Nguyễn Minh Hằng
Lời nói đầu
Kỹ thuật thông tin đo lường là một bộ phận quan trọng của kỹ thuật
hiện đại.Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và đặc biệt là sự
ứng dụng công nghệ mới vào quá trình sản xuất ,nền thông tin đo lường
ngày nay ngày càng phát triển đóng vai trò và tầm quan trọng rất lớn và
cần thiết .Nó có vai trò thu thập thông tin và để điều khiển của cả một quá
trình sản xuất tự động.Đáp ứng ngày càng cao của công nghiệp hóa hiện
đại hóa.Thiết bị đo và hệ thống đo lường ngày càng phát triển hơn nhờ
việc áp dụng kỹ thuật vi điện tử,vi xử lý và máy tính,vì vậy những kết
quả đo chính xác một cách tin cậy ,chính xác hơn.Người ta đã tạo ra
những thiết bị thông minh nhờ cài đặt vào chúng những thiết bị vi xử lý
hay đơn phiến,nhờ đó chúng có những tính năng hơn hẳn những thiết bị
thông thường :tự xử lý và tự lưu kết quả đo ,làm việc theo một chương
trình ,tự động thu thập số liệu đo ,có khả năng truyền tín hiệu đi xa.
Sau thời gian học tập ,tìm hiểu nghiêm túc cộng với sự giúp đỡ chỉ
bảo tận tình của thầy giáo LÊ VĂN TÙNG em đã hoàn thành cơ bản
môn học này.Với khả năng có hạn ,kinh nghiệm thực tế hạn hữu.Em hoàn
thành môn đồ án này trên cơ sở lý thuyết đã được học tập nên có rất nhiều
thiếu sót.Vì vậy,em rất mong được sự giúp đỡ của thầy để đồ án của em
hoàn thành tốt hơn.
1
Nguyễn Minh Hằng
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.

2
Nguyễn Minh Hằng
Sơ đồ 21:
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

1.1 Phương án thiết kế hệ thống
Để thiết kế hệ thống thông tin đo lường giám sát hiển thị tại chỗ theo
nhóm cảm biến và hiển thị trung tâm điều khiển của một nhà máy có mặt
bằng như hình 1 cần (S1,S2,S3,) (S4,S5,S5,S6) (S1,S4,S7) (S7,S8) thì bộ
điều khiển tại trung tâm điều khiển cần được ghép nối với các cảm biến
và cơ cấu chấp hành.Như vậy nhiệm vụ của người thiết kế là phải thiết kế
các tín hiệu thu được từ các cảm biến truyền đến bộ điều khiển và tại
trung tâm điều khiển người quan sát sẽ quan sát các tín hiệu gửi về điều
khiển hoạt động của nhà máy theo mong muốn.
1.1.1 Tổng quan về hệ DAQ&C
a, Khái niệm chung về hệ thu thập dữ liệu và điều khiển
Trong các nhà máy, việc kiểm soát và vận hành liên tục quá trình sản
xuất đóng vai trò đặc biệt quan trọng. Để tạo ra một sản phẩm, nhà máy
thường được phân thành nhiều khâu chuyên môn khác nhau, các khâu lại
có mối quan hệ ràng buộc logic nhịp nhàng trong một hệ thống thống
4
Nguyễn Minh Hằng
nhất. Chính vì thế một hệ thu thập dữ liệu với vai trò liên tục kiểm soát
các thông số, tình trạng 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

nhiều ảnh chụp nhanh hoặc từng khoảnh khắc để phân tích và tạo khả
năng phản ứng trong các tình huống đột xuất. Thời kỳ các bộ ghi dữ liệu,
6
Nguyễn Minh Hằng
phần mềm HMI/SCADA và thậm chí cả các bảng PCI trước đây luôn
giống nhau và luôn luôn thực thi các chức năng truyền thống được xác
định một cách rõ ràng đã trở thành quá khứ. DAQ&C ngày càng trở lên
phổ biến, nó đa dạng về thiết kế, phong phú về chức năng.
Hiện nay có khoảng hơn 100 loại thiết bị khác nhau có thể thực hiện
chức năng thu thập dữ liệu (DAQ): từ các hệ điều khiển phân tán(DCS)
cho đến các bộ điều khiển logic khả trình (PLC) cũng như các máy tính,
dù có nhiều thay đổi trong gần đây nhưng DAQ vẫn là thiết bị dùng để đo
đạc và ghi tín hiệu.
Để thu thập được dữ liệu và ghi lại những sự thay đổi của tín hiệu thì hệ
thống ngoài có phần cứng còn cần có phần mềm để thu thập được nhiều
thông tin hơn, thực hiện chức năng trao đổi dữ liệu cho thông tin sau đó
chuyển thông tin vào vào hệ thống dựa trên nền Windows.
Trong một hệ thống cần thu thập dữ liệu và điều khiển thì nếu dùng hai
hệ 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
7
Nguyễn Minh Hằng
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

9
1
n
Truyền đi
xa
.
.
.
.
ANALOG
SENSORRR
S
DIGITAL
ĐTCN
CĐCH2
CĐCHn
MUX
CĐCH1
A/
D
µP
MT
DEMUX
COM
BĐK
LCD
1
2
n
Nguyễn Minh Hằng

µP
MT
DEMUX
COM
BĐK
LCD
1
2
n
1
n
Truyền đi
xa
Nguyễn Minh Hằng
Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc song song của DAQ
- Ưu điểm: Hệ thống có độ tin cậy cao vì các kênh hoàn toàn độc lập
nhau do tín hiệu chạy song song trên các đường dây cáp.Vì vậy khi hỏng
một kênh nào đó các kênh kia vẫn làm việc được.
- Nhược điểm: Số lượng dây sẽ rất lớn vì thế chỉ sử dụng trong phạm vi
nhất định, khoảng cách ngắn(2-3km), phức tạp, cồng kềnh.
b, Sơ đồ có các kênh thu thập dữ liệu nối tiếp Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc nối tiếp của DAQ
Trong hệ thống này các kênh được chuyển từ song song thành nối tiếp
để đưa vào một kênh thu thập duy nhất thông qua dồn kênh MUX.
11
1
n
Truyền đi

c, Sơ đồ có các kênh thu thập dữ liệu song song-nối tiếp
Trong hệ thống này các kênh thu thập dữ liệu được chia thành nhóm
(còn gọi là Modul), mỗi nhóm chứa nhiều kênh, số kênh trong mỗi nhóm
được tính toán sao cho tối ưu nhất (tức là đảm bảo sai số nhỏ nhất).
Từ đối tượng công nghiệp (ĐTCN), qua các sensor tín hiệu được đưa
đến các MUX sơ cấp sau đó đến CĐCH và đến bộ đổi nối nhóm, MUX
nhóm (thường là MUX điện tử) tín hiệu sau đó được đưa qua bộ chuyển
đổi A/D thành tín hiệu số rồi đưa vào bộ vi xử lý, tại đây tín hiệu được
gia công, tính toán sẽ truyền tới máy tính hoặc qua bộ phân kênh
DEMUX đưa tín hiệu thu thập được đến bộ điều khiển, màn hình LCD…
12

n
1
Truyền đi
xa
.
.
.
MUX
nhóm
MUX1
A/
D
µP
MT
DEMUX
COM
BĐK
LCD

khối này làm nhiệm vụ thu thập trực tiếp các tín hiệu đo cụ thể là đo áp
suất ,đo nồng độ ,dòng điện ,lưu lượng ,tốc độ quay và khối lượng của hệ
thống
b, Bộ chuyển đổi chuẩn hóa
Bộ chuyển đổi chuyển hóa để hòa hợp giữa sensor và thiết bị đo cần thiết
phải chuẩn hóa tín hiệu ra của sensor nghĩa là phải biến đổi chúng thành 1
đại lượng vật lý duy nhất với 1 dải đo duy nhất.
Nhiệm vụ của CĐCH là biến đổi tỷ lệ. Nếu tín hiệu vào x nằm trong
khoảng từ x
1
– x
2
thì tín hiệu ra f phải là 0 ÷Y
13
CĐCH
Nguyễn Minh Hằng
X Y
Đặc tính ra của chuyển đổi chuẩn hóa thường là tuyến tính tức là
Y = Y
0
+ K.X
Thay các giá trị đầu vào và đầu ra của CĐCH ta có :
0 = Y
0
+ K.X
1 Y = Y
0

−
−=
Là một hàm tuyến tính theo x thỏa mãn yêu cầu của một CĐCH.
a. CĐCH đầu ra là áp một chiều
Được thực hiện bởi 2 bước sau :
- Bước 1: Trừ đi giá trị ban đầu x = X
1
, để tạo ra đầu ra của
CĐCH giá trị y = 0.
- Bước 2: Thực hiện khuyếch đại (K>1) hay suy giảm (K<1) .
Để thực hiện trừ đi giá trị ban đầu người ta thường sử dụng khâu tự
động bù tìn hiệu ở đầu vào hoặc thay đổi hệ số phản hồi của bộ khuyếch
đại.
14
Nguyễn Minh Hằng
b.CĐCH đầu ra là dòng một chiều
Thực tế người ta hay sử dụng CĐCH với dòng ra là 0 ÷ 20mA hay
4 ÷ 20mA. Với dòng từ 4 - 20mA thì 4mA để cung cấp cho mạch điện tử
còn
từ 0 – 16mA là tín hiệu đo. Nguồn dòng được tạo bởi bộ biến dòng (dùng
tranzito chẳng hạn). Mọi sơ đồ như vậy được biểu diễn ở hình:
0 - 16mA
4mA
4 - 20mA
C Ð CH
S
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 –

quả ta có một bậc của tín hiệu sấp xỉ.phương pháp này có giá
thành cao bởi vì mỗi một số ta cần phải có một bộ so sánh
• Phương pháp trọng số : việc so sánh diễn ra cho từng bit của số
nhị phân,cách so sánh như sau:đầu tiên người ta xem điện áp vào
có vượt điện áp chuẩn của bit già hay không.Nếu nó vượt thì kết
quả có giá trị “1” và lấy điện áp vào trừ đi điện áp chuẩn phần dư
đem so sánh với các bit trẻ lân cận rõ ràng là có bao nhiêu bit
trong một số nhin phân thì cần bấy nhiêu bước so sánh và bấy
nhiêu điện áp chuẩn.
• Phương pháp số: đây là phương pháp đơn giản nhất .Ở trường
hợp này ta kể dến số lượng các tổng điện áp chuẩn của các bit trẻ
dùng để diễn đạt điện áp vào.Nếu số lượng cực đại dùng để mô tả
hệ bằng n bước để nhận biết kết quả.Phương pháp này rẻ tiền
nhưng chậm.
g, Khối chuyển đổi mã song song nối tiếp
Nhiệm vụ của khối này là biến các tín hiệu song song từ đầu ra của bộ
biến đổi A/D thành tín hiệu nối tiếp qua chuẩn RS232 để đưa vào máy
tính
h, Chuẩn giao tiếp RS232
RS232 là chuẩn kết nối với các cổng của máy tính,có nhiệm vụ đưa tín
hiệu từ kênh truyền dẫn vào máy tính
17
Nguyễn Minh Hằng
i, Thiết bị xử lý trung tâm,hiển thị trung tâm
Là nơi thu nhận tín hiệu từ các sensor và hiển thị ra màn hình để
người quan sát biết được tình hình để kịp thời khắc phục sự cố nếu có.
1.3 Định địa chỉ cho cảm biến
a. Cấu tạo MUX
- Đầu vào địa chỉ (A): Address
- Đầu vào dữ liệu (D): Data

D
0
D
1
D
2
D
3
MUX 1
A
0
A
1
C
0
BĐK
Display
Nguyễn Minh Hằng
Q
1
Q2

∑
Q

1 .
.

3
MUX 2
A
2
A
3
C
1
Display
Display CĐCH 4
D
0
D
1
MUX3
A
4
A
5
C
2
D
0
D
1
D
2
D
3


4

Hình 1. Sơ đồ cấu trúc nối tiếp tổng quát của DAQ
21
S
7
S
3
Display
Display
CĐCH 3
Display
CĐCH 1
CĐCH 2
D
0
D
1

D
2
D
3
D
4
A
6

MUX4
A

X X X X X X 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 D4 S5’4
22
Nguyễn Minh Hằng
ĐỊA CHỈ CÁC PHÂN KHU :
Σ
=
CCCCCAAK
321
0
98
1
Σ
=
CCCCCAAK
32
1
0
9
8
2
Σ
=
CCCCCAAK
3
2
10
9
83
Σ
=

Σ
=
CCCCCAAAAS
32
1
0
9
8
10'2
Σ
=
CCCCCAAAAS
32
1
0
9
8
324
Σ
=
CCCCCAAAAS
32
1
0
9
8
325
Σ
=
CCCCCAAAAS

=
CCCCCAAAAS
3
210
9876''1
Σ
=
CCCCCAAAAS
3
210
9876'7
Σ
=
CCCCCAAAAS
3
210
9876'5

CHƯƠNG 2 : LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG
24
Nguyễn Minh Hằng
2.1 Cảm biến đo nhiệt độ dải đo từ 0
o
C đến 600
o
C(E52MY).
- Cảm biến có độ tin cậy cao với giá cả hợp lý.
- Làm từ chất lượng cao, yếu tố sensing.
- Tuyệt vời với sự ổn định và độ chính xác cao.
- Thích hợp cho các phương tiện truyền thông ở nhiệt độ cao.