›
›

Đồ án Ứng dụng LabVIEW điều khiển lò nhiệt ghép nối với máy tính - Phạm Trung Hiếu

pdf 79 trang huongle 180
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Ứng dụng LabVIEW điều khiển lò nhiệt ghép nối với máy tính - Phạm Trung Hiếu", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_ung_dung_labview_dieu_khien_lo_nhiet_ghep_noi_voi_may.pdf

Nội dung text: Đồ án Ứng dụng LabVIEW điều khiển lò nhiệt ghép nối với máy tính - Phạm Trung Hiếu

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHỊNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG Ngƣời hƣớng dẫn: CN. Nguyễn Huy Dũng Sinh viên: Phạm Trung Hiếu HẢI PHỊNG 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
  2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHỊNG ỨNG DỤNG LABVIEW ĐIỀU KHIỂN LỊ NHIỆT GHÉP NỐI VỚI MÁY TÍNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG Ngƣời hƣớng dẫn: CN. Nguyễn Huy Dũng Sinh viên: Phạm Trung Hiếu HẢI PHỊNG 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
  3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHỊNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Phạm Trung Hiếu. Mã SV: 1351030011 Lớp : ĐT1301. Ngành: Điện tử viễn thơng Tên đề tài: Ứng dụng LabVIEW điều khiển lị nhiệt ghép nối với máy tính
  4. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính tốn và các bản vẽ). 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp.
  5. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ và tên: Nguyễn Huy Dũng. Học hàm, học vị: Cử nhân. Cơ quan cơng tác: Trường Đại học Dân lập Hải Phịng. Nội dung hướng dẫn: Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ và tên: Học hàm, học vị: Cơ quan cơng tác: Nội dung hướng dẫn: Đề tài tốt nghiệp được giao ngày .tháng .năm 2013 Yêu cầu phải hồn thành xong trước ngày .tháng .năm 2013 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Hải Phịng, ngày tháng năm 2013 Hiệu trƣởng GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị
  6. PHẦN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp: 2. Đánh giá chất lƣợng của khĩa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu ): 3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn (ghi bằng cả số và chữ): Hải Phịng, ngày tháng năm 2013 Cán bộ hƣớng dẫn
  7. PHẦN NHẬN XÉT TĨM TẮT CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN 1. Đánh giá chất lƣợng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phƣơng án tối ƣu, cách tính tốn chất lƣợng thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài. 2. Cho điểm của cán bộ phản biện (Điểm ghi cả số và chữ). Hải Phịng, ngày tháng năm 2013 Ngƣời chấm phản biện
  8. MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH LABVIEW 4 1.1: Tổng quan về labVIEW 4 1.1.1. LabVIEW là gì? 4 1.1.2.Vai trị của LabVIEW 4 1.1.3.Các chức năng chính của LabVIEW 5 1.1.4.Phần mềm nhúng vào LabVIEW 5 1.1.5.Các giao thức kết nối 6 1.1.6.Các Module và bộ cơng cụ LabVIEW 6 1.1.6.1.Các module LabVIEW 6 1.1.6.2.Các bộ cơng cụ LabVIEW 7 1.1.7.LabVIEW làm việc như thế nào? 7 1.2.Các thành phần của LabVIEW 8 1.2.1.Bảng giao diện (The Front panel) 8 1.2.2.Sơ đồ khối (The Block