Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều Mục đích Trong ngành công nghiệp sản xuất đời sống, công tác điều khiển vận hành hiệu thiết bị nhằm tăng khả sản xuất, tăng chất lượng đồng thời tiết kiệm chi phí sane xuất chi phí cho việc bảo dưỡng thiết bị sản xuất giữ vai trò quan trọng Xuất phát từ yêu cầu điện tử tự động hóa đời song song với đời điện tử tự động hóa đời cải tiến khơng nghừng máy tính Nhớ máy vi tính mà làm nhiều cơng việc mà tốn nhiều công sức Để khai thác ưu điểm điện tử tự động hóa có bắt tay với máy tính, công việc điều khiển thiết bị điện trở nên đơn giản tiện Điều khiển máy điện ot lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng thiết bị, khí cụ sơ đồ điều khiển để phục vụ nhu cầu thay đổi đại lượng chuyển động momen, tốc độ hay điều khiển vị trí tùy theo yêu cầu phát sinh loại hình sản xuất Động chiều sử dụng từ lâu hệ truyền động có điều khiển tốc độ yêu cầu dải điều chỉnh lớn, độ ổn định tốc độ cao hệ thường xuyên hoạt động chế độ khởi động, hãm đảo chiều Nhờ có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt nên sử dụng phổ biến công nghiệp Một số ứng dụng quan trọng động chiều truyền động cho xe điện, má công cụ, máy nâng vận chuyển, mày nghiền Truyền động điện tốc độ chiếm phần lớn ứng dụng điều khiển đại lượng chuyển động Trong loại điều khiển thường gồm có động chấp hành, biến đổi công suất hệ thống điều khiển số Đương nhiên phải có lọc nguồn đầu vào đạt tiêu chauanr lọc nhiễu điện từ Để thay đổi tốc độ , động xoay chiều đòi hỏi phải thay đổi biên độ điện áp tần số động chiều cần thay đổi điện áp chiều chuyển mạch khí động chiều làm thay đổi tần số theo GVHD: Vũ Quốc Tuấn Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều Các động xoay chiều hầu hết khơng có chổi than, chi phsi ban đầu chi phsi bảo dưỡng thấp động chiều Tùy vào uwngs dụng mà việc chọn lựa loại động sử dụng phụ thuộc vào khách hàng Trong phạm vi báo cáo này, em xin trình bày vấn đề điều khiển tốc độ động chiều dùng hệ thống truyền thông Yêu cầu  Mạng truyền thông công nghiệp mong muốn đạt yêu cầu sau:  Độ xác cao, làm việc ổn định  Các tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ  Hướng điều chỉnh tốc độ ta điều chỉnh để có tốc độ lớn hay bé so với tốc độ tốc độ làm việc động điện đường đặc tính tự nhiên  Phạm vi điều chỉnh tốc độ (Dãy điều chỉnh):  Phạm vi điều chỉnh tốc độ D tỉ số tốc độ lớn nmax tốc độ bé nmin mà người ta điều chỉnh giá trị phụ tải định mức: D = nmax/nmin Trong đó: - nmax: Được giới hạn độ bền học - nmin: Được giới hạn phạm vi cho phép động cơ, thông thường người ta chọn nmin làm đơn vị.Phạm vi điều chỉnh lớn tốt phụ thuộc vào yêu cầu hệ thống, khả phương pháp điều chỉnh GVHD: Vũ Quốc Tuấn Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều Lựa chọn phương pháp xây dựng 3.1 Xây dựng cấu trúc mạng Cấu trúc mạng xếp phần tử khác (liên kết mạng, nút mạng ) mạng máy tính 3.1.1 Các dạng cấu trúc 3.1.1.1 Cấu trúc dạng bus Hình 