Giáo trình Hệ thống thông tin công nghiệp

ều chế khoá dịch pha PSK hình (2-…) mô tả các dạng tín hiệu điều chế này. Sau đây, ta sẽ đi vào phân tích cụ thể các dạng điều chế. Hình (2-……): Các dạng tín hiệu được điều chế ASK, FSK, PSK. Hình (2-…): Phổ công suất tín hiệu khi điều chế số. Điều chế dạng khoá dịch biên độ ASK. Khoá dịch biên độ ASK hay còn gọi là khoá đóng mở OOK (on/off Keying). Đây là cách điều chế sóng mang đơn giản nhất. Trường sóng tín hiệu có thể viết như sau: Es(t) = E0 m(t)cos[w0t+fs(t)] (2.*) Trong đó As= E0m(t) là biên độ được điều chế thông qua tín hiệu điều chế m(t), w0 và fs được giữ là hằng số. Vì là điều chế số nên m(t) chỉ có 2 giá trị 0 và 1 tương ứng với các bit 0 hay 1 cần được phát đi. Trong hầu hết các trường hợp thì As có giá trị bằng 0 khi truyền các bit 0. Dạng phổ tín hiệu của ASK được biểu thị trong hình (2-...a). Điều chế dạng khoá dịch tần số FSK. Trong dạng điều chế FSK, thông tin được mã hoá trên sóng mang bằng cách dịch tần số sóng mang w0 dựa theo biểu thức (). Với dạng tín hiệu số ở dạng điều chế này, biên độ sóng mang giữ không đổi, còn tần số w0 có 2 giá trị là (w0-Dw) và (w0+Dw), tuỳ thuộc vào tín hiệu phát đi là bit 0 hay 1. Sự dịch Df = Dw/2p được gọi là lệch tần. Đại lượng 2Df đôi khi được gọi là khoảng cách TONE vì nó là biểu hiện khoảng cách giữa các bit 0 và 1. Trường sóng tín hiệu của dạng điều chế FSK được viết như sau: Es(t) = E0cos[(w0t+m(t) 2pDf)+fs] (2-...) Với m(t) có thể nhận 2 giá trị ±1 ứng với bit 1 và bit 0(Ví dụ bit 1 là 90 khz ; bit 0 là 60 khz)Nếu 2Df là độ lệch tần đỉnh- đỉnh thì tham số b = 2Df/B được gọi là chỉ số điều chế tần số. Tương ứng với các b khác nhau sẽ có các sơ đồ khác nhau. Điều chế dạng khoá dịch pha PSK và khoá dịch pha vi phân DPSK. Trong dạng điều chế khoá dịch pha PSK, các chùm tín hiệu được phát ra bằng cách điều chế fs trong biểu thức (2.*), trong khi đó thì biên tần As=E0 và tần số w0 của sóng mang được giữ là hằng số. Khi đó có thể viết như sau: Es(t) = E0cos[w0t+m(t). p] Trong đó m(t) nhận các giá trị 0 và 1 ứng với các bit 0 và 1, điều này có nghĩa là pha fs nhận hai giá trị 0 và p. Dạng phổ công suất giống như của ASK, nhưng có phổ vạch sóng mang như thể hiện trong hình (2...d). Vậy sơ đồ này hiện hữu hơn so với sơ đồ ASK. Điều chế dạng khoá dịch pha vi phân DPSK(Differential PSK) cũng giống như điều chế PSK như vậy có thể viết. Es(t) = E0cos[w0t+m(t) p] Trong thực tế chỉ khác ở quy luật mã vì trong DPSK, thông tin được mã hoá theo sự khác nhau về pha giữa hai bít kế tiếp nhau. Ưu điểm của điều chế DPSK là tín hiệu phát có thể được điều chế thành công cho đến khi pha sóng mang duy trì khá ổn định trên độ dài hai bít. Điều chế này thường được dùng trong các hệ thống thực tế, vì không cần các bộ giải điều chế phức tạp mà vẫn cho đặc tính tốt. CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP Kênh liên lạc và đặc tính của kênh liên lạc Khái niệm về kênh liên lạc Là tập hợp tất cả các thiết bị kỹ thuật làm nhiệm vụ truyền độc lập các thông tin đo, bao gồm thiết bị phát, thiết bị thu và dây liên lạc. Thiết bị phát, thiết bị thu phụ thuộc vào loại tín hiệu truyền trên dây liên lạc. Dây liên lạc bao gồm : Dây hữu tuyến và dây vô tuyến Dây hữu tuyến : Hệ thống nhìn thấy dây. Dây vô tuyến : Hệ thống không nhìn thấy dây : Sóng điện thoại, sóng radio… Các đặc tính của kênh liên lạc 1. Dung lượng kênh liên lạc. Vk = Tk.Hk.Fk Tk : Khoảng thời gian truyền của tín hiệu. Fk : Dải tần của kênh liên lạc. Hk : Tỷ số công suất phát tín hiệu & công suất nhiễu. 