Diagram) 11 1.3.Những cơng cụ lập trình LabVIEW 13 1.3.1.Tools Palette 13 1.3.2.Bảng điều khiển (Controls Palette) 14 1.3.3.Bảng các hàm chức năng (Function palette) 16 1.4.Các loại Control và Indicatior 24 1.4.1.Các Control thường dùng 24 1.4.2.Các dạng Indicator thường dùng 26 1.4.3.Kiểu dữ liệu trong LabVIEW và chuyển đổi dữ liệu 29 1.5.Vịng lặp While (While Loop), vịng lặp For (For Loop) 30 1.5.1.Vịng lặp While (While Loop) 30 1.5.2.Vịng lặp For (For Loop) 32 1.6.Mảng 33 1.6.1.Khái niệm về mảng và cách tạo mảng 33 1.6.2.Trích dữ liệu từ một mảng 35 1.7.Bĩ 37 1.8.Cách tạo thiết bị ảo và thiết bị ảo con. 40 CHƢƠNG 2 ĐIỀU KHIỂN LỊ NHIỆT ĐIỆN TRỞ 47 2.1.Giới thiệu 47
  9. 2.2.Ưu nhược điểm của lị điện so với các lị sử dụng nhiên liệu 47 2.3.Nguyên lý làm việc của lị điện trở 48 2.4.Các phương pháp điều khiển lị điện trở 49 2.4.1.Điều khiển dùng Rơle 49 2.4.2.Điều khiển Thyristor 50 2.4.3.Kết luận 52 2.5.Các nguyên tắc điều khiển Thyristor (Triac) 53 2.5.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 53 2.5.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” 54 2.5.3. Sơ đồ khối mạch điều khiển. 55 CHƢƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN LỊ NHIỆT ĐIỆN TRỞ GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH BẰNG LABVIEW 57 3.1.Phương án thiết kế 57 3.1.1.Yêu cầu thiết kế 57 3.1.2Phương pháp điều khiển 57 3.2: Giới thiệu Card USB-9001 58 3.2.1: Thơng số kỹ thuật 58 3.2.2Cách sử dụng 60 3.3 Mơ hình điều khiển sử dụng card USB-9001 61 3.3.1. Sensor LM35 61 3.3.2.Xây dựng mơ hình điều khiển: 62 3.4: Chương trình điều khiển bằng ngơn ngữ LabVIEW 63 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN – HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 65 4.1.Các kết quả đã thực hiện được trong đề tài 65 4.2.Những hạn chế 65 4.3.Hướng phát triển của đề tài 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67
  10. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Phạm vi ứng dụng của LabVIEW 5 Hình 1.2 Các giao thức kết nối của LabVIEW 6 Hình 1.3 Bảng giao diện mới 9 Hình 1.4 Mơ tả tên của VI hiện thời đang tải 9 Hình 1.5 Thanh cơng cụ giao diện 10 Hình 1.6 Sơ đồ khối của LabVIEW 12 Hình 1.7 Bảng Tool Palette 13 Hình 1.8 Bảng mẫu Controls 15 Hình 1.9 Bảng điều khiển và chỉ thị số 15 Hình 1.10 Bảng điều khiển và chỉ thị logic 16 Hình 1.11 Bảng Graph 16 Hình 1.12 Bảng Functions 17 Hình 1.13 Hàm cấu trúc- Structures Function 17 Hình 1.14 Hàm mảng – Function Array 18 Hình 1.15 Hàm cụm & biến thể – Cluter & Variant 18 Hình 1.16 Hàm số học – Numeric Function 19 Hình 1.17 Hàm Boolean 19 Hình 1.18 Hàm chuỗi – String Function 20 Hình 1.19 Hàm so sánh – Comparison Functions 20 Hình 1.20 Hàm Thời gian – Time function 21 Hình 1.21 Hàm Dialog & User Interface 21 Hình 1.22 Hàm File I/O- File I/O Function 22 Hình 1.23 Hàm dạng sĩng – Waveform 22 Hình 1.24 Hàm điều khiển ứng dụng- Application Control 23 Hình 1.25 Hàm đồng bộ hố - Synchronization Function 23 Hình 1.26 Hàm đồ họa và âm thanh – Graphic & Sound Function 23 Hình 1.27 Hàm phát sinh báo cáo – Report Generation Function 24 Hình 1.28: Cách lấy Control 25 Hình 129: Copy nhanh bằng việc kéo thả 25 Hình 1.30: Cách lấy Indicator 27 Hình 1.31: Cách lấy Indicator 28 Hình 1.32: Cách lấy Indicator 28 Hình 1.33: Các kiểu dữ liệu trong LabVIEW 29