1.1 Các dạng cấu trúc dạng bus - - Ưu điểm:  Tiết kiệm dây dẫn, công lắp đặt  Đơn giản, dễ lắp đặt  Một trạm hỏng hóc khơng gây ảnh hưởng tới phần lại  Cho phép thay trạm trạm khác làm việc Khuyết điểm:  Một tín hiệu gửi tới tất trạm với trình tự khơng kiểm sốt GVHD: Vũ Quốc Tuấn Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều  Phải hạn chế số trạm đoạn mạng, cần mở rộng mạng phải dùng tới lặp  Chiều dài dây dẫn lớn gây giảm chất lượng tín hiệu  Việc xác định vị trí gây lỗi gặp cố khó khăn  Khó khăn việc áp dụng cơng nghệ truyền tín hiệu cáp quang - Ứng dụng: Profibus, CAN, WorldFIP, AS-I, Ethernet 3.1.1.2 Cấu trúc mạch vịng tích cực Hình 1.2 dạng cấu trúc mạch vonhf tích cực - Ưu điểm:  Có thể thực với khoảng cách số trạm lớn  Biện pháp tránh xung đột thực đơn giản  Thích hợp cho việc sử dụng phương tiện truyền tín hiệu đại cáp quang, tia hồng ngoại  - Có khả xác định vị trí sảy cố Nhược điểm:  Một trạm hỏng gây ảnh hưởng đến tồn hệ thống, cần có biện pháp xử lý gặp cố: dùng đường dây phụ, dùng chuyển mạch tự động GVHD: Vũ Quốc Tuấn Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều - Ứng dụng:  Trong hệ thống có độ tin cậy cao như: Interbus, Token – Ring, FDDI GVHD: Vũ Quốc Tuấn Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều 3.1.1.3 Cấu trúc hình Là cấu trúc mạng có trạm trung tâm quan trọng tất nút khác, nút điều khiển hoạt động truyền thơng tồn mạng Hình 1.3 cấu trúc hình - - Ưu điểm:  Thiết lập mạng đơn giản, dễ dàng cấu hình lại mạng (thêm, bớt trạm)  Dễ dàng kiểm soát khắc phục cố  Tận dụng tối đa tốc độ truyền đường truyền vật lý Khuyết điểm:  Độ dài đường truyền nối trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (trong vòng 100m, với công nghệ nay) - Ứng dụng:  Trong phạm vi nhỏ  Mở rộng cấu trúc khác GVHD: Vũ Quốc Tuấn Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều 3.1.1.4 Cấu trúc hình Hình 1.4 Cấu trúc hình - Đặc điểm:  Không phải cấu trúc  Là liên kết nhiều mạng với cấu trúc khác thông qua liên kết mạng Đặc trưng phân cấp đường dẫn   Ứng dụng: LonWorks, DeviceNet, AS-i GVHD: Vũ Quốc Tuấn Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều 3.1.2 Chọn cấu trúc mạng cho hệ thống Trong hệ thống nhóm chọn dạng cấu trúc bus cho hệ thống vì: Cấu trúc đơn gian, tất thành viên mạng điều nối trực tiếp với đường thẳng chung => tiết kiệm dây dẫn công lắp đạt Nguyên tắc làm việc: Tại thời điểm định có thành viên mạng gữi tín hiệu, cịn thành viên khác có quyền nhận  Gữi tín hiệu: Dữ liệu mạng hình thái tín hiệu điện tử gữi tới máy tính mạng, nhiên thơng tin máy tính có địa so khớp với địa mã hóa tín hiệu gốc chấp nhận Mỗi lần có máy phát thơng điệp  Dội tín hiệu: Do tín hiệu tức tín hiệu điện từ gữi lên toàn mạng nên liệu từ đầu cáp tới đầu cáp Nếu tín hiệu phép tiếp tục khơng ngừng, dội lại dây cáp ngăn khơng cho máy tính khác gữi tín hiệu Do tín hiệu phải bị chặn lại sau đến đích Để tín hiệu khơng dội lại có thiết bị gọi terminator (điện