2. Tốc độ truyền của kênh liên lạc. Vk = I/T Vk : Tốc độ truyền của kênh liên lạc. I : Lượng thông tin. T : Thời gian truyền của kênh liên lạc. Khi T = 1s ® Vk = I Tốc độ truyền của kênh liên lạc là lượng thông tin truyền qua kênh liên lạc trong khoảng thời gian là 1s. Dây liên lạc 1. Dây liên lạc hữu tuyến. Như dây cáp đồng, Fe, cáp quang, đường dây tải điện. a. Đường dây cáp đồng. Khi truyền tín hiệu trên đường dây bằng kim loại luôn có sự tắt dần của tín hiệu, phụ thuộc vào tần số của tín hiệu. Đường dây cáp Cu cho phép tín hiệu có tần số f < 180 KHz Pvào : Công suất phát của tín hiệu tại đầu phát. Pra : Công suất của tín hiệu thu được. b. Đường dây cáp bằng sắt. Có đặc điểm nhu dây cáp bằng đồng, tuy nhiên chỉ cho phép tín hiệu có tần số f < 30KHz. c. Đường tải điện (Tải ba PLC power line comunication). Tải ba là hệ thống truyền tin sử dụng các đường dây truyền tải điện cao áp, chủ yếu được dùng để truyền đi một cách tin cậy tiếng nói, dữ liệu về quản lý năng lượng và các tín hiệu bảo vệ hệ thống điện. Thông thường hệ thống PLC được sử dụng cho việc thông tin liên lạc bằng điện thoại trong mạng thông tin nội bộ trong ngành điện. PLC cũng cho phép truyền các tín hiệu điều khiển và bảo vệ hệ thống điện. Các tín hiệu điều khiển và bảo vệ này nhằm bảo vệ các đường dây truyền tải điện trọng yếu cũng như các phần tử quan trọng khác trong hệ thống điệ n. Đồng thời, hệ thống PLC cũng cho phép kết nối các máy tính với nhau trong mạng máy tính diện rộng của ngà nh điện cũng như cho phép các máy Fax liên lạc được với nhau. Thông thường PLC được dùng để truyền thông tin trên một khoảng cách trung (từ 20 đến 100 km) hoặc khoảng cách dài (100 đến 500 km) Đường dây tải điện đã được xây dựng sẵn được kết hợp làm đường dây liên lạc cho nên dẫn đến tiết kiệmđược chi phí, mặt khác đường dây cao áp được tính toán xây dựng không những có thể chịu đựng được các điều kiện thời tiết xấu mà cả dạng thiên tai có thể xảy ra. Do vậy tương ứng kênh liên lạc sử dụng hệ thống tải ba cũng có độ tin cậy cao. Sơ đồ như sau : CN CN L L Phát Nhận A B C C C A C B 50Hz < ftínhiệu £ 180KHz Khi sử dụng đường dây tải điện để truyền tín hiệu thì có ưu điểm là tiết kiệm chi phí, tuy nhiên nhược điểm rất lớn là chịu ảnh hưởng của nhiễu. Đặc biệt là nhiễu sinh ra trong quá trình lưới điện. Ví dụ quá trình đóng cắt các phụ tải. Nhiễu sinh ra do hiện tượng quá áp thiên nhiên. Hiện nay ngành điện lực nước ta sử dụng nhiều hệ thống thông tin tải ba khác nhau như: +Hệ thống tải ba ABC do Nga xản xuất +Hệ thống tải ba ESB do hãng Siements (Đức) sản xuất + Hệ thống tải ba ETL do hãng ABB (Thuỵ Điển) sản xuất + Hệ thống tải ba CPL do