Thiết bị ngoại vi & Kỹ thuật ghép nối - Chương 6 pdf

Ch6 Analog 1
ch 6. analog interfacing
In this Chapter:
• Analog Signal Interface Overview
• Analog Electronics - Conditioner
• Digital to Analog Converters
• Analog to Digital Converters
• DAS - SCADA - DCS/QCS
Ch6 Analog 2
6.1. analog signal interface overview:
Là hàm của 1 (hoặc
nhiều) biến độc lập,
đại lợng vật lý theo
thời gian: nh tiếng
nói, nhiệt độ theo
thời gian: A=f(t,h)
Xuất hiện liên tục
trong khoảng thời
gian t
0
-t
1
Giá trị biến thiên liên
tục trong khoảng biên
độ từ A
0
đến A
1
,có
thể đa trị.
Ch6 Analog 3

6.1. analog signal interface overview:
Trong thực tế: Rời rạc hóa
Trong Máy tính số, thông tin thu về :
Rời rạc về thời gian
Rời rạc về giá trị
=> để máy tính thu thập, cần phải 'rời rạc hóa' các
tín hiệu về thời gian và giá trị, dùng thiết bị chuyển
đổi ADC tạo ra các tín hiệu số, để:
Xử lý, cất vào kho số liệu
Truyền gửi đi xa
Tái tạo lại hay tổng hợp tín hiệu: dùng thiết bị
DAC tạo lại các tín hiệu analog.
Ch6 Analog 4
H×nh 6.02a. M« h×nh ghÐp nèi tÝn hiÖu analog
Ch6 Analog 5
H×nh 6.02-b. M« h×nh HÖ §o l−êng - §iÒu khiÓn sè
Ch6 Analog 6
• Process:
– Là các quá trình công nghệ như: dây chuyền xeo giấy;
phối-trộn-nghiền-nung clinker => sản xuất cement; dây
chuyền luyện-nung-cán thép, sản xuất-trộn phân bón
NPK, các nhà máy phát điện
•Sensors:
–Làvật liệu/thiết bị dùng để chuyển đổi các đại lượng
vật lý không điện (T, RH, p, L, v, a, F, pH, F, ) thành
tín hiệu điện (u, i, R, f)
–Vật liệu: do đặc tính tự nhiên của vật chất – ví dụ RTD
Pt100, cặp nhiệt điện, piazo (titanate-bary), tenzometric
–Thiết bị: có sự gia công/chế tác – ví dụ LM135
precision temperature sensor, bán dẫn

• Conditioners:
– Vì tín hiệu từ sensors thường rất nhỏ, có nhiễu và phi
tuyến => có mạch điện tử analog để xử lý tín hiệu:
khuếch đại, lọc nhiễu, bù phi tuyến cho phù hợp.
Ch6 Analog 7
• MUX: analog multiplexer – bộ dồn kênh
– Inputs: n bit chọn kênh, có 2
n
kênh số đo analog, đánh số từ
0 2
n
-1;
– Output: 1 kênh chung thông với 1 trong số 2
n
inputs và duy
nhất;
–Như vậy chỉ cần 1 hệ VXL/MT và ADC vẫn thu thập được
nhiều điểm đo công nghệ
•Trích mẫu và giữ - Sample & Hold:
– Dùng để trích mẫu của t/h khi có xung sample (100s ns vài
us) và giữ nguyên giá trị của t/h trong khoảng thời gian lâu
hơn để ADC chuyển đổi được ổn định;
–Chỉ dùng trong các trường hợp tín hiệu biến thiên nhanh
tương đối so với thời gian c/đ của ADC;
– Nâng cao độ chính xác và tần số của th.
Ch6 Analog 8
• ADC: analog to digital convertor:
–Rời rạc hóa t/h về thời gian và số hóa t/h –
lượng tử hóa
–Cónhiều phương pháp/tốc độ/địa chỉứng dụng

