Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển tự động hoá có khả năng lập trình cho các hệ thống điều khiển công nghệ

Bộ công thơng
viện nghiên cứu điện tử, tự động, tin học hóa







Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ năm 2007

nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển tự động hoá
có khả năng lập trình pac cho các hệ thống
điều khiển công nghiệp


Chủ nhiệm đề tài: Ts . nguyễn thế truyện

6935
04/8/2008

hà nội - 2007

Bộ Công THƯƠng
Viện Nc Điện tử, Tin học, Tự động hoá
&






BO CO
KT QU THC HIN TI NCKH & PTCN
CP B NM 2007



Tờn ti:
NGHIấN CU NG DNG B IU KHIN T
NG HO Cể KH NNG LP TRèNH PAC CHO
CC H THNG IU KHIN CễNG NGHIP


(Mó s: 137.07RD/2007)

C quan ch trỡ: Vin NC in t, Tin hc, T ng hoỏ
Ch nhim ti: TS. Nguyn Th Truyn
C quan phi hp:





H Ni - 2007


DANH SÁCH CÁN BỘ KHOA HỌC CHÍNH THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI



STT

Họ và tên
Học hàm, học vị,
chuyên môn
Cơ quan công tác
1. Nguyễn Thế Truyện TS, ĐTVT Viện NC ĐT, TH, TĐH
2. Lê Anh Tuấn ThS, TBĐ-ĐT Viện NC ĐT, TH, TĐH
3. Lai Thị Vân Quyên KS, ĐL-THCN Viện NC ĐT, TH, TĐH
4. Dương Sơn Bài KS, KTM Công ty than Hạ Long

1
MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC HÌNH 4
MỞ ĐẦU 6
1. GIỚI THIỆU CHUNG 6
2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 6
2.1 Mục tiêu của đề tài 6
2.2 Nội dung nghiên cứu 6
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ PAC 7
1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ 7
1.1 Hệ thống tự động hoá trên cơ sở PLC 7
1.2 Hệ thống tự động hoá trên cơ sở PC 8
1.3 Tự động hoá trên cơ sở PAC 9
2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ PAC 9
2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 9
2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 10
3. TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN PAC 11
3.1. PACs là gì? 11
3.1.1 Năm đặc điểm chính của PAC 12
3.1.2 So sánh PLC với PAC 12
3.1.3. Một số loại PAC của các hãng 13
3.2. Cấu trúc của PAC 16
3.2.1 Cấu trúc của PLC 16
3.2.2 Cấu trúc của PC 16
3.2.3 Cấu trúc của PAC 17
3.3. Các thành phần của PACs 19
3.3.1 NI LabVIEW 19
3.3.2 PXI (PCI eXtension for Instrumentation) 21
3.3.3 COMPACT FIELDPOINT 26
3.3.4 COMPACT RIO 30
3.3.5 COMPACT VISION SYSTEM 36
3.3.6 PC CÔNG NGHIỆP 39

CHƯƠNG II. PHẦN MỀM LABVIEW VÀ ỨNG DỤNG 41
1. So sánh LabVIEW với một số ngôn ngữ lập trình thông dụng khác 42
2. Môi trường làm việc LabVIEW 42
2.1. Thiết bị ảo (VI) 42
2.2. Các bảng chức năng và các toolbar 43
3. Thu thập dữ liệu với LabVIEW 45
4. Phân tích dữ liệu với LabVIEW 46
5. Biểu diễn dữ liệu trên LabVIEW 47
2
6. Một số Module phần mềm hỗ trợ LabVIEW 49
6.1. LabVIEW Datalogging and Supervisory Control 49
6.2. LabVIEW RealTime Module 54
6.3. LabVIEW FPGA 58
CHƯƠNG III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG, ĐIỀU KHIỂN TRÊN CƠ SỞ PAC
60
1. THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG 60
1.1 Mục tiêu chung thiết kế hệ thống 60
1.2 Quan điểm thiết kế hệ thống và chức năng 61
1.3 Mô hình hệ thống đầy đủ 63
1.3.1 Cấu trúc trạm điều khiển trung tâm 65
1.3.2 Cấu trúc trạm điều khiển khu vực 66
1.3.3 Cấu trúc thiết bị đầu cuối đo thông số môi trường 66
1.3.4 Hệ thống ghép nối truyền thông 66
1.4 Mô hình hệ thống điều khiển của đề tài 67
2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 68
2.1 Trạm chủ PAC-cFP.MS.01 68
2.2 Thiết kế phần cứng trạm (thiết bị) đầu cuối đo thông số môi trường 76
2.3 Thiết kế phần cứng bộ hiển thị (Displayer) thông số môi trường 82
3. THIẾT KẾ PHẦN MỀM 84
3.1. Thiết kế giao thức truyền thông 84

3.2. Thiết kế phần mềm trên trạm thiết bị đầu cuối đo thông số môi trường 88
3.3. Thiết kế phần mềm cho bộ hiển thị 90
3.4. Thiết kế phần mềm cho trạm điều khiển khu vực và host PC 91
3.5. Giao diện phần mềm thu thập thông số môi trường dựa trên LabVIEW 92
CHƯƠNG IV. THỬ NGHIỆM 95
1. MỤC TIÊU THỬ NGHIỆM 95
2. THỬ NGHIỆM TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 95
2.1 Cấu hình hệ thống thử nghiệm 95
2.2 Nội dung thử nghiệm 95
2.3 Tiến hành thử nghiệm 95
2.3.1 Kết nối hệ thống thủ nghiệm trong phòng thí nghiệm 95
2.3.2 Kết quả thử nghiệm mô phỏng tại phòng thí nghiệm 96
2.3.2 Đánh giá kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm 97
3. THỬ NGHIỆM THỰC TẾ 97
3.1 Cấu hình hệ thống thử nghiệm 97
3.2 Nội dung thử nghiệm 97
3.3 Tiến hành thử nghiệm 98
3.3.1 Kết nối hệ thống thử nghiệm 98
3.3.2 Kết quả thử nghiệm tại thực tế 98
3.3.2 Đánh giá kết quả thử nghiệm 99
KẾT LUẬN 100
1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 100
3
2. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 100
TÀI LIỆU THAM KHẢO 101
PHẦN PHỤ LỤC 102