hãng CEGELEC (Pháp) sản xuất Sau đây là sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống thông tin tải ba CPL Hệ thống tải điệ n có công suất lớn thường có yêu cầu về độ an toà n cao và truyền tải điện trên phạm vi rộng. Hệ thống thông tin tải ba sẽ giú p cho việc trao đổi thông tin, số liệu giữa cá c vị trí địa lý khác nhau trong hệ thống điện. Nhờ được thiết kế một cách đặc biệt cho việ c thông tin liên lạc, thiế t bị thông tin tải ba CPL -306 cho phép truyền tín hiệu theo kiểu điểm nối điểm từ 2 đến 6 kênh truyề n làm việc song song, sử dụng môi trườ ng truyền tin là đường dây trên không hoặc dây cáp cao áp. Dữ liệu ban đầu dưới dạng tín hiệu tương tự được truyền đến các bộ điều chế, khuếch đạ i rồi gửi đến môi trường truyền tin qua một bộ ghép nối. ở cuối đườ ng truyền, mộ t thiế t bị thu sẽ khôi phục lại một cách chính xác dữ liệu đã được truyền đi. Sơ đồ hoạt động của hệ thống thông tin tải ba có thể được mô tả rõ hơn trong hình sau Trong đó: LT: cuộn cản (còn được gọi là cuộn chặn hay cuộn bẫy sóng). CD: thiết bị ghép nối. PLC: thiết bị thông tin tải ba (thiết bị chính). CC: tụ ghép nối. HV line: đườ ng dây truyền tải điện cao áp. RP: rơle bảo vệ . RTU: thiết bị đầu cuối. PAX: thiết bị chuyển mạch. FAX: máy Facsimile. M: modem Các bộ giao tiếp của thiết bị CPL -306 nhận những tín hiệu vào tương tự có tần số từ 300 đến 3700 Hz.. Sự phối hợp với nhau giữa việc truyền các tín hiệu nói trên với việc truyền tần số công nghiệp trên đường dây là không thể chấp nhận được về mặt chất lượng tín hiệu cũng như về vấn đề an toàn cho thiế t bị thông tin. Vì vậy thiế t bị CPL -306 sẽ biến đổi các tín hiệu tương tự nhận được sang tần số trong khoảng từ 40 đến 500 kHz. Chức năng của các thiết bị trong hệ thống tải ba: Từ hình 6.2 ta thấy hệ thống thông tin tải ba bao gồm các thiết bị chủ yếu nằm về phía điện áp cao như sau: - Cuộn kháng bẫy sóng hay còn gọi là cuộn cản LT (Line Trap). - Tụ điện ghép nối CC (Coupling Capacitor). - Thiết bị ghép nối CD (Coupling Device). Chức năng chính của các thiết bị này là: Cuộn bẫy sóng: Các tín hiệu thông tin tải ba thường được truyền trên đường dây cao áp là các tín hiệu đo lường từ xa, tín hiệu điều khiển từ xa, tín hiệu điện thoại, điện báo (Telex)... Cuộn bẫy sóng được thiết kế để ngăn chặn những tín hiệu sóng mang cao tần. Chúng được mắc nối tiếp trên đường dây cao áp và đặt ở các trạm biến áp. Do đó chúng phải được thiết kế để chịu đựng được dòng điện làm việc lâu dà i lớn nhất và kể cả dòng điện ngắn mạch có thể xuất hiện trên đường dây đó . Đối với cuộn bẫy sóng: Tổng trở: Z = w.L Mà: w = 2.pi.f = 2.pi.f.L Từ biểu thức trên ta có thể thấy tổng trở Z và tần số f tỷ lệ thuận với nhau. Do đó: Nếu f nhỏ thì Z nhỏ cho nên dòng điện có tần số nhỏ (tần số của điện công nghiệp 50 Hz) dễ dàng qua được. Còn nếu f lớn (khoảng 40 đến 500 KHz) thì Z rất lớn, như vậy cuộn bẫy sóng có tính chất cản trở không cho dòng tín hiệu tần số sóng mang đi qua. Tụ điện ghép nối cũng giống như các tụ điện thông thường được mắc trong mạch nhằm ngăn cản tần số điện lực không cho qua thiết bị PLC