Thiết kế mô hình đo và điều khiển nhiệt độ giao tiếp Module Analog PLC S7 - 200

BOÄ GIAÙO DUÏC & ÑAØO TAÏO ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP. HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT KHOA ÑIEÄN BOÄ MOÂN ÑIEÄN TÖÛ LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP Ñeà taøi: THIEÁT KEÁ MOÂ HÌNH ÑO VAØ ÑIEÀU KHIEÅN NHIEÄT ÑOÄ GIAO TIEÁP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 SVTH : HUYØNH THIEÂN BAÛO LÔÙP : 95KÑÑ GVHD : NGUYEÃN XUAÂN ÑOÂNG TP. HOÀ CHÍ MINH THAÙNG 3 – 2000 BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO COÄNG HOØA XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA TP.HOÀ CHÍ MINH ÑOÄC LAÄP -TÖÏ DO- HAÏNH PHUÙC TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT KHOA ÑIEÄN BOÄ MOÂN ÑIEÄN –ÑIEÄN TÖÛ NHIEÄM VUÏ LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP Hoï vaø teân sinh vieân : HUYØNH THIEÂN BAÛO Lôùp : 95KÑÑ Ngaønh : ÑIEÄN –ÑIEÄN TÖÛ 1.Teân ñeà taøi: THIEÁT KEÁ MOÂ HÌNH ÑO VAØ ÑIEÀU KHIEÅN NHIEÄT ÑOÄ GIAO TIEÁP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 2. Caùc Soá Lieäu Ban Ñaàu: 3. Noäi Dung Phaàn Thuyeát Minh: 4.Giaùo vieân höôùng daãn: NGUYEÃN XUAÂN ÑOÂNG 5.Ngaøy giao nhieäm vuï: 13-12-1999 6.Ngaøy hoaøn thaønh nhieäm vuï: 28-2-2000 Giaùo vieân höôùng daãn Thoâng qua boä moân Ngaøy…Thaùng ….Naêm 2000 Chuû nhieäm boä moân BAÛN NHAÄN XEÙTLUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP CUÛA GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN Hoï vaø teân sinh vieân : HUYØNH THIEÂN BAÛO Lôùp : 95KÑÑ Ngaønh : ÑIEÄN –ÑIEÄN TÖÛ Teân ñeà taøi: THIEÁT KEÁ MOÂ HÌNH ÑO VAØ ÑIEÀU KHIEÅN NHIEÄT ÑOÄ GIAO TIEÁP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 Noäi dung luaän vaên toát nghieäp: Nhaän xeùt cuûa giaùo vieân höôùng daãn : Giaùo vieân höôùng daãn (kyù vaø ghi roõ hoï teân) NGUYEÃN XUAÂN ÑOÂNG BAÛN NHAÄN XEÙT LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP CUÛA GIAÙO VIEÂN PHAÛN BIEÄN Hoï vaø teân sinh vieân : HUYØNH THIEÂN BAÛO Lôùp : 95KÑÑ Ngaønh : ÑIEÄN –ÑIEÄN TÖÛ Teân ñeà taøi: THIEÁT KEÁ MOÂ HÌNH ÑO VAØ ÑIEÀU KHIEÅN NHIEÄT ÑOÄ GIAO TIEÁP MODULE ANALOG PLC S7 - 200 Noäi dung luaän vaên toát nghieäp: Nhaän xeùt cuûa giaùo vieân phaûn bieän: Giaùo vieân phaûn bieän (kyù vaø ghi roõ hoï teân)  MUÏC LUÏC Trang Phaàn A : GIÔÙI THIEÄU Phaàn B : NOÄI DUNG Phaàn I : LYÙ THUYEÁT LIEÂN QUAN Chöông I :CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑO NHIEÄT ÑOÄ 1 I – Khaùi nieäm chung 1 II – Caùc phöông phaùp ño nhieät ñoä 2 III – Giôùi thieäu moät soá maïch ño nhieät ñoä 17 IV – Giôùi thieäu moät soá maïch khoáng cheá nhieät ñoä 20 Chöông II : GIÔÙI THIEÄU TOÅNG QUAÙT VEÀ PLC 25 I – Sô löôïc veà lòch söû phaùt trieån 25 II – Caáu truùc vaø nghieân cöùu hoaït ñoäng cuûa moät PLC 25 III – So saùnh PLC vôùi caùc heä thoáng ñieàu khieån khaùc – Lôïi ích cuûa vieäc söû duïng PLC IV – Moät vaøi lónh vöïc tieâu bieåu öùng duïng PLC 30 V – Giôùi thieäu veà Module Analog EM235 cuûa PLC S7 – 200, CPU 214 30 Chöông III : GIÔÙI THIEÄU VEÀ SCR VAØ CAÙC IC ÑÖÔÏC SÖÛ DUÏNG TRONG MAÏCH 36 Phaàn II : NOÄI DUNG A – THIEÁT KEÁ PHAÀN CÖÙNG 39 I – Yeâu caàu 39 II – Sô ñoà khoái – Nguyeân lyù hoaït ñoäng döïa theo sô ñoà khoái 39 III – Thieát keá chi tieát 39 1 – Maïch caûm bieán nhieät ñoä vaø maïch khueách ñaïi 39 2 – Maïch ñieàu khieån 43 3 – Maïch giaûi maõ – Hieån thò 48 4 – Thieát bò 51 5 – Nguoàn cung caáp 51 6 – Sô ñoà nguyeân lyù 54 B – PHAÀN MEÀM 55 1 – Quan heä giöõa nhieät ñoä vaø döõ lieäu 12 bit ôû ñaàu ra cuûa boä chuyeån ñoåi ADC 55 2 – Chöông trình ñieàu khieån 57 Phaàn III : THI COÂNG MAÏCH I – Sô ñoà boá trí linh kieän vaø maïch in 66 II – Caân chænh maïch ñaàu ño 69 Phaàn C : KEÁT LUAÄN – TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 70 PHAÀN I: LYÙ THUYEÁT LIEÂN QUAN CHÖÔNG I :CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑO NHIEÄT ÑOÄ I-Khaùi nieäm chung: Trong nghieân cöùu khoa hoïc, trong saûn xuaát cuõng nhö trong ñôøi soáng sinh hoaït haèng ngaøy, luoân luoân caàn xaùc ñònh nhieät ñoä cuûa moâi tröôøng hay cuûa moät vaät naøo ñoù. Vì vaäy vieäc ño nhieät ñoä ñaõ trôû thaønh moät vieäc laøm voâ cuøng caàn thieát. Ño nhieät ñoä laø moät trong nhöõng phöông thöùc ño löôøng khoâng ñieän. Nhieät ñoä caàn ño coù theå raát thaáp (moät vaøi ñoä Kelvin), cuõng coù theå raát cao (vaøi ngaøn, vaøi chuïc ngaøn ñoä Kelvin). Ñoä chính xaùc cuûa nhieät ñoä coù khi caàn tôùi moät vaøi phaàn ngaøn ñoä, nhöng coù khi vaøi chuïc ñoä cuõng coù theå chaáp nhaän ñöôïc. Vieäc ño nhieät ñoä ñöôïc tieán haønh nhôø caùc duïng cuï hoã trôï chuyeân bieät nhö caëp nhieät ñieän, nhieät ñieän trôû, diode vaø transistor, IC caûm bieán nhieät ñoä, caûm bieán thaïch anh … Tuøy theo khoaûng nhieät ñoä caàn ño vaø sai soá cho pheùp maø ngöôøi ta löïa choïn caùc loaïi caûm bieán vaø phöông phaùp ño cho phuø hôïp: - Khoaûng nhieät ñoä ño baèng phöông phaùp tieáp xuùc vaø duøng caëp nhieät ñieän laø töø 2000C ñeán 10000C,ñoä chính xaùc coù theå ñaït tôùi +/-1% -> 0.1%. - Khoaûng nhieät ñoä ño baèng phöông phaùp tieáp xuùc vaø duøng caëp nhieät ñieän (caëp nhieät ngaãu) laø töø –2700C ñeán 25000C vôùi ñoä chính xaùc coù theå ñaït tôùi +/-1% -> 0.1%. - Khoaûng nhieät ñoä ño baèng phöông phaùp tieáp xuùc vaø duøng caùc caûm bieán tieáp giaùp P-N (diode, transistor, IC) laø töø –2000C ñeán 2000C,sai soá ñeán +/-0.1%. - Caùc phöông phaùp ño khoâng tieáp xuùc nhö böùc xaï,quang phoå… coù khoaûng ño töø 10000C ñeán vaøi chuïc ngaøn ñoä C vôùi sai soá +/-1% -> 10%. Thang ño nhieät ñoä goàm: thang ño Celcius(0C), thang ño Kelvin (0K), thang ño Fahrenheit (0F), thang ño Rankin (0R). T(0C) = T(0K) – 273.15 T(0F) = T(0R) - 459.67 T(0C) = [ T(0F) –32 ]*5/9 T(0F) = T(0C)*9/5 +32 *Söï lieân heä giöõa caùc thang ño ôû nhöõng nhieät ñoä quan troïng: Kelvin(0K) Celcius(0C) Rankin(0R) Fahrenheit(0F) 0 -273.15 0 -459.67 273.15 0 491.67 32 273.16 0.01 491.69 32.018 373.15 100 671.67 212 II-Caùc phöông phaùp ño nhieät ñoä: Ta coù theå chia quaù trình ño nhieät ñoä ra laøm ba khaâu chính: a-Khaâu chuyeån ñoåi: Khaâu chuyeån ñoåi nhieät ñoä thöôøng döïa vaøo nhöõng bieán ñoåi mang tính ñaëc tröng cuûa vaät lieäu khi chòu söï taùc ñoäng cuûa nhieät ñoä. Coù caùc tính chaát ñaëc tröng sau ñaây: - Söï bieán ñoåi ñieän trôû. - Söùc ñieän ñoäng sinh ra do söï cheânh leäch nhieät ñoä ôû caùc moái noái cuûa caùc kim loaïi khaùc nhau. - Söï bieán ñoåi theå tích, aùp suaát. - Söï thay ñoåi cöôøng ñoä böùc xaï cuûa vaät theå khi bò ñoát noùng. Ñoái vôùi chuyeån ñoåi nhieät ñieän, ngöôøi ta thöôøng döïa vaøo hai tính chaát ñaàu tieân ñeå cheá taïo ra caùc caëp nhieät ñieän (Thermocouple), nhieät ñieän trôû kim loaïi hay baùn daãn, caùc caûm bieán nhieät ñoä döôùi daïng caùc linh kieän baùn daãn nhö: diode, transistor, caùc IC chuyeân duøng. b-Khaâu xöû lyù: Caùc thoâng soá veà ñieän sau khi ñöôïc chuyeån ñoåi töø nhieät ñoä seõ ñöôïc xöû lyù tröôùc khi qua ñeán phaàn chæ thò. Caùc boä phaän ôû khaâu xöû lyù goàm coù: phaàn hieäu chænh, khueách ñaïi, bieán ñoåi ADC (Analog-Digital-Converter)… Ngoaøi ra coøn coù theå coù caùc maïch ñieän boå sung nhö: maïch buø sai soá, maïch phoái hôïp toång trôû… c-Khaâu chæ thò: Khaâu chæ thò tröôùc ñaây thöôøng söû duïng caùc cô caáu cô ñieän, ôû ñoù keát quaû ño ñöôïc theå hieän baèng goùc quay hoaëc söï di chuyeån thaúng cuûa kim chæ thò. Ngaøy nay, vôùi söï phaùt trieån cuûa coâng ngheä ñieän töû, ñaõsaûn xuaát nhieàu loaïi IC giaûi maõ, IC soá chuyeân duøng trong bieán ñoåi ADC, vì vaäy cho pheùp ta söû duïng khaâu chæ thò soá deã daøng nhö duøng LED 7 ñoaïn hoaëc maøn hình tinh theå loûng LCD. ÔÛ ñoù, keát quaû ño ñöôïc theå hieän baèng caùc con soá trong heä thaäp phaân. 