4
Danh sách các hình
Hình 1. So sánh miền sử dụng của hai hệ thống tự động hoá 8

Hình 2. Các bộ điều khiển PAC 11

Hình 3. Một bộ điều khiển PAC (Programmable Automation Controller) 13

Hình 4. Cấu trúc của PLC 16

Hình 5. Cấu trúc của PC 17

Hình 6. Cấu trúc của PAC 17

Hình 7. Cấu trúc phần cứng của PXI 22

Hình 8. Sơ đồ bus trigger và bus PCI trên thân khung PXI 23

Hình 9. Một bộ điều khiển nhúng PXI 25

Hình 10. Cấu trúc hệ điều khiển Compact FieldPoint 27

Hình 11. Cấu trúc một bộ điều khiển cFP-2020 27

Hình 12. Các modul I/O 29

Hình 13. Các bộ kết nối Cp FieldPoint 29

Hình 14. Một bộ kết nối với rãnh cắm của CpFieldPoint 29

Hình 15. Bộ kết nối ngoài CpFieldPoint 30

Hình 16. Thân máy CpFieldPoint 30

Hình 17. Mô tả truyền thông giữa bộ điều khiển CompactRIO với HMI 33

Hình 18. Cấu trúc số FPGA 33

Hình 19. Mô tả chương trình vào ComPactRIO 34

Hình 20. Sơ đồ cấu trúc phần cứng nhúng của CompactRIO 35

Hình 21. Mô hình mở rộng CompactRIO 36

Hình 22. Khung mở rộng R series cRIO-9151 36

Hình 23. Các loại camera 39

Hình 24. Hệ thống COMPACT VISION 39

Hình 25. Front Panel, Diagram và Icon/Connector 44

Hình 26. Bảng công cụ, hàm và điều khiển 44

Hình 27. Các VI thu thập dữ liệu 46

Hình 28. Các VI phân tích dữ liệu 47

Hình 29. Các VI biểu diễn dữ liệu 48

Hình 30. Các VI dùng để đưa thông tin lên Web 49

Hình 31. Các VI dùng để tạo báo cáo 49

Hình 32. Các VI dùng để lưu dữ liệu vào các file 50

Hình 33. Một ví dụ về LabVIEW FPGA 60

Hình 34. Sơ đồ hệ thống giám sát các thông số môi trường trong khai thác than lộ
thiên
64

Hình 35. Trạm chủ PAC-PXI 65

Hình 36. Mô hình hệ thống điều khiển của đề tài 67

Hình 37 Sơ đồ cấu hình của cFP 21xx 70

Hình 38. Sơ đồ chân của DIO 550 71

Hình 39. Sơ đồ chân của cFP CB-1 72

Hình 40. Ghép nối mạng 75

Hình 41. Sơ đồ khối điểm đo 76

Hình 42. Chuyển đổi chuẩn hoá tín hiệu 77

Hình 43. Cấu trúc bộ chuyển đổi A/D của AVR Atmega16 78

Hình 44. Sơ đồ ICLM35 79

Hình 45 Đồ thị đặc tính đầu ra điện áp phụ thuộc độ ẩm của HM 1500 80

5
Hình 46. Sơ đồ chân của Atmega16 80

Hình 47. Led hiển thị 82

Hình 48. Lưu đồ hoạt động thực thi dịch vụ giữa Master và Slave i 87

Hình 49. Lưu đồ thuật toán cho các điểm đo Slave i 89

Hình 50. Lưu đồ thuật toán cho các Displayer 90

Hình 51. Giao diện chính 93

Hình 52. Giao diện log in 93

Hình 53. Giao diện cài đặt các điểm đo 94

Hình 54. Giao diện thông số các điểm đo 94

Hình 55. Mô hình hệ thống thử nghiệm trong phòng thí nghiệm 96

Hình 56. Mô hình hệ thống thử nghiệm thực tế 98

6
MỞ ĐẦU
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Hiện nay, khoa học công nghệ đang ngày càng phát triển như vũ bão, nhiều dòng
sản phẩm điều khiển mới đã lần lượt ra đời nhằm đáp ứng được những nhu cầu ngày
càng khắt khe hơn của những ứng dụng công nghiệp. Ngay từ những năm 1960, bộ
điều khiển khả trình PLC đã ra đời đánh dấu một bước phát triển lớn trong việc đo

lường, điều khiển. Những hệ thống điều khiển bằng các rơle hành trình cũ kĩ, cồng
kềnh trước đó đã được thay thế bằng những bộ PLC nhỏ gọn, và đáng tin cậy hơn.
Nhưng những tính năng của bộ PLC chưa thoả mãn được các yêu cầu ứng dụng thực tế
nên đòi hỏi phải có những bộ điều khiển tiên tiến hơn ra đời. Bộ điều khiển PAC
(Programmable Automation Controllers) được ra đời để đáp ứng các yêu cầu ngày
càng cao đó. PAC có thể coi là sự kết hợp những tính năng tốt nhất của PLC và máy
tính PC nên PAC gần như thoả mãn được hững yêu cầu khắt khe của các ứng dụng
công nghiệp.
Để theo kịp xu thế phát triển đó, Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hoá
(VIELINA) đã đầu tư nghiên cứu về bộ điều khiển PAC từ khá sớm. Đặc biệt từ tháng
01/2007, VIELINA đã được giao chủ trì thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng bộ
điều khiển tự động hoá có khả năng lập trình ( PAC: Programmable Automation
Controller) cho các hệ thống điều khiển công nghiệp”. Sau đây chúng tôi xin trình
bày chi tiết các kết quả đã đạt được trong quá trình thực hiện đề tài.
2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1 Mục tiêu của đề tài
Đây là đề tài có tính chất tiếp cận để làm chủ công nghệ mới và tiến tới ứng dụng
nên chúng tôi đề ra mục tiêu chính của đề tài như sau.
- Nghiên cứu, nắm bắt và làm chủ được bộ điều khiển PAC
- Làm chủ và khai thác được phần mềm LabVIEW cho các ứng dụng công nghiệp
- Thiết kế, chế tạo thử nghiệm 01 hệ thống điều khiển trên cơ sở PAC.
- Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và thực tế để kiểm nghiệm thiết bị đã thiết
kế, chế tạo.
2.2 Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát, tìm hiểu nguyên lý làm việc, các tính năng cơ bản của PAC
- Nghiên cứu, làm chủ và sử dụng được phần mềm LabVIEW
- Thiết kế chế tạo 01 hệ thống điều khiển công nghiệp trên cơ sở PAC
- Thử nghiệm và hoàn thiện thiết kế hệ thống.
- Thử nghiệm thực tế hệ thống trên cơ sở PAC trong ngành khai thác than.
7