đồng thời cho các tín hiệu cao tần đi qua một cách dễ dàng để đi đến thiết bị PLC. Như ta đã biết tổng trở của mạch thuần dung là: Như vậy tổng trở của tụ ghép nối tỷ lệ nghịch với tần số. Đối với tần số điện lực (50 Hz) thì f nhỏ đ Z lớn làm cho tín hiệu khó qua được. Đối với tần số sóng mang (40 - 500 kHz) thì f lớn thì Z nhỏ làm cho tín hiệu dễ dàng đi qua được. Một đầu của tụ điện ghép nối đấu vào đường dây cao áp (trước cuộn bẩy sóng) còn đầu kia được nối đến thiết bị ghép nối giao tiếp. Giá trị của tụ điện ghép nối trên thực tế khoảng 1500 đến 7500 pF và giá trị này phụ thuộc vào trở kháng của đường dây cao áp. Thiết bị ghép nối là thiết bị giao tiế p giữa đường dây cao thế (HV line) và thiết bị thông tin tải ba PLC. Phần chủ yếu của thiết bị ghép nối là bộ lọc với tác dụng cho tín hiệu tần số sóng mạng đi qua và ngăn lại không cho dòng điện tần số lưới điện đi qua nhằm bảo vệ các thiết bị viễn thông PLC khỏi phần điệ n áp cao cũng như quá điện áp trong hệ thống điện. Ngoài module lọc ra, thiết bị ghép nối còn bao gồm cuộn dây bảo vệ (drain coil), thiết bị phóng điện chân không, bộ phận nối đất bên ngoài và vỏ đứng... Sơ đồ ghép nối trong trường hợp có nhiều trạm như sau A, B, C, D: các trạm biến áp. 1. Thiết bị ghép nối. 2. Thiết bị chuyển mạch vạn năng. 3. Thiết bị PLC. Có thể sử dụng các sơ đồ ghép nối khác nhau như ghép nối pha-đất, ghé p nối pha -pha, ghép nối liên mạch. Thiết bị ghép nối loại GC 305 của hãng CEGELEC (Pháp) được chế tạo dưới hình thức một hộp plastic không thấm nước và có 2 mạch quan trọng: - Một mạch bảo vệ nhằm đảm bảo độ an toàn cho nhân viên vận hành và bảo vệ thiết bị tải ba khỏi ảnh hưởng của phần cao áp của hệ thống điện và điện áp xung của quá trình quá độ - Một mạch thích ứng có thể điều chỉnh trở kháng của thiết bị tải ba cho phù hợp với đường dây của hệ thống điện. Mạch bảo vệ được cấu tạo gồm: - Một dao nối đất mà nó sẽ nối đất đầu cực điện áp thấp của tụ ghép nối khi cánh cửa hộp mở ra. Công tắc nối đất này được hoạt động bởi tay cửa trên mặt trước của cánh cửa tủ. Với tay của cửa này nằm ngang thì công tắc nối đất ở vị trí mở, cửa tủ có thể đóng lại (vị trí vận hành). Với tay cửa nằm ở vị trí dọc, công tắc nối đất được nối ở vị trí nối đất (được đóng lại) . ở vị trí này, sự truyền tín hiệu bị ngưng lại và có thể mở cửa tủ ra trong suốt quá trình bảo dưỡng để sửa chữa thiết bị một cách an toàn. - Một thiết bị phóng điện chống sét với điện áp định mức là 500 V được nối giữa cực điện áp thấp của tụ ghép nối và đất. Nó được dùng để giới hạn những điện áp đỉnh xung nguy hiểm để bảo vệ cho thiết bị thông tin và người vận hành được an toàn. - Một cuộn dây bảo vệ được nối song song với thiết bị phóng điện chống sét tạo một đường thoát đến đất cho dòng điện tần số lưới bị rò qua tụ ghép nối. Nó sẽ có một điện kháng lớn hơn 5000 Ohm ở tín hiệu tần số sóng mang. - Một cầu chì bảo vệ của thiết bị tải ba . - Một thiết bị phóng điện chống sét thứ cấp với điện áp định mức là 600 V giới hạn điện áp tăng vọt bất thường. d. Đuờng dây cáp quang. + Thông tin được mã hoá dưới dạng ánh sáng. + Tốc