai trò và tầm quan trọng rất lớn và cần thiết .Nó có
vai trò thu thập thông tin và để điều khiển của cả một quá trình sản xuất tự
động.Đáp ứng ngày càng cao của công nghiệp hóa hiện đại hóa.Thiết bị đo và
hệ thống đo lường ngày càng phát triển hơn nhờ việc áp dụng kỹ thuật vi điện
tử,vi xử lý và máy tính,vì vậy những kết quả đo chính xác một cách tin cậy
,chính xác hơn.Người ta đã tạo ra những thiết bị thông minh nhờ cài đặt vào
chúng những thiết bị vi xử lý hay đơn phiến,nhờ đó chúng có những tính năng
hơn hẳn những thiết bị thông thường :tự xử lý và tự lưu kết quả đo ,làm việc
theo một chương trình ,tự động thu thập số liệu đo ,có khả năng truyền tín
hiệu đi xa.
Sau thời gian học tập ,tìm hiểu nghiêm túc cộng với sự giúp đỡ chỉ bảo
tận tình của thầy giáo LÊ VĂN TÙNG em đã hoàn thành cơ bản môn học
này.Với khả năng có hạn ,kinh nghiệm thực tế hạn hữu.Em hoàn thành môn
đồ án này trên cơ sở lý thuyết đã được học tập nên có rất nhiều thiếu sót.Vì
vậy,em rất mong được sự giúp đỡ của thầy để đồ án của em hoàn thành tốt

hơn.
Em xin trân thành cảm ơn thầy LÊ VĂN TÙNG đã nhiệt tình giúp đỡ
em để em hoàn thành đồ án một cách tốt nhất.
Sinh viên

Trần Văn Kiển

Sơ đồ 21:
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
5
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Cho một mặt bằng nhà máy cần xây dựng hệ thống DAQ&C như sau:
Chiều dài × chiều rộng của một ô là 25m × 25m
Số lượng cảm biến thu thập đại lượng vật lý trong toàn hệ thống:
S1: Cảm biến đo nhiệt độ: dải đo từ 0 đến 6000C
S2: Cảm biến đo áp suất: dải đo từ -0.1 đến 32 Mpa
S3: Cảm biến đo nồng độ: dải đo từ 0% đến 15%
S4: Cảm biến đo dòng điện: dải đo từ 0 – 500A
S5: Cảm biến đo lưu lượng: đường kinh 50mm; dải đo từ (flow
span) 0.5-10 m/s
S6: Cảm biến đo mức: dải đo max 2.5 m
S7: Cảm biến đo tốc độ quay: dải đo 0 – 1500vòng/phút
S8: Cảm biến đo khối lượng : dải đo 0 – 30000kg
Chương I: Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển

1.1 Phương án thiết kế hệ thống
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
6
S1
S2

S3
S4
S5
S6
S7
S8
Trung tâm điều
khiển và giám sát
S5
S7
S1
S4
S2
S1
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Để thiết kế hệ thống thông tin đo lường giám sát hiển thị tại chỗ theo nhóm
cảm biến và hiển thị trung tâm điều khiển của một nhà máy có mặt bằng như
hình 1 cần (S1,S2,S3,) (S4,S5,S5,S6) (S1,S4,S7) (S7,S8) thì bộ điều khiển tại
trung tâm điều khiển cần được ghép nối với các cảm biến và cơ cấu chấp
hành.Như vậy nhiệm vụ của người thiết kế là phải thiết kế các tín hiệu thu
được từ các cảm biến truyền đến bộ điều khiển và tại trung tâm điều khiển
người quan sát sẽ quan sát các tín hiệu gửi về điều khiển hoạt động của nhà
máy theo mong muốn.
1.1.1 Tổng quan về hệ DAQ&C
a, Khái niệm chung về hệ thu thập dữ liệu và điều khiển
Trong các nhà máy, việc kiểm soát và vận hành liên tục quá trình sản xuất
đóng vai trò đặc biệt quan trọng. Để tạo ra một sản phẩm, nhà máy thường
được phân thành nhiều khâu chuyên môn khác nhau, các khâu lại có mối quan
hệ ràng buộc logic nhịp nhàng trong một hệ thống thống nhất. Chính vì thế
một hệ thu thập dữ liệu với vai trò liên tục kiểm soát các thông số, tình trạng