1-Ño nhieät ñoä baèng nhieät ñieän trôû: Nhieät ñieän trôû thöôøng duøng ñeå ño nhieät ñoä cuûa hôi nöôùc, khí than trong caùc ñöôøng oáng, caùc loø phaûn öùng hoùa hoïc, caùc noài hôi, khoâng khí trong phoøng … Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa thieát bò naøy laø döïa vaøo söï thay ñoåi ñieän trôû theo nhieät ñoä cuûa caùc vaät daãn ñieän, töùc laø ñieän trôû laø moät haøm theo nhieät ñoä: R = f(T). Cuoän daây ñieän trôû thöôøng naèm trong oáng baûo veä, tuøy theo coâng duïng maø voû ngoaøi coù theå laøm baèng thuûy tinh, kim loaïi hoaëc goám. Ñoái vôùi haàu heát caùc vaät lieäu daãn ñieän thì giaù trò ñieän trôû R tuøy thuoäc vaøo nhieät ñoä T theo moät haøm toång quaùt sau: R(T) = Ro.F(T – To) Vôùi : Ro :ñieän trôû ôû nhieät ñoä To F : haøm phuï thuoäc vaøo ñaëc tính cuûa vaät lieäu F = 1 khi T = To -Ñoái vôùi ñieän trôû kim loaïi : R(T) = Ro( 1 + AT + BT2 + CT3) T : tính baèng 0C To = 00C -Ñoái vôùi nhieät ñieän trôû baèng oxyt baùn daãn : R(T) = Ro.exp[ B(1/T –1/To)] T : nhieät ñoä tuyeät ñoái (0K) To = 273.150K Nhöõng heä soá trong coâng thöùc tính ñieän trôû R thöôøng ñöôïc bieát tröôùc moät caùch chính xaùc nhôø söï ño nhöõng nhieät ñoä ñaõ bieát. a)Nhieät ñieän trôû kim loaïi (Thermetal): Nhieät ñieän trôû kim loaïi ñöôïc cheá taïo döôùi daïng daây nhoû quaán quanh moät ñeá caùch ñieän (thöôøng baèng söù troøn, deïp hay voøng xuyeán) vaø ñöôïc boïc baèng moät lôùp voû baûo veä (thuyû tinh, söù, thaïch anh …). Vaät lieäu cheá taïo nhieät ñieän trôû kim loaïi ñoøi hoûi caàn phaûi thoûa caùc yeâu caàu: -Heä soá nhieät lôùn. -Ñieän trôû suaát lôùn. -Tính oån ñònh hoùa-lyù cao. -Tính thuaàn khieát veà maët caáu taïo hoùa hoïc cao. G RB E R2 RN Rt R1 *Muoán ño ñieän trôû cuûa nhieät ñieän trôû kim loaïi,ta coù theå duøng maïch caàu Wheatston nhö sau: vôùi Rt : nhieät ñieän trôû RN :ñieän trôû maãu RB : ñieän trôû chænh doøng qua nhieät ñieän trôû E : nguoàn moät chieàu R1 ,R2 : ñieän trôû caàu ño RV :ñieän trôû daây daãn nhieät ñieän trôû Khi caàu caân baèng thì doøng qua ñieän keá G baèng 0 : VR1 = VR2 VRT = VRN Neáu doøng qua R1 vaø Rt laø I1 ,doøng qua R2 vaø RN laø I2 : I1.R1 = I2.R2 I1.Rt = I2.RN Rt RN R1 => ----- = ---- => Rt = ------.RN R1 R2 R2 R1 Neáu chuù yù caû ñieän trôû caùc daây daãn thì : Rt = ___ .RN – 2RV R2 Vôùi trò soá R1,R2,RN ñaõ bieát chính xaùc,ñieän trôû Rt ñöôïc xaùc ñònh. Keát quaû ño ,Rt khoâng phuï thuoäc vaøo nguoàn cung caáp E.Nguoàn E thay ñoåi vaãn khoâng aûnh höôûng ñeán keát quaû ño Rt .Ñaây chính laø öu ñieåm cuûa phöông phaùp ño. Ñoä chính xaùc cuûa söï xaùc ñònh Rt phuï thuoäc vaøo ñoä nhaïy cuûa ñieän keá G. Ñoä nhaïy cuûa ñieän keá caøng cao ,söï xaùc ñònh caân baèng caøng ñuùng. Ngoaøi ra sai soá cuûa ñieän trôû R1, R2,RN cuõng aûnh höôûng ñeán sai soá cuûa Rt. Ñieän trôû ñaàu ra cuûa maïch ñaàu ño: RRA = (R1 + R2)//(RN + Rt) Trong thöïc teá, ngöôøi ta thöôøng giöõ cho doøng ñieän qua nhieät ñieän trôû trong khoaûng I = (1 -> 4) mA ôû pheùp ño caàn ñoä chính xaùc cao vaø I=(4>10)mA ôû pheùp ño caàn ñoä chính xaùc thaáp hôn (trong coâng nghieäp),vì neáu ñeå doøng chaûy qua nhieät ñieän trôû lôùn thì hieän töôïng töï nung ôû nhieät ñieän trôû laø ñaùng keå, seõ gaây ra moät sai soá lôùn, laøm maát ñaëc tính caûm bieán nhieät cuûa nhieät ñieän trôû. *Löu yù khi söû duïng nhieät ñieän trôû : -Khi mua nhieät trôû caàn caên cöù vaøo quy caùch ñeå choïn nhieät ñieän trôû phuø hôïp vôùi ñieàu kieän ño.Ví duï neáu caàn ño trong moâi tröôøng deã aên moøn thì phaûi duøng loaïi voû baèng theùp hôïp kim khoâng ræ coù tính choáng moøn. Nhieät ñoä vaø aùp löïc moâi tröôøng ño khoâng vöôït quaù giôùi haïn quy ñònh cuûa töøng loaïi. -Khoâng neân ñaët nhieät keá ôû nhöõng nôi coù chaán ñoäng, rung ñoäng, va chaïm. Ñaàu daây noái vaøo daây ñoàng hoà chæ nhieät ñoä khoâng ñöôïc noùng quaù 1000C. Vò trí ñaët can nhieät (loaïi nhieät ñieän trôû coù voû baûo veä) toát nhaát laø theo höôùng thaúng ñöùng. Khi buoäc phaûi ñaët höôùng vò trí naèm ngang thì phaûi quay oå ñaáu daây ra cuûa nhieät ñieän trôû theo höôùng xuoáng döôùi ñeå traùnh nöôùc loït vaøo. Neáu ño nhieät ñoä ôû ñöôøng oáng coù doøng khí hoaëc nöôùc chaûy qua thì vò trí ñaàu ño caàn ñaët quaù taâm oáng (ñaàu oáng ôû vò trí 2/3 ñöôøng kính oáng nöôùc hoaëc khí). *Moät soá nhieät ñieän trôû kim loaïi thoâng duïng: -Nhieät ñieän trôû Platin: Nhieät ñieän trôû Platin thöôøng ñöôïc cheá taïo döôùi daïng daây quaán ñöôøng kính (0.05 -> 0.1)mm, ño nhieät ñoä töø –2000C -> 10000C vôùi ñoä chính xaùc töông ñoái cao,ngay caû trong nhöõng ñieàu kieän moâi tröôøng deã oxy hoùa (a = 3,9.10-3/0C). Tuy nhieân, ôû nhieät ñoä xaáp xæ 10000C hoaëc cao hôn, Platin thöôøng keùm beàn vaø chæ thò nhieät maát chính xaùc. -Nhieät ñieän trôû Nickel: Coù öu ñieåm laø ñoä nhaïy nhieät raát cao (6,66.10-3/0C) töø 00C ñeán 1000C, ñieän trôû suaát laø 1,617.10-8 (coøn cuûa Platin laø 1,385.10-8). Nickel choáng laïi söï oxy hoùa, thöôøng ñöôïc duøng ôû nhieät ñoä nhoû hôn 2500C. -Nhieät ñieän trôû ñoàng: Ñöôïc söû duïng vì ñaëc tuyeán raát tuyeán tính cuûa söï thay ñoåi ñieän trôû theo nhieät. Tuy nhieân vì phaûn öùng hoùa hoïc neân khoâng cho pheùp söû duïng ôû nhieät ñoä lôùn hôn 1800C, vaø vì ñieän trôû suaát beù neân khi duøng, ñeå ñaûm baûo coù giaù trò ñieän trôû nhaát ñònh, chieàu daøi daây phaûi lôùn gaây neân moät söï coàng keành baát tieän. -Nhieät ñieän trôû Tungsteøne: Coù ñoä nhaïy nhieät cuûa ñieän trôû lôùn hôn cuûa Platin trong tröôøng hôïp nhieät ñoä cao vaø noù thöôøng ñöôïc söû duïng ôû nhieät ñoä cao hôn Platin vôùi moät ñoä tuyeán tính hôn Platin.Tungsteøne coù theå ñöôïc caáu taïo döôùi daïng nhöõng sôïi raát maûnh cho pheùp thöïc heän ñieän trôû coù giaù trò cao, nhö vaäy vôùi giaù trò ñieän trôû cho tröôùc, chieàu daøi daây seõ giaûm thieåu. b)Nhieät ñieän trôû baùn daãn (Thermistor): Ñaây laø loaïi caûm bieán nhieät nhaïy caûm vôùi söï thay ñoåi nhieät ñoä, ñöôïc cheá taïo baèng chaát baùn daãn, thöôøng goïi laø Thermistor. Ñaëc ñieåm cuûa Thermistor laø ñieän trôû cuûa noù bieán ñoåi raát lôùn theo nhieät ñoä. Thaønh phaàn chính cuûa noù laø boät cuûa oxyt kim loaïi nhö Mangan, Nickel, saét… hoaëc hoãn hôïp tinh theå MnAl2O, Zn2TiO4. Nhieät keá Thermistor ñöôïc cheá taïo baèng caùch eùp ñònh hình, sau ñoù nung noùng ñeán 1000C trong moâi tröôøng oxy hoùa.Vieäc choïn tyû leä hoãn hôïp caùc oxyt hoaëc hoãn hôïp tinh theå vaø moâi tröôøng nung giöõ vai troø quan troïng, quyeát ñònh chaát löôïng cuûa Thermistor. Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, caùc nhieät keá Thermistor ñöôïc söû duïng nhieàu vì noù coù öu ñieåm: ñoä nhaïy cao, ñaëc tính nhieät oån ñònh, kích thöôùc nhoû, hình daùng thay ñoåi deã daøng khi cheá taïo. Nhieät ñieän trôû baùn daãn chia laøm hai loaïi: +Nhieät ñieän trôû coù heä soá nhieät döông PT (Positive Thermistor) laøm vieäc treân nguyeân taéc: khi nhieät ñoä taêng thì R taêng, loaïi naøy caáu taïo töø moät trong nhöõng hôïp chaát sau: Ceramic, Saét, Titan, Bari… +Nhieät ñieän trôû coù heä soá nhieät aâm NT (Negative Thermistor) laøm vieäc treân nguyeân taéc khi nhieät ñoä taêng thì R giaûm. Thaønh phaàn chính cuûa loaïi naøy laø boät oxyt kim loaïi Mn, Fe,Ni hoaëc caùc hoãn hôïp tinh theå Aluminate Mn (MnAl2O) , Titanate keõm (Zn2TiO4). *Nguyeân lyù laøm vieäc – Ñaëc tuyeán laøm vieäc: M O R T A B C -Ñaëc tuyeán nhieät ñoä cuûa nhieät ñieän trôû baùn daãn loaïi PT: Vuøng A : heä soá nhieät aâm Vuøng B : heä soá nhieät döông raát lôùn Vuøng C : heä soá nhieät aâm saâu, vuøng naøy raát nguy hieåm vaø nhieät ñieän trôû deã bò phaù huûy. Ñieåm M: laø ñieåm ñieàu haønh nhieät ñieän trôû.Ñaùp öùng nhieät ñoä töùc thôøi khi cöôøng ñoä doøng taêng voït, nhieät ñieän trôû hoaït ñoäng bình thöôøng trong khi chôø ñeán nhieät ñoä taêng. Heä soá nhieät vaø ñieåm ñieàu haønh naøy thay ñoåi theo thaønh phaàn caùc hôïp chaát caáu taïo Thermistor. Ñoä bieán thieân coù theå töø 10% ñeán 90% treân ñoä baùch phaân. -Ñaëc tuyeán nhieät ñoä cuûa nhieät ñieän trôû baùn daãn loaïi NT: R T O Ñaëc tuyeán cuûa NT coù daïng hyperbol do söï thay ñoåi cuûa chaát baùn daãn theo nhieät ñoä. Trò soá cuûa ñieän trôû giaûm raát nhanh khi nhieät ñoä taêng. Quan heä naøy ñöôïc bieåu dieãn bôûi haøm: R(T) = A.eB/T A : heä soá ñieän trôû phuï thuoäc ñieän trôû suaát cuûa baùn daãn. B : heä soá nhieät phuï thuoäc vaøo tính chaát vaät lyù cuûa vaät lieäu laøm chaát baùn daãn vaø loaïi Thermistor. B = 3000 ->5000 : thermistor ño nhieät ñoä thaáp B = 6000 ->13000 : thermistor ño nhieät ñoä cao. Khi nhieät ñoä caøng giaûm thì ñoä nhaïy cuûa Thermistor caøng taêng.Ñoù laø moät öu ñieåm cuûa nhieät keá naøy. Phaïm vi söû duïng thermistor töø 1000C ñeán 4000C. Vì laø chaát baùn daãn neân khi söû duïng ôû nhieät ñoä cao hôn 2000C thì Thermistor phaûi coù boïc chaát lieäu nhieät. 2-Ño nhieät ñoä baèng caëp nhieät ñieän (Thermocouple) : Nhieät ñoä caàn ño ñöôïc caëp nhieät chuyeån ñoåi thaønh söùc ñieän ñoäng ñeå ñöa vaøo caùc voltmet chæ thò baèng kim,baèng vaïch saùng hoaëc baèng caùc con soá. *Caáu taïo-Ñaëc tính toång quaùt : Moät caëp nhieät ñöôïc caáu taïo bôûi hai daây daãn A vaø B vaø taïi hai ñieåm tieáp xuùc cuûa chuùng coù nhieät ñoä T1 vaø T2 seõ taïo ra moät söùc ñieän ñoäng ET2T1A/B tuøy thoäc moät maët vaøo vaät lieäu cuûa A vaø B, maët khaùc tuøy thuoäc vaøo T1 vaø T2. Nhieät ñoä cuûa moät trong hai moái noái coá ñònh, ñöôïc bieát vaø duøng laøm chuaån (T1 = Tref), trong khi T2 laø nhieät ñoä cuûa moái noái coøn laïi laø nhieät ñoä Tc ñaït ñöôïc khi ñaët trong moâi tröôøng coù nhieät ñoä khoâng bieát Tx. Nhieät ñoä Tc phuï thuoäc vaøo Tx vaø phuï thuoäc vaøo nhöõng söï thay ñoåi nhieät coù theå coù vôùi nhöõng moâi tröôøng khaùc (haønh lang, moâi tröôøng beân ngoaøi). Caëp nhieät ñieän ñöôïc caáu taïo vôùi kích thöôùc raát beù cho pheùp vieäc ño nhieät ñoä vôùi moät caáp chính xaùc cao, ñoàng thôøi soá löôïng calo ñöôïc thu nhoû cho pheùp moät vaän toác ñaùp öùng nhanh. Hai öu ñieåm naøy cho thaáy caëp nhieät ñieän ñöôïc söû duïng coù öu ñieåm hôn ñieän trôû. Ngoaøi ra, noù coøn coù moät öu ñieåm khaùc laø tín hieäu ñöôïc taïo ra chính laø söùc ñieän ñoäng maø khoâng caàn taïo ra moät doøng ñieän chaïy qua caûm bieán, nhö vaäy traùnh ñöôïc hieän töôïng ñoát noùng caûm bieán. Tuy nhieân, nhöôïc ñieåm cuûa Thermocouple laø trong quaù trình ño nhieät ñoä thì nhieät ñoä cuûa moái noái chuaån (Tref) phaûi bieát roõ, taát caû söï khoâng chính xaùc cuûa Tref seõ daãn ñeán moät söï khoâng chính xaùc cuûa Tc. *Hình daïng vaø nguyeân lyù laøm vieäc: Nhaèm traùnh nhöõng tieáp xuùc khaùc ngoaøi moái noái, hai daây daãn ñöôïc ñaët beân trong voû caùch ñieän baèng söù,caëp nhieät ñieän vôùi voû caùch ñieän thöôøng ñöôïc che chôû theâm baèng moät lôùp voû ñeå choáng söï xaâm phaïm cuûa caùc khí cuõng nhö nhöõng ñoät bieán nhieät, lôùp voû thöôøng baèng söù hoaëc theùp; trong tröôøng hôïp baèng theùp, moái noái coù theå ñöôïc caùch vôùi voû hay tieáp xuùc vôùi voû, ñieàu naøy coù lôïi laø vaän toác ñaùp öùng nhanh nhöng nguy hieåm hôn. -Hình daïng caùc ñaàu caëp nhieät: Phöông phaùp haøn ñaàu moái noái caëp nhieät thoâng thöôøng laø haøn ñieän, haøn hoà quang, haøn C2H2, haøn hoùa chaát. Caëp nhieät loaïi 1,2,3 : ño ôû nhieät ñoä <= 1000C. Caëp nhieät loaïi 4,5 : ño ôû quaùn tính nhieät ñoä thaáp - Phöông trình cô baûn cuûa caëp nhieät ñieän: E = A.T +B. T2 +C. T3 E: söùc ñieän ñoäng ñöôïc taïo ra khi caëp nhieät ñieän laøm vieäc. T: hieäu soá nhieät ñoä giöõa ñaàu noùng vaø ñaàu laïnh. A, B, C: caùc heä soá phuï thuoäc vaøo vaät lieäu laøm caëp nhieät. - Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa caëp nhieät ñieän: Taïi moái noái cuûa hai daây daãn kim loaïi khaùc nhau A vaø B trong cuøng moät ñieàu kieän nhieät ñoä T seõ hình thaønh moät hieäu ñieän theá. Hieäu ñieän theá naøy chæ phuï thuoäc vaøo tính chaát vaät lieäu caáu taïo daây daãn vaø nhieät ñoä cuûa chuùng. VM – VN = PTA/B (söùc ñieän ñoäng öùng Peltier) A(T) M . .N B(T) PTA/B + Neáu taïo thaønh moät maïch kín ñaúng nhieät caáu taïo bôûi nhöõng daây daãn khaùc nhau thì söùc ñieän ñoäng Peltier toång coäng seõ baèng 0. Trong maïch ñöôïc caáu taïo bôûi nhöõng vaät lieäu A, B, C, D thì : A B D C SP=0 PTA/B + PTB/C +PTC/D + PTD/A = 0 - Giöõa hai ñieåm M, N coù nhieät ñoä khaùc nhau trong cuøng moät thanh daây daãn ñoàng chaát A seõ hình thaønh moät söùc ñieän ñoäng chæ tuøy thuoäc vaøo loaïi daây daãn vaø caùc nhieät ñoä TM , TN : ETNTMA = : söùc ñieän ñoäng Thompson oMTM A NTNo vôùi hA laø heä soá Thompson cuûa daây daãn A, laø moät haøm cuûa nhieät ñoä TMTN EA Neáu hai ñaàu cuûa moät maïch ñieän ñöôïc caáu taïo bôûi moät daây daãn duy nhaát vaø ñoàng caáp, ñoàng thôøi coù cuøng nhieät ñoä thì EATMTN = 0. -Neáu trong moät maïch ñieän kín ñöôïc caáu taïo bôûi hai daây daãn A vaø B maø hai moái noái cuûa chuùng coù nhieät ñoä T1 vaø T2 thì seõ taïo ra moät söùc ñieän ñoäng (goïi laø söùc ñieän ñoäng Seebeck): B A .a .b c. .d (T2) (T1) ET2T1A/B = PT2A/B - PT1A/B + Ñaây chính laø nguyeân lyù laøm vieäc cuûa moät caëp nhieät ñieän ñöôïc caáu taïo töø hai daây daãn kim loaïi khaùc nhau A, B. Vôùi nhieät ñoä T1 bieát tröôùc duøng laøm nhieät ñoä chuaån T1 = Tref, söùc ñieän ñoäng cuûa caëp nhieät ñieän chæ phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä T2 laø nhieät ñoä caàn xaùc ñònh. *Caùch söû duïng: Caàn traùnh nhöõng söùc ñieän ñoäng kyù sinh trong khi maéc daây caûm bieán hoaëc do söï caáu taïo khoâng ñoàng nhaát cuûa caûm bieán laøm thay ñoåi ñaëc tính nhieät ñieän cuûa caûm bieán. Nhöõng söï khoâng ñoàng nhaát trong caáu taïo coù ba nguyeân nhaân chính: - Löïc eùp cô khí coù ñöôïc do söï saép xeáp hoaëc do söï caêng daây, thoâng thöôøng. Chuùng coù theå loaïi boû ñöôïc nhôø söï nung laïi. - Nhöõng taùc ñoäng hoùa hoïc: hai daây daãn phaûi ñöôïc che chôû choáng laïi moïi taùc nhaân coù theå taùc ñoäng ñeán chuùng. Ñaëc bieät, söï ñieàu cheá vaät lieäu caàn thieát phaûi ñöôïc tinh khieát . - Nhöõng tia böùc xaï haït nhaân gaây ra nhöõng chuyeån ñoåi trong vaøi hôïp kim caëp nhieät ñieän. Moái noái cuûa caëp nhieät ñieän phaûi coù theå tích giaûm thieåu nhaèm traùnh nhöõng ñieåm coù nhieät ñoä khaùc nhau taïi moái noái, ñieàu naøy daãn ñeán nhöõnh söùc ñieän ñoäng kyù sinh, cuõng nhö nhöõng thay ñoåi hoùa hoïc cuûa vaät lieäu do möùc ñoä haøn. Traùnh vieäc thay ñoåi nhieät ñoä ñoät ngoät ñoái vôùi caëp nhieät ñieän. Traùnh xa vuøng aûnh höôûng cuûa ñieän tröôøng vaø töø tröôøng maïnh. Neân ñeå caëp nhieät ñieän thaúng ñöùng nhaèm traùnh oáng baûo veä bò bieán daïng nhieät. Hoäp ñaàu daây cuûa caëp nhieät ñieän khoâng neân ñaët quaù gaàn nôi caàn ño nhieät ñoä ñeå traùnh nhieät ñoä ñaàu töï do quaù cao. Chuù yù ñeán phaïm vi söû duïng cuûa töøng loaïi caëp nhieät ñieän maø choïn loaïi caëp nhieät ñieän phuø hôïp (thoâng thöôøng phaïm vi söû duïng caëp nhieät noùi chung raát roäng töø –500C ñeán 25000C, nhöng ôû nhieät ñoä cao thì ñoä chính xaùc keùm daàn). Chuù yù ñeán ñieàu kieän söû duïng caëp nhieät ñieän: +Duøng cho loø nung coá ñònh, gia nhieät töø töø: choïn loaïi coù oáng baûo veä kín hoaëc hôû. +Duøng nhuùng tröïc tieáp trong nöôùc: choïn loaïi khoâng boïc. +Duøng trong moâi tröôøng hay bò aên moøn: choïn oáng baûo veä baèng söù hoaëc theùp ñaëc bieät chòu aên moøn. *Moät soá caëp nhieät ñieän thoâng duïng: -Thermocouple Platin_Rhodium Platin: Nhieät ñoä söû duïng : T = -500C -> 15000C Ñöôøng kính daây : 0,51mm Söùc ñieän ñoäng Seebeck : E = (-2,3 -> 16,7)mV Loaïi 10% Platin : T = 00C -> 6000C , caáp chính xaùc laø +/-2,5% T = 6000C -> 16000C , caáp chính xaùc laø +/-0,4% Loaïi 13% Platin : T = 00C -> 5380C , caáp chính xaùc laø +/-1,4% T = 5380C -> 15000C , caáp chính xaùc laø +/-0,25% Loaïi 30% Platin : T = 00C -> 17000C , caáp chính xaùc laø +/-0,5% -Thermocouple Wolfram-Rhenium: Ñöôøng kính daây : 0,40mm Söùc ñieän ñoäng Seebeck : E = (0 ® 38,5)mV Loaïi Wolfram_Rhenium 5% : T = 00C ® 27600C Loaïi Wolfram_Rhenium 26% : T = 00C ® 19500C Chuyeân duøng ñeå ño nhieät ñoä raát cao. -Thermocouple Chromel_Alumel: Nhieät ñoä söû duïng : T = -2700C ® 12500C Ñöôøng kính daây : 3,25mm Söùc ñieän ñoäng Seebeck : E = (-5,35 ® 50)mV Caáp chính xaùc : T = 00C ® 4000C laø : +/-3% T = 4000C ® 12500C laø +/-0,75% -Thermocouple Chromel_Constantan: Nhieät ñoä söû duïng : T = -2700C ® 8700C Ñöôøng kính daây : 3,25mm Söùc ñieän ñoäng Seebeck : E = (-9,8 ® 66)mV Caáp chính xaùc : T = 00C ® 4000C laø +/-3% T = 4000C ® 8700C laø +/-0,75% -Thermocouple Fer_Constantan : Nhieät ñoä söû duïng : T = -2100C ® 8000C Ñöôøng kính daây : 3,25mm Söùc ñieän ñoäng Seebeck : E = (-8 ® 45)mV Caáp chính xaùc : T = 00C ® 4000C laø +/-3% T = 4000C ® 12500C laø +/-0,75% -Thermocouple Cu_Constantan : Nhieät ñoä söû duïng : T = -2700C ® 3700C Ñöôøng kính daây : 1,63mm Söùc ñieän ñoäng Seebeck : E = (-6,25 ® 19)mV Caáp chính xaùc : T = -1000C ® -400C laø +/-2% T = -400C ® 1000C laø +/-8% T = 1000C ® 3500C laø +/-0,75% 3-Ño nhieät ñoä baèng hoûa keá quang hoïc : Hoaû keá quang hoïc laø teân goïi chung cuûa caùc duïng cuï ño nhieät ñoä baèng caùch öùng duïng caùc tính chaát cuûa heä thoáng thaáu kính quang hoïc ñeå thu laáy caùc böùc xaï cuûa vaät theå roài caên cöù theo ñoä böùc xaï cuûa vaät theå ñeå xaùc ñònh nhieät ñoä . a-Nguyeân lyù cô baûn : Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa hoûa keá quang hoïc laø döïa treân caùc hieän töôïng böùc xaï cuûa caùc vaät theå ôû caùc nhieät ñoä cao, trong ñoù coù lieân quan ñeán vai troø cuûa vaät ñen tuyeät ñoái. Ñoù laø moät thöïc theå vaät chaát coù khaû naêng haáp thu hoaøn toaøn taát caû caùc böùc xaï nhaän ñöôïc maø khoâng phoùng xaï. b-Moät soá daïng cuûa hoûa keá quang hoïc thoâng duïng : Hieän nay, trong coâng nghieäp, ngöôøi ta duøng raát nhieàu loaïi hoûa keá quang hoïc nhö hoûa keá böùc xaï, hoûa keá vi sai, hoûa keá ño maøu saéc, hoûa keá nhieät ngaãu… Neáu hoûa keá tieâu thuï toaøn boä naêng löôïng cuûa böùc xaï toaøn phaàn cuûa vaät theå, ñoù laø hoûa keá böùc xaï toaøn phaàn. Hoaû keá quang ñieän duøng söï so saùnh giöõa söï phaùt saùng cuûa daây toùc ngoïn ñeøn ñöôïc cheá taïo ñaëc bieät vôùi ñoä saùng cuûa vaät nung noùng vaø xaùc ñònh chính xaùc daây toùc vaø nhieät ñoä. Hoûa keá quang ñieän cho keát quaû ño khoâng phuï thuoäc vaøo ngöôøi quan saùt vaø coù theå noái lieân maïch vôùi caùc thieát bò khoáng cheá nhieät ñoä töï ñoäng. c-Phaïm vi söû duïng: Phaïm vi söû duïng laø nhieät ñoä cuûa vaät caàn ño khoâng döôùi 8000C. Taát caû caùc loaïi hoûa keá quang hoïc ñeàu coù sai soá khoâng vöôït quaù 1%. Tuy nhieân, baûng chæ nhieät treân caùc hoûa keá chæ hoaøn toaøn chính xaùc vôùi vaät ñen tuyeät ñoái (quy öôùc coù böùc xaï baèng 1).Vì vaäy, vôùi giaù trò thaät cuûa nhieät ñoä caùc vaät caàn ño phuï thuoäc vaøo möùc ñoä ñen cuûa töøng chaát phaùt saùng. Hoaû keá quang ñieän laø duïng cuï ño nhieät ñoä giaùn tieáp neân coù nhieàu thuaän lôïi, coù theå ño töø xa maø khoâng caàn tieáp xuùc vôùi vaät caàn ño. 4-Ño nhieät ñoä duøng diode vaø transistor: V2 V1 Vd I1 I2 c) Nhöõng thaønh phaàn ñöôïc söû duïng, diode hay transistor Silicium ñöôïc maéc nhö diode (cöïc neàn vaø cöïc thu noái chung) ñöôïc cung caáp theo chieàu thuaän doøng ñieän I khoâng ñoåi, ñieän aùp V ôû hai ñaàu cöïc cuûa chuùng, tuøy thuoäc vaøo nhieät ñoä, ñieàu naøy coù theå xem nhö tín hieäu ñieän ñi ra töø caûm bieán tuøy thuoäc vaøo nhieät ñoä. V I b) I V a) Caùc thaønh phaàn ñöôïc söû duïng laøm caûm bieán ño nhieät ñoä: a)diode b)Transistor maéc thaønh diode c)Hai Transistor gioáng nhau ñöôïc maéc nhö diode Ngöôøi ta lôïi duïng söï thay ñoåi tuyeán tính cuûa moái noái p-n ñoái vôùi nhieät ñoä ñeå cheá taïo ra caùc diode vaø transistor chuyeân duøng, laøm caàu caûm bieán nhieät trong ño löôøng vaø khoáng cheá nhieät ñoä. *Sô ñoà maïch caûm bieán duøng transistor: Trong ñoù: T1 : transistor caûm bieán keát hôïp vôùi R1 laøm caàu phaân cöïc, nhieät ñoä thay ñoåi aûnh höôûng ñeán moái noái BE cuûa T1. IC1 : laøm maïch khueách ñaïi tín hieäu ñaàu vaøo. IC2 : khueách ñaïi ñaûo. R5, R6 :duøng ñeå hieäu chænh maïch. ÔÛ nhieät ñoä khoaûng 00C ,doøng qua R4 baèng doøng qua R5 vaø R6. ÔÛ nhieät ñoä cao, doøng qua R4 nhoû hôn doøng qua R5, R6. Luùc naøy ngoõ ra cuûa IC1 giaûm xuoáng laøm doøng qua R4, R5 giaûm theo,laøm suït aùp taïi ngoõ vaøo cuûa IC2. IC2 maéc theo maïch khueách ñaïi ñaûo, heä soá khueách ñaïi baèng 1 neân taïi ngoõ ra cuûa IC2 coù moät ñieän aùp ñuùng baèng ñieän aùp ñaàu vaøo nhöng ngöôïc daáu.Ñieän aùp naøy ñöôïc hieån thò baèng ñoàng hoà chæ thò. *Sô ñoà maïch caûm bieán duøng diode : Trong ñoù: R1 : phaân cöïc cho doøng chaïy qua diode. IC1 : duøng khueách ñaïi ñaûo, heä soá khueách ñaïi baèng 1, buø tröø ñieän aùp DC cuûa diode caûm bieán D. IC2 : khueách ñaïi khoâng ñaûo, heä soá khueách ñaïi baèng 5. Nguyeân lyù hoaït ñoäng ñöôïc duøng töông töï nhö maïch duøng transistor caûm bieán. 4-Ño nhieät ñoä baèng IC: *Giôùi thieäu: Kyõ thuaät vi ñieän töû cho pheùp cheá taïo ñöôïc nhöõng maïch keát noái goàm nhöõng transistor gioáng nhau ñöôïc söû duïng ñeå laøm caûm bieán hoaøn haûo ño nhieät ñoä döïa vaøo vieäc ño söï khaùc bieät ñieän aùp VBE döôùi taùc ñoäng cuûa nhieät ñoä .Caùc caûm bieán naøy taïo ra caùc doøng ñieän haëc ñieän aùp tyû leä vôùi nhieät ñoä tuyeät ñoái,vôùi ñoä tuyeán tính cao; noù coù ñieàu lôïi laø vaän haønh ñôn giaûn, tuy nhieân phaïm vi hoaït ñoäng giôùi haïn chæ trong khoaûng –500C ñeán 1500C. *Nguyeân lyù chung cuûa IC ño nhieät ñoä: Laø maïch tích hôïp nhaän tín hieäu nhieät ñoä chuyeån thaønh tín hieäu döôùi daïng ñieän aùp hoaëc tín hieäu doøng ñieän. Döïa vaøo ñaëc tính raát nhaïy cuûa caùc baùn daãn vôùi nhieät ñoä, taïo ra ñieän aùp hoaëc doøng ñieän tyû leä thuaän vôùi nhieät ñoä tuyeät ñoái. Ño tín hieäu ñieän, ta bieát ñöôïc giaù trò cuûa nhieät ñoä caàn ño. Söï tích cöïc cuûa nhieät ñoä taïo ra ñieän tích töï do vaø caùc loã troáng trong chaát baùn daãn baèng söï phaù vôõ caùc phaân töû, böùt caùc electron thaønh daïng töï do di chuyeån qua caùc vuøng caáu truùc maïng tinh theå, taïo söï xuaát hieän caùc loã troáng nhieät laøm cho tyû leä ñieän töû töï do vaø caùc loã troáng taêng leân theo quy luaät haøm muõ vôùi nhieät ñoä. Keát quaû cuûa hieän töôïng naøy laø döôùi möùc ñieän aùp thuaän, doøng thuaän cuûa moái noái p-n (trong diode hay transistor) seõ taêng theo haøm muõ theo nhieät ñoä. Ví duï khaûo saùt caûm bieán IC AD590. Caûm bieán naøy taïo ra moät doøng ñieän thay ñoåi tuyeán tính theo nhieät ñoä tuyeät ñoái, noù ñöôïc duøng ño nhieät ñoä trong tröôøng hôïp duøng daây daãn vôùi khoaûng caùch xa. +Sô ñoà nguyeân lyù IC AD590: Caùc transistor Q3 vaø Q4 coù cuøng ñieän aùp VBE vaø coù doøng cöïc phaùt gioáng nhau vaø baèng: IE3 = IE4 =IT /2 Doøng ñieän naøy ñi qua Q4 cuõng chính laø doøng ñieän cöïc phaùt cuûa Q1 ,noù xaùc ñònh ñieän aùp neàn-phaùt laø: VBE1 = (KT/q).log(IT / 2Io) Vôùi K : haèng soá Boltzmann T : 0K q: ñieän tích Io : doøng ñieän nghòch (thoâng thöôøng Io << IT) khi phaân cöïc thuaän. Doøng ñieän IT /2 ñi qua Q3, qua Q2 coù ñieän aùp neàn-phaùt laø : VBE2 = (KT/q).log(IT /16Io) Thöïc teá Q2 goàm 8 transistor gioáng Q1, m._.oãi transistor coù doøng ñieän IT /16 Söï sai bieät ñieän aùp giöõa VBE1 vaø VBE2, xuaát hieän ôû hai ñaàu ñieän trôû R coù doøng ñieän IT/2 chaïy qua laø: VBE1 – VBE2 = (KT/q).log8 = R.IT/2 =>IT = (2/R).(KT/q).log8 *Sô ñoà maïch ño nhieät ñoä duøng IC AD590: + - (Vout) 10mV/0C Ngoõ ra G=10 AD580 Eref=2,5V 10k 200 1k 1k 0,1% 10k IT (VIN) ngoõ vaøo AD590 IT R Doøng ñieän IT taïo neân ôû hai ñaàu ñieän trôû R = 1KW moät ñieän aùp coù trò soá baèng TmV(T laø nhieät ñoä tuyeät ñoái cuûa caûm bieán). Nguoàn ñieän aùp chuaån do IC AD580L coù Eref = 2,5V vaø nhôø maïch phaân aùp taïo ra ñieän aùp coù giaù trò khoaûng 273,15mV vôùi boä khueách ñaïi coù ñoä lôïi G = 10, ôû ngoõ ra tín hieäu Vo tæ leä vôùi nhieät ñoä cuûa caûm bieán (theo 0C): Vo = 10(T – 273,15)mV = 10(T0C) (mV) *Ñaëc tính moät soá IC ño nhieät ñoä thoâng duïng: -AD 590: Ngoõ ra laø doøng ñieän. Ñoä nhaïy 1A/0K Ñoä chính xaùc : +4C Nguoàn cung caáp : Vcc = 4V ® 30V Phaïm vi söû duïng : -550C ® 1500C -LX5700: Ngoõ ra laø ñieän aùp Ñoä nhaïy : -10mV/0C Ñoä chính xaùc : 3,8K Ñoä tuyeán tính :>= 1K Phaïm vi söû duïng : -550C ® 1500C Loaïi naøy ít söû duïng vì ñoä chính xaùc thaáp. -LM135, LM235, LM335: Ngoõ ra laø ñieän aùp. Ñoä nhaïy : 10mV/0C Doøng laøm vieäc : 400mA ® 500mA : khoâng thay ñoåi ñaëc tính. LM135 coù sai soá cöïc ñaïi laø 1,50C khi nhieät ñoä lôùn hôn 1000C. Phaïm vi söû duïng: LM335 : -100C ® 1250C LM235 : -400C ® 1400C LM135 : -550C ® 2000C LM35 : -550C ® 1500C - LM134, LM234, LM334: Ngoõ ra laø doøng ñieän. Laøm vieäc vôùi khoaûng ñieän aùp roäng : töø 1V ® 40V - LM134-3, LM134-6: Taàm nhieät söû duïng : -500C ® 1250C. Ñoä chính xaùc : +3C - LM234-3, LM234-6: Taàm nhieät söû duïng : -250C ® 1000C. Ñoä chính xaùc cao : +6C. III-GIÔÙI THIEÄU MOÄT SOÁ MAÏCH ÑO NHIEÄT ÑOÄ: Veà maïch ñieän ño nhieät ñoä raát ña daïng phong phuù, töø maïch ño chæ thò baèng ñoàng hoà microampe ñeán maïch ño chæ thò soá, cuõng nhö boä chuyeån ñoåi maïch cuõng raát ña daïng. Tuyø theo yeâu caàu söû duïng vaø yeâu caàu kyõ thuaät maø ta choïn caùc loaïi caûm bieán ,caùc maïch chuyeån ñoåi, chæ thò cho phuø hôïp. 1-Maïch ño nhieät ñoä duøng nhieät trôû: Sô ñoà nguyeân lyù nhö sau: Maïch ñieän söû duïng moät nhieät ñieän trôû ñöa vaøo trong nhaùnh cuûa caàu Wheatston keùo tröïc tieáp Ampe keá vaø khoâng thoâng qua transistor ñeå chæ thò nhieät ñoä. Söï thay ñoåi nhieät ñoä seõ laøm cho ñieän trôû cuûa nhieät trôû thay ñoåi, laøm thay ñoåi möùc ñieän aùp ngoõ ra do ñoù laøm thay ñoåi doøng daãn cuûa transistor. Trong maïch naøy thì : R1,R2,R3,R6 : taïo thaønh caàu Wheatston. R4 : phaân cöïc oån ñònh doøng. R5 : bieán trôû thay ñoåi taûi ,ñieàu chænh doøng qua mA keá. R3 : bieán trôû chænh 0 (luùc caàu caân baèng) Cuõng coù theå duøng maïch naøy ñeå ñieàu khieån nhieät ñoä neáu thay theá microampe baèng maïch khueách ñaïi vaø boä phaän Relay. 2-Ño nhieät ñoä baèng söï buø tieáp giaùp cho caëp nhieät kieåu K: Maïch naøy neâu ra AD590 ñöôïc keát noái ñeå buø nhieät cho caëp nhieät kieåu K. Caùc tieáp giaùp quy chieáu phaûi coù tieáp xuùc nhieät saùt vôùi voû thieát bò AD590. V+ phaûi ít nhaát 4V vaø doøng ñieän ICL8069 phaûi ñöôïc xaùc laäp ôû 1 ñeán 2mA, söï chuaån hoùa khoâng yeâu caàu noái ngaén maïch hoaëc thaùo caëp nhieät. Ñieàu chænh R1 sao cho V2 = 10,98mV. Neáu caàn caùc ño ñaïc chính xaùc cao, ñieàu chænh R2 ñeán heä soá Seebeck chính xaùc cho caëp nhieät ñöôïc söû duïng, sau ñoù ghi laïi V1 vaø xaùc laäp R1 ñeå taêng ñieän aùp naøy (töùc laø xaùc laäp V2 =V1). Ñoái vôùi caùc kieåu caëp nhieät khaùc thì ñieàu chænh caùc giaù trò töông öùng heä soá Seebeck. 3-Nhieät keá döïa treân transistor: Caùc transistor caûm bieán coù theå laø baát kyø loaïi NPN naøo : 2N2222, 3904. Maïch naøy cung caáp ñieän aùp ra 0 ® 10V töông öùng 00C ® 1000C ôû transistor caûm bieán Q2 .Ñoä chính xaùc laø +/-10C. Khoâng caàn phaûi chuaån hoùa, loaïi NPN tín hieäu nhoû thoâng duïng baát kyø ñeàu coù theå ñöôïc duøng laøm boä caûm bieán.Yeâu caàu chuaån hoaù bò loaïi boû do Q1 vaän haønh nhö moät nguoàn doøng ñieän giaù trò-ñöôïc chuyeån maïch, thay ñoåi giöõa khoaûng 10 vaø 100mA khi LTC1043 chuyeån ñoåi giöõa caùc chaân 12 vaø 14. Hai giaù trò doøng ñeän naøy khoâng quan troïng khi tyû suaát ñoù giöõ khoâng ñoåi. GIÔÙI THIEÄU MOÄT SOÁ MAÏCH KHOÁNG CHEÁ NHIEÄT ÑOÄ: Muïc ñích cuûa maïch khoáng cheá nhieät ñoä laø giöõ nhieät ñoä ôû moâi tröôøng caàn nung noùngôû moät nhieät ñoä nhaát ñònh.Vì vaäy ta caàn söû duïng moät soá maïch ñeå khoáng cheá, thöïc hieän yeâu caàu cuûa ngöôøi söû duïng. Nguyeân lyù cuûa maïch khoáng cheá laø duøng phöông phaùp so saùnh ñieän aùp, ta söû duïng maïch khueách ñaïi thuaät toaùn. Maïch laøm vieäc theo nguyeân lyù sau: Cho vaøo ñaàu khoâng ñaûo (+) cuûa OPAMP moät ñieän aùp chuaån, ñieän aùp chuaån naøy ñöôïc tính toaùn tröôùc ñeå töông öùng vôùi moät tyû leä nhieät ñoä nhaát ñònh; ñieän aùp töø boä caûm bieán ñöôïc ñöa ñeán ñaàu vaøo ñaûo (-) cuûa OPAMP: Khi ñieän aùp töø boä khueách ñaïi caûm bieán lôùn hôn ñieän aùp chuaån, maïch seõ taùc ñoäng caét nguoàn nhieät. 1-Maïch khoáng cheá ngöôõng nhieät döôùi vaø ngöôõng nhieät treân : Qua sô ñoà maïch nguyeân lyù treân cho pheùp ta khoáng cheá nhieät giöõa hai ngöôõng döôùi vaø treân trong maïch söû duïng caûm bieán Thermistor TH1. Phaàn maïch beân traùi Thermistor laø maïch khoáng cheá nhieät döôùi, phaàn beân phaûi laø maïch khoáng cheá nhieät treân. Ñieän aùp phaân cöïc tónh cho hai OPAMP laáy töø maïch phaân aùp giöõa bieán trôû R1 vaø Thermistor TH1 ñeå ñöa ñeán ñaàu vaøo ñaûo vaø khoâng ñaûo cuûa hai OPAMP. +Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maïch: -Khi nhieät ñoä taêng cao laøm cho noäi trôû cuûa TH1 giaûm maïnh, vôùi söï thay ñoåi ñieän aùp so saùnh giöõa hai ñaàu vaøo cuûa OPAMP vaø so saùnh vôùi moät ñieän aùp chuaån töông öùng vôùi moät nhieät ñoä ñaõ ñònh tröôùc, ñieàu khieån ngoõ ra cuûa OPAMP ñeå ñoùng môû Relay. Töø ñoù ñieàu khieån ñoùng hay môû nguoàn nhieät. Giaû söû nhieät ñoä taêng quaù möùc ngöôõng treân, noäi trôû TH1 giaûm laøm cho ngoõ ra cuûa OPAMP2 ôû möùc thaáp laøm Q2 daãn, Relay 2 huùt laøm ngaén maïch taûi.Trong luùc ñoù OPAMP1 chuyeån qua baõo hoøa döông laøm Q1 ngaét, Relay1 nhaû, thoâng maïch taûi. -Khi nhieät ñoä giaûm quaù möùc ngöôõng döôùi, noäi trôû TH1 taêng laøm cho ngoõ ra cuûa OPAMP2 ôû möùc cao laøm Q2 ngaét, Relay2 nhaû, thoâng maïch taûi; coøn ngoõ ra cuûa OPAMP1 ôû möùc thaáp laøm Q1 daãn, Relay1 huùt laøm ngaén maïch taûi . Ñieåm caàn chuù yù trong maïch naøy laø caùc OPAMP chuyeån traïng thaùi vôùi ñoä nhaïy raát cao cuûa aùp vi sai ôû ñaàu vaøo khoaûng vaøi traêm mV. Vôùi aùp phaân cöïc tónh ôû ñaàu vaøo laø 6V neân aùp vi sai thay ñoåi khoaûng 200V töông öùng vôùi möùc 0,1%. Nhö vaäy ñoøi hoûi sai soá trong nhaùnh caàu cuõng ôû möùc 0,01%. Vôùi caùc sai soá nhoû cuûa TH1 nhö vaäy neân ñoä nhaïy cuûa noù raát cao. Trong thöïc teá ñoä nhaïy chính xaùc ñoùng ngaét maïch côõ 0,5% vôùi nhieät ñoä trong phoøng. 2-Maïch khoáng cheá quaù nhieät duøng diode Silic: Trong moät soá tröôøng hôïp caàn khoáng cheá möùc nhieät ñoä quaù thaáp maø caùc nhieät trôû thoâng thöôøng khoâng ñaùp öùng ñöôïc. Hôn nöõa ôû nhieät ñoä thaáp, do coâng suaát tieâu taùn treân nhieät trôû laïi bieán thaønh nhieät neân giaûm ñi ñoä chính xaùc cuûa maïch. Vì vaäy ñeå giaûi quyeát, ngöôøi ta duøng diode Si laøm phaàn töû caûm bieán: Khi coù doøng baèng hay lôùn hôn 1mA chaïy qua diode D1 thì ñieän aùp thuaän cuûa noù khoaûng 600mV. Giaù trò ñieän aùp thuaän laïi phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä, coù trò soá nhieät aâm khoaûng –2mV/0C. Vôùi doøng thuaän 1mA, coâng suaát tieâu taùn chæ baèng 600mW neân hieäu öùng toûa nhieät do nung noùng khoâng ñaùng keå. Ñieän aùp phaân cöïc cho hai ñaàu OPAMP ñöôïc oån ñònh baèng diode Zener 5,6V. Diode D1 duøng laøm phaàn töû caûm bieán nhieät, bieán trôû R3 duøng ñeå chænh caàu caân baèng cho aùp vi sai baèng 0. Neáu nhieät ñoä moâi tröôøng taêng quaù ngöôõng, noäi trôû cuûa D1 giaûm, OPAMP chuyeån sang traïng thaùi baõo hoøa aâm, laøm Q1 daãn, Relay coù ñieän. Neáu nhieät ñoä giaûm döôùi möùc ngöôõng, noäi trôû D1 taêng, OPAMP chuyeån sang traïng thaùi baõo hoøa döông, laøm Q1 ngöng daãn, ngaét Relay. Nhö vaäy maïch chæ laøm vieäc ñeå Relay ngaét nguoàn khi nhieät ñoä moâi tröôøng quaù ngöôõng treân. 3-Coâng taéc quaù nhieät chính xaùc: Khi ñieän aùp ôû ngoõ vaøo (2) coù giaù trò lôùn hôn ñieän aùp ôû ngoõ vaøo (3) thì ngoõ ra (6) ôû möùc thaáp laøm Q1 daãn vaø Relay huùt, ñoùng maïch. Nhö vaäy Relay coù ñieän chæ khi naøo nhieät ñoä chöa vöôït quaù nhieät ñoä xaùc ñònh. TH1 laø nhieät ñieän trôû aâm, coù giaù trò ñieän trôû giaûm khi nhieät ñoä taêng vaø ngöôïc laïi. Chænh bieán trôû R1, cho caàu caân baèng ôû nhieät ñoä gaàn 2700C, cuõng taïi nhieät ñoä naøy thì giaù trò ñieän aùp ôû ñaàu vaøo (2) vaø (3) baèng nhau neân OPAMP coù aùp vi sai baèng 0.Khi nhieät ñoä thay ñoåi thì RTH1 thay ñoåi laøm cho caàu R1, R2, R3, RTH1 maát caân baèng. Luùc naøy ñieän aùp ngoõ ra (6) cuûa OPAMP seõ aâm hôn laøm Q1 daãn vaø Relay coù ñieän. -Ñieän aùp ngoõ vaøo (3) laø ñieän aùp chuaån (vì R2, R3 coá ñònh) -Ñieän aùp ngoõ vaøo (2) laø ñieän aùp duøng ñeå so saùnh vaø thay ñoåi ñöôïc, phuï thuoäc vaøo R1 vaø RTH1. -Khi nhieät ñoä lôùn hôn 2700C, ñieän trôû RTH1 giaûm laøm aùp ra chaân (6) cuûa OPAMP seõ döông hôn laøm Q1 ngaét, Relay khoâng coù ñieän. 4-Boä ñieàu khieån nhieät ñoä moät ñieåm xaùc laäp: AD590 taïo ra ñieän aùp phuï thuoäc nhieät ñoä, qua R (tuï C ñeå loïc nhieãu), söï xaùc laäp R2 taïo ra ñieän aùp tyû leä –zero. Ñoái vôùi thang ñoä C thì caàn coù R = 1KW vaø Vzero = 0,273V. Ñoái vôùi thang ñoä Fahrenheit thì R = 1,8KW vaø Vzero = 0,460V. CHÖÔNG III : GIÔÙI THIEÄU TOÅNG QUAÙT VEÀ PLC I-Sô löôïc veà lòch söû phaùt trieån: Thieát bò ñieàu khieån laäp trình ñaàu tieân (Programmable Controller) ñaõ ñöôïc nhöõng nhaø thieát keá cho ra ñôøi naêm 1968 (coâng ty General Motor Myõ). Tuy nhieân, heä thoáng naøy coøn khaù ñôn giaûn vaø coàng keành, ngöôøi söû duïng gaëp nhieàu khoù khaên trong vieäc vaän haønh heä thoáng. Vì vaäy caùc nhaø thieát keá töøng böôùc caûi tieán heä thoáng laøm cho heä thoáng ñôn giaûn, goïn nheï, deã vaän haønh, nhöng vieäc laäp trình cho heä thoáng coøn khoù khaên, do luùc naøy khoâng coù caùc thieát bò laäp trình ngoaïi vi hoå trôï cho coâng vieäc laäp trình. Ñeå ñôn giaûn hoùa vieäc laäp trình, heä thoáng ñieàu khieån laäp trình caàm tay (Programmable Controller Handle) ñaàu tieân ñöôïc ra ñôøi vaøo naêm 1969. Ñieàu naøy ñaõ taïo ra ñöôïc moät söï phaùt trieån thöïc söï cho kyõ thuaät ñieàu khieån laäp trình. Trong giai ñoaïn naøy caùc heä thoáng ñieàu khieån laäp trình (PLC) chæ ñôn giaûn nhaèm thay theá heä thoáng Relay vaø daây noái trong heä thoáng ñieàu khieån coå ñieån. Qua quaù trình vaän haønh, caùc nhaø thieát keá ñaõ töøng böôùc taïo ra ñöôïc moät tieâu chuaån môùi cho heä thoáng, tieâu chuaån ñoù laø: Daïng laäp trình duøng giaûn ñoà hình thang (The Diagram Format). Trong nhöõng naêm ñaàu thaäp nieân 1970, nhöõng heä thoáng PLC coøn coù theâm khaû naêng vaän haønh vôùi nhöõng thuaät toaùn hoã trôï (arithmetic), “vaän haønh vôùi caùc döõ lieäu caäp nhaät” (data manipulation). Do söï phaùt trieån cuûa loaïi maøn hình duøng cho maùy tính (Cathode Ray Tube: CRT), neân vieäc giao tieáp giöõa ngöôøi ñieàu khieån ñeå laäp trình cho heä thoáng caøng trôû neân thuaän tieän hôn. Söï phaùt trieån cuûa heä thoáng phaàn cöùng vaø phaàn meàm töø naêm 1975 cho ñeán nay ñaõ laøm cho heä thoáng PLC phaùt trieån maïnh hôn vôùi caùc chöùc naêng môû roäng: Heä thoáng ngoõ vaøo/ra coù theå taêng leân ñeán 8000 coång vaøo/ra, dung löôïng boä nhôù chöông trình taêng leân hôn 128000 töø boä nhôù (word of memory). Ngoaøi ra caùc nhaø thieát keá coøn taïo ra kyõ thaät keát noái vôùi caùc heä thoáng PLC rieâng leõ thaønh moät heä thoáng PLC chung, taêng khaû naêng cuûa töøng heä thoáng rieâng leõ. Toác ñoä xöû lyù cuûa heä thoáng ñöôïc caûi thieän, chu kyø queùt (scan) nhanh hôn laøm cho heä thoáng PLC xöû lyù toát vôùi nhöõng chöùc naêng phöùc taïp, soá löôïng coång ra/vaøo lôùn. Trong töông lai heä thoáng PLC khoâng chæ giao tieáp vôùi caùc heä thoáng khaùc thoâng qua CIM (Computer Integrated Manufacturing) ñeå ñieàu khieån caùc heä thoáng: Robot, Cad/Cam, … Ngoaøi ra caùc nhaø thieát keá coøn ñang xaây döïng caùc loaïi PLC vôùi caùc chöùc naêng ñieàu khieån “thoâng minh” (intelligence) coøn goïi laø caùc sieâu PLC (super PLC) cho töông lai. II- Caáu truùc vaø nghieân cöùu hoaït ñoäng cuûa moät PLC: 1-Caáu truùc: I N P U T S CENTRAL PROCESSING UNIT O U T P U T S M M Moät heä thoáng laäp trình cô baûn phaûi goàm coù hai phaàn: khoái xöû lyù trung taâm (CPU: Central Processing Unit) vaø heä thoáng giao tieáp vaøo/ra (I/O) Hình : sô ñoà khoái cuûa heä thoáng ñieàu khieån laäp trình - Khoái ñieàu khieån trung taâm (CPU) goàm ba phaàn: boä xöû lyù, heä thoáng boä nhôù vaø heä thoáng nguoàn cung caáp. Power Supply Memory Processor Hình : Sô ñoà khoái toång quaùt cuûa CPU 2-Hoaït ñoäng cuûa moät PLC: Veà cô baûn hoaït ñoäng cuûa moät PLC cuõng khaù ñôn giaûn. Ñaàu tieân, heä thoáng caùc coång vaøo/ra (Input/Output) (coøn goïi laø caùc Module xuaát/nhaäp) duøng ñeå ñöa caùc tín hieäu töø caùc thieát bò ngoaïi vi vaøo CPU (nhö caùc sensor, contact, tín hieäu töø ñoäng cô …). Sau khi nhaän ñöôïc tín hieäu ôû ngoõ vaøo thì CPU seõ xöû lyù vaø ñöa caùc tín hieäu ñieàu khieån qua Module xuaát ra caùc thieát bò ñöôïc ñieàu khieån. Trong suoát quaù trình hoaït ñoäng, CPU ñoïc hoaëc queùt (scan) döõ lieäu hoaëc traïng thaùi cuûa caùc thieát bò ngoaïi vi thoâng qua ngoõ vaøo, sau ñoù thöïc hieän caùc chöông trình trong boä nhôù nhö sau: moät boä ñeám chöông trình seõ nhaët leänh töø boä nhôù chöông trình ñöa ra thanh ghi leänh ñeå thi haønh. Chöông trình ôû daïng STL (Statement List – Daïng leänh lieät keâ) hay ôû daïng LADDER (daïng hình thang) seõ ñöôïc dòch ra ngoân ngöõ maùy caát trong boä nhôù chöông trình. Sau khi thöïc hieän xong chöông trình, CPU seõ gôûi hoaëc caäp nhaät (update) tín hieäu tôùi caùc thieát bò, ñöôïc ñieàu khieån thoâng qua Module xuaát. Moät chu kyø goàm ñoïc tín hieäu ôû ngoõ vaøo, thöïc hieän chöông trình vaø gôûi caäp nhaät tín hieäu ôû ngoõ ra ñöôïc goïi laø moät chu kyø queùt (Scanning). Göûi ñeán ngoõ ra Ñoïc ngoõ vaøo Thöïc hieän chöông trình Treân ñaây chæ laø moâ taû hoaït ñoäng ñôn giaûn cuûa moät PLC, vôùi hoaït ñoäng naøy seõ giuùp cho ngöôøi thieát keá naém ñöôïc nguyeân taéc cuûa moät PLC. Nhaèm cuï theå hoùa hoaït ñoäng cuûa moät PLC, sô ñoà hoaït ñoäng cuûa moät PLC laø moät voøng queùt (scan) nhö sau: Töï chaån ñoaùn Xöû lyù caùc yeâu caàu giao tieáp Hình :moät voøng queùt cuûa PLC Thöïc teá khi PLC thöïc hieän chöông trình (Program Execution), PLC khi caäp nhaät tín heä ngoõ vaøo (ON/OFF), caùc tín hieäu naøy khoâng ñöôïc truy xuaát töùc thôøi ñeå ñöa ra (Update) ôû ngoõ ra maø quaù trình caäp nhaät tín hieäu ôû ngoõ ra (ON/OFF) phaûi theo hai böôùc: khi xöû lyù thöïc hieän chöông trình, vi xöû lyù seõ chuyeån ñoåi caùc möùc logic töông öùng ôû ngoõ ra trong “chöông trình noäi” (ñaõ ñöôïc laäp trình), caùc möùc logic naøy seõ chuyeån ñoåi ON/OFF.Tuy nhieân luùc naøy caùc tín hieäu ôû ngoõ ra “thaät” (töùc tín hieäu ñöôïc ñöa ra taïi Module out) vaãn chöa ñöôïc ñöa ra. Khi xöû lyù keát thuùc chöông trình xöû lyù, vieäc chuyeån ñoåi caùc möùc logic (cuûa caùc tieáp ñieåm) ñaõ hoaøn thaønh thì vieäc caäp nhaät caùc tín hieäu ôû ngoõ ra môùi thöïc söï taùc ñoäng leân ngoõ ra ñeå ñieàu khieån caùc thieát bò ôû ngoõ ra. Thöôøng vieäc thöïc thi moät voøng queùt xaûy ra vôùi thôøi gian raát ngaén, moät voøng queùt ñôn (single scan) coù thôøi gian thöïc hieän moät voøng queùt töø 1ms tôùi 100ms. Vieäc thöïc hieän moät chu kyø queùt daøi hay ngaén coøn phuï thuoäc vaøo ñoä daøi cuûa chöông trình vaø caû möùc ñoä giao tieáp giöõa PLC vôùi caùc thieát bò ngoaïi vi (maøn hình hieån thò…). Vi xöû lyù chæ coù ñoïc ñöôïc tín hieäu ôû ngoõ vaøo chæ khi naøo tín hieäu naøy taùc ñoäng vôùi khoaûng thôøi gian lôùn hôn moät chu kyø queùt. Neáu thôøi gian taùc ñoäng ôû ngoõ vaøo nhoû hôn moät chu kyø queùt thì vi xöû lyù xem nhö khoâng coù tín hieäu naøy. Tuy nhieân trong thöïc teá saûn xuaát, thöôøng caùc heä thoáng chaáp haønh laø caùc heä thoáng cô khí neân toác ñoä queùt nhö treân coù theå ñaùp öùng ñöôïc caùc chöùc naêng cuûa daây chuyeàn saûn xuaát. Ñeå khaéc phuïc khoaûng thôøi gian queùt daøi, aûnh höôûng ñeán chu trình saûn xuaát, caùc nhaø thieát keá coøn thieát keá heä thoáng PLC caäp nhaät töùc thôøi, caùc heä thoáng naøy thöôøng ñöôïc aùp duïng cho caùc PLC lôùn coù soá löôïng I/O nhieàu, truy caäp vaø xöû lyù löôïng thoâng tin lôùn. III-So saùnh PLC vôùi caùc heä thoáng ñieàu khieån khaùc _ Lôïi ích cuûa vieäc söû duïng PLC: 1-So saùnh PLC vôùi caùc heä thoáng ñieàu khieån khaùc: a-PLC vôùi heä thoáng ñieàu khieån baèng Relay: Vieäc phaùt trieån heä thoáng ñieàu khieån baèng laäp trình ñaõ daàn daàn thay theá töøng böôùc heä thoáng ñieàu khieån baèng Relay trong caùc quaù trình saûn xuaát. Khi thieát keá moät heä thoáng ñieàu khieån hieän ñaïi, ngöôøi kyõ sö phaûi caân nhaéc, löïa choïn caùc heä thoáng, heä thoáng ñieàu khieån laäp trình thöôøng ñöôïc söû duïng thay cho heä thoáng ñieàu khieån baèng Relay do caùc nguyeân nhaân sau: - Thay ñoåi trình töï ñieàu khieån moät caùch linh ñoäng. - Coù ñoä tin caäy cao. - Khoaûng khoâng laép ñaët thieát bò nhoû, khoâng chieám dieän tích. - Coù khaû naêng ñöa tín hieäu ñieàu khieån ôû ngoõ ra cao. - Söï choïn löïa döõ lieäu moät caùch thuaän lôïi, deã daøng. - Deã daøng thay ñoåi caáu hình (heä thoáng maùy moùc saûn xuaát) trong töông lai khi coù nhu caàu môû roäng saûn xuaát. Ñaëc tröng cho heä thoáng ñieàu khieån chöông trình laø phuø hôïp vôùi nhöõng nhu caàu ñaõ neâu treân, ñoàng thôøi veà maët kinh teá vaø thôøi gian thì heä thoáng ñieàu khieån laäp trình cuõng vöôït troäi hôn heä thoáng ñieàu khieån coå ñieån (Relay, Contactor,…). Heä thoáng ñieàu khieån naøy cuõng phuø hôïp vôùi söï môû roäng heä thoáng trong töông lai do khoâng phaûi ñoåi, boû heä thoáng daây noái giöõa heä thoáng ñieàu khieån vaø caùc thieát bò, maø chæ ñôn giaûn laø thay ñoåi chöông trình cho phuø hôïp vôùi ñieàu kieän saûn xuaát môùi. b-PLC vôùi maùy tính: Caáu truùc giöõa maùy tính vôùi PLC ñeàu döïa treân boä vi xöû lyù (CPU) ñeå xöû lyù döõ lieäu. Tuy nhieân coù moät vaøi caáu truùc quan troïng caàn phaân bieät ñeå thaáy roõ söï khaùc bieät giöõa moät PLC vaø moät maùy tính : -Khoâng nhö maùy tính, PLC ñöôïc thieát keá ñaëc bieät ñeå hoaït ñoäng trong moâi tröôøng coâng nghieäp. Moät PLC coù theå ñöôïc laép ñaët ôû nhöõng nôi coù ñoä nhieãu dieän cao (Electrical Noise), vuøng coù töø truôøng maïnh, coù caùc chaán ñoäng cô khí, nhieät ñoä moâi tröôøng cao … -Ñieàu quan troïng thöù hai ñoù laø: moät PLC ñöôïc thieát keá vôùi phaàn cöùng vaø phaàn meàm sao cho deã laép ñaët (ñoái vôùi phaàn cöùng) ñoàng thôøi veà maët chöông trình cuõng phaûi deã daøng ñeå ngöôøi söû duïng (kyõ sö, kyõ thuaät vieân) thao taùc laäp trình moät caùch nhanh choùng, thuaän lôïi (ví duï: laäp trình baèng ngoân ngöõ hình thang… ). c-PLC vôùi maùy tính caù nhaân PC (Personal Computer): Ñoái vôùi moät PC, ngöôøi laäp trình deã nhaän thaáy ñöôïc söï khaùc bieät giöõa PC vôùi PLC, söï khaùc bieät coù theå bieát ñöôïc nhö sau: - Maùy tính khoâng coù caùc coång giao tieáp tröïc tieáp vôùi caùc thieát bò ñieàu khieån, ñoàng thôøi maùy tính cuõng hoaït ñoäng khoâng toát trong moâi tröôøng coâng nghieäp. - Ngoân ngöõ laäp trình treân maùy tính khoâng phaûi laø daïng hình thang, maùy tính ngoaøi vieäc söû duïng caùc phaàn meàm chuyeân bieät cho PLC, coøn phaûi thoâng qua vieäc söû duïng caùc phaàn meàm khaùc, laøm "chaäm" ñi quaù trình giao tieáp vôùi caùc thieát bò ñöôïc ñieàu khieån. Tuy nhieân qua maùy tính, PLC coù theå deã daøng keát noái vôùi caùc heä thoáng khaùc, cuõng nhö PLC coù theå söû duïng boä nhôù (coù dung löôïng raát lôùn) cuûa maùy tính laøm boä nhôù cuûa PLC. 2-Lôïi ích cuûa vieäc söû duïng PLC: Cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa phaàn cöùng vaø phaàn meàm, PLC ngaøy caøng taêng ñöôïc caùc tính naêng cuõng nhö lôïi ích cuûa PLC trong hoaït ñoäng coâng nghieäp. Kích thöôùc cuûa PLC hieän nay ñöôïc thu nhoû laïi ñeå boä nhôù vaø soá löôïng I/O caøng nhieàu hôn, caùc öùng duïng cuûa PLC caøng maïnh hôn giuùp ngöôøi söû duïng giaûi quyeát ñöôïc nhieàu vaán ñeà phöùc taïp trong ñieàu khieån heä thoáng. Lôïi ích ñaàu tieân cuûa PLC laø heä thoáng dieàu khieån chæ caàn laép daët moät laàn (ñoái vôùi sô ñoà heä thoáng, caùc ñöôøng noái daây, caùc tín hieäu ôû ngoõ vaøo/ra …), maø khoâng phaûi thay ñoåi keát caáu cuûa heä thoáng sau naøy, giaûm ñöôïc söï toán keùm khi phaûi thay ñoåi laép ñaët khi ñoåi thöù töï ñieàu khieån (ñoái vôùi heä thoáng ñieàu khieån Relay), khaû naêng chuyeån ñoåi heä ñieàu khieån cao hôn (nhö giao tieáp giöõa caùc PLC ñeå truyeàn döõ lieäu ñieàu khieån laãn nhau), heä thoáng ñöôïc ñieàu khieån linh hoaït hôn. Khoâng nhö caùc heä thoáng cuõ, PLC coù theå deã daøng laép ñaët do chieám moät khoaûng khoâng gian nhoû hôn nhöng ñieàu khieån nhanh, nhieàu hôn caùc heä thoáng khaùc. Ñieàu naøy caøng toû ra thuaän lôïi hôn ñoái vôùi caùc heä thoáng ñieàu khieån lôùn, phöùc taïp, vaø quaù trình laép ñaët heä thoáng PLC ít toán thôøi gian hôn caùc heä thoáng khaùc. Cuoái cuøng laø ngöôøi söû duïng coù theå nhaän bieát caùc truïc traëc heä thoáng cuûa PLC nhôø giao dieän qua maøn hình maùy tính (moät soá PLC theá heä sau coù khaû naêng nhaän bieát caùc hoûng hoùc (trouble shoding) cuûa heä thoáng vaø baùo cho ngöôøi söû duïng), ñieàu naøy laøm cho vieäc söûa chöõa thuaän lôïi hôn. Moät vaøi lónh vöïc tieâu bieåu öùng duïng PLC : Hieän nay PLC ñaõ ñöôïc öùng duïng thaønh coâng trong nhieàu lónh vöïc saûn xuaát caû trong coâng nghieäp vaø daân duïng. Töø nhöõng öùng duïng ñeå ñieàu khieån caùc heä thoáng ñôn giaûn, chæ coù chöùc naêng ñoùng/môû (ON/OFF) thoâng thöôøng ñeán caùc uùng duïng cho caùc lónh vöïc phöùc taïp, ñoøi hoûi tính chính xaùc cao, öùng duïng caùc thuaät toaùn trong quaù trình saûn xuaát. Caùc lónh vöïc tieâu bieåu öùng duïng PLC hieän nay bao goàm : -Hoùa hoïc vaø daàu khí: Ñònh aùp suaát (daàu), bôm daàu, ñieàu khieån heä thoáng oáng daãn, caân ñong trong ngaønh hoùa … -Cheá taïo maùy vaø saûn xuaát: Töï ñoäng hoùa trong cheá taïo maùy, caân ñong, quaù trình laép ñaët maùy, ñieàu khieån nhieät ñoä loø kim loaïi,… -Boät giaáy, giaáy, xöû lyù giaáy : ñieàu khieån maùy baêm, quaù trình uû boät, quaù trình caùn, gia nhieät, … -Thuûy tinh vaø phim aûnh: quaù trình ñoùng goùi, thöû nghieäm vaät lieäu, caân ñong, caùc khaâu hoaøn taát saûn phaåm, ño caét giaáy, … -Thöïc phaåm, röôïu bia, thuoác laù: ñeám saûn phaåm, kieåm tra saûn phaåm, kieåm soaùt quaù trình saûn xuaát, bôm (bia, nöôùc traùi caây, …), caân ñong, ñoùng goùi, hoøa troän, … -Kim loaïi: ñieàu khieån quaù trình caùn, cuoán (theùp), quy trình saûn xuaát, kieåm tra chaát löôïng. -Naêng löôïng: ñieàu khieån nguyeân lieäu (cho quaù trình ñoát, xöû lyù trong caùc turbin, …), caùc traïm caàn hoaït ñoäng tuaàn töï khai thaùc vaät lieäu moät caùch töï ñoäng (than, goã, daàu moû, …). Giôùi thieäu veà Module Analog EM235 cuûa PLC S7_200, CPU 214 : - Goàm ba ngoõ vaøo analog vaø moät ngoõ ra analog. - Trôû khaùng vaøo >= 10MW. - Ñieän aùp cöïc ñaïi ngoõ vaøo : 30VDC. - Doøng ñieän cöïc ñaïi ngoõ vaøo : 32mA. - Coù caùc boä chuyeån ñoåi ADC, DAC (12 bit). - Thôøi gian chuyeån ñoåi analog sang digital : <250ms. - Phaïm vi aùp ngoõ ra : +/- 10V. - Phaïm vi doøng ñieän ngoõ ra : 0 -> 20mA. - Coâng suaát tieâu taùn : 2W. - Coù LED baùo traïng thaùi. - Coù nuùm chænh OFFSET vaø chænh GAIN. - Coù caùc contact ñeå löïa choïn phaïm vi aùp ngoõ vaøo (contact ôû moät trong hai vò trí ON vaø OFF): contact 1 löïa choïn cöïc tính aùp ngoõ vaøo: ON ñoái vôùi aùp ñôn cöïc, OFF vôùi aùp löôõng cöïc; contact 3, 5, 7, 9, 11 choïn phaïm vi ñieän aùp: Contact ñònh caáu hình EM235 Choïn ngoõ vaøo Ñôn cöïc/Löôõng cöïc Choïn ñoä lôïi Choïn ñoä suy giaûm SW11 SW9 SW7 SW5 SW3 SW1 ON Ñôn cöïc OFF Löôõng cöïc OFF OFF X1 OFF ON X10 ON OFF X100 ON ON Caám ON OFF OFF 0.8 OFF ON OFF 0.4 OFF OFF ON 0.2 Contact ñònh caáu hình Aùp ngoõ vaøo Ñoä phaân giaûi 1 3 5 7 9 11 ON ON OFF ON OFF OFF 0 ->50mV 12.5mV ON ON OFF OFF ON OFF 0 ->100mV 25mV ON OFF ON ON OFF OFF 0 ->500mV 125mV ON OFF ON OFF ON OFF 0 ->1V 250mV ON OFF OFF ON OFF OFF 0 ->5V 1.25mV ON OFF OFF ON OFF OFF 0 ->20mA 5mA ON OFF OFF OFF ON OFF 0 ->10V 2.5mV OFF ON OFF ON OFF OFF +/- 25mV 12.5mV OFF ON OFF OFF ON OFF +/-50mV 25mV OFF ON OFF OFF OFF ON +/- 100mV 50mV OFF OFF ON ON OFF OFF +/- 250mV 125mV OFF OFF ON OFF ON OFF +/- 500mV 250mV OFF OFF ON OFF OFF ON +/- 1V 500mV OFF OFF OFF ON OFF OFF +/- 2.5V 1.25mV OFF OFF OFF OFF ON OFF +/- 5V 2.5mV OFF OFF OFF OFF OFF ON +/- 10V 5mV *Caùc contact ñònh caáu hình vaø caùc chieát aùp chænh trong Module EM235: *Caùch keát noái caùc ngoõ vaøo/ra cuûa Module môû roäng EM235: *Sô ñoà khoái caùc ngoõ vaøo cuûa EM235: *Tín hieäu töông töï ñöôïc ñöa vaøo caùc ñaàu vaøo A+, A-, B+, B-, C+, C-, sau ñoù qua caùc boä loïc nhieãu, qua boä ñeäm, boä suy giaûm, boä khueách ñaïi roài ñöa ñeán khoái chuyeån ñoåi ADC, chuyeån ñoåi tín hieäu töông töï sang tín hieäu soá 12 bit. 12 bit döõ lieäu naøy ñöôïc ñaët beân trong töø ngoõ vaøo analog cuûa CPU nhö sau: MSB LSB 15 14 3 2 1 0 AIWxx 0 Döõ lieäu 12 bit 0 0 0 Ñôn cöïc MSB LSB 15 4 3 2 1 0 AIWxx Döõ lieäu 12 bit 0 0 0 0 Löôõng cöïc 12 bit döõ lieäu ra töø boä chuyeån ñoåi ADC ñöôïc canh traùi trong töø döõ lieäu. Bit MSB laø bit daáu: 0 duøng ñeå dieãn taû giaù trò töø döõ lieäu döông, 1 duøng ñeå dieãn taû giaù trò töø döõ lieäu aâm. *Sô ñoà khoái ngoõ ra cuûa EM235: *12 bit döõ lieäu ñöôïc ñaët beân trong töø ngoõ ra analog cuûa CPU nhö sau: MSB LSB 15 14 4 3 2 1 0 AQWxx 0 Döõ lieäu 11 bit 0 0 0 0 Döõ lieäu ngoõ ra laø doøng MSB LSB 15 4 3 2 1 0 AQWxx Döõ lieäu 12 bit 0 0 0 0 Döõ lieäu ngoõ ra laø aùp 12 bit döõ lieäu tröôùc khi ñöa vaøo boä chuyeån ñoåi DAC ñöôïc canh traùi trong töø döõ lieäu ngoõ ra. Bit MSB laø bit daáu: 0 ñeå dieãn taû giaù trò töø döõ lieäu döông. 4 bit thaáp coù giaù trò 0 ñöôïc loaïi boû tröôùc khi töø döõ lieäu naøy ñöôïc ñöa vaøo boä chuyeån ñoåi DAC. Caùc bit naøy khoâng aûnh höôûng ñeán giaù trò ôû ngoõ ra. CHÖÔNG III : GIÔÙI THIEÄU VEÀ SCR VAØ CAÙC IC SÖÛ DUÏNG TRONG MAÏCH I-SCR: SCRlaø moät tinh theå baùn daãn goàm boán lôùp baùn daãn loaïi P vaø N xen keõ nhau. Giöõa caùc lôùp naøy laø caùc maët gheùp P-N ñöôïc kyù hieäu JA, JC, vaø JK. Lôùp P1 ñöôïc goïi laø lôùp anode, noù coù chieàu daøy vaø noàng ñoä taïp chaát (noàng ñoä haït mang ñieän ña soá) trung bình. Lôùp N1 goïi laø lôùp khoùa. Noù coù chieàu daøy lôùn vaø noàng ñoä taïp chaát beù nhaát. Ñieàu naøy cho pheùp caùc maët gheùp JA vaø JK chòu ñöôïc ñieän aùp ngöôïc lôùn. Lôùp P2 ñöôïc goïi laø lôùp ñieàu khieån. Noù coù chieàu daøy beù vaø noàng ñoä taïp chaát trung bình. Cuoái cuøng lôùp N2 ñöôïc goïi laø lôùp catode. Noù raát moûng (vaøi mm) vaø coù noàng ñoä taïp chaát lôùn nhaát. Ñieàu naøy cho pheùp catode khueách taùn vaøo lôùp ñieàu khieån P2 qua JK moät soá löôïng lôùn ñieän töû töï do. Töø ba lôùp P1, P2, vaø N2, ngöôøi ta ñöa ra caùc ñieän cöïc anode A, ñieàu khieån G, vaø catode K cuûa SCR ñöôïc kyù hieäu nhö hình b). G K A Maïch töông ñöông cuûa SCR goàm hai transistor nhö sau: *Ñaëc tuyeán V-A cuûa SCR: IA Ithmax III II Iñk = 0 Uch Ith VAK Idt Io 0 Ung Uct IV I Ñaëc tuyeán V-A cuûa SCR coù theå chia ra laøm 4 ñoaïn: -Ñoaïn I öùng vôùi traïng thaùi khoùa cuûa SCR. Trong ñoaïn naøy coù doøng ñieän roø chaûy qua SCR I = Io; Io goïi laø doøng ñieän duy trì cuûa SCR, laø giaù trò doøng ñieän caàn thieát ñeå SCR daãn, döôùi giaù trò naøy SCR seõ taét. Vieäc taêng ñieän aùp U ít aûnh höôûng ñeán giaù trò doøng ñieän I. Khi taêng U ñeán giaù trò Uch (ñieän aùp chuyeån traïng thaùi), baét ñaàu quaù trình taêng tröôûng nhanh choùng cuûa doøng ñieän, SCR chuyeån sang traïng thaùi môû. -Ñoaïn II cuûa ñöôøng ñaëc tính öùng vôùi giai ñoaïn chuyeån dòch thuaän cuûa maët tieáp giaùp JC. Trong ñoaïn naøy, moãi moät löôïng taêng nhoû cuûa doøng ñieän öùng vôùi moät löôïng giaûm lôùn cuûa ñieän aùp. Ñoaïn naøy coøn ñöôïc goïi laø ñoaïn ñieän trôû aâm. -Ñoaïn III cuûa ñöôøng ñaëc tính öùng vôùi traïng thaùi môû cuûa SCR.Trong ñoaïn naøy, caû ba maët tieáp giaùp JA, JC, JK ñeàu ñaõ chuyeån dòch thuaän, moät giaù trò ñieän aùp nhoû coù theå taïo ra moät doøng ñieän lôùn. Luùc naøy doøng ñieän thuaän chæ coøn bò haïn cheá bôûi ñieän trôû maïch ngoaøi. Ñieän aùp rôi treân SCR raát nhoû, SCR ñöôïc giöõ ôû traïng thaùi môû chöøng naøo doøng Ith coøn lôùn hôn doøng duy trì Idt. -Ñoaïn IV cuûa ñöôøng ñaëc tính öùng vôùi traïng thaùi cuûa SCR khi ta ñaët moät ñieän aùp ngöôïc leân noù (cöïc döông ñaët leân catode, cöïc aâm ñaët leân anode). Luùc naøy JA, JK chuyeån dòch ngöôïc, JC chuyeån dòch thuaän. Vì khaû naêng khoùa cuûa JK raát yeáu neân nhaùnh ngöôïc cuûa ñaëc tuyeán V-A chuû yeáu ñöôïc quyeát ñònh baèng khaû naêng khoùa cuûa maët tieáp giaùp JA, do ñoù coù daïng nhaùnh ngöôïc cuûa ñaëc tuyeán diode thoâng thöôøng.Doøng ñieän ngöôïc Ing raát nhoû, Ing @Io. Khi taêng ñieän aùp ngöôïc ñeán Uct (ñieän aùp choïc thuûng) thì JA bò choïc thuûng, SCR bò hoûng. Vì vaäy khoâng cho pheùp ñaët ñieän aùp ngöôïc vôùi giaù trò @ Uct leân SCR. Taêng daàn giaù trò Iñk, ñoaïn I cuûa ñöôøng ñaëc tuyeán V-A seõ ruùt ngaén laïi vaø ñieän aùp Uch cuõng nhoû ñi. Khi doøng ñieàu khieån töông ñoái lôùn thì ñöôøng ñaëc tuyeán gaàn nhö thaúng gioáng nhö nhaùnh thuaän cuûa ñaëc tuyeán diode. Neáu taêng ñieän aùp ñaët leân SCR ñeán Uch thì SCR seõ chuyeån töø traïng thaùi khoùa sang traïng._.