độ truyền thông tin là lớn nhất. + Số lượng truyền đi là lớn. + Khả năng chống nhiễu rất cao. * Nhược điểm : Giá thành đắt, đầu nối phức tạp, cáp quang không dược bẻ cong một góc <1200 + thưc tế luôn luôn có hiện tượng khúc xạ ,cho nên những điểm khúc xạ này ® suy giảm tín hiệu. Sau độ dài nhất định người ta cần phải đặt trạm khuyếch đại tín hiệu Sơ đồ điều chế tín hiệu quang như sau : Laze Điều chế điện quang Phát quang Điều chế sơ bộ Tín hiệu đo Cáp quang 2. Đường dây liên lạc vô tuyến. + Chỉ dùng trong trường hợp không dùng dược dây hữu tuyến. Vì dây vô tuyến có nhiễu lớn. Do diều kiện, không khí … + Sử dụng các sóng điện từ lan truyền trong không gian để truyền thông tin. Dây vô tuyến chỉ dùng trong trường hợp không thể nối được dây hữu tuyến. * Đặc điểm : Khi sử dụng dây vô tuyến công suất phát rất lớn. Các bộ đổi nối Khái niệm về bộ đổi nối Bộ đổi nối là thiết bị làm nhiệm vụ gộp nhiều kênh tín hiệu (analog hoặc digital từ các cảm biến hoặc từ các CĐCH v. v) thành một kênh tín hiệu và ngược lại tách một kênh tín hiêu thành nhiều kênh tín hiệu + Thiết bị làm nhiệm vụ gộp nhiều kênh tín hiệu thành một kênh tín hiệu được gọi là bộ dồn kênh(demultiplexor) + Thiết bị làm nhiệm vụ ngược lại biến một kênh tín hiệu thành nhiều kênh tín hiệu thì gọi là bộ phân kênh (demultiplexor) Trong hệ thống thông tin đo lường thì bộ đổi nối và bộ phân kênh thường dùng trong hệ thống có cấu trúc nối tiếp. Bộ dồn kênh và bộ phân kênh có nguyên tắc giống nhau, chỉ khác nhau chiều tín hiệu truyền đi, do vậy ở đây ta chỉ tìm hiểu về bộ dồn kênh còn bộ phân kênh tương tự, như vậy ta sẽ gọi chung là bộ đổi nối Các phương pháp đổi nối (multiplexing) + Phương pháp đổi nối phân chia thời gian (Time Division Multiplexing -TDM) Trong phương pháp này mỗi một kênh tín hiệu sẽ được truyền đi trong một khe khoảng thời gian (time slot) nhất định nào đó. Phương pháp đổi nối này thường dùng trong hệ thống thông tin đo lường trong công nghiệp Ngoài ra: + Phương pháp đổi nối phân chia tần số (Frequency Division Multiplexing -FDM ) Trong phương pháp này mỗi một kênh tín hiệu được ấn định với một tần số khác nhau. Phương pháp này thường dùng trong phát thanh, truyền hình v.v + Phương pháp đổi nối phân chia bước sóng (Wavelength Division Multiplexing --WDM)). Mỗi một kênh tín hiệu được ấn định với một bước sóng cụ thể khác nhau; thường sử dụng khi dùng trong hệ thống có sử dụng cáp quang. Bộ đổi nối phân chia thời gian Cảm biến 1 (hoặc thiết bị hiển thị ) Cảm biến 2 (hoặc thiết bị hiển thị ) Cảm biến n (hoặc thiết bị hiển thị ) y(t) x2(t) x1(t) xn(t) Multiplexor Demultiplexor Các chân địa chỉ In/out out/in Nguyên lý làm việc Chế độ làm việc Chế độ làm việc theo chu kỳ Biểu đồ thời gian của bộ dồn kênh theo chế độ chu kỳ t x1(t) t x2(t) t xn(t) Multiplexor phân chia thời gian t y(t) . . . x2(t) xn(t) x1(t) Time slot - D Chu kỳ đổi nối T=nD Chế độ địa chỉ Tín hiệu đưa đến chân địa chỉ dưới dạng số nhị phân, giá trị của các chân địa chỉ tương ứng với thứ tự của đầu vào thì tín hiệu đó tương ứng được nối đến đầu ra. Cảm biến 1 (hoặc thiết bị hiển thị ) Cảm biến 2 (hoặc thiết bị hiển thị ) Cảm biến n (hoặc thiết bị hiển thị ) y(t) x2(t) x1(t) x4(t) Multiplexor Demultiplexor Các chân địa chỉ In/out out/in x3(t) A0 A1 Ví dụ như bộ dồn kênh có 2 chân địa chỉ thì có tương ứng 4 chân đầu vào Bảng trạng thái: Chân địa chỉ y(t) nối với A1 A0 0 0 x1(t) 0 1 x2(t) 1 0 x3(t) 1 1 x4(t) Biểu đồ thời gian t x1 x2 t t x3 t x4 A0 A1 1 0 1 1 0 0 1 0 t y Quan hệ giữa số lượng chân địa chỉ và số lượng các tín hiệu vào Trong đó: n là số lượng kênh tín hiệu đầu vào m là số lượng chân địa chỉ Phân loại bộ đổi nối + Bộ đổi nối tiếp xúc Các tiếp điểm được chế tạo bằng cơ khí, việc điều khiển đóng mở các tiếp điểm này có thể được thực hiện bằng tay hoặc tự động. Thông thường bộ đổi nối này là một loạt các rơle tiếp điểm đặt cố định theo một vòng tròn, việc điều khiển được thực hiện bằng nam châm điện. Đặc điểm: + Độ tin cây cao: Điện trở của cặp tiếp điểm khi đóng Rthuận = 0 W, điện trở của cặp tiếp điểm khi mở Rngược = ∞ W +Có thể dùng với các tín hiệu có công suất lớn + Độ tác động nhanh không cao: time slot D cỡ 5 ÷ 10 ms, cho nên tần số đổi nối thường không cao. Ví dụ đổi nối theo chu kỳ cỡ 100Hz và phụ thuộc vào số đầu vào n + Bộ đổi nối không tiếp xúc Các cặp tiếp điểm thường là các phần từ đóng mở phi tiếp điểm (ví dụ như tranzitor). Việc điều khiển đóng mở được thực hiện bằng tín hiệu điện Các bộ đổi nối không tiếp xúc thường được chế tạo thành các bộ đổi nối quy chuẩn. Thông thường có 3 chân địa chỉ. Ví dụ bộ đổi nối CD4051B của hãng Texas Instrument Logic Level Conversion: chuyển đổi mức logic Bảng trạng thái như sau: Đặc điểm: + Độ tác động nhanh cao, tần số đổi nối có thể đạt tới hàng chục MhZ. + Việc đóng mở có mức độ tin cậy kém hơn so với bộ đổi nối tiếp xúc vì khi đóng Rthuận = 80 ÷ 100 W, và khi mở Rngược < ∞ (cỡ vài trăm KW) + Khả năng cho các tín hiệu có công suất lớn đi qua hạn chế do vậy các tín hiệu trước khi đi vào đổi nối không tiếp xúc cần phải cho qua bộ chuyển đổi chuẩn hoá Từ bộ đổi nối trên người ta có thể gộp 4 kênh thành 1 (phân kênh 1 thành 4) bằng cách nối như sau: Cách thực hiện bộ đổi nối thực tế + Bộ đổi nối tầng Như vậy căn cứ vào các đặc điểm trên của hai loại bộ đổi nối trong thực tế để tăng độ tác động nhanh và tin cậy người ta sử dụng cách nối các bộ đổi nối theo tầng như sau: M11 M12 M1n CĐCH 2 CĐCH 1 CĐCH n M2 . . . . . . . . . . Đổi nối không tiếp xúc Đổi nối tiếp xúc Tầng 1 Tầng 2 Tầng 1: là các bộ đổi nối tiếp xúc: vì tín hiệu ở đây thường có dải công suất rất rộng từ công suất rất nhỏ và có cả công suất lớn, số lượng tín hiệu trong một bộ đổi nối là ít. Tầng 2: là các bộ đổi nối không tiếp xúc vì tín hiệu ở đây đã được thực hiện qua các bộ chuyển đổi chuẩn hoá, số lượng các tín hiệu là nhiều. + Bộ đổi nối theo nhóm Như ta thấy sai số của bộ đổi nối phụ thuộc vào số lượng các tín hiệu vào (multiplexor), tín hiệu ra (demultiplexor). Vì với một chu kỳ (tần số) đổi nối xác định thì khi tăng số lượng tín hiệu thì dẫn tới khe thời gian D càng nhỏ, có nghĩa là thời gian tồn tại của một tín hiệu trong một chu kỳ (đổi nối theo chu kỳ) càng nhỏ, do vậy