hoạt động của tất cả các bộ phận sản xuất và đưa thông tin về trung tâm điều
hành sản xuất là không thể thiếu với bất kỳ dây truyền sản xuất nào.
Cùng với sự phát triển của ngành công nghệ thông tin, tin học ứng dụng
trong công nghiệp đã và đang phát triển mạnh mẽ. Sự ra đời của hàng loạt các
chip vi điều khiển với cấu hình ngày càng cao như AVR, PIC , MCS51…
cùng với nó là sự phát triển của công nghệ sản xuất sensor, về các phương
pháp đo lường, về các hệ thống truyền dẫn thông tin khiến cho việc xây dựng
và thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển ngày càng đơn giản và hiệu
quả.
Hệ thu thập dữ liệu là một hệ có chức năng nhận và biến đổi những tín
hiệu vào(tương tự, số) thành số liệu tương ứng với giá trị đo, để đánh giá mức
độ, cảnh báo, hiển thị và điều khiển một số quá trình công nghệ.
Nhiệm vụ chủ yếu của hệ là đo đạc tín hiệu đã chuẩn hóa từ sensor, xử lý
sơ bộ để làm dữ liệu cho các ứng dụng tùy theo yêu cầu của mỗi hệ thống
công nghiệp như hiển thị, điều khiển, cảnh báo…ngoài ra còn làm dữ liệu cho
các ứng dụng cao hơn khi kết nối với máy tính.
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
7
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Hệ thu thập dữ liệu và điều khiển thì dữ liệu thu thập từ các sensor, được
xử lý rồi đưa đến bộ điều khiển để thực hiện tác động điều khiển thích hợp
cho đối tượng công nghiệp.
Để thực hiện các việc hiển thị(LED,LCD) tùy theo các thông số lựa chọn
mà CPU sẽ lấy giá trị tương ứng trong bộ nhớ để đưa ra hiển thị thông qua
các cổng ra.
Việc truyền tin từ vi điều khiển đến máy tính được thực hiện liên tục để
truyền tín hiệu đo tới máy tính và truyền lệnh từ máy tính trở lại; Tín hiệu đo
sau khi được thu thập, tính toán gia công sơ bộ được truyền thẳng tới máy
tính để thực hiện các chương trình ứng dụng khác. Đồng thời máy tính cũng
truyền các lệnh tới vi điều khiển như: đặt các thông số cho điều khiển một số

quá trình, các cơ cấu chấp hành, cổng vào ra…
Ngoài kết nối với máy tính theo chuẩn RS232, vi điều khiển còn thực hiện
truyền thông đi xa theo chuẩn RS422/RS485. Đó là kiểu truyền tín hiệu vi sai
do đó giảm được rất nhiều tác động của nhiễu, nên cho phép khoảng cách
truyền lớn có thể đến 1,5km. Với chuẩn truyền thông RS485, hệ thống có thể
tham gia vào mạng Proifibus trong công nghiệp.
Hệ thống thu thập dữ liệu, thiết bị thu thập và điều khiển đang trở lên phổ
biến với nhiều dạng và khả năng thực hiện công việc, giống như các máy tính
và phần mềm công nghiệp thể hiện rõ sức mạnh về công nghệ.
Trong bất kỳ một sự kết hợp nào giữa cảm biến/cơ cấu chấp hành
(Sensor/actuator) cũng có thể nhanh chóng đáp ứng được những thay đổi về
trạng thái, DAQ vẫn được phân biệt vì nó dựa trên tính năng thu thập nhiều
ảnh chụp nhanh hoặc từng khoảnh khắc để phân tích và tạo khả năng phản
ứng trong các tình huống đột xuất. Thời kỳ các bộ ghi dữ liệu, phần mềm
HMI/SCADA và thậm chí cả các bảng PCI trước đây luôn giống nhau và luôn
luôn thực thi các chức năng truyền thống được xác định một cách rõ ràng đã
trở thành quá khứ. DAQ&C ngày càng trở lên phổ biến, nó đa dạng về thiết
kế, phong phú về chức năng.
Hiện nay có khoảng hơn 100 loại thiết bị khác nhau có thể thực hiện chức
năng thu thập dữ liệu (DAQ): từ các hệ điều khiển phân tán(DCS) cho đến các
bộ điều khiển logic khả trình (PLC) cũng như các máy tính, dù có nhiều thay
đổi trong gần đây nhưng DAQ vẫn là thiết bị dùng để đo đạc và ghi tín hiệu.
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
8
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Để thu thập được dữ liệu và ghi lại những sự thay đổi của tín hiệu thì hệ
thống ngoài có phần cứng còn cần có phần mềm để thu thập được nhiều
thông tin hơn, thực hiện chức năng trao đổi dữ liệu cho thông tin sau đó
chuyển thông tin vào vào hệ thống dựa trên nền Windows.
Trong một hệ thống cần thu thập dữ liệu và điều khiển thì nếu dùng hai hệ

