Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
BÀI TẬP LỚN
Môn học : HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU VÀ
ĐIỀU KHIỂN
“Thiết kế hệ thống
thu thập dữ liệu và
điều khiển”
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
1
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
TRƯỜNG ĐHCNQN
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
BÀI TẬP LỚN
Môn học : HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN
Sinh viên: ………………………………………………
Lớp :
Ngành : Công Nghệ Kỹ Thuật Điện
Giáo viên hướng dẫn : Lê Văn Tùng
Ngày giao đề : 09/03/2011
Ngày hoàn thành : 09/04/2011
I. Tên đề tài : “Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu và điều
khiển”
II. Nội dung thuyết minh tính toán
Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển hiển thị
tại chỗ theo nhóm cảm biến và đưa về trung tâm điều
khiển. Số nhóm tối đa là 4.
1. Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống DAQ&C.
2. Thiết kế hệ thống theo phương án đã lựa chọn (lựa chọn
chuẩntruyền thông).

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Quảng Ninh,ngày….,tháng….,năm 20
GIÁO VIÊN CHẤM
(ký và ghi rõ họ tên)
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
3
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
MỤC LỤC
Lời nói đầu 4
Đề tài 5
Chương 1 : Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển
1.1 .Phương án thiết kế hệ thống DAQ&C……………….… 6
1.1.1 Tổng quan về hệ DAQ&C…… ……………………… …6
1.1.2 Phân loại hệ thống DAQ&C ……… ………………… …9
1.2 Chọn phương án thiết kế hệ thống……………………….…11
1.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống………………………………… 11
1.2.2 Chức năng các khối trong sơ đồ…………………… …11
1.3. Định địa chỉ cho cảm biến………………………………….14
Chưong 2 : Lựa chọn các thiết bị trong hệ thống ………………………….17
2.1 Cảm biến đo nhiệt độ: dải đo từ 0 đến 600
0
C…………… 17
2.2 Cảm biến đo áp suất: dải đo từ -0.1 đến 32 Mpa………… 19
2.3 Cảm biến đo nồng độ……………………………………… 23
2.4 : Cảm biến đo dòng điện: dải đo từ 0 – 500A………………26
2.5. Cảm biến đo lưu lượng: d= 50mm; dải đo từ 0.5-10 m/s……
2.6. Cảm biến đo mức: dải đo max 2.5 m……………………….
2.7. Cảm biến đo tốc độ quay: dải đo 0 – 1500vòng/phút………

hơn.
Em xin trân thành cảm ơn thầy LÊ VĂN TÙNG đã nhiệt tình giúp đỡ
em để em hoàn thành đồ án một cách tốt nhất.
Sinh viên

Trần Văn Kiển

Sơ đồ 21:
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
5
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Cho một mặt bằng nhà máy cần xây dựng hệ thống DAQ&C như sau:
Chiều dài × chiều rộng của một ô là 25m × 25m
Số lượng cảm biến thu thập đại lượng vật lý trong toàn hệ thống:
S1: Cảm biến đo nhiệt độ: dải đo từ 0 đến 6000C
S2: Cảm biến đo áp suất: dải đo từ -0.1 đến 32 Mpa
S3: Cảm biến đo nồng độ: dải đo từ 0% đến 15%
S4: Cảm biến đo dòng điện: dải đo từ 0 – 500A
S5: Cảm biến đo lưu lượng: đường kinh 50mm; dải đo từ (flow
span) 0.5-10 m/s
S6: Cảm biến đo mức: dải đo max 2.5 m
S7: Cảm biến đo tốc độ quay: dải đo 0 – 1500vòng/phút
S8: Cảm biến đo khối lượng : dải đo 0 – 30000kg
Chương I: Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển

1.1 Phương án thiết kế hệ thống
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
6
S1
S2

hoạt động của tất cả các bộ phận sản xuất và đưa thông tin về trung tâm điều
hành sản xuất là không thể thiếu với bất kỳ dây truyền sản xuất nào.
Cùng với sự phát triển của ngành công nghệ thông tin, tin học ứng dụng
trong công nghiệp đã và đang phát triển mạnh mẽ. Sự ra đời của hàng loạt các
chip vi điều khiển với cấu hình ngày càng cao như AVR, PIC , MCS51…
cùng với nó là sự phát triển của công nghệ sản xuất sensor, về các phương
pháp đo lường, về các hệ thống truyền dẫn thông tin khiến cho việc xây dựng
và thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển ngày càng đơn giản và hiệu
quả.
Hệ thu thập dữ liệu là một hệ có chức năng nhận và biến đổi những tín
hiệu vào(tương tự, số) thành số liệu tương ứng với giá trị đo, để đánh giá mức
độ, cảnh báo, hiển thị và điều khiển một số quá trình công nghệ.
Nhiệm vụ chủ yếu của hệ là đo đạc tín hiệu đã chuẩn hóa từ sensor, xử lý
sơ bộ để làm dữ liệu cho các ứng dụng tùy theo yêu cầu của mỗi hệ thống
công nghiệp như hiển thị, điều khiển, cảnh báo…ngoài ra còn làm dữ liệu cho
các ứng dụng cao hơn khi kết nối với máy tính.
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
7
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Hệ thu thập dữ liệu và điều khiển thì dữ liệu thu thập từ các sensor, được
xử lý rồi đưa đến bộ điều khiển để thực hiện tác động điều khiển thích hợp
cho đối tượng công nghiệp.
Để thực hiện các việc hiển thị(LED,LCD) tùy theo các thông số lựa chọn
mà CPU sẽ lấy giá trị tương ứng trong bộ nhớ để đưa ra hiển thị thông qua
các cổng ra.
Việc truyền tin từ vi điều khiển đến máy tính được thực hiện liên tục để
truyền tín hiệu đo tới máy tính và truyền lệnh từ máy tính trở lại; Tín hiệu đo
sau khi được thu thập, tính toán gia công sơ bộ được truyền thẳng tới máy
tính để thực hiện các chương trình ứng dụng khác. Đồng thời máy tính cũng
truyền các lệnh tới vi điều khiển như: đặt các thông số cho điều khiển một số

thống DAQ cùng hoạt động sẽ có hiệu quả hơn vì đối với cùng một ứng dụng,
mỗi hệ thống có thể thu thập dữ liệu hoàn toàn khác nhau. Ví dụ, một hệ
DAQ sẽ thu thập dữ liệu cơ bản về quá trình sản xuất thời gian thực. Hệ DAQ
còn lại sẽ kiểm tra các dữ liệu chẩn đoán và khung thời gian liên quan đến nó,
ví dụ như sự cố kẹt sẽ được ghi lại sau một tuần và nó sẽ chỉ ra một bức tranh
toàn cảnh lớn hơn về các phần cần bảo trì, việc này sẽ không thể thấy rõ được
nếu nó chỉ được theo dõi theo từng giờ.
Như vậy ta có thể thấy rằng DAQ là thiết bị không thể thiếu trong sản xuất
công nghiệp và ngày càng hoàn thiện. Tác dụng của hệ thu thập dữ liệu và
điều khiển nhằm thu thập các dữ liệu tương tự, số, từ các bộ đếm, bộ định thời
gian hay từ các cảm biến đo lường.
Thông tin dữ liệu qua DAQ và đưa vào máy tính qua RS 232 hoặc truyền đi
xa các chuẩn RS 485 đưa về trung tâm điều khiển.
Đối với mỗi hệ thống sản xuất thì thiết bị điều khiển đóng vai trò là bộ não
của quá trình, thiết bị điều khiển đưa ra tác động có chính xác hay không phụ
thuộc rất nhiều vào dữ liệu thu thập được đưa về bộ điều khiển. Dữ liệu thu
thập càng chính xác thì khi lựa chọn , thiết kế, hiệu chỉnh thiết bị điều khiển
càng dễ dàng và rẻ tiền.
b, Cấu trúc hệ thu thập dữ liệu và điều khiển
Mục đích của bất kỳ hệ thu thập dữ liệu nào cũng để phục phụ cho quá
trình giám sát, đánh giá hoặc điều khiển.Các thông số trong từng ứng dụng sẽ
thể hiện các yêu cầu về độ phân giải, độ chính xác, số lượng kênh, số lượng
điểm đo và tốc độ cho một hệ thu thập dữ liệu. Có rất nhiều các thành phần,
linh kiện cũng như các giải pháp được sử dụng, từ các Card thu thập dữ liệu
được cắm vào PC cho đến hệ thống lớn. Do đó trước khi tìm kiếm một giải
pháp hệ thống thu thập dữ liệu nào đó, chúng ta nên phân tích kỹ lưỡng các
yêu cầu về hệ thống trong ứng dụng để ta có sự lựa chọn cho phù hợp.
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
9
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

SENSORRR
S
DIGITAL
ĐTCN
CĐCH2
CĐCHn
MUX
CĐCH1
A/
D
µP
MT
DEMUX
COM
BĐK
LCD
1
2
n
.
.
.
.
ANALOG
SENSORRR
S
DIGITAL
ĐTCN
CĐCH2
CĐCHn

đưa vào một kênh thu thập duy nhất thông qua dồn kênh MUX.
- Ưu điểm: Tốn ít đường dây, sử dụng khi đo khoảng cách xa, giá thành
rẻ hơn, đơn giản.
- Nhược điểm: Độ tin cậy thấp vì nếu hỏng một kênh thì coi như hỏng
toàn bộ hệ thống.
c, Sơ đồ có các kênh thu thập dữ liệu song song-nối tiếp
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
11
1
n
Truyền đi
xa
.
.
.
.
ANALOG
SENSORRR
S
DIGITAL
ĐTCN
CĐCH2
CĐCHn
MUX
CĐCH1
A/
D
µP
MT
DEMUX

1
Truyền đi
xa
.
.
.
MUX
nhóm
MUX1
A/
D
µP
MT
DEMUX
COM
BĐK
LCD
S
1
S
2
S
n
S
n
S
1
S
2
ĐTCN
Y = Y
0
+ K.X
2
Giải ra ta được:

12
1
0
XX
X
YY
−
−=
;
12
XX
Y
K
−
=
Thay vào phương trình trên ta có:
x
XX
Y
XX
X
Yy

On ap
Từ cảm biến qua bộ CĐCH tín hiệu ở đầu ra sẽ thay đổi theo độ lớn của
tín hiệu sau cảm biến (0 – 16 mA).Một nhánh qua bộ ổn áp cung cấp dòng
4mA cho mạch điện tử vấn đề còn lại là đo dòng thay đổi từ 4 – 20 mA của
nguồn cung cấp.
c,Khối MUX,DEMUX (bộ dồn kênh theo thời gian)
khối MUX (multiplexor) là thiết bị làm nhiệm vụ gộp nhiều kênh tín
hiệu(analog hoặc digital từ các cảm biến hoặc từ các chuyển đổi chuẩn hóa,
…)thành một kênh tín hiệu ,mỗi kênh tín hiệu sẽ được truyền đi trong một
khoảng thời gian nhất định nào đó.khối này có nhiệm vụ nhận tín hiệu
đầu vào từ bộ CĐCH ,sau đó lần lượt chọn các tín hiệu vào theo một chu kỳ
nhất định do chương trinh phần mềm điều khiển
Cấu tạo:MUX là một mạch logic tổng hợp có nhiều đầu vào biến và một
đầu ra.Khi có tín hiệu điều khiển hay còn gọi là các biến địa chỉ (ai).các biến
dữ liệu xi tùy thuộc vào dữ liệu được đưa tới đầu ra.Do đó bộ dồn kênh được
xem như một bộ đổi nối có điều khiển
d, Kênh truyền dẫn
Làm nhiệm vụ truyền dẫn thông tin từ nơi đo đến nơi thu thập và xử lý
thông tin
e, Bộ chuyển đổi dòng áp
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
14
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Có tác dụng chuyển đổi tín hiệu dòng từ đầu ra của cáp truyền dẫn thành
tín hiệu điện áp để đưa vào bộ chuyển đổi A/D
f, Khối chuyển đổi tương tự/số (A/D)
Bộ biến đổi ADC làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu đo lường tương tự thành
số để đưa vào vi xử lý.Đế thực hiện nhiệm vụ đó có thể có nhiều phương
pháp.Trong thực tế sử dụng ba phương pháp sau :
• Phương pháp song song : tín hiệu đo đã được chuẩn hóa dưới dạng

- Đầu vào cho phép ( C ): Clock
- Xung đồng bộ
- Đầu ra: Q sẽ được đóng vào các tín hiệu đầu vào theo 2 phương án:
+ Theo một chương trình quét cho trước: D0,D1,…
+ Đầu ra Q được đóng vào chân dữ liệu đầu vào Di nào đó nếu như
tương ứng với địa chỉ của nó.
Một Mux có n chân địa chỉ bao giờ cũng có 2^n chân dữ liệu
Cấu tạo Mux Bảng trạng thái
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
A0 A1 C Q
X X 0 0
0 0 1 D0
0 1 1 D1
1 0 1 D2
1 1 1 D3
D0
D1 Q
D2
D3
A0 Q
A1
C
16
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

Q
1
Q2

∑

6
S
8
S
7
S
3
CĐCH 1
CĐCH 3
CĐCH 2
D
0
D
1
D
2
D
3
MUX 1
A
0
A
1
C
0
CĐCH 2
CĐCH 3
CĐCH 4
D
0

CĐCH 3
Display
CĐCH 1
CĐCH 2
D
0
D
1

D
2
D
3
D
4
A
6

MUX4
A
7
C
3
D
0
D
1
D
2
D

CĐCH 2Display
S
1
S
7
S
4
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

Hình 1. Sơ đồ cấu trúc nối tiếp tổng quát của DAQ
b.Định địa chỉ cho các cảm biến.
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 C0 C1 C2 C3 C∑ Q1 Q2 Q3 Q4 Q∑
0 0 X X X X X X 0 0 1 0 0 0 1 D0 0 0 0 S21
0 1 X X X X X X 0 0 1 0 0 0 1 D1 0 0 0 S11
1 0 X X X X X X 0 0 1 0 0 0 1 D2 0 0 0 S1’1
1 1 X X X X X X 0 0 1 0 0 0 1 D3 0 0 0 S2’1
X X 0 0 X X X X 0 1 0 1 0 0 1 0 D0 0 0 S42
X X 0 1 X X X X 0 1 0 1 0 0 1 0 D1 0 0 S52
X X 1 0 X X X X 0 1 0 1 0 0 1 0 D2 0 0 S62
X X X X 0 0 X X 1 0 0 0 1 0 1 0 0 D0 0 S83
X X X X 0 1 X X 1 0 0 0 1 0 1 0 0 D1 0 S73
X X X X X X 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 D0 S4’4
X X X X X X 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 D1 S34
X X X X X X 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 D2 S1’’4
X X X X X X 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 D3 S7’4
X X X X X X 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 D4 S5’4
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
18
S
5

3
210
984
ĐỊA CHỈ CÁC CẢM BIẾN :
Σ
=
CCCCCAAAAS
321
0
9810
2
Σ
=
CCCCCAAAAS
321
0
98
1
0
1
Σ
=
CCCCCAAAAS
321
0
981
0'1
Σ
=
CCCCCAAAAS

9
8326
Σ
=
CCCCCAAAAS
32
10
98548
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
19
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Σ
=
CCCCCAAAAS
32
10
98547
Σ
=
CCCCCAAAAS
32
10
9876'4
Σ
=
CCCCCAAAAS
3
210
98763
Σ

20
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
Model Kích thước
E52MY-
PTccC
SUS 316
E52MY-
CAccC
SUS 316
E52MY-
CAcD
SUS 316
Các model
Loại E52MY-PTccC E52MY-CAccC E52MY-CacD
Loại DIN PT100W
K-Type, Chromel
(+ve) Alumel (-
ve) (JISC 1602)
K-Type, Chromel
(+ve) Alumel (-
ve) (JISC 1602)
Class B 0.75 0.75
Kích thước NA 1 mm 0.65 mm
Cách điện bên
trong
Ceramic Ceramic Fiber-glass
Đầu nối dây Nhôm (Xanh) Nhôm (Xanh) Không
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
21
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển

=15: 150mm;??
=20: 200mm;??
=30: 300mm
Loại có hộp đấu
dây trên đầu
sensor, dùng 3
dây ra
Loại có hộp nối
dây kín:
E52MY-CA??
C (dây nối
2M, 0-900
0
C ,
f6, dây nối 2m,
class 0,75)
Chiều dài can: ??
=10: 100mm; ??
=15: 150mm;??
=20: 200mm;??
=30: 300mm
Loại hở: E52MY-
CA??D (dây nối
2M, 0-400
0
C , f6,
dây nối 2m, class
0,75. Chiều dài
can: ??
=6:100mm; ??

- Có nhiều tính năng khác….
CÀI ĐẶT TUỲ CHỌN:
Tất cả các cài đặt trên EDS 300 được tổng hợp trong 2 cách đơn giản
theo hướng dẫn.để bảo vệ thiết bị khi làm việc sẽ có 1 chương trình vô hiệu
hoá sẽ được kích hoạt.
CHỨC NĂNG BỔ SUNG:
• Chế độ có thể điều chỉnh ở
đầu ra
• Tiếp điểm dẫn hướng
có điều chỉnh ở đầu ra (N/O
or N/C )
• Tiếp điểm mở chậm với
thời gian 0.00…75s
• Tiếp điểm đóng chậm với
thời gian 0.00 75s
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
23
Bài Tập Lớn : Hệ Thống Thu Thập Dữ Liệu Và Điều Khiển
• Cách hiển thị (áp suất
thực tế, tiếp điểm1, tiếp
• điểm 2, giá trị lớn nhất,
(ko hiện thị).
• Sai số trong phạm vi±3% FS.
TIẾP ĐIỂM THỪƠNG MỞ / TIẾP ĐIÊM THƯỜNG ĐÓNG:
Tiếp điểm thường mở này khi có áp suất lớn làm cho trạng thái đầu ra bị
thay đổi và ở mức cao, trạng thai này được duy trì cho đến khi áp suất bị giảm
và trở lại vị trí ban đầu. tiếp điểm thường đóng thì ngược lai.
SƠ ĐỒ MẠCH:
Đầu ra chuyển mạch:
Type: Đầu ra tranzito PNP
Dòng chuyển mạch: max. 1.2 A
Vòng chuyển mạch: > 100 million
Thơi gian phản ứng: approx. 10 ms
Điều Kiện xung quanh:
Phạm vi nhiệt độ trung bình: -25 + 80 °C
Nhiềt độ xung quanh: -25 + 80 °C
Nhiệt độ bảo quản: -40 + 80 °C
Đánh giá khoảng nhiệt: -10 + 70 °C
Độ Rung: approx. 10 g / 0 500 Hz
Va chạm: approx. 50 g / 1 ms
Other data:
Sinh Viên :Trần Văn Kiển
25