khi phục hồi lại tín hiệu (demultiplexor) thì sai số càng lớn. Để khắc phục vấn đề này khi số lượng tín hiệu lớn (các nhà máy lớn) thì người ta dùng phương pháp đổi nối theo nhóm. Ví dụ phương pháp đổi nối theo nhóm với bộ đổi nối CD4051B của hãng Texas Instrument. Đây là cách nối bộ đổi nối theo nhóm từ 3 bộ đổi nối CD4051B có 8 tín hiệu vào. Sau khi nối như trên ta được một bộ đổi nối có 8 tín hiệu. Bộ tạo mẫu Trong hệ thống kiểm tra tự động phải có nguồn mẫu, nguồn mẫu thường được tạo ra từ nguồn một chiều ổn áp có độ chính xác cac. Đến nay người ta đã chế tạo được: + Pin mẫu: E = 1.0185±0.0005V + DC742A: U = 30V độ ổn định 0.3 phần triệu / tháng + AC : U = 2mV ¸ 1000V độ ổn định 1 phần triệu / năm - f = 10H ¸ 1MH Để lấy được các điện áp mẫu khác nhau người ta có thể sử dụng sơ đồ cầu sau: người ta dùng hai bộ nguồn mẫu U01 và U02. Điện áp mẫu lấy ra Umẫu = U1 + U2 trong đó U1 và U2 là điện áp lấy trên đường chéo của cầu 1 và cầu 2. Khi cần điện áp khác nhau người ta sử dụng chuyển mạch B. + + - Um©u + - U01 U02 0 1 n 0 1 n B * Cách thể hiện thông tin Có nhiều cách thể hiện thông tin đo như: + Dưới dạng số chỉ của một dụng cụ đo tương tự +Dưới dạng một loại dụng cụ đo chỉ thị số +Dưới dạng đường cong sử dụng đồng hồ tự ghi +Dưới dạng bảng số in ra nhờ máy in +Dưới dạng các tín hiệu báo động Trong thực tế người ta hay dùng tự ghi, số và báo hiệu, tất nhiên nó phụ thuộc vào số kênh, việc sử dụng thông tin nhận được để làm gì cũng như các nguyên nhân khác nhau. Chuyển đổi chuẩn hoá Khái niệm về chuyển đổi chuẩn hoá Các hệ thống đo hiện đại cùng một lúc phục vụ một số lượng lớn các sensor mắc vào một đầu vào. Các sensor có thể khác nhau về nguyên lý, hoặc nếu cùng một loại thì cũng khác nhau về giới hạn đo. Để hoà hợp giữa sensor và hệ thống đo cần phải chuẩn hoá tín hiệu ra của các sensor, tức là biến đổi chúng thành một đại lượng vật lý duy nhất và một thang đo duy nhất Các tín hiệu chuẩn hoá một chiều là: + Dòng một chiều: 0 ¸ 20 mA; 4 ¸ 20 mA; 0 ¸ 10 mA -5 ¸ 0 ¸ 5 mA; -20 ¸ 0 ¸ 20 mA +Điện áp một chiều: 0 ¸ 1 mV ; -10 ¸ 0 ¸ 10 mV; 0 ¸ 10 mV -100 ¸ 0 ¸ 100 mV; -1 ¸ 0 ¸ 1 mV; 0 ¸ 20 mA Giữa các sensor và hệ thống do nhất thiết phải có CĐCH sao cho bất kỳ khoảng đo nào của các đại lượng đo thì cũng tương ứng với một giới hạn đo của CĐCH. Các CĐCH có thể phục vụ riêng cho từng sensor hoặc cho cả nhóm các sensor qua các bộ đổi nối nếu nhóm sensor cũng loại và cùng thang đo. S1 S2 S2 . . . K CĐCH 1 CĐCH 2 CĐCH n Tín hiệu chuẩn hoá S1 S2 S2 . . . K Tín hiệu chuẩn hoá K CĐCH Các sensor khác chủng loại và khác thang đo thì mỗi sensor phải có một CĐCH. -Nếu đặc tính của sensor là tuyến tính thì CĐCH làm nhiệm vụ biến đổi tỷ lệ -Nếu đặc tính của sensor là phi tuyến (ví dụ cặp nhiệt điện) thì CĐCH phải thực hiện nhiệm vụ tuyến tính hoá. Một trong các phương pháp đó là sử dụng hàm ngược, ngày nay người ta thường sử dụng mP thay cho các mạch tuyến tính hoá Tuyến tính hoá trong chuyển đổi chuẩn hoá f(e) f1(x) y = y0 + Ke = x y Để tuyến tính hoá đặc tính của CĐCH người ta thường dùng các đặc tính ngược, làm sao đảm bảo đầu