thống DAQ cùng hoạt động sẽ có hiệu quả hơn vì đối với cùng một ứng dụng,
mỗi hệ thống có thể thu thập dữ liệu hoàn toàn khác nhau. Ví dụ, một hệ
DAQ sẽ thu thập dữ liệu cơ bản về quá trình sản xuất thời gian thực. Hệ DAQ
còn lại sẽ kiểm tra các dữ liệu chẩn đoán và khung thời gian liên quan đến nó,
ví dụ như sự cố kẹt sẽ được ghi lại sau một tuần và nó sẽ chỉ ra một bức tranh
toàn cảnh lớn hơn về các phần cần bảo trì, việc này sẽ không thể thấy rõ được
nếu nó chỉ được theo dõi theo từng giờ.
Như vậy ta có thể thấy rằng DAQ là thiết bị không thể thiếu trong sản xuất
công nghiệp và ngày càng hoàn thiện. Tác dụng của hệ thu thập dữ liệu và
điều khiển nhằm thu thập các dữ liệu tương tự, số, từ các bộ đếm, bộ định thời
gian hay từ các cảm biến đo lường.
Thông tin dữ liệu qua DAQ và đưa vào máy tính qua RS 232 hoặc truyền đi
xa các chuẩn RS 485 đưa về trung tâm điều khiển.
Đối với mỗi hệ thống sản xuất thì thiết bị điều khiển đóng vai trò là bộ não
của quá trình, thiết bị điều khiển đưa ra tác động có chính xác hay không phụ
thuộc rất nhiều vào dữ liệu thu thập được đưa về bộ điều khiển. Dữ liệu thu
thập càng chính xác thì khi lựa chọn , thiết kế, hiệu chỉnh thiết bị điều khiển
càng dễ dàng và rẻ tiền.
b, Cấu trúc hệ thu thập dữ liệu và điều khiển
Mục đích của bất kỳ hệ thu thập dữ liệu nào cũng để phục phụ cho quá
trình giám sát, đánh giá hoặc điều khiển.Các thông số trong từng ứng dụng sẽ
thể hiện các yêu cầu về độ phân giải, độ chính xác, số lượng kênh, số lượng
điểm đo và tốc độ cho một hệ thu thập dữ liệu. Có rất nhiều các thành phần,
linh kiện cũng như các giải pháp được sử dụng, từ các Card thu thập dữ liệu
được cắm vào PC cho đến hệ thống lớn. Do đó trước khi tìm kiếm một giải
pháp hệ thống thu thập dữ liệu nào đó, chúng ta nên phân tích kỹ lưỡng các
yêu cầu về hệ thống trong ứng dụng để ta có sự lựa chọn cho phù hợp.
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
9
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

Ta có sơ đồ khối của hệ thống thu thập dữ liệu sau:
Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc nối tiếp tổng quát của DAQ
Từ đối tượng công nghiệp (ĐTCN) các thông tin như tín hiệu analog, tín
hiệu số, tín hiệu sensor sẽ được đưa đến bộ chuyển đổi chuẩn hóa (CĐCH)
đưa đến bộ gộp kênh MUX (Multiplexer) thông tin được đưa đến bộ biến đổi
A/D (dưới dạng nối tiếp) và đưa vào bộ vi xử lý µP(vi xử lý) hoặc vi điều
khiển µC.
Từ bộ vi xử lý thông tin được đưa qua bộ phân kênh (DEMUX) để ra các thiết
bị như dụng cụ đo số(LCD), máy tự ghi (REG), cảnh báo, máy tính và các
thiết bị điều khiển hoặc truyền đi xa.
1.1.2 Phân loại hệ thống DAQ&C
Theo sơ đồ cấu trúc thì hệ thu thập dữ liệu và điều khiển được phân
thành 3 loại:
a, Sơ đồ có các kênh thu thập dữ liệu song song
Nguyên lý cơ bản của hệ thống này là các kênh thu thập dữ liệu
được dẫn theo những đường dây riêng biệt chạy song song với nhau về bộ
xử lý trung tâm, tại bộ xử lý trung tâm sẽ phân phối tín hiệu thu thập được
cho các thiết bị điều khiển, LCD, máy tính…thông qua bộ phân kênh
DEMUX.
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
10
1
n
Truyền đi
xa
.
.
.
.
ANALOG