của chuyển đổi
• Central system: hệ nhúng/MT:
– CPU, mem, bus, IO port, CSDL, net;
– thu thập và xử lý số đo.
• DAC: digital to analog convertor
–Biến đổi tín hiệu số => liên tục về tg nhưng vẫn
rời rạc về gt;
–Nhiều loại: số bit/1 hay 2 dấu/tốc độ
Ch6 Analog 9
•Mạch điện tử analog:
– Có nhiều kiểu chức năng tùy thuộc ứng dụng:
•Lọc – tái tạo, tổng hợp âm thanh;
•Khuếch đại để đến các cơ cấu chấp hành;
• Cách ly quang học đề ghép nối với các thiết bị công suất lớn
(motor, breaker, )
• Actuators: các cơ cấu chấp hành
–Là1 lớp các thiết bị để tác đọng động trở lại dây
chuyền công nghệ;
–Cơ học: motor (3 phase Sync/Async, single phase, dc,
step) như robot, printer’s motor, FDC/HDC motors
– Điều khiển dòng năng lượng điện: SCR (thyristor),
Triac, Power MOSFET, IGBT
– Điều khiển dòng chất lỏng/khí/gas: valves (percentage,
ON/OFF valves)
Ch6 Analog 10
H. 6.2c. Mô hình hệ DCS
Ch6 Analog 11
H. 5.02d. Mô hình hệ SCADA
Ch6 Analog 12
6.2. analog electronics:

• Operational Amplifiers - OpAmps - KhuÕch ®¹i
thuËt to¸n ®Ó t¹o c¸c bé conditioners – chuÈn hãa
tÝn hiÖu
• Analog Switches & Analog Multiplexers
• Reference Voltage Sourcers - nguån ¸p chuÈn
• Sample & Hold - trÝch mÉu vµ gi÷
• Converssion Errors - Sai sè chuyÓn ®æi
•
Ch6 Analog 13
6.2. analog electronics: 6.2.1. Opamp
• Lµ vi m¹ch khuÕch ®¹i, nèi
galvanic, xö lý th tõ 0Hz.
• TÝn hiÖu gåm:
• 2 ch©n tÝn hiÖu Inv. Inp vµ
Non Inv. Input
• Ch©n Output
• Nguån cÊp: +Vcc, -Vcc( Gnd)
• ChØnh Offset.
• Cã thÓ cã thªm ch©n nèi tô
bï tÇn sè
H603. Operational
Amplifier (OpAmp)
Ch6 Analog 14
6.2.1. opamp: đặc điểm opamp
Xử lý tín hiệu dc (0 Hz up)
Hệ số khuếch đại lớn, từ kilo Mega and even more
(GBW - Gain - band width Product, unit @ MHz)
Trở vào lớn vài k đến 10
12
, trở ra nhỏ, 10s đến

100s, tốt cho các mạch ghép nối analog, phối hợp trở
kháng.
Hình 6.04.
Thiết bị 2 cửa
Ch6 Analog 15
6.2.1. opamp: đặc điểm opamp
Nguồn cấp dải rộng, 1 hoặc 2 dấu: 3Vdc to 18Vdc
Khuếch Vi sai (Differential Amplifier), loại trừ nhiễu tốt
=> CMRR (Common Mode Rejection Ratio - hệ số khử
nhiễu đồng pha lớn) up to 120dB
Band width/ Slew rate: Băng thông/ Tốc độ tăng điện áp
tối đa phía Output khi cửa vào có bớc nhảy đơn vị
U
Offset
: Khi cửa vào =0 mà cửa ra khác 0. Điện áp trôi
theo thời gian và nhiệt độ => chỉnh Uoffset/ bias current
ICs:
Linear Monolithic: A741 (Fair Child), LMx24s (NS)
Linear FET: TL 081/ 082/ 084 (TI), LF356/357/347 (NS)
Linear Hybrid:LH0024/ 0032 (NS-Hi Slewrate)
Instrumentation OpAmp: LM725/ LH0036/ 0038/ 0084
(NS)
Ch6 Analog 16
H×nh 6.05a. Analog Comparator, dïng trong ADC
Ch6 Analog 17
H×nh 6.05b.
Ch6 Analog 18
H×nh 6.05c
Ch6 Analog 19
H×nh 6.05d

Ch6 Analog 20
H×nh 6.05e
Ch6 Analog 21
H×nh 6.05-f
Ch6 Analog 22
H×nh 6.05-g. Instrumentation Ampl.
Ch6 Analog 23
H×nh 6.05-h
Ch6 Analog 24
H×nh 6.05-j.
Ch6 Analog 25
H×nh 6.05-k