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ PAC

1. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ
Các hệ thống điều khiển tự động ra đời nhằm thực hiện quá trình sản xuất một cách tự
động, theo quy trình xác định, không phụ thuộc vào đặc tính chủ quan của người công
nhân. Các dây chuyền sản xuất tự động nâng cao được năng suất, chất lượng, tiết kiệm
nguyên vật liệu, hạ giá thành sản phẩm…Nói chung, tự động hoá đã nâng cao được
chất lượng cuộc sống của người lao động và của toàn xã hội.
Tự động hoá đã được hình thành và phát triển từ rất lâu và dựa trên nhiều nguyên tắc
khác nhau, song ở phần này chỉ đề cập tới quá trình phát triển của các hệ thống tự
động hoá hiện đại dựa trên các công nghệ tiên tiến, cụ thể từ các hệ thống PLC cho
đến các hệ thống thế hệ sau.
1.1 Hệ thống tự động hoá trên cơ sở PLC
PLC, ra đời vào những năm 1960, đã được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển và tự
động hoá công nghiệp. Ban đầu PLC được đưa ra nhằm thay thế các mạch rơle tuần tự
sử dụng trong điều khiển máy móc, trong đó các đầu ra của nó được điều khiển đóng
cắt theo chương trình phần mềm. Hiện nay, hầu hết PLC đều được lập trình bằng ngôn
ngữ logic hình thang, ngôn ngữ này đã tạo ra tiêu chuẩn IEC-31161-3. Hiện nay,
chúng ta có thể thấy PLC trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp và chúng được ứng
dụng khắp nơi.
Các hệ thống PLC thế hệ đầu, dựa trên các CPU trượt bit (slice-bit), chỉ có khả năng
vào/ra số, đến các PLC thế hệ sau đã ứng dụng công nghệ vi xử lý mới, hiện đại hơn
nên phạm vi sử dụng của nó cũng đa dạng hơn. Mặt khác các PLC thế hệ sau còn tích
hợp được nhiều tính năng hiện đại như: vào/ra tương tự, truyền thông mạng, sử dụng
các ngôn ngữ lập trình ở mức cao hơn.
Nghiên cứu về các ứng dụng của PLC các chuyên gia của ARC, VDC và PLCS.net đã
đưa ra một số nhận xét như sau [5]:
v 80% các hệ thống PLC được dùng trong các ứng dụng nhỏ (có từ 1 đến 128
I/O)
v 78% các đầu vào ra của PLC là digital I/O

v 80% các ứng dụng PLC được giải quyết chỉ với khoảng 20 lệnh logic hình
thang
Đó là lý do tại sao đến bây giờ vẫn còn một số PLC sử dụng CPU AMD 2901 và một
số công ty như Keyence chỉ cho phép lập trình bằng ngôn ngữ hình thang.

8
1.2 H thng t ng hoỏ trờn c s PC
Trong khong 20% ng dng ca PLC cho thy thuc tớnh x lý tun t ca nú
gõy ra hn ch trong mt s bi toỏn thc t, cn phi thay i m bo kh nng
x lý linh hot hn, ú chớnh l lý do t ng hoỏ trờn c s PC (PC-based
Automation) ra i.
T nhng nm 1980 v 1990, cỏc chuyờn gia t ng hoỏ ó dựng PC trong
iu khin cụng nghip v ó thu c nhng kt qu ht sc kh quan so vi dựng
PLC.
u im ni tri ca PC-based Automation l: Kh nng iu khin mốm do hn
(khụng phi ch iu khin tun t) v cú th lp trỡnh bng cỏc ngụn ng bc cao.
Linh hot, a dng hn trong vic phỏt trin phn cng v phn mm.
Tuy nhiờn, s dng PC trong iu khin cụng nghip cú mt s hn ch v tớnh chc
chn, n nh v ngụn ng lp trỡnh khụng ging nhau.

So sỏnh v PLC-based Automation v PC-based Automation [3]:

Hỡnh 1. So sỏnh min s dng ca hai h thng t ng hoỏ

Nhỡn vo hỡnh v ta thy PLC-based Automation c dựng cho cỏc ng dng ũi hi
cao v chc chn, n nh cũn PC-based Automation li c dựng nhng ni ũi
hi kh nng x lý linh hot, a dng bng phn mm. Kh nng phn mm õy cú
th hiu v s a dng trong ngụn ng lp trỡnh, kh nng x lý song song (kiu
windows), Gia hai phn ng dng ca cỏc h thng ta thy cú mt khong trng,
õy chớnh l phn dung ho gia cỏc u im ca c PLC-based v PC-based
Automation. Nhim v ca cỏc nh nghiờn cu v thit k l phi ch to c thit b
S
ử

d
ụ
n
g
Độ chắc chắn ổn định
Khả năng phần mềm
PC based
Automation
PLC based
Automation
Khoảng

trống
S
ử

d
ụ
n
g
Độ chắc chắn ổn định
Khả năng phần mềm
PC based
Automation
PLC based
Automation
Khoảng
trống
S dng
Kh nng phn mm
chc chn, n nh
9
có tính năng nằm ở vùng khoảng trống đó và họ đã đưa ra một loại thiết bị tự động hoá
thế hệ mới đó là PAC: Programmable Automation Controller.
1.3 Tự động hoá trên cơ sở PAC
Trên cơ sở nghiên cứu để tạo ra sản phẩm có được ưu điểm của cả hai hệ thống tự
động hoá PLC-based và PC-based, các công ty như Rockwell, Siemens, GE Fanuc,
ARC và NI đã đưa ra được một thiết bị như mong muốn. Thiết bị này đã được các nhà
phân tích của hãng ARC đặt tên cho là PACs: Programmable Automation Controllers,
vào năm 2002 [1]. Đây là một bộ điều khiển mới, được thiết kế cho các ứng dụng đặc
biệt, kết hợp được những tính năng tốt của PLC với các tính năng tốt của PC. Sau đây
chúng ta sẽ xét cụ thể về PAC.