SENSORRR
S
DIGITAL
ĐTCN
CĐCH2
CĐCHn
MUX
CĐCH1
A/
D
µP
MT
DEMUX
COM
BĐK
LCD
1
2
n
.
.
.
.
ANALOG
SENSORRR
S
DIGITAL
ĐTCN
CĐCH2
CĐCHn

A/D
A/D
CĐCH1
A/D
µP
MT
DEMUX
COM
BĐK
LCD
1
2
n
1
n
Truyền đi
xa
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc song song của DAQ
- Ưu điểm: Hệ thống có độ tin cậy cao vì các kênh hoàn toàn độc lập nhau do
tín hiệu chạy song song trên các đường dây cáp.Vì vậy khi hỏng một kênh
nào đó các kênh kia vẫn làm việc được.
- Nhược điểm: Số lượng dây sẽ rất lớn vì thế chỉ sử dụng trong phạm vi nhất
định, khoảng cách ngắn(2-3km), phức tạp, cồng kềnh.
b, Sơ đồ có các kênh thu thập dữ liệu nối tiếp


Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc nối tiếp của DAQ
Trong hệ thống này các kênh được chuyển từ song song thành nối tiếp để

đưa vào một kênh thu thập duy nhất thông qua dồn kênh MUX.
- Ưu điểm: Tốn ít đường dây, sử dụng khi đo khoảng cách xa, giá thành
rẻ hơn, đơn giản.
- Nhược điểm: Độ tin cậy thấp vì nếu hỏng một kênh thì coi như hỏng
toàn bộ hệ thống.
c, Sơ đồ có các kênh thu thập dữ liệu song song-nối tiếp
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
11
1
n
Truyền đi
xa
.
.
.
.
ANALOG
SENSORRR
S
DIGITAL
ĐTCN
CĐCH2
CĐCHn
MUX
CĐCH1
A/
D
µP
MT
DEMUX

COM
BĐK
LCD
1
2
n

Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Trong hệ thống này các kênh thu thập dữ liệu được chia thành nhóm (còn
gọi là Modul), mỗi nhóm chứa nhiều kênh, số kênh trong mỗi nhóm được tính
toán sao cho tối ưu nhất (tức là đảm bảo sai số nhỏ nhất).
Từ đối tượng công nghiệp (ĐTCN), qua các sensor tín hiệu được đưa đến
các MUX sơ cấp sau đó đến CĐCH và đến bộ đổi nối nhóm, MUX nhóm
(thường là MUX điện tử) tín hiệu sau đó được đưa qua bộ chuyển đổi A/D
thành tín hiệu số rồi đưa vào bộ vi xử lý, tại đây tín hiệu được gia công, tính
toán sẽ truyền tới máy tính hoặc qua bộ phân kênh DEMUX đưa tín hiệu thu
thập được đến bộ điều khiển, màn hình LCD…

Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc song song-nối tiếp của DAQ
1.2 Chọn phương án thiết kế hệ thống
1.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống
1.2.2 Chức năng các khối trong sơ đồ
a, Khối các sensor
khối này làm nhiệm vụ thu thập trực tiếp các tín hiệu đo cụ thể là đo áp suất
,đo nồng độ ,dòng điện ,lưu lượng ,tốc độ quay và khối lượng của hệ thống
b, Bộ chuyển đổi chuẩn hóa
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
12

n

1
Truyền đi
xa
.
.
.
MUX
nhóm
MUX1
A/
D
µP
MT
DEMUX
COM
BĐK
LCD
S
1
S
2
S
n
S
n
S
1
S
2
ĐTCN

CĐ
CH1
.
.
.
MUX

m
CĐ
CHm
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Bộ chuyển đổi chuyển hóa để hòa hợp giữa sensor và thiết bị đo cần thiết phải
chuẩn hóa tín hiệu ra của sensor nghĩa là phải biến đổi chúng thành 1 đại
lượng vật lý duy nhất với 1 dải đo duy nhất.
Nhiệm vụ của CĐCH là biến đổi tỷ lệ. Nếu tín hiệu vào x nằm trong khoảng
từ x
1
– x
2
thì tín hiệu ra f phải là 0 ÷Y
X Y
Đặc tính ra của chuyển đổi chuẩn hóa thường là tuyến tính tức là
Y = Y
0
+ K.X
Thay các giá trị đầu vào và đầu ra của CĐCH ta có :
0 = Y
0
+ K.X
1

Y = Y
0
+ K.X
2
Giải ra ta được:

12
1
0
XX
X
YY
−
−=
;
12
XX
Y
K
−
=
Thay vào phương trình trên ta có:
x
XX
Y
XX
X
Yy

1212
1
−
+
−
−=
Là một hàm tuyến tính theo x thỏa mãn yêu cầu của một CĐCH.
a. CĐCH đầu ra là áp một chiều
Được thực hiện bởi 2 bước sau :
- Bước 1: Trừ đi giá trị ban đầu x = X
1
, để tạo ra đầu ra của CĐCH
giá trị y = 0.
- Bước 2: Thực hiện khuyếch đại (K>1) hay suy giảm (K<1) .
Để thực hiện trừ đi giá trị ban đầu người ta thường sử dụng khâu tự
động bù tìn hiệu ở đầu vào hoặc thay đổi hệ số phản hồi của bộ khuyếch đại.
b.CĐCH đầu ra là dòng một chiều
Thực tế người ta hay sử dụng CĐCH với dòng ra là 0 ÷ 20mA hay
4 ÷ 20mA. Với dòng từ 4 - 20mA thì 4mA để cung cấp cho mạch điện tử còn
từ 0 – 16mA là tín hiệu đo. Nguồn dòng được tạo bởi bộ biến dòng (dùng
tranzito chẳng hạn). Mọi sơ đồ như vậy được biểu diễn ở hình:
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
13
CĐCH
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
0 - 16mA
4mA
4 - 20mA
C Ð CH
S

On ap
Từ cảm biến qua bộ CĐCH tín hiệu ở đầu ra sẽ thay đổi theo độ lớn của
tín hiệu sau cảm biến (0 – 16 mA).Một nhánh qua bộ ổn áp cung cấp dòng
4mA cho mạch điện tử vấn đề còn lại là đo dòng thay đổi từ 4 – 20 mA của
nguồn cung cấp.
c,Khối MUX,DEMUX (bộ dồn kênh theo thời gian)
khối MUX (multiplexor) là thiết bị làm nhiệm vụ gộp nhiều kênh tín
hiệu(analog hoặc digital từ các cảm biến hoặc từ các chuyển đổi chuẩn hóa,
…)thành một kênh tín hiệu ,mỗi kênh tín hiệu sẽ được truyền đi trong một
khoảng thời gian nhất định nào đó.khối này có nhiệm vụ nhận tín hiệu
đầu vào từ bộ CĐCH ,sau đó lần lượt chọn các tín hiệu vào theo một chu kỳ
nhất định do chương trinh phần mềm điều khiển
Cấu tạo:MUX là một mạch logic tổng hợp có nhiều đầu vào biến và một
đầu ra.Khi có tín hiệu điều khiển hay còn gọi là các biến địa chỉ (ai).các biến
dữ liệu xi tùy thuộc vào dữ liệu được đưa tới đầu ra.Do đó bộ dồn kênh được
xem như một bộ đổi nối có điều khiển
d, Kênh truyền dẫn
Làm nhiệm vụ truyền dẫn thông tin từ nơi đo đến nơi thu thập và xử lý
thông tin
e, Bộ chuyển đổi dòng áp
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
14
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Có tác dụng chuyển đổi tín hiệu dòng từ đầu ra của cáp truyền dẫn thành
tín hiệu điện áp để đưa vào bộ chuyển đổi A/D
f, Khối chuyển đổi tương tự/số (A/D)
Bộ biến đổi ADC làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu đo lường tương tự thành
số để đưa vào vi xử lý.Đế thực hiện nhiệm vụ đó có thể có nhiều phương
pháp.Trong thực tế sử dụng ba phương pháp sau :
• Phương pháp song song : tín hiệu đo đã được chuẩn hóa dưới dạng