ra là tuyến tính để có thể chỉ thị số hay sử dụng các dụng cụ đo từ điện. Đặc tính của sensor là x = f(e),ta sẽ tạo ra một hàm ngược ft (x). Kết quả là ở đầu ra ta nhận được một hàm tuyến tính: y = y0 + Ke TTH CĐCH S CĐCH TTH S CĐCH S TTH Người ta sử dụng thiết bị tuyến tính để giảm đặc tính phi tuyến của sensor Chú ý: Người ta có thể mắc các bộ tuyến tính hoá ở trước hay sau các bộ CĐCH Ta xét một mạch dùng phản hồi âm như hình vẽ: Dòng điện được tính như sau: Điện áp phản hồi: Uph = I6R6 Uvµo Uph Ura R1 R2 Rn R6 Do mạch nối song song các điện trở với điốt ổn áp và R1 > R2 > …>Rn, do đó: khi Uvào tăng nếu không có mạch phản hồi thì Ura tăng không tuyến tính, nhưng khi Ura tăng làm cho điện áp rơi trên R1 ¸ Rn tăng đến ngưỡng của điốt ổn áp thì làm cho điốt ổn áp thông làm ngắn mạch điện trở đó, dòng I6 tăng nhanh làm cho Uph tăng nhanh (có dạng hàm ngược của Uvào) như vậy điện áp ra sẽ tăng tuyến tính, quá trình cứ tiếp tục cho đến hết các điện trở. Chú ý: Ngày nay khi sử dụng mP và các sensor thông minh thì việc tuyến tính hoá trở thành không cần thiết vì ta có thể ghi số liệu của sensor vào bộ nhớ, do đó khi thực hiện giá trị tương ứng với giá trị nào của sensor (tín hiệu đo) máy sẽ đưa ra giá trị tương ứng của CĐCH. Một số bộ chuyển đổi chuẩn hoá Chuyển đổi chuẩn hoá với đầu ra là điện áp một chiều Xét với cặp nhiệt ngẫu thì ban đầu ứng với nhiệt độ t0 đã có sức điện động ban đầu u0. Nhưng yêu cầu của điện áp ra của CĐCH là yN (0) = 0. Vậy ta phải tạo ra một điện áp ngược -U0 để bù U0 . Khắc phục ta dùng một cầu nhiệt điện trở như hình vẽ: b RN U0 -U0 C-K C-A P-P R1 R2 R3 Rt Khi nhiệt độ ban đầu chưa đo, ở đầu đo t0 thay đổi thì điện áp ban đầu U0 của cặp nhiệt ngẫu thay đổi theo thì khi đó điện trở Rt cũng thay đổi theo làm cho điện áp ra của cầu cũng thay đổi phù hợp với sự thay đổi của nhiệt độ để tạo ra điện áp -U0, điện áp -U0 này khử U0 của cặp nhiệt ngẫu. Kết quả điện áp ban đầu của đầu vào khuyếch đại bằng 0, điện áp ra của CĐCH bằng 0. Điện áp ra của cầu được tính toán tương ứng với các loại cặp nhiệt ngẫu khác nhau (P - P; C - A; C - K), Bộ khuyếch đại điện áp được phản hồi âm b. K1 K2 Demux R1 R2 Rn Mux Rn S1 S2 Sn . . . NÕu C§CH phô tr¸ch c¶ mét nhãm sensor th× hÖ sè cña C§CH nhÊt ®Þnh ph¶i thay ®æi cho tõng sensor. ViÖc thay ®æi hÖ sè cña C§CH ®­îc thùc hiÖn nhê hÖ sè ph¶n håi b qua bé ®æi nèi K2 lµm viÖc ®ång bé víi bé ®æi nèi K1 Chuyển đổi chuẩn hoá với tín hiệu ra là dòng một chiều Trong thực tế để truyền tín hiệu đi xa người ta thường sử dụng nguồn dòng, vì điện trở trong của nguồn dòng thường lớn nên khi truyền tín hiệu dòng trên đường dây thì khi điện trở đường dây thay đổi cũng không gây ảnh hưởng đáng kể đến kết quả của phép đo. Thực tế người ta hay sử dụng CĐCH với dòng là 4 ¸ 20 mA. Trong đó 4mA là để cung cấp cho mạch điện từ còn 0 ¸ 10 mA là tín hiệu. Người ta sử dụng sự thay đổi của dòng nguồn cung cấp. Với sơ đồ dòng nguồn cung cấp là sơ đồ 2 dây, ta có sơ đồ sau: CĐCH Ổn áp S 4 mA 4¸20 mA mA 0 ¸ 16mA Với sơ đồ này thì từ sensor qua bộ CĐCH tín hiệu ở đầu ra cũng sẽ thay đổi theo độ l