trở cuối) đặt đầu cáp để hấp thụ tín hiệu tự Việc hấp thụ làm thông cáp cho phép máy tính khác gữi tín hiệu Kết luận 1: Từ phân tích trên, để phù hợp với mục đích, yêu cầu hệ thống, nhóm lựa chọn cấu trúc bus theo kiểu Trunk-line để sử dụng cho hệ thống GVHD: Vũ Quốc Tuấn Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều 3.2 Chọn kỹ thuật truyền dẫn 3.2.1 Các phương pháp truyền dẫn 3.2.1.1 Phương pháp truyền dẫn RS232 - Ưu điểm  Khả chống nhiễu cổng nối tiếp cao  Thiết bị ngoại vi tháo lắp máy tính cấp điện  Các mạch điện đơn giản nhận điện áp nguồn ni qua công nối tiếp - - Nhược điểm  RS-232 đấu ghép điểm- điểm, trực tiếp đối tác truyền thơng  RS-323 cho phép truyền tín hiệu xa  RS-232 tốc độ truyền không cao Ứng dụng  Kết nối với thiết bị điều khiển (các cổng RS-232, RS-422 ) ngành tự động hoá điều khiển  Kết nối với thiết bị điện tử dân dụng 3.2.1.2 Phương pháp truyền dẫn RS422 - - Ưu điểm  Giao tiếp hai hướng lúc  Cho phép nhiều người nhận  Thu phân, điều khiển phân liệu giá cao (10 megabaud 12 mét) Nhược điểm  RS-422 thực mạng lưới thông tin liên lạc thực đa điểm  RS-422/V.11 không cho phép nhiều trình điều khiển GVHD: Vũ Quốc Tuấn Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều - Ứng dụng  RS-422 dây cáp dùng để làm thường với cặp bảo vệ, dây nối đất  Một sử dụng chung RS-422 dành cho mở rộng 3.2.1.2 Phương pháp truyền dẫn RS485 - Ưu điểm  Chúng sử dụng có hiệu khoảng cách dài môi trường với tiếng ồn điện Nhiều người nhận kết nối với cấu hình Multi-drop  RS-485 cho phép truyền tín hiệu xa tốc độ truyền cho phép cao  RS-485 cho phép liên kết đa điểm, gồm nhiều đối tác truyền thông mạng - Nhược điểm  RS-485 có mạch điều khiển mà khơng tắt, trình điều khiển RS-485 cần phải đặt chế độ truyền tải cách rõ ràng  Sao vịng cấu trúc liên kết khơng khuyến khích phản xạ tín hiệu thấp cao chấm dứt trở kháng  - RS-485 xác định đặc tính điện máy phát điện người nhận Ứng dụng  Tín hiệu RS-485 sử dụng loạt hệ thống máy tính tự động hóa  RS-485 sử dụng cho tốc độ truyền liệu thấp thương mại cabin máy bay  RS-485 sử dụng hệ thống dây điện xe buýt đơn giản chiều dài cáp dài lý tưởng cho việc gia nhập thiết bị từ xa GVHD: Vũ Quốc Tuấn 10 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều  Nếu chọn parity chẵn, P tổng số bít chẵn  Nếu chịn parity lẻ, P tổng số bit lẻ  Nguyên lý hoạt động Để bắt đầu cho việc truyền liệu UART, START bit gửi đi, sau bit liệu kết thúc trình truyền STOP bit Khi trạng thái chờ mức điện mức (high) Khi bắt đầu truyền START bit sẻ chuyển từ xuống để báo hiệu cho nhận trình truyền liệu xảy Sau START bit đến bit liệu D0-D7 Sau truyền hết liệu đến Bit Parity để nhận kiểm tra tính đắn liệu truyền (vấn đề giải thích rõ tài liệu CRC thời gian tới) Cuối STOP bit báo cho thiết bị bit gửi xong Thiết bị nhận tiến hành kiểm tra khung truyền nhằm đảm báo tính đắn liệu 3.3.1.2.1 Giao thức TCP/IP Giao thức TCP/IP phát triển từ mạng ARPANET Internet dùng giao thức mạng