áp một chiều (thường là 0 - 5v) đồng thời được so sánh với n điện áp
ra chuẩn và xác định nó đang nằm giữa hai mức nào.kết quả ta có
một bậc của tín hiệu sấp xỉ.phương pháp này có giá thành cao bởi vì
mỗi một số ta cần phải có một bộ so sánh
• Phương pháp trọng số : việc so sánh diễn ra cho từng bit của số nhị
phân,cách so sánh như sau:đầu tiên người ta xem điện áp vào có vượt
điện áp chuẩn của bit già hay không.Nếu nó vượt thì kết quả có giá trị
“1” và lấy điện áp vào trừ đi điện áp chuẩn phần dư đem so sánh với
các bit trẻ lân cận rõ ràng là có bao nhiêu bit trong một số nhin phân
thì cần bấy nhiêu bước so sánh và bấy nhiêu điện áp chuẩn.
• Phương pháp số: đây là phương pháp đơn giản nhất .Ở trường hợp
này ta kể dến số lượng các tổng điện áp chuẩn của các bit trẻ dùng để
diễn đạt điện áp vào.Nếu số lượng cực đại dùng để mô tả hệ bằng n
bước để nhận biết kết quả.Phương pháp này rẻ tiền nhưng chậm.
g, Khối chuyển đổi mã song song nối tiếp
Nhiệm vụ của khối này là biến các tín hiệu song song từ đầu ra của bộ biến
đổi A/D thành tín hiệu nối tiếp qua chuẩn RS232 để đưa vào máy tính
h, Chuẩn giao tiếp RS232
RS232 là chuẩn kết nối với các cổng của máy tính,có nhiệm vụ đưa tín
hiệu từ kênh truyền dẫn vào máy tính
i, Thiết bị xử lý trung tâm,hiển thị trung tâm
Là nơi thu nhận tín hiệu từ các sensor và hiển thị ra màn hình để người
quan sát biết được tình hình để kịp thời khắc phục sự cố nếu có.
1.3 Định địa chỉ cho cảm biến
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
15
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
a. Cấu tạo MUX
- Đầu vào địa chỉ (A): Address
- Đầu vào dữ liệu (D): Data

- Đầu vào cho phép ( C ): Clock
- Xung đồng bộ
- Đầu ra: Q sẽ được đóng vào các tín hiệu đầu vào theo 2 phương án:
+ Theo một chương trình quét cho trước: D0,D1,…
+ Đầu ra Q được đóng vào chân dữ liệu đầu vào Di nào đó nếu như
tương ứng với địa chỉ của nó.
Một Mux có n chân địa chỉ bao giờ cũng có 2^n chân dữ liệu
Cấu tạo Mux Bảng trạng thái
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
A0 A1 C Q
X X 0 0
0 0 1 D0
0 1 1 D1
1 0 1 D2
1 1 1 D3
D0
D1 Q
D2
D3
A0 Q
A1
C
16
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

Q
1
Q2

∑

Q

1


.
.
Q3 .
n




Truyền đi xa

Q
4
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
17
S
2=
2
S
1
S
4
S
5
*
S

6
S
8
S
7
S
3
CĐCH 1
CĐCH 3
CĐCH 2
D
0
D
1
D
2
D
3
MUX 1
A
0
A
1
C
0
CĐCH 2
CĐCH 3
CĐCH 4
D
0

D
1
D
2

D
3
MUX 2
A
2
A
3
C
1
Display
Display
Display
CĐCH 4
D
0
D
1
MUX3
A
4
A
5
C
2
Display

CĐCH 3
Display
CĐCH 1
CĐCH 2
D
0
D
1

D
2
D
3
D
4
A
6

MUX4
A
7
C
3
D
0
D
1
D
2
D

3

MUX

A
8
A
9
∑
C
A/D
P
µ
DEMU
X
MT
LCD
BĐK
COM
Display
Display
Display
Display
Display
S
1
Display CĐCH 1
S
2
Display CĐCH 2

CĐCH 2Display
S
1
S
7
S
4
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

Hình 1. Sơ đồ cấu trúc nối tiếp tổng quát của DAQ
b.Định địa chỉ cho các cảm biến.
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 C0 C1 C2 C3 C∑ Q1 Q2 Q3 Q4 Q∑
0 0 X X X X X X 0 0 1 0 0 0 1 D0 0 0 0 S21
0 1 X X X X X X 0 0 1 0 0 0 1 D1 0 0 0 S11
1 0 X X X X X X 0 0 1 0 0 0 1 D2 0 0 0 S1’1
1 1 X X X X X X 0 0 1 0 0 0 1 D3 0 0 0 S2’1
X X 0 0 X X X X 0 1 0 1 0 0 1 0 D0 0 0 S42
X X 0 1 X X X X 0 1 0 1 0 0 1 0 D1 0 0 S52
X X 1 0 X X X X 0 1 0 1 0 0 1 0 D2 0 0 S62
X X X X 0 0 X X 1 0 0 0 1 0 1 0 0 D0 0 S83
X X X X 0 1 X X 1 0 0 0 1 0 1 0 0 D1 0 S73
X X X X X X 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 D0 S4’4
X X X X X X 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 D1 S34
X X X X X X 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 D2 S1’’4
X X X X X X 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 D3 S7’4
X X X X X X 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 D4 S5’4
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
18
S
5