2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ PAC
2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Sản phẩm được coi như PAC hiện nay được tập đoàn Control Technology
Corporation giới thiệu lần đầu tiên từ khá sớm, nhưng phải đến năm 2001 thuật ngữ
PAC mới chính thức được ARC (ARC Advisory Group) đưa ra. PAC là một thuật ngữ
đủ để giúp cho các nhà cung cấp thiết bị điều khiển hàng đầu thế giới lột tả được đầy
đủ những tính năng các sản phẩm của họ. Sản phẩm chính thức mang tên PAC cũng
bắt đầu được giới thiệu từ đây. Bộ điều khiển tự động mới PACs (Programmable
Automation Controllers) là sự kết hợp những tính năng tốt nhất của PLC và của máy
tính PC cài đặt phần mềm linh hoạt có tính mở.
Năm 2004 hãng National Instruments (NI) đưa ra một loạt các sản phẩm ứng
dụng PAC cho nhiều lĩnh vực khác nhau: Dầu khí, thuỷ văn, công nghiệp chế biến, …
các hệ SCADA và DCS trên cơ sở PAC cũng bắt đầu được phát triển. Trong năm này
Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hoá đã cử 01 đoàn cán bộ khoa học (trong đó có
chủ nhiệm đề tài) sang thăm và làm việc với hãng NI và một số công ty chuyên về
thiết bị đo lường, tự động hoá khác để tìm hiểu, tiếp thu các tiến bộ kỹ thuật chuyên
ngành và lần đầu được xem, nghe giới thiệu demo hoạt động của PAC.
Đến nay, các hãng cung cấp thiết bị điều khiển danh tiếng như Control
Technology General Electric, National Instruments, Ge Fanuc, Opto 22, Allen Bradley
và ICP DAS đã đưa ra được nhiều hệ thống điều khiển dùng PAC ứng dụng trong
thực tiễn. Các máy công cụ CNC hiện cũng đang dùng hệ điều khiển PAC, các nhà
máy nhiệt điện, thuỷ điện cũng đang dùng hệ điều khiển PAC, …
Hiện nay, các hệ thống dùng PAC còn tồn tại một yếu điểm là giá khá đắt so với
PLC nên phần nào hạn chế khả năng ứng dụng của sản phẩm, tuy nhiên tới đây khi
công nghệ chế tạo phát triển thì giá thành sẽ hạ và nó cũng sẽ trở thành phổ biến như
10
các thiết bị điều khiển bằng PLC hiện nay. Do đó, triển vọng ứng dụng của PAC là rất
lớn vì thế chúng ta cần phải nghiên cứu làm chủ công nghệ trước khi nó trở thành phổ
biến.
2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Nước ta đã chính thức gia nhập WTO, nền kinh tế trong nước đang ngày một
chuyển mình để có thể bắt nhịp hội nhập với xu thế phát triển như vũ bão của kinh tế
thế giới. Nhiều nhà máy, xí nghiệp được xây dựng, các thiết bị điều khiển tự động mới
nhất hiện nay đang được sử dụng nhiều trong các nhà máy ở nước ta vẫn là các bộ điều
khiển PLC kết hợp với máy tính PC. Tuy nhiên sản phẩm dùng PAC đã thấy xuất hiện
ở một số máy CNC thế hệ mới vừa nhập về của các đơn vị gia công cơ khí.
Năm 2005, tại Hội nghị Tự động hoá toàn quốc lần thứ 6 – VICA6 có 02 bài báo
đầu tiên có tính chất giới thiệu tiếp cận về PAC [1, 2]. Sau đó đã bắt đầu có thêm các
bài báo cũng như các nghiên cứu tiếp theo về PAC. Ngoài Viện NC Điện tử, Tin học,
Tự động hoá tiếp tục nghiên cứu, tìm hiểu về PAC, chúng tôi còn thấy Trung tâm
MICA (trung tâm nghiên cứu liên kết giữa trường ĐHBK HN với Pháp) hiện đang
thực hiện đề tài nghiên cứu sơ bộ về PAC là: ”Hệ thống đo, giám sát và điều khiển
phân tán ứng dụng mạng FieldPoint”. Tuy nhiên, đề tài này mới chỉ là nghiên cứu rất
cơ bản và hạn chế: Đối tượng điều khiển là bình đun nước nóng, thông số điều khiển là
nhiệt độ, mức nước trong bình. Học viện Kỹ thuật Quân sự cũng đã có những nghiên
cứu ứng dụng PAC (dùng CompactRIO để chế tạo hệ thống đo lường điều khiển).
Hiện tại hãng National Instruments vẫn thường tổ chức các buổi hội thảo giới
thiệu về LabVIEW và thiết bị PAC tại Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Viện NC
Điện Tử, Tin học, Tự động hoá là cơ quan đã sớm phối hợp với các cơ sở khác triển
khai những nghiên cứu, xây dựng thử nghiệm 01 hệ thống điều khiển trong công
nghiệp ứng dụng PAC.
Có thể nói trong nước hiện chúng ta mới chỉ có những nghiên cứu ban đầu về
PAC còn sản phẩm cụ thể thì chưa có nơi nào chế tạo được và đưa vào ứng dụng, trừ
một số máy CNC mua của nước ngoài là có sử dụng PAC đi đồng bộ theo máy. Vì thế
việc nghiên cứu, tiếp cận để làm chủ được công nghệ PAC là cần thiết và phải thực
hiện ngay.

11
3. TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN PAC

Hình 2. Các bộ điều khiển PAC
3.1. PACs là gì?
Ngay từ năm 1960, bộ điều khiển khả trình PLC đầu tiên đã ra đời đánh dấu một
bước phát triển lớn trong đo lường, điều khiển. Những hệ thống điều khiển rơ le hành
trình cũ kĩ, cồng kềnh trước đó dần được thay thế bằng các bộ điều PLC nhỏ gọn và
đáng tin cậy hơn. Việc điều khiển bây giờ trở nên mềm hơn bằng cách lập trình phần
mềm cho PLC chứ không phải là điều khiển cứng như dùng rơ le hành trình. Khi mới
ra đời, các PLC chỉ có khả năng vào ra số. Ngày nay, các PLC đều được chế tạo dựa
trên các vi xử lí hiện đại nhất nên bên cạnh khả năng vào ra số PLC còn có các ưu
điểm như vào ra tương tự, truyền thông mạng, các ngôn ngữ cấp cao, dễ hiểu, thuận
tiện cho người thiết kế.
Từ những năm 80, máy tính PC được đưa vào điều khiển trong công nghiệp nhằm
đạt được tính linh hoạt trong điều khiển. Tuy nhiên việc sử dụng máy tính PC phải đối
mặt với các yếu điểm vốn có của hệ thống như là tính ổn định, độ tin cậy và các công
cụ lập trình xa lạ. Một vấn đề đặt ra bây giờ với làm thế nào để có thể kết hợp được
các ưu điểm của PLC và PC trong cùng 1 bộ điều khiển.
Không loại bỏ các giải pháp với PLC và PC trong công nghiệp, các kỹ sư cùng
với những ứng dụng phức tạp của mình ngày càng tiếp cận gần hơn với các nhà sản
xuất nhằm phát triển một dòng sản phẩm mới. Theo yêu cầu thực tế, dòng sản phẩm
mới này phải kết hợp được các ưu điểm phần mềm của máy tính PC với độ tin cậy của
PLC. Phần mềm không chỉ là phần mềm tiên tiến mà còn có khả năng phát triển được
trên phần cứng của các bộ điều khiển. Ngày nay, các nhà sản xuất bộ điều khiển đã kết
nối các phiên bản chíp vi xử lí công nghiệp, các bộ nhớ DRAM, các thiết bị lưu trữ
trạng thái cứng như CompactFlash và các chipset Ethernet tốc độ cao vào các bộ điều
khiển trong công nghiệp. Điều này cho phép các nhà sản xuất có thể phát triển các

