Đang tải... (xem toàn văn)
Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính
Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính Lờ thnh sn http://www.ebook.edu.vn 1 Phần mở đầu Máy vi tính ngày càng giữ một vai trò quan trọng trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và cuộc sống. Do sự phát triển mạnh mẽ cả về mặt phần cứng cũng nh phần mềm. Cũng vì vậy việc ứng dụng máy tính vào kỹ thuật đo lờng đã đem lại những kết quả rất to lớn. Với các thiết bị đo lờng khi đem ghép nối nới máy vi tính có độ chính xác cao, thời gian thu thập dữ liệu ngắn, nhng điều quan trong nhất là mức độ tự động hoá trong công việc thu nhập cũng nh xử lý số liệu từ các kết quả đo rất cao ngay cả trong công việc thống kê hay in ấn kết quả . Ngoài ra trong nhiều trờng hợp với môi trờng làm việc nh độ ẩm, nhiệt độ .Không phù hợp với con ngời thì lúc này các hệ đo sẽ đợc ghép nối với máy tính là không thể thay thế đợc. Trong đề tài này là những cố gắng bớc đầu để xây dựng hệ đo lờng điều khiển ghép nối với máy tính thông qua cổng COM . Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính Lờ thnh sn http://www.ebook.edu.vn 2 Phần lý thuyết Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính Lờ thnh sn http://www.ebook.edu.vn 3 I . Đo lờng và ghép nối với máy tính qua cổng RS- 232 H1. Sơ đồ khối đơn giản của một hệ đo lờng và ghép nối với máy tính qua cổng RS - 232. Sơ đồ khối đơn giản của một hệ đo lờng và ghép nối với máy tính qua cổng RS- 232 nh hình 1. Số liệu từ đầu đo là analog sẽ đợc đa tới card ghép nối ở card ghép nối này sẽ có bộ biến đổi A/D và sau đó nó sẽ đợc biến đổi thành tín hiệu chuẩn của RS-232. Tức là mức +3V đến +12V tơng ứng với mức 0 và -3V đến -12V tơng ứng với mức 1. Để đa dữ liệu vào PC qua cổng COM thì ta phải có phần mềm để nhất quán giữa card ghép nối và cổng COM về một tốc độ, cùng một format thông tin SDU. II. Thông tin nối tiếp 1. Thông tin nối tiếp với chuẩn RS- 232 Cổng nối tiếp RS- 232 là loại giao diện phổ biến, rộng rãi nhất. Ngời dùng máy PC còn gọi các cổng này là COM1 và COM2. Với COM2 để tự do cho các ứng dụng khác. Giống nh cổng máy in và cổng thông qua card ghép nối qua slot mở rộng thì cổng nối tiếp RS- 232 cũng đợc sử dụng một Card ghép nối COM Đầu đo Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính Lờ thnh sn http://www.ebook.edu.vn 4 cách hết sức thuận tiện cho các mục đích đo lờng và điều khiển cũng nh khi có một đờng dây liên lạc hay một kênh thông tin thì nó có thể có rất nhiều ứng dụng nh truyền văn bản qua modem hay fax. Việc truyền dữ liệu qua cổng RS- 232 đợc tiến hành theo cách nối tiếp, nghĩa là các bít dữ liệu đợc gửi đi nối tiếp nhau trên một đờng dẫn. Trớc hết, loại truyền này có khả năng dùng cho những khoảng cách lớn hơn, bởi vì các khả năng gây nhiễu là nhỏ đáng kể hơn khi dùng mốt cổng song song. Hệ thông tin trao đổi nối tiếp đợc thực hiện theo các phơng thức : Đa công: số liệu chỉ đợc gửi theo một hớng Bán song công: số liệu đợc gửi theo hai hớng nhng tại mỗi thời điểm thì chỉ có thể gửi đi theo một hớng Song công: số liệu đợc gửi theo hai hớng thông tin nối tiếp đợc phân làm hai loại: + Thông tin đồng bộ + Thông tin không đồng bộ Trong thông tin không đồng bộ (di bộ), một từ (hay một cụm từ) thì đợc truyền hay thu theo từng khung một và khung đó gọi là SDU (serial data unit). Một khung bao gồm: Một bít start 5,6,7,8 bít dữ liệu 1 bít phát hiện lỗi Bít stop (1,1.5 hoặc 2) Ơ đây bít phát hiện lỗi là dùng bít chẵn-lẻ 2. Chuẩn ghép nối RS- 232 Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính Lờ thnh sn http://www.ebook.edu.vn 5 Cổng nối tiếp RS-232 không phải là một hệ thống bus, nó cho phép dễ dàng tạo ra liên kết điểm-điểm giữa hai máy cần trao đổi thông tin với nhau. Một thành viên thứ 3 không thể tham gia vào cuộc trao đổi thông tin này. Chân(loại 9 chân) Chân(loại 25 chân) Chức năng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 3 2 20 7 6 5 4 22 DCD(Data carrier delect) Lối vào RxD(Receiver data) Lối vào TxD(Transmit data) Lối ra DTR(Data terminal ready) Lối ra GND(Ground) DSR(Data set ready) Lối vào RTS(Request to send) Lối ra CTS(clear to send) Lối vào RI(Ring Indicator) Lối vào H . 2 Sắp xếp chân của cổng nối tiếp ở máy tính PC Từ hình 2 ta thấy ổ cắm RS-232 có tổng cộng 8 đờng dẫn và một đờng đất. Trên thực tế có hai loại phích cắm 9 và 25 chân, cả hai loại này đều chung đặc điểm làm việc. Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính Lờ thnh sn http://www.ebook.edu.vn 6 Việc truyền dữ liệu xẩy ra ở trên 2 đờng dẫn RxD và TxD. Qua chân TxD, máy tính gửi dữ liệu của nó đến máy kia. Trong khi đó thì máy tính nhận các dữ liệu tại chân nối RxD. Các tín hiệu khác đóng vai trò nh là những tín hiệu hỗ trợ khi trao đổi thông tin và vì thế không phải trong mọi ứng dụng đều dùng đợc. Việc truyền dữ liệu : Mức tín hiệu trên chân ra RxD tuỳ thuộc vào đờng dẫn RxD và thông thờng nằm ở trong khoảng -12V đến +12V. Các bít dữ liệu đợc gửi đảo ngợc lại. Mức điện áp đối với mức high nằm giữa -3V ữ -12V và mức Low nằm giữa +3V ữ +12V. Trên hình 3 mô tả một dòng dữ liệu điển hình của một byte dữ liệu trên cổng nối tiếp RS- 232. Khi ở trạng thái tĩnh trên đờng dẫn có điện áp -12V. Một bít khởi động (bít start ) sẽ mở đầu việc truyền dữ liệu. Tiếp đó là các bít dữ liệu riêng lẻ sẽ đến, trong đó những bít giá trị thấp sẽ đợc gửi trớc tiên. Con số của các bít dữ liệu thay đổi giữa 5và 8 bít. ở cuối của dòng dữ liệu còn một bít dừng (stop bít), để đặt trở lại trạng thái lối ra (-12V) Bằng tốc độ baud ta thiết lập tốc độ truyền dữ liệu và các giá trị thông thờng là 300; 600; 1200; 2400; 4800; 9600 và19200 baud. Và ở đây kí hiệu baud tơng ứng với số bít đợc truyền trong một giây. Từ đó ta thấy rằng có một bít start và bít stop đợc gửi cùng bít dữ liệu. Nhờ vậy ta có thể biết đợc tốc độ cực đại của dữ liệu đợc truyền nh vậy với mỗi byte đã có 10 bít đợc gửi. Với tốc độ 9600 baud cho phép truyền nhiều nhất là 960 byte mỗi giây. Qua cách tính này ta thấy một nhợc điểm không nhỏ của cổng truyền nối tiếp là tốc độ truyền dữ liệu bị hạn chế Còn với vấn đề nữa là khuôn mẫu (Format) truyền dữ liệu cần phải đợc thiết lập nh nhau cả ở hai bên (bên gửi và bên nhận). Các thông số Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính Lờ thnh sn http://www.ebook.edu.vn 7 truyền có thể đợc thiết lập trên các máy PC bằng các câu lệnh trên DOS. Ngay cả trên Window cũng có chơng trìng riêng để sử dụng nó. Khi đó các thông số truyền dữ liệu nh: tốc độ baud, số bít dữ liệu, số bít dừng, bít chẵn lẻ (parity) có thể đợc thiết lập một cách rất đơn giản. Sự trao đổi của đờng dẫn tín hiệu ở đây các đờng dẫn tín hiệu riêng biệt cũng Start bít Stopbít 12V LOW D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 -12V HIGH 104 s 1,04 ms H.3 dòng dữ liệu trên cổng RS- 232 với tốc độ 9600 baud cho phép trao đổi qua các địa chỉ trong máy tính PC. Trong trờng hợp này, ngời ta thờng sử dụng những vi mạch có mức độ tích hợp cao để có thể hợp nhất nhiều chức năng trên một chip. Máy tính PC thờng có hệ thu phát không đồng bộ vạn năng UART (Universal Asychronous Receiver/Transmitter) để điều khiển sự trao đổi thông tin giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi. Phổ biến nhất là vi mạch 8250 của hãng NSC hoặc các thế hệ tiếp theo chẳng hạn nh 16C55O. Bộ USAT này có 10 thanh ghi để điều khiển tất cả các chức năng của việc nhập vào và xuất ra dữ liệu theo cách nối tiếp - Bus Interface: giao diện bus - Transmitter Hold Register: thanh ghi dữ truyền - Transmitter Shift Register: thanh ghi dịch truyền Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính Lờ thnh sn http://www.ebook.edu.vn 8 - Interface Control Baud Generator: máy phát điều kiển tốc độ truyền số liệu baud - SDU logic: mạch logic SDU - Serial data : Số liệu nối tiếp . Truyền 1 SDU có sơ đồ nh sau: Thu 1 SDU có sơ đồ nh sau : - Bus Interface: giao diện bus - Receiver Buffer Register: thanh ghi đệm số liệu thu Bus Interface Interface Control Baud Generator Transmitter Hold Register SDU logic Transmitter Shift Register Hình 4 : Sơ đồ phát SDU Serial data Bus Interface Interface Control Baud Generator Receiver Buffer Register SDU logic Receiver Shift Register H.5 Sơ đồ thu SDU Serial data Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính Lờ thnh sn http://www.ebook.edu.vn 9 - Receiver Shift Register: thanh ghi dịch truyền - Interface Control Baud Generator: máy phát điều kiển tốc độ truyền số liệu baud - SDU logic: mạch logic SDU - Serial data : Số liệu nối tiếp . 3. Bộ thu phát không đồng bộ vạn năng USAT 8250 Bộ xử lý 8250 là một vi mạch dùng để biến đổi thông tin song song thành nối tiếp đợc lắp trên bản mạch chính của PC nhằm phục vụ cho trao đổi thông tin nối tiếp giữa PC và các thiết bị ngoại vi qua các cổng I/O với các đầu cắm vật lý (là các cổng COM) 3.1. Sơ đồ chân Vi mạch 8250 có 40 chân với các tín hiệu cơ bản nh hình 6. Con số chỉ số chân của 8250 chia thành các nhóm sau: a) Nhóm địa chỉ CS0, CS1, CS2: chọn vi mạch từ bộ giải mã An đến A3, tức là chọn tất cả các địa chỉ của các thanh ghi nội A0, A1, A2 : chọn 10 thanh ghi nội cụ thể của 8250 để xác định thanh ghi nào CPU đang tham nhập cho đọc hoặc viết CSOUT (chip select out): ở mức cao, cho biết VXL đã chọn vi mạch bởi CS0, CS1, CS2. ADS (address select): ở mức thấp, chỉ thị rằng tín hiệu địa chỉ và các tín hiệu số liệu. b) Nhóm tín hiệu số liệu D0 đến D7: đờng bus số liệu vào ra hai chiều với VXL - SIN (Serial in) : lối vào nối tiếp của số liệu vào từ thiết bị ngoài Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính Lờ thnh sn http://www.ebook.edu.vn 10 H.6 Sơ đồ chân của 8250 - - - - - - - - SOUT (serial out): lối ra nối tiếp của số liệu đa ra thiết bị ngoài - WR ( DOSTR ), WRC (DOSTR) hay DOUTS , DOUTS: các lối vào lệnh ghi của VXL , để VXL ghi số liệu hoặc lời điều khiển vào các thanh ghi nội của 8250. [...]... http://www.ebook.edu.vn 20 Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính Phần thực nghiệm Lờ thnh sn http://www.ebook.edu.vn 21 Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính I tổng quan hệ thống điều khiển Quá trình điều chỉnh tốc độ động cơ có rất nhiều phơng pháp việc điều chỉnh bằng tay hiện nay với các dây truyền sản xuất hiện đại hầu nh không còn đợc ứng dụng nữa mà thay vào đó là các quá trình ổn định tốc độ một cách tự động. .. của máy tính Trong các hệ thống đó có việc lấy tín hiệu phản hồi từ động cơ để điều khiển Trong đồ án này mục đích chính là thiết kế hoàn chỉnh hệ thống ổn định tốc độ động cơ điện một chiều bằng máy tính Việc ứng dụng máy tính vào quá trình điều chỉnh tốc độ động