  11. Hình 1.34: Lấy While Loop tại BD 30 Hình 1.35: Tính tổng với While Loop 31 Hình 1.36: Sử dụng shift register 32 Hình 1.37: For Loop 32 Hình 1.38: Mảng 1 chiều dạng so, 2 chiều dạng boolean, và 3 chiều dạng chuỗi 33 Hình 1.39: Lấy mảng từ FP 33 Hình 1.40: Tạo Numeric array 34 Hình 1.41: Kéo dài mảng 34 Hình 1.42: Copy nhanh một mảng 34 Hình 1.43: Chương trình hồn thiện 35 Hình 1.44: Kết quả phép cộng 2 máng 35 Hình 1.45: Lấy hàm Index array 36 Hình 1.46: Chương trình truy xuất giá trị thành phần trong array 36 Hình 1.47: Tổng 2 array 37 Hình 1.48: Tạo array 2 chiều 37 Hình 1.49: Kéo thả Cluster ra Front panel 38 Hình 1.50: Cluster đã tạo ra 38 Hình 1.51 Tạo Cluster indicator 39 Hình 1.52: Kết quả tạo ra là Cluster indicator sẽ hiển thị đúng Cluster control 39 Hình 1.53: Phương pháp tạo Cluster bằng hàm Bundle 39 Hình 1.54 Bĩc tách các phần tử trong một bĩ 40 Hình 1.55 Ví dụ minh họa 41 Hình 1.56 Cửa sổ Icon Editor 42 Hình 1.57: Ví dụ minh họa vẽ Icon 42 Hình 1.58a: Các bước vẽ Icon 43 Hình 1.58b: Các bước tạo Icon 43 Hình 1.58c: Các bước tạo Icon 44 Hình 2.1 . Sơ đồ điều khiển bằng Rơle 49 Hình 2.2 . Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và cơng suất cấp 50 Hình 2.3 . Sơ đồ điều khiển bằng Thyristor 50 Hình 2.4 . Dạng điện áp ra điều khiển bằng Thyristor 51 Hình 2.5. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 54 Hình 2.6. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng 55
  12. Hình 2.7. Sơ đồ khối mạch điều khiển 55 Hình 3.1. Mạch điều khiển lị điện trở 57 Hình 3.2. Sơ đồ chức năng Card USB-9001 61 Hình 3.3. Điều khiển lị nhiệt điện trở ghép nối với máy tính 62 Hình 3.4. Sơ đồ ghép nối phần cứng điều khiển lị nhiệt điện trở 63
  13. LỜI NĨI ĐẦU Điều khiển là một lĩnh vực quan trọng của đời sống xã hội, của nền kinh tế quốc dân, của khoa học kỹ thuật và của nền đại cơng nghiệp. Bất cứ ở vị trí nào, bất cứ làm một cơng việc gì mỗi người trong chúng ta đều tiếp cận với điều khiển. Nĩ là khâu quan trọng quyết định sự thành bại trong mọi hoạt động của chúng ta. Nền đại cơng nghiệp hiện nay càng ngày càng được nâng cao, mức độ tự động hĩa với mục đích nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất, giải phĩng con người ra khỏi những vị trí làm việc nguy hiểm và độc hại Để tiếp cận với nền đại cơng nghiệp cĩ trình độ tự động hĩa cao National Instruments là tiên phong đứng đầu về các dụng cụ ảo, phương pháp đo đạc và tự động hĩa của các kỹ sư, nhà khoa học trong cơng nghiệp. LabVIEW nhằm nâng cao khả năng đo lường cơng nghiệp nhờ những đặc điểm mới được thiết kế cho những giao diện phân tích và điều khiển tiên tiến, quản lý hệ thống phân tán nâng cao và đích (target) mới cho giao diện người máy (HMI). Mơi trường LabVIEW mở tương thích với mọi thiết bị đo với các trợ giúp tương tác, tạo mã nguồn và khả năng kết nối tới hàng nghìn thiết bị giúp tập hợp dữ liệu dễ dàng. Vì LabVIEW cung cấp tính kết nối tới hầu hết mọi thiết bị