Display CĐCH 2
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
ĐỊA CHỈ CÁC PHÂN KHU :
Σ
=
CCCCCAAK
321
0
98
1
Σ
=
CCCCCAAK
32
1
0
9
8
2
Σ
=
CCCCCAAK
3
2
10
9
83
Σ
=
CCCCCAAK

3
210
984
ĐỊA CHỈ CÁC CẢM BIẾN :
Σ
=
CCCCCAAAAS
321
0
9810
2
Σ
=
CCCCCAAAAS
321
0
98
1
0
1
Σ
=
CCCCCAAAAS
321
0
981
0'1
Σ
=
CCCCCAAAAS

32
1
0
9
8
10'2
Σ
=
CCCCCAAAAS
32
1
0
9
8
324
Σ
=
CCCCCAAAAS
32
1
0
9
8
325
Σ
=
CCCCCAAAAS
32
1
0

9
8326
Σ
=
CCCCCAAAAS
32
10
98548
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
19
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Σ
=
CCCCCAAAAS
32
10
98547
Σ
=
CCCCCAAAAS
32
10
9876'4
Σ
=
CCCCCAAAAS
3
210
98763
Σ

=
CCCCCAAAAS
3
210
9876''1
Σ
=
CCCCCAAAAS
3
210
9876'7
Σ
=
CCCCCAAAAS
3
210
9876'5

CHƯƠNG 2 : LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG
2.1 Cảm biến đo nhiệt độ dải đo từ 0
o
C đến 600
o
C(E52MY).
- Cảm biến có độ tin cậy cao với giá cả hợp lý.
- Làm từ chất lượng cao, yếu tố sensing.
- Tuyệt vời với sự ổn định và độ chính xác cao.
- Thích hợp cho các phương tiện truyền thông ở nhiệt độ cao.
- Mỗi cảm biến omron đáp ứng của thủ tục kiểm tra nghiêm ngặt.
Sinh Viên :Trần Văn Kiển

20
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Model Kích thước
E52MY-
PTccC
SUS 316
E52MY-
CAccC
SUS 316
E52MY-
CAcD
SUS 316
Các model
Loại E52MY-PTccC E52MY-CAccC E52MY-CacD
Loại DIN PT100W
K-Type, Chromel
(+ve) Alumel (-
ve) (JISC 1602)
K-Type, Chromel
(+ve) Alumel (-
ve) (JISC 1602)
Class B 0.75 0.75
Kích thước NA 1 mm 0.65 mm
Cách điện bên
trong
Ceramic Ceramic Fiber-glass
Đầu nối dây Nhôm (Xanh) Nhôm (Xanh) Không
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
21
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

Vật liệu ống bảo
vệ
SUS316 (ANSI-
316L)
(ống không hàn)
SUS316 (ANSI-
316L)
(ống không hàn)
SUS316 (ANSI-
316L)
(ống không hàn)
Khoảng đo 0°C - 400°C 0°C - 900°C 0°C - 400°C
Khoảng chịu
nhiệt
NA NA 0°C - 150°C
Nhiệt độ môi
trường cho đầu
nối dây
0°C - 80°C 0°C - 80°C 0°C - 150°C
Loại dây nối 3 dây. hộp kín 2 dây, hộp kín 2 dây, dây hở
Mã
E52MY-PT??C
D=6,3
( dây nối 2M, 0-
400
0
C , f6, dây
nối 2m, class B)
Chiều dài can: ??
=10: 100mm; ??

=15: 150mm;??
=20: 200mm;??
=30: 300mm
Loại có hộp đấu
dây trên đầu
sensor, dùng 3
dây ra
Loại có hộp nối
dây kín:
E52MY-CA??
C (dây nối
2M, 0-900
0
C ,
f6, dây nối 2m,
class 0,75)
Chiều dài can: ??
=10: 100mm; ??
=15: 150mm;??
=20: 200mm;??
=30: 300mm
Loại hở: E52MY-
CA??D (dây nối
2M, 0-400
0
C , f6,
dây nối 2m, class
0,75. Chiều dài
can: ??
=6:100mm; ??