cơkhông có nghĩa là sẽ vứt bỏ các mạnh điện điều khiển truyền thống, mà máy tính chỉ thay thế con ngờn ở việc điều chỉnh tốc độ động cơ bằng. .. http://www.ebook.edu.vn 23 Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính điều khiển của động cơ, tiếp đó tín hiệu sẽ đợc đa tới để điều khiển động cơ Quá trình cứ liên tục nh vậy cho đến khi tốc độ động cơ đạt đợc băn gf tốc độ đặt Nhng PC thì liên tục kiểm tra tốc độ của động cơ kể cả khi ổn định 1.Thiết kế giao diện: Card Ghép nối Bộ biến đổi Song song-nt F A/D CS Bộ biến đổi Nối tiếp-SS D/A ĐC kđ/đc T Mạch Điều khiển Sơ... khởi tạo động cơ bắt đầu đợc khởi động và tốc độ sẽ tăng dần đến tốc độ đặt và ổn định ở tốc độ đặt đó Nếu vì một lý do nào đó tốc độ động cơ bị thay đổi tức là lệch khỏi giá trị mà ta đã đặt Khi đó giá trị điện áp ra của máy phát tốc FT sẽ thay đổi Giá trị này tăng khi tốc độ động cơ tăng lên lớn hơn so với tốc độ đặt ban đầu và ngợc lạI giảm khi tốc độ động cơ giảm xuống Tín hiệu từ máy phát tốc ra... Mạch Điều khiển Sơ đồ chi tiết hệ thống điều khiển tốc độ động cơ điện một Chiều T: Triger F: Máy phát tốc ĐC: Động cơ điện một chiều KĐ/ĐC: Bộ khuyếch đại tín hiệu đảo chiều động cơ Qua phân tích sự hoạt động cửa hệ thống ở trên, ta thấy giao diện nghép nối phảI thoả mãn đợc các nhiệm vụ sau: Lờ thnh sn http://www.ebook.edu.vn 24 Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính 1.Biến đổi tín hiệu analog sang... tổng quan về hệ thống điều khiển nh sau: Lờ thnh sn http://www.ebook.edu.vn 22 Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính Mạch Điều khiển ĐC Card Nghép nối COM FT Sơ đồ tổng quan hệ thống 1 Hoạt động của sơ đồ: Với hệ thống này ta mong muốn động sẽ luôn ổn định ở một tốc độ đặt nào đó, việc đặt trớc tốc đọ cho động cơ đợc thực hiện bằn phần mềm Khi hệ thống đợc khởi tạo thì tốc độ đặt ban đầu sẽ là giá... ứng của động cơ (sẽ có sơ đồ điều khiển ở phần sau) Với sơ đồ điều khiển công việc chủ yếu là thay đổi đIện áp (tín hiệu điều khiển) vào TRANZITOR, qua đó khống chế điện áp đặt vào phần ứng động cơ, tốc độ động cơ sẽ đợc thay đổi phù hợp Với hệ thống đang thiết kế công việc chính là phảI làm sao đa đợc tín hiệu điều khiển ra một cách tự động, chính xác và ổn định nhanh chóng tốc độ của động cơ Với sự... thống tự động theo dõi tốc độ động cơ Từ phân tích trên ta có thể dẫn ra một hệ thống nh sau Thông thòng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện ta có thể sử dụng các phơng pháp nh: thay đổi đIện áp đặt vào phần ứng động cơ hoặc thay đổi từ thông do đặc tính của máy tính là chỉ xử lý với các tín hiệu 0,1 tức là ứng với mức thấp, mức cao của đIện áp Do vậy ta sẽ chọn phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ đIện... thnh sn http://www.ebook.edu.vn 13 Sout Điều khiển tốc độ động cơ bằng máy tính 3.2 Sơ đồ khối Vi mạch 8250 đợc chia thành các khối chức năng sau : a) Khối điều khiển ngắt - Logic điều khiển ngắt - Thanh ghi nhận dạng ngắt b) Khối máy phát có - Máy phát baud - Các chốt bộ chia tần số, byte thấp, cao (LS) và (MS) để phát tần số muốn phát - Điều khiển và định thời máy thu, khối này có nhiệm vụ phát xung... Khối điều khiển modem gồm - Logic điều khiển modem - Thanh ghi điều khiển modem - Thanh ghi trạng thái modem d) Khối thu gồm - Thanh ghi dịch máy thu - Bộ ghi đệm máy thu e) Khối phát gồm - Thanh ghi đệm máy phát (Bộ ổn định máy phát) - Thanh ghi dịch máy thu f) Khối điều khiển chung gồm - thanh ghi dạng số liệu - thanh ghi trạng thái nối tiếp Lờ thnh sn http://www.ebook.edu.vn 14 Điều khiển tốc độ động