vận chuyển mạng Internet TCP (Transmission Control Protocol) giao thức thuộc tầng vận chuyển IP (Internet Protocol) giao thức thuộc tầng mạng mơ hình OSI Họ giao thức TCP/IP giao thức sử dụng rộng rãi để liên kết máy tính mạng 3.3.2 Trong hệ thống chọn giao thức mạng giao thức TCP/IP giao thức điều khiền giao thức UART  Giao thức TCP/IP Hiện máy tính hầu hết mạng sử dụng giao thức TCP/IP để liên kết với thông qua nhiều hệ thống mạng với kỹ thuật khác Giao thức TCP/IP thực chất họ giao thức cho phép hệ thống mạng làm việc với thông qua việc cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng TCP/IP "Cụm giao thức", hầu hết gọi giao thức TCP/IP Đúng tên GVHD: Vũ Quốc Tuấn 15 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều hiểu hai giao thức khác nhau: TCP (Transmission Control Protocol – Giao thức điều khiển truyền ) IP (Internet Protocol – Giao thức Internet)  Cấu trúc TCP/IP Hình 1.7 Cấu trúc TCP/IP Bảng 1.1 giải thích lớp TCP/IP Cấu trúc TCP/IP Chức Hỗ trợ cần thiếc cho nhiều ứng dụng khác FTP(chuyển giao file),FNS ( quản lý Lớp ứng dụng tra cứu danh sách tên địa Internet), TELNET(cho làm việc với trạm chủ từ xa),SMTP(cho chuyển thư điện tử), SNMP(cho quản trị mạng) Theo chế bảo đảm liệ vận chuyển cách tin cậy hồn tồn khơng phụ thuộc vào đặc tính úng dụng Lớp vận chuyển sử dụng tài liệu: TCP(hỗ trợ việc trao đổi liệu sở dịch vụ có nối), UDP(hỗ trợ việc trao đổi liệu sở dịch vụ GVHD: Vũ Quốc Tuấn 16 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều có nối) Chuyển giao liệu nhiều mạng Lớp Internet liên kết với Liên quan đến việc trao đổi liệu trạm thiết bị mạng.(kiểm Lớp truy nhập mạng sốt truy nhập mơi trường truyền dẫn, kiểm lỗi lưu thông liệu) Đề cập đến giao diện vật lý giwaux thiết bị truyền liệu (PC, PLC) với môi Lớp vật lý trường dẫn hay mạng, có đặc tính tín hiệu chế độ truyền, tốc độ truyền, cấu trức học phích cắm/giắc cắm  Địa IP: Mỗi địa IP chia thành phần : Phần địa mạng (Net ID) phần địa trạm (Host ID)  Net ID: Dùng để nhận dạng hệ thống khu vực vật lý gọi Phân Đoạn (Segment) Mọi hệ thống Phân Đoạn phải có Địa Chỉ Mạng Phần địa phải số mạng có  Host ID: Dùng để nhận dạng trạm làm việc, máy chủ, Router trạm TCP/IP phân đoạn Phần địa trạm phải mạng  Lớp địa chỉ:  Có lớp địa IP để tạo mạng có kích thước khác gồm: Lớp A, Lớp B, Lớp C, Lớp D, Lớp E  TCP/IP hỗ trợ gán địa lớp A, lớp B, lớp C cho trạm  Các lớp có chiều dài phần NET ID HOST ID khác nên số lượng mạng số lượng Trạm mạng khác GVHD: Vũ Quốc Tuấn 17 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều  Subnet Mask:  Để biết Trạm đích thuộc Mạng cục hay xa Trạm nguồn cần thơng tin khác Thơng tin Subnet Mask  Subnet Mask địa 32 bit sử dụng để che phần địa IP Bằng cách máy tính xác định đâu Net ID đâu Host ID địa IP  Mỗi Trạm mạng TCP/IP yêu cầu có Subnet Mask.Nó gọi Subnet Mask mặc định, chưa chia Subnet (và có Subnet Đơn), gọi Subnet Mask tùy ý chia thành nhiều Subnet Kết luận 3: Từ phân