=15: 150mm)
Theo yêu cầu của đề bài ta chọn cảm biến đo nhiệt độ là E52MY-
CAccC .
2.2 Cảm biến đo áp suất dải đo từ -0.1 đến 32Mpa
EDS 300
ỨNG DỤNG:
EDS 300 là 1 công tắc, công tắc áp suất điện từ
này sử dùng hiển thị dưới dạng số.
Có 4 kiểu đầu ra sẵn có:loại đầu ra có 1 tiếp
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
22
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
điểm,2 tiếp điểm và 2 loại nay có thể đầu ra là tương tự.tín hiệu đầu ra 4÷20
mA tiếp điểm này và các điểm tương ứng có thể được điều khiển thông qua
nút bấm hoặc bàn phím.
Để đáp ứng 1 số yêu cầu ứng dụng nào đó các công tắc áp suất có thêm
các tham số điều chỉnh ví dụ như bộ chuyển đổi thời gian trễ,N/O / N/C chức
năng của các đầu ra.
Ứng dụng chính của EDS 300 là đo áp suất và để đóng mở ở áp suất xác định
có thể rất lớn. thay đổi trạng thái dưới tác động của áp suất và làm viêc theo
kiểu cơ khí. Các thiết bị này có thể làm tiêu chuẩn cho việc thiết kế các mạch
và thiết bị điều khiển.
CÁC TINH NĂNG:
- Dùng để thiết kế các cảm biến áp suẩt trên DMS.
- Có độ chính xác 1%.
- Thiết bị này được sử dụng nhiều.
- Hiển thị dưới dạng 3 con số.
- Chương trình làm việc đơn giản bằng nút ấn.
- Chuyển đổi tiếp điểm và chuyển đổi trễ có thể được điều chỉnh đọc lập.
- Chức năng cửa sổ

- Có nhiều tính năng khác….
CÀI ĐẶT TUỲ CHỌN:
Tất cả các cài đặt trên EDS 300 được tổng hợp trong 2 cách đơn giản
theo hướng dẫn.để bảo vệ thiết bị khi làm việc sẽ có 1 chương trình vô hiệu
hoá sẽ được kích hoạt.
CHỨC NĂNG BỔ SUNG:
• Chế độ có thể điều chỉnh ở
đầu ra
• Tiếp điểm dẫn hướng
có điều chỉnh ở đầu ra (N/O
or N/C )
• Tiếp điểm mở chậm với
thời gian 0.00…75s
• Tiếp điểm đóng chậm với
thời gian 0.00 75s
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
23
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
• Cách hiển thị (áp suất
thực tế, tiếp điểm1, tiếp
• điểm 2, giá trị lớn nhất,
(ko hiện thị).
• Sai số trong phạm vi±3% FS.
TIẾP ĐIỂM THỪƠNG MỞ / TIẾP ĐIÊM THƯỜNG ĐÓNG:
Tiếp điểm thường mở này khi có áp suất lớn làm cho trạng thái đầu ra bị
thay đổi và ở mức cao, trạng thai này được duy trì cho đến khi áp suất bị giảm
và trở lại vị trí ban đầu. tiếp điểm thường đóng thì ngược lai.
SƠ ĐỒ MẠCH:

Sinh Viên :Trần Văn Kiển
24
Có 1 đầu ra và 1 đầu ra là tương tự 4cực Binder
plug,nhóm 714 M18Plug to DIN 43650, 3 cực
+GND
Có 1 đầu ra.
Plug to DIN 43650, 3 cực +GND
4 pole plug, M12x1
4 pole plug, M12x1
Có 2 đầu ra
4 pole Binder plug, series 714 M18
Có 2 đầu ra và 1 đầu ra tương tự
5 pole plug, M12x1
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Thông Số Kĩ Thuật
Input data:
Phạm vi đo: 16, 40, 100, 250, 400, 600 bar
Áp lực cao: 32, 80, 200, 500, 800, 900 bar
Áp lực lên: 300 % FS
Output data:
Độ chính xác
(display, analogue output): ≤±1 % FS
Độ lệch: ≤±0.5 % FS
Nhiệt độ trôi ≤ 0.3 % / 10 K zero point

≤ ±0.3
% / 10 K range
Đầu ra Tương tự:
Tín hiệu: 4 20 mA, ohmic resistance
≤400

Đầu ra chuyển mạch:
Type: Đầu ra tranzito PNP
Dòng chuyển mạch: max. 1.2 A
Vòng chuyển mạch: > 100 million
Thơi gian phản ứng: approx. 10 ms
Điều Kiện xung quanh:
Phạm vi nhiệt độ trung bình: -25 + 80 °C
Nhiềt độ xung quanh: -25 + 80 °C
Nhiệt độ bảo quản: -40 + 80 °C
Đánh giá khoảng nhiệt: -10 + 70 °C
Độ Rung: approx. 10 g / 0 500 Hz
Va chạm: approx. 50 g / 1 ms
Other data:
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
25