phần mềm mạnh hơn nữa trên các hệ thống máy tính điều khiển linh hoạt và tiện lợi
nhằm nâng cao độ tin cậy của hệ thống vận hành thực. Và kết quả là thế hệ các bộ điều
khiển tự động mới PACs đã ra đời. PACs là viết tắt của Programmable Automation
12
Controllers. PAC là sự kết hợp những tính năng tốt nhất của PLC và của máy tính PC
cài phần mềm linh hoạt có tính mở.
3.1.1 Năm đặc điểm chính của PAC
· Đa chức năng: có thể thu thập xử lí không chỉ các tín hiệu tương tự mà cả các
tín hiệu số. Các cảm biến như cặp nhiệt hay PT 100 có thể kết nối trực tiếp vào modul
PAC. Một điểm đặc biệt là trong các ngành công nghiệp cần thu thập hình ảnh từ các
camera thì PAC là một lựa chọn rất hữu hiệu.
· Nền single platform đa phương thức phát triển gắn kết các tag chung với các
database đơn nhằm cho phép truy cập tới tất cả các thông số và các hàm chức năng vì
PAC được thiết kế cho các ứng dụng tiên tiến như các ứng dụng đa chức năng đòi hỏi
phần mềm bậc cao
· Công cụ phần mềm cho phép người thiết kế có thể chuyển đổi các khái niệm,
các ý tưỏng thành các mã điều khiển một cách dễ dàng.
· Cấu trúc modul mở. Vì tất cả các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi phải theo nhu
cầu thực tế nên phần cứng phải được cung cấp ở dạng các modul nhằm tạo điều kiện
thuận lợi cho các kĩ sư có thể lựa chọn những thành phần thích hợp. Phần mềm phải
cho phép thêm hay bớt đi các modul.
· Sử sụng chuẩn giao thức phổ biến cho các giao diện mạng, các ngôn ngữ,
như là TCP/IP, OPC & XML, và SQL.
3.1.2 So sánh PLC với PAC
Các bộ điều khiển PAC ra đời là kết quả của sự kết hợp những tính năng tốt nhất
của PLC và PC. Bởi thế PAC và PLC có những điểm khác nhau và giống nhau.
· Điểm giống nhau
Nhìn chung, cả PACs và PLCs đều phục vụ cho cùng một mục đích sử dụng. Cả
hai chủ yếu dùng để thực hiện các chức năng tự động hoá, điều khiển qúa trình và thu
thập dữ liệu như là điều khiển số và tương tự, PID, điều khiển chuyển động, và điều

khiển các thiết bị thu thập, xử lý hình ảnh.
Xét về phần cứng thì cả PLC và PAC đều có: nguồn cung cấp, CPU, các rack I/O
hay các modul vào ra.
· Điểm khác nhau
Cả PACs và PLCs cũng đều được lập trình khác nhau. PLCs thường được lập
trình dưới dạng ladder logic. Đây là một ngôn ngữ lập trình dạng biểu tượng giống như
các thanh ray. Các thanh nối của Ladder được thiết kế để mô tả các sơ đồ nối rơle điện
cũ. Ngôn ngữ lập trình cho PACs được xây dựng với các công cụ cho phép chương
13
trình được thiết kế có thể chia sẻ với các loại máy khác nhau, các chíp xử lí, các giao
diện HMI hay các thành phần khác trong cấu trúc hệ thống điều khiển.

Quá trình xử lí của PAC và quét các đầu vào ra I/O cũng rất khác nhau. Các bộ
PLCs thường xuyên quét tất cả các cổng vào ra I/O trong hệ thống điều khiển với tốc
độ cao. Còn các bộ PACs thì sử dụng một cơ sở dữ liệu tên các tag dạng đơn và hệ
thống các địa chỉ logic để nhận biết và ánh xạ đến các điểm vào ra khi cần thiết.
3.1.3. Một số loại PAC của các hãng
3.1.3.4. PAC của hãng Opto22
Dòng sản phẩm SNAP PAC của Opto22 là loại sản phẩm được tích hợp cả phần
mềm và phần cứng. Các sản phẩm này được sử dụng trong các hệ thống điều khiển
công nghiệp, giám sát từ xa và thu thập dữ liệu. Một số sản phẩm PAC của hãng:
Phần mềm dự án PAC được chia ra làm hai PAC Project Basic (đi kèm với bộ
điều khiển SNAP PAC khi bán) và PAC Project Professional (adds network
segmenting or Ethernet link redundancy and provides a migration path for Opto 22
FactoryFloorT customers). Các phần mềm này được chia ra làm các loại như


Hình 3. M
ột bộ điều khiển PAC
(Programmable Automation

Controller)
14

Các bộ điều khiển PAC được chia ra làm hai loại R (rack-mounted) và loại S
(standalone). Loại S được dùng cho các ứng dụng lớn có nhiều giao thức, nhiều mạng.
Loại R được dùng cho các ứng dụng điều khiển tự động mạng tính cục bộ hay các ứng
dụng thu thập dữ liệu.







Các bộ I/O: dạng số, tương tự, nối tiếp và mục đích riêng






3.1.3.5. PAC của hãng National Instrument (NI)
Dòng sản phẩm PAC của hãng NI cũng bao gồm cả phần cứng và phần
mềm.Các sản phẩm này được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển công
nghiệp, giám sát từ xa và thu thập dữ liệu. Một số PAC của hãng:
LabVIEW là phần mềm rất linh hoạt, giúp cho các kỹ sư, các nhà khoa
học có thể dễ dàng tạo ra các ứng dụng đo lường, điều khiển một cách nhanh
chóng mà không phải mất nhiều thời gian.
PXI được xây dựng trên cơ sở các đặc tính của CompactPCI bao gồm
bus PCI tốc độ cao giúp cho việc thực thi các công việc trong hệ thống đo

lường điều khiển tăng nhanh hơn gấp 10 lần so với các thiết bị cũ.
Bộ điều khiển loại R
Modul SNAP
3
2 kênh
đầu vào số, 10-
32VDC
Bộ điều khiển loại S
Modul SNAP
2 k
ê
nh

đầu vào dòng tương
t
ự -20mA và +20mA
15
Compact Fieldpoint là sản phẩm tích hợp được cả tính linh hoạt của PC
và độ tin cậy của PLC và có cấu trúc thích hợp sử dụng trong môi trường công
nghiệp.
CompactRIO có lõi là chíp FPGA và có cấu trúc nhỏ, gọn, mở thích
hợp cho các ứng dụng có môi trường làm việc khắc nghiệt.
Compact vision system thích hợp với những ứng dụng cần thu thập,
giám sát bằng hình ảnh.
3.1.3.6. PAC của hãng GE Fanuc
GE Fanuc có các hệ thống PAC, có tính năng mạnh mẽ của cả PLC, DCS mà
lại còn là hệ thống PC based tuyệt vời. PAC của GE Fanuc cho phép nhà sản xuất thứ
ba nối ghép sản phẩm nhúng của mình vào bus hệ thống vì dùng chuẩn chung VME và
Ex PCI. Chúng ta lại được nhìn thấy tính mở thật sự của 1 hệ thống điều khiển không
thua kém gì với chiếc PC chúng ta đang dùng. PAC của hãng GE Fanuc được chia ra

làm hai loại hệ là PAC systems RX3i và PAC systems RX7i. Tuỳ vào ứng dụng lớn
hay nhỏ, phức tạp hay không mà người thiết kế có thể lựa chọn dùng loại PAC nào của
hãng. PAC systems RX3i là dòng PAC mới nhất của hãng GE Fanuc.