đo, nên bạn cĩ thể dễ dàng kết hợp những ứng dụng LabVIEW mới vào các hệ thống hiện đại. Chính vì vậy mà LabVIEW ngày càng được ứng dụng rộng rãi và trở thành lựa chọn hàng đầu của các kỹ sư và các nhà khoa học trên tồn thế giới. Mục đích nghiên cứu của đồ án: - Nghiên cứu về cách thức sử dụng phần mềm LabVIEW, tìm hiểu về các ứng dụng của LabVIEW như: cách tạo giao diện, lập trình sơ đồ khối, làm thế nào để tạo thiết bị ảo (VI) và thiết bị ảo con (Sub VI) - Nghiên cứu về card USB- 9001, cách truyền và nhận tín hiệu từ phần mềm LabVIEW tới card USB- 9001. - Điều khiển và ổn định nhiệt độ trong lị nhiệt bằng phương án điều khiển kiểu Rơle 1
  14. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Với đề tài: “Ứng dụng LabVIEW điều khiển lị nhiệt ghép nối với máy tính”, đối tượng nghiên cứu của em bao gồm: nghiên cứu về phần mềm LabVIEW, card USB- 9001, và lị nhiệt điện trở. Thu thập tín hiệu từ cảm biến (cảm biến nhiệt độ), giao tiếp với PC thơng qua card USB- 9001, phần mềm LabVIEW xử lý tín hiệu đưa vào, sau đĩ sẽ xuất tín hiệu ra để điều khiển nhằm ổn định nhiệt độ trong lị. Ý nghĩa thực tiễn của đồ án: Nghiên cứu phần mềm LabVIEW với những ứng dụng rất rộng rãi, bởi vì bằng phần mềm chúng ta cĩ thể thiết kế, điều khiển và kiểm tra như các phần cứng điều khiển và đo đạc. LabVIEWcĩ khả năng kết nối tới rất nhiều thiết bị giúp tập hợp dữ liệu dễ dàng, đồng thời cung cấp tính kết nối tới hầu hết mọi thiết bị đo, vì vậy cĩ thể dễ dàng kết hợp những ứng dụng LabVIEW mới vào các hệ thống hiện đại. Ngày nay, cùng với sự phát triển của xã hội, ổn định nhiệt độ được ứng dụng rộng rãi trong cơng nghiệp và nơng nghiệp. Trong cơng nghiệp, ổn định nhiệt độ được ứng dụng trong các lị nung thép, lị nung gạch , trong các đường ống dẫn dầu, lị hơi trong các nhà máy bia rượu Trong nơng nghiệp ổn định nhiệt độ được ứng dụng trong các lị ấp trứng, lị sấy và bảo quản các sản phẩm nơng sản. Như vậy, việc ổn định nhiệt độ cĩ vai trị quan trọng gĩp phần thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế. Nội dung thực hiện đề tài của chúng em gồm 4 chƣơng: Chương 1: Tổng quan về ngơn ngữ lập trình LabVIEW. Chương 2: Điều khiển lị nhiệt điện trở. Chương 3: Điều khiển lị nhiệt giao tiếp với máy tính bằng phần mềm LabVIEW Chương 4: Kết luận – Hướng phát triển của đề tài. 2
  15. Do thời gian cĩ hạn và kiến thức chuyên mơn cũng như thực tế cịn hạn chế nên bản đồ án này khơng tránh khỏi những thiếu sĩt. Kính mong nhận được sự chỉ bảo, gĩp ý của các thầy cơ và các bạn để đồ án này được hồn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các thầy, cơ, đặc biệt là thầy Nguyễn Huy Dũng đã tạo điều kiện tốt nhất để em hồn thành đồ án này. Em xin kính chúc các thầy cơ luơn luơn mạnh khỏe để cĩ thể tiếp tục dìu dắt nhiều thế hệ sinh viên. Hải Phịng, tháng 07 năm 2013 Sinh viên thực hiện Phạm Trung Hiếu 3
  16. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH LABVIEW 1.1: Tổng quan về labVIEW 1.1.1. LabVIEW là gì? LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) là ngơn ngữ lập trình đồ họa sử dụng các biểu tượng (Icon) thay cho những dịng lệnh để tạo ