Thiết bị ngoại vi & Kỹ thuật ghép nối - Chương 6

Chia sẻ: Đỗ Hồng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:89

Thêm vào BST

Báo xấu

98
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo bài giảng môn học Thiết bị ngoại vi & Kỹ thuật ghép nối - Mở đầu (Peripherals & Interfacing Technique)do Bùi Quốc Anh biên soạn - Chương 6 analog interfacing

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết bị ngoại vi & Kỹ thuật ghép nối - Chương 6

ch 6. analog interfacing In this Chapter: • Analog Signal Interface Overview • Analog Electronics - Conditioner • Digital to Analog Converters • Analog to Digital Converters • DAS - SCADA - DCS/QCS Ch6 Analog 1
6.1. analog signal interface overview: • Lµ hµm cña 1 (hoÆc nhiÒu) biÕn ®éc lËp, ®¹i l−îng vËt lý theo thêi gian: nh− tiÕng nãi, nhiÖt ®é... theo thêi gian: A=f(t,h) • XuÊt hiÖn liªn tôc trong kho¶ng thêi gian t0 - t1 • Gi¸ trÞ biÕn thiªn liªn tôc trong kho¶ng biªn ®é tõ A0 ®Õn A1 , cã Ch6 Analog ®a trÞ. 2 thÓ
6.1. analog signal interface overview: • Trong thùc tÕ: Rêi r¹c hãa • Trong M¸y tÝnh sè, th«ng tin thu vÒ : • Rêi r¹c vÒ thêi gian • Rêi r¹c vÒ gi¸ trÞ • => ®Ó m¸y tÝnh thu thËp, cÇn ph¶i 'rêi r¹c hãa' c¸c tÝn hiÖu vÒ thêi gian vµ gi¸ trÞ, dïng thiÕt bÞ chuyÓn ®æi ADC t¹o ra c¸c tÝn hiÖu sè, ®Ó: • Xö lý, cÊt vµo kho sè liÖu • TruyÒn göi ®i xa • T¸i t¹o l¹i hay tæng hîp tÝn hiÖu: dïng thiÕt bÞ DAC t¹o l¹i c¸c tÝn hiÖu analog. Ch6 Analog 3
H×nh 6.02a. M« h×nh ghÐp nèi tÝn hiÖu analog Ch6 Analog 4
H×nh 6.02-b. M« h×nh HÖ §o l−êng - §iÒu khiÓn sè Ch6 Analog 5
• Process: – Là các quá trình công nghệ như: dây chuyền xeo giấy; phối-trộn-nghiền-nung clinker => sản xuất cement; dây chuyền luyện-nung-cán thép, sản xuất-trộn phân bón NPK, các nhà máy phát điện... • Sensors: – Là vật liệu/thiết bị dùng để chuyển đổi các đại lượng vật lý không điện (T, RH, p, L, v, a, F, pH, F,..) thành tín hiệu điện (u, i, R, f) – Vật liệu: do đặc tính tự nhiên của vật chất – ví dụ RTD Pt100, cặp nhiệt điện, piazo (titanate-bary), tenzometric – Thiết bị: có sự gia công/chế tác – ví dụ LM135 precision temperature sensor, bán dẫn • Conditioners: – Vì tín hiệu từ sensors thường rất nhỏ, có nhiễu và phi tuyến => có mạch điện tử analog để xử lý tín hiệu: khuếch đại, lọc nhiễu, bù phi tuyến... cho phù hợp. Ch6 Analog 6
• MUX: analog multiplexer – bộ dồn kênh – Inputs: n bit chọn kênh, có 2n kênh số đo analog, đánh số từ 0..2n-1; – Output: 1 kênh chung thông với 1 trong số 2n inputs và duy nhất; – Như vậy chỉ cần 1 hệ VXL/MT và ADC vẫn thu thập được nhiều điểm đo công nghệ • Trích mẫu và giữ - Sample & Hold: – Dùng để trích mẫu của t/h khi có xung sample (100s ns.. vài us) và giữ nguyên giá trị của t/h trong khoảng thời gian lâu hơn để ADC chuyển đổi được ổn định; – Chỉ dùng trong các trường hợp tín hiệu biến thiên nhanh tương đối so với thời gian c/đ của ADC; – Nâng cao độ chính xác và tần số của th. Ch6 Analog 7
• ADC: analog to digital convertor: – Rời rạc hóa t/h về thời gian và số hóa t/h – lượng tử hóa – Có nhiều phương pháp/tốc độ/địa chỉ ứng dụng của chuyển đổi • Central system: hệ nhúng/MT: – CPU, mem, bus, IO port, CSDL, net; – thu thập và xử lý số đo. • DAC: digital to analog convertor – Biến đổi tín hiệu số => liên tục về tg nhưng vẫn rời rạc về gt; – Nhiều loại: số bit/1 hay 2 dấu/tốc độ... Ch6 Analog 8
• Mạch điện tử analog: – Có nhiều kiểu chức năng tùy thuộc ứng dụng: • Lọc – tái tạo, tổng hợp âm thanh; • Khuếch đại để đến các cơ cấu chấp hành; • Cách ly quang học đề ghép nối với các thiết bị công suất lớn (motor, breaker, ...) • Actuators: các cơ cấu chấp hành – Là 1 lớp các thiết bị để tác đọng động trở lại dây chuyền công nghệ; – Cơ học: motor (3 phase Sync/Async, single phase, dc, step) như robot, printer’s motor, FDC/HDC motors... – Điều khiển dòng năng lượng điện: SCR (thyristor), Triac, Power MOSFET, IGBT... – Điều khiển dòng chất lỏng/khí/gas: valves (percentage, ON/OFF valves) Ch6 Analog 9
H. 6.2c. Mô hình hệ DCS Ch6 Analog 10
H. 5.02d. Mô hình hệ SCADA Ch6 Analog 11
6.2. analog electronics: • Operational Amplifiers - OpAmps - KhuÕch ®¹i thuËt to¸n ®Ó t¹o c¸c bé conditioners – chuÈn hãa tÝn hiÖu • Analog Switches & Analog Multiplexers • Reference Voltage Sourcers - nguån ¸p chuÈn • Sample & Hold - trÝch mÉu vµ gi÷ • Converssion Errors - Sai sè chuyÓn ®æi • ... Ch6 Analog 12
6.2. analog electronics: 6.2.1. Opamp • Lµ vi m¹ch khuÕch ®¹i, nèi galvanic, xö lý th tõ 0Hz. • TÝn hiÖu gåm: • 2 ch©n tÝn hiÖu Inv. Inp vµ Non Inv. Input • Ch©n Output • Nguån cÊp: +Vcc, -Vcc( Gnd) H603. Operational • ChØnh Offset. Amplifier (OpAmp) • Cã thÓ cã thªm ch©n nèi tô bï tÇn sè Ch6 Analog 13
6.2.1. opamp: ®Æc ®iÓm opamp • Xö lý tÝn hiÖu dc (0 Hz up) • HÖ sè khuÕch ®¹i lín, tõ kilo... Mega... and even more... (GBW - Gain - band width Product, unit @ MHz) • Trë vµo lín vµi kΩ ®Õn 1012 Ω, trë ra nhá, 10s ®Õn 100sΩ, tèt cho c¸c m¹ch ghÐp nèi analog, phèi hîp trë kh¸ng. H×nh 6.04. ThiÕt bÞ 2 cöa Ch6 Analog 14
6.2.1. opamp: ®Æc ®iÓm opamp • Nguån cÊp d¶i réng, 1 hoÆc 2 dÊu: ±3Vdc to ±18Vdc • KhuÕch Vi sai (Differential Amplifier), lo¹i trõ nhiÔu tèt => CMRR (Common Mode Rejection Ratio - hÖ sè khö nhiÔu ®ång pha lín) up to 120dB • Band width/ Slew rate: B¨ng th«ng/ Tèc ®é t¨ng ®iÖn ¸p tèi ®a phÝa Output khi cöa vµo cã b−íc nh¶y ®¬n vÞ • UOffset: Khi cöa vµo =0 mµ cöa ra kh¸c 0. §iÖn ¸p tr«i theo thêi gian vµ nhiÖt ®é => chØnh Uoffset/ bias current • ICs: • Linear Monolithic: μA741 (Fair Child), LMx24s...(NS) • Linear FET: TL 081/ 082/ 084 (TI), LF356/357/347..(NS) • Linear Hybrid:LH0024/ 0032 (NS-Hi Slewrate) • Instrumentation OpAmp: LM725/ LH0036/ 0038/ 0084 (NS) Ch6 Analog 15
H×nh 6.05a. Analog Comparator, dïng trong ADC Ch6 Analog 16
H×nh 6.05b. Ch6 Analog 17
H×nh 6.05c Ch6 Analog 18
H×nh 6.05d Ch6 Analog 19
H×nh 6.05e Ch6 Analog 20