PAC systems RX3i PAC systems RX7i
Lựa chọn sản phẩm PACs để nghiên cứu
Sau khi nghiên cứu các sản phẩm PAC của các hãng, chúng tôi lựa chọn nghiên
cứu sản phẩm PAC của hãng National Istruments. Vì các lí do sau:
- Hãng National Instrument là một trong những hãng sản xuất thiết bị đo lường,
điều khiển hàng đầu trên thế giới.
16
- Các sản phẩm của NI nói chung và PAC nói riêng đã được sử dụng và kiểm
nghiệm trong nhiều hệ thống trên thế giới và được đánh giá cao về độ tin cậy,
tính ổn định….
- Hãng NI thường tổ chức các buổi semina về sản phẩm PACs của mình ở Việt
Nam nên tạo điều kiện thuận lợi cho các kỹ sư việt có nhiều cơ hội để tiếp cận
với sản phẩm của hãng.
3.2. Cấu trúc của PAC
PAC là sự kết hợp những tính năng tốt nhất của PLC và của máy tính PC cài
phần mềm linh hoạt có tính mở. Do đó trước khi tìm hiểu về cấu trúc của PAC, ta tiến
hành tìm hiểu qua về cấu trúc của PLC và PC.
3.2.1 Cấu trúc của PLC
PLC là giải pháp được lựa chọn trong hơn hai thập kỉ qua. PLC đáp ứng được
những yêu cầu cấp thiết về tốc độ và tính thời gian thực trong các ứng dụng công
nghiệp.Về cấu tạo, PLC gồm 5 phần chính:
· Vi xử lí (processor) dùng để chạy và điều khiển các ứng dụng.
· Bộ nhớ dùng để lưu dữ liệu và chương trình. Vi xử lý dùng bộ nhớ để lưu
các dự liệu hiện thời khi chương trình đang chạy.
· Nguồn nuôi dùng để cấp nguồn cho PLC chạy.
· Các modul I/O và các bus truyền thông I/O dùng để giao tiếp với các thiết bị

ngoại vi.
· Các Rack để các modul có thể lắp lên đó

Hình 4. Cấu trúc của PLC
3.2.2 Cấu trúc của PC
Máy tính PC được đưa vào công nghiệp để làm các trạm vận hành OS và các trạm
kỹ thuật ES. Về cấu trúc thì các máy tính PC đều có 5 thành phần như sau:
· Vi xử lí
17
· Bộ nhớ thường
· Bộ nhớ non-voltage
· Các modul I/O và các bus truyền thông I/O


Hình 5. Cấu trúc của PC
3.2.3 Cấu trúc của PAC
Cấu trúc của PAC gồm phần cứng và phần mềm. Hình sau chỉ ra các phần
cứng, phần mềm của PAC và công dụng của chúng do hãng National Instrument cung
cấp.



Hình 6. Cấu trúc của PAC
Phần mềm là ngôn ngữ lập trình giao diện NI LabVIEW. Ngôn ngữ này chạy
trên nền phần cứng của PAC. LabVIEW cho phép ta có thể linh hoạt tạo ra hệ thống
đo lường điều khiển phức tạp và thông qua giao diện tạo ra sự thuận tiện khi sử
dụng.Với LabVIEW, ta có thể nhanh chóng nâng cấp chương trình có chứa hàng trăm
các hàm phân tích và điều khiển phức tạp. Ta cũng có thể phát triển chương trình trong
các gói ứng dụng khác như là LabWindows/CVI, C, hay MathWork…. Một số ứng
dụng tiêu biểu của LabVIEW:

· Graphics – ngôn ngữ lập trình LabVIEW là ngôn ngữ lập trình dạng đồ hoạ
được sử dụng để xây dựng giao diện HMI rất hiệu dụng, hấp dẫn và bắt mắt.
· Đo lường (thu thập dữ liệu tốc độ cao, mô tả hệ thống và các chuyển động
trong hệ thống) - ta có thể đưa các giá trị đo, các đối tượng giám sát như là nhiệt độ,
độ ẩm hay các hình ảnh qúa trình vào hệ thống điều khiển.
18
· Khả năng xử lý - trong một vài ứng dụng, người thiết kế cần có các thuật
toán điều khiển riêng, các tín hiệu xử lý cấp cao, data logging. LabVIEW hoàn toàn có
thể làm được điều đó.
· Platform - Với LabVIEW, ta có thể tạo ra các mã chương trình chạy trên các
nền khác nhau như là PC, các vi điều khiển nhúng, các chip FPGA, hay các thiết bị
cầm tay PDA
· Truyền thông - LabVIEW hỗ trợ việc truyền dữ liệu trong hệ thống nhờ các
công cụ như OPC hay SQL.
Phần cứng PAC dựa trên công nghệ LabVIEW, bao gồm LabVIEW Realtime
và LabVIEW FPGA. Với LabVIEW Realtime và LabVIEW FPGA, các kỹ sư có thể
lập trình cho hệ thống đo lường, điều khiển và chạy hệ thống trên các đối tượng thực
như ý muốn. 5 loại phần cứng PAC:
· PXI : là bộ điều khiển PAC chuẩn dựa trên cấu trúc CompactPCI được đưa
ra dưới dạng các modul được thiết kế thích hợp với môi trường công nghiệp. Mỗi hệ
PXI được điều khiển bởi một bộ điều khiển nhúng có tích hợp chíp xử lí tốc độ cao cỡ
hàng GHz. Các modul PXI gồm modul I/O tương tự, I/O số mật độ cao, các modul
lưu hình ảnh dạng số và tương tự… Ta có thể dễ dàng nối các cáp truyền thông với các
đầu kết nối trên modul PXI. Các modul đo lường PXI có dải đo mở và có thể dễ dàng
kết nối với các thiết bị trường sử dụng các giao thức CAN, DeviceNET, Modbus, và
Foundation Fieldbus…. PXI còn hỗ trợ việc đồng bộ hoá thời gian giữa các thiết bị
khác nhau, do đó các kỹ sư có thể thiết kế các hệ thống ứng dụng điều khiển tốc độ cao
mà không phải băn khoăn nhiều về phần đồng bộ giữa các thiết bị trong hệ thống.
· Compact FieldPoint là dòng sản phẩm bao gồm các modul I/O số và tương
tự có khả năng “trao đổi nóng” và các modul điều khiển có giao tiếp qua cổng