tích trên, để phù hợp với mục đích, u cầu hệ thống, nhóm lựa chọn phương pháp truyền liệu phổ biến để ứng dụng cho hệ thống TCP/IP VÀ UART 3.4 Phương pháp truy cập bus 3.4.1 Các phương pháp truy cập bus 3.4.1.1 Phương pháp chủ tớ (Master/Slave)  Ưu điểm  Việc kết nối với trạm tớ đơn giản, đỡ tốn kém, việc tích hợp thêm chức sử lý truyền thông đơn giản  Nhược điểm  Hiệu suất trao đổi thông tin trạm không cao liệu qua trạm chủ   Độ tin cậy cảu hệ thống truyền thơng phụ thuộc hồn toàn vào trạm chủ Ứng dụng: Trong hệ thống bus cấp thấp 3.4.1.2 Phương pháp TDMA (Time Division Multiple Access) - Nguyên tắc làm việc  Mỗi trạm phân chia thời gian truy cập bus GVHD: Vũ Quốc Tuấn 18 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều -  Có thể có khơng có trạm chủ  Có tính thời gian thực Ứng dụng  Trong ứng dụng thời gian thực  Kết hợp với phương pháp Master/Slave 3.4.1.3 Phương pháp Token Passing - Ưu điểm:  Các trạm tớ quyền gữi thông tin đi, mà cịn có via trị kiểm sốt hoạt động số trạm khác - Nhược điểm  Mỗi trạm quyền truy cập bus gữi thông tin thời gian định 3.4.1.4 Phương pháp CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) - Ưu điểm  Tính chất đơn giản, linh hoạt  Việc ghép thêm hay bỏ trạm mạng khơng ảnh hưởng tới hoạt động hệ thống - Nhược điểm  Tính bất định thời gian phản ứng  Các trạm điều bình đẳng nên q trình chờ trạm lặp đi, lặp lại, khơng xác định tương đối xác thời gian  - Hiệu suất sử dụng đường truyền thấp Ứng dụng  Ứng dụng rộng rãi mạng Ethernet 3.4.2 Lựa chọn phương pháp Trong hệ thống nhóm chọn phương pháp Master/Slave GVHD: Vũ Quốc Tuấn 19 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều Hình 1.8 Sơ đồ truyền dẫn phương pháp Master/Slave - Nguyên tắc làm việc:  Trạm chủ (Master): Có trách nhiệm chủ động phân chia quyền truy cập cho trạm tớ (Slave)  Trạm chủ sử dụng phương pháp hỏi vịng (polling) theo chu kỳ để kiểm soát hệ thống  Trạm tớ (Slave): Đóng vai trị bị động, có quyền truy cập BUS gửi tín hiệu co yêu cầu  Trình tự tham gia giao tiếp trạm tớ người sử dụng quy định trước (tiền định) công cụ tạo lập cấu hình => tính thời gian thực Kết luận 4: Từ phân tích trên, để phù hợp với mục đích, u cầu hệ thống, nhóm lựa chọn phương pháp truyền liệu theo dạng Master/Slave để ứng dụng cho hệ thống 3.5 Bảo toàn liệu 3.5.1 Các phương bảo toàn liệu - Parity chiều hai chiều - CRC - Nhồi bit 3.5.1.1 Bit chẵn lẽ chiều (Parity bit) GVHD: Vũ Quốc Tuấn 20 ... chuyển mạch tự động GVHD: Vũ Quốc Tuấn Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều - Ứng dụng:  Trong hệ thống có độ tin cậy cao... phương pháp phổ biến phương pháp truyền dẫn RS232 để nghiên cứu, ứng dụng cho báo cáo GVHD: Vũ Quốc Tuấn 13 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ. .. Tuấn 18 Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống truyền thông Ứng dụng để điều khiển tốc độ động điện chiều -  Có thể có khơng có trạm chủ  Có tính thời gian thực Ứng dụng  Trong ứng dụng