Ethernet và cổng nối tiếp. Các modul I/O cho phép kết nối trực tiếp với các cặp nhiệt,
các RTD, thiết bị đo độ cong, các cảm biến có đầu ra là dòng 4-20 mA hay điện áp 5-
30 VDC hoặc tín hiệu 0-250 VAC. Mạng Compact FieldPoint giao tiếp với các thiết bị
ngoại vi thông qua mạng Ethernet. Ta có thể truy cập các điểm I/O ở gần hoặc ở xa
hàng trăm mét trên mạng với điều kiện các điểm này dùng chung một khung phần
mềm read/write. Với giao diện phần mềm đơn giản, ta có thể nhanh chóng cài đặt và
lập trình cho Compact FieldPoint. Tuy nhiên ta phải đảm bảo cung cấp đủ nguồn cho
những điều khiển phức tạp, thu thập dữ liệu và truyền thông.
· Compact RIO là một hệ thống thu thập và điều khiển cho phép cấu hình dựa
trên chíp FPGA. RIO được thiết kế cho các ứng dụng đòi hỏi nhiệt độ môi trường làm
việc cao và tốc độ điều khiển lớn. Cấu trúc của RIO được xây dựng dựa trên một chíp
xử lý nhúng thời gian thực được dùng cho các thuật toán phức tạp và các thao tác tính
toán tuỳ ý. Chíp xử lý này có lõi FPGA cho phép cấu hình. Nền CompactRIO thích
19
hợp với số modul lên tới 8 modul I/O số hoặc tương tự. Các modul này có thể do
National Instruments cung cấp hoặc do các công ty khác cung cấp. Nền CompactRIO
là một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng phức tạp, tốc độ xử lí cao, môi trường làm
việc khắc nghiệt. Đặc biệt với lõi FPGA, CompactRIO rất thích hợp với các ứng dụng
đòi hỏi phần cứng tuỳ ý.
· Compact Vision System (CVS) có cấu tạo gồm 1 chíp xử lí Intel tốc độ cao
có lõi FPGA, các cổng I/O số và 3 cổng tuân theo chuẩn 1394. Bộ điều khiển PAC này
được thiết kế để có thể kết hợp với các thiết bị xử lí, thu thập hình ảnh trong ứng dụng
điều khiển thông qua công nghệ FireWire (IEEE 1394). Bộ điều khiển này tương
thích với hơn 80 camera công nghiệp. Với lõi FPGA và các đường I/O trên CVS, ta
cũng có thể dúng làm các kênh số cấp thấp và dùng CVS để điều khiển động cơ bước.
Khi lập trình với LabVIEW, hệ thống có thể được cấu hình cho cả ba chức năng thu
thập xử lí hình ảnh tốc độ cao và điều khiển động cơ bước.
· Industrial PC cũng có thể được sử dụng với các modul PCI do hãng
National Instrument sản xuất. Các board plug-in này bao gồm phần cứng được thiết kế
cho mục đích vào ra số, tương tự , điều khiển , và thu, phát, xử lí hình ảnh. Phần cứng

PCI và phần mềm LabVIEW đều có thể chạy trên hệ thống máy tính PC. LabVIEW
Real-Time có thể cài đặt trên hầu hết các máy tính PC công nghiệp chuẩn nhằm giảm
chi phí cho hệ thống đo lường, điều khiển.
Chi tiết về từng phần sẽ được đề cập đến ở chương sau.
Với cấu trúc này, PAC cung cấp nhiều khả năng vào ra hơn, nhiều lựa chọn
phát triển hơn, và môi trường phần mềm để đo lường, điều khiển hoàn thiện hơn so với
PLC.

3.3. Các thành phần của PACs
3.3.1 NI LabVIEW
NI LabVIEW là ngôn ngữ lập trình sử dụng các biểu tượng thay
vì các dòng văn bản để xây dựng các ứng dụng đo lường, giám sát và
điều khiển. LabVIEW cung cấp cho người lập trình rất nhiều công cụ
đơn giản, linh hoạt, hữu dụng trong thu thập dữ liệu, phân tích dữ liệu, biểu diễn dữ
liệu, điều khiển, truyền thông với các thiết bị phần cứng như GPIB, VXI, PXI, RS232,
RS485….LabVIEW còn có các đặc trưng đi kèm dùng cho việc kết nối ứng dụng với
Internet thông qua sever mạng LabVIEW và chuẩn mạng như TCP/IP và các ActiveX.
LabVIEW chính là bộ biên dịch 32 bit nên người thiết kế có thể tạo các thư viện
độc lập dùng chung và chạy được như DLL. Ta có thể tạo các điểm dừng, chạy mô
phỏng chương trình hay chạy từng bước cả chương trình để đơn giản hoá việc gỡ lỗi
20
và viết chương trình. LabVIEW đưa ra nhiều cơ chế cho phép kết nối với mã hoặc
phần mềm bên ngoài thông qua các DLL, thư viện chung, ActiveX ….

Các ứng dụng đo lường, tự động hoá đều có thể phải trải qua 3 bước: thu thập dữ
liệu, phân tích dữ liệu và biểu diễn dữ liệu. LabVIEW được xây dựng để tiến hành các
ứng dụng đó một cách nhanh chóng.
Thu thập dữ liệu: Giả sử muốn đo nhiệt độ, khi đó LabVIEW là một lựa chọn lý
tưởng cho ứng dụng đó.Từ thu thập dữ liệu đến điều khiển thiết bị, thu thập hình ảnh
đến điều khiển hình ảnh, LabVIEW hỗ trợ các các công cụ để phát triển hệ thống thu

thập dữ liệu và điều khiển.
Phân tích dữ liệu: Dữ liệu thô không phải là kết quả mong muốn cuối cùng của hệ
thống đo lường tự động hoá. Vì thế người thiết kế cần có phần
mềm ứng dụng có chức năng phân tích dữ liệu một cách tiện
dụng và hiệu quả. LabVIEW có hơn 400 hàm như hàm FFT,
hàm phân tích tần số, hàm tạo tín hiệu, hàm toán học,…được xây dựng nhằm mục đích
tách các thông tin hữu dụng từ dữ liệu thô, phân tích, gia công giá trị đo.
Biểu diễn dữ liệu: Việc biểu diễn dữ liệu bao gồm hiển thị, báo cáo, quản lí dữ liệu,
và kết nối chúng. LabVIEW hỗ trợ các công cụ để biểu diễn dữ liệu một cách dễ dàng,
dễ hiểu. Các dữ liệu có thể được biểu diễn dưới dạng đồ thị 2D, 3D hoặc bảng biểu
hay đơn giản bằng sự thay đổi màu sắc tuỳ theo ý thích của người sử dụng.
Một số modul và công cụ trong LabVIEW
Để mở rộng chức năng của LabVIEW, hãng NI cung cấp thêm các modul và
các bộ công cụ (toolkit) đi kèm. Các công cụ này giúp người sử dụng tiết kiệm được
thời gian và tiện lợi cho việc giải quyết các vấn đề trong thiết kế cũng như sử dụng các
ứng dụng chuyên dụng.
Modul LabVIEW Real-time được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tính thời
gian thực, độ tin cậy cao. Việc tạo các mã chương trình tự động và các chương trình
giao diện hình ảnh cho các ứng dụng có yêu cầu khắt khe về thời gian dễ dàng hơn rất
nhiều khi sử dụng modul này.
Modul LabVIEW PDA được sử dụng cho các thiết bị PDA cầm tay. Cùng với
modul này, NI đưa ra các công cụ phục vụ cho các giải pháp ứng dụng mà người sử
21
dụng tự định nghĩa ví dụ như các hệ thống kiểm tra hiện trường, các hệ thống điều
khiển giám sát từ xa, các hệ thống thu thập dữ liệu cầm tay.
Modul LabVIEW FPGA cho phép người thiết kế tạo phần cứng I/O như ý
muốn bằng cách lập trình dạng sơ đồ các khối trên LabVIEW cho chip FPGA gắn trên
phần cứng I/O (PXI – 7831R). Vì các khối chương trình chạy trên phần cứng nên cần
điều khiển trực tiếp, ngay lập tức tất cả các tín hiệu I/O trên board. Cùng với
LabVIEW FPGA, NI đưa ra các phần cứng do người dùng tự định nghĩa cho hàng loạt

các ứng dụng đòi hỏi chặt chẽ về thời gian và điều khiển như là các ứng dụng rời rạc,
điều khiển tương tự, mô phỏng và các ứng dụng khác.
Modul LabVIEW datalogging và supervisory (DSC) hỗ trợ các công cụ giúp
người thiết kế giám sát hệ thống phân tán. Các công cụ xây dựng trong modul DSC
cho phép tăng hiệu quả của hệ thống như tự động thu thập dữ liệu, quản lý đầy đủ các
cảnh báo, ghi lại các sự kiện…. Modul bao gồm cơ sở dữ liệu mạng đảm bảo an toàn
và cho phép kết nối OPC. Các công cụ dùng cho thiết kế giao diện người - máy như
hơn 4 000 hình ảnh tinh xảo cũng được xây dựng trong modul này. Việc thiết kế hệ
phân tán chưa bao giờ dễ dàng hơn thế.
Modul LabVIEW Vision Development được thiết kế cho các nhà khoa học, các kỹ
sư tự động hoá, các nhà kỹ thuật thiết kế các máy ảnh, máy quay và các ứng dụng về
hình ảnh. Modul này bao gồm IMAQ Vision, thư viện hàm hình ảnh, chương trình hỗ
trợ hình ảnh và môi trường tương tác cho các ứng dụng về hình ảnh.Không giống như
các sản phẩm hình ảnh khác, chương trình hỗ trợ hình ảnh và IMAQ Vision được sử
dụng đồng thời để đơn giản hoá việc thiết kế phần mềm hình ảnh. Do đó, người thiết
kế có thể nhanh chóng đưa hình ảnh vào các ứng dụng đo lường, điều khiển có sử
dụng đến hình ảnh.
Ta sẽ tìm hiểu ký hơn về phàn mềm LabVIEW ở phần sau.
3.3.2 PXI (PCI eXtension for Instrumentation)
PXI là bộ điều khiển chuẩn công nghiệp dựa trên cấu trúc
CompactPCI. Hệ thống PXI được điều khiển bởi bộ điều khiển nhúng
có chíp xử lí tần số cao cỡ GHz. PXI là lựa chọn lý tưởng đối với các
ứng dụng lớn và vừa.Tuỳ theo các chức năng mà người ta chia ra làm
các modul PXI riêng như : modul vào tương tự, modul I/O số mật độ cao, modul thu
thập hình ảnh số và tương tự, modul dùng cho các ứng dụng chuyển động đa kênh….
Cấu trúc dựa trên PC và các tính năng đồng bộ hoá tiên tiến là điểm đặc biệt
của thiết bị dạng modul PXI. PXI có thể dùng để thực hiện nhiều ứng dụng khác nhau.
Với hơn 1000 sản phẩm PXI trên thi trường, người thiết kế có thể tìm được cho mình
phần cứng dùng để đo lường như ý. Với cấu trúc dựa trên PC, PXI có thể kết hợp với
22

các công nghệ PC mới nhất như là các chíp xử lí tốc độ cao cho các ứng dụng chuyên
sâu về phân tích. Thân PCI hỗ trợ nhiều nhất 132 MB/s dữ liệu đầu vào, lớn hơn gấp
100 lần so với GPIB. Cấu trúc khung PXI cho phép đưa vào 1 hệ thống tới 17 modul.
Phần mềm lập trình cho PXI gần gũi với PC tạo sự dễ dàng trong sử dụng và đơn giản
trong tích hợp hệ thống.
Với sự hỗ trợ của các ứng dụng Windows và ứng dụng thực tế, người sử dụng
có thể đưa các modul PXI vào các ứng dụng của mình rất dễ dàng. Với các ứng dụng
công nghiệp, PXI yêu cầu riêng về
- Nhiệt độ vận hành trong dải từ 0 đến 55 °C
- Công suất làm mát 25W/slot
- Nguồn cung cấp và các đặc điểm về dao động.
Yêu cầu về công suất làm mát và các đặc tính của nguồn cung cấp nhằm đảm
bảo các modul I/O mà nền PXI hỗ trợ hoạt động tốt. Mặt trước của các modul PXI có
các đầu nối cho phép cắm các cáp nối. Để kết nối với các thiết bị hiện trường, PXI sử
dụng các bus như CAN, DeviceNET, RS-232, RS-485, Modbus và Foundation
Fieldbus.
Cấu trúc phần cứng của PXI
Cấu trúc phần cứng của hệ PXI gồm 3 phần
chính:
· Khung (chassis)
· Các bộ điều khiển (system controller)
· Các modul giao tiếp với các thiết bị ngoại
vi (peripheral modules)
Hình bên mô tả cấu trúc của hệ PXI: gồm 1
khung 8 khe cắm (slot) chuẩn chứa 1 bộ điều khiển nhúng và 7 modul giao tiếp với các
thiết bị ngoại vi.
Khung PXI (PXI Chassis)
Cũng như rack cắm PLC, khung PXI được sử dụng để cắm các bộ điều khiển và
các modul giao tiếp với thiết bị ngoại vi. Tất cả các khung PXI của NI đều thích hợp
với các modul PXI và CompactPCI. Tuỳ theo nguồn cung cấp trên khung có đáp ứng

được yêu cầu của bộ điều khiển và các modul hay không mà người thiết kế có thể lựa
chọn sử dụng loại khung nào cho ứng dụng của mình. Sau đây là một số đặc điểm của
khung PXI:
Thân của khung được tận dụng làm bus PCI tốc độ cao mà chúng ta có thể dễ
dàng tìm thấy trong các máy tình PC ngày nay, bus định thời hay các bus trigger. Nhờ
các bus định thời và các bus trigger mà việc xây dựng hệ thống cho các ứng dụng đòi
Hình 7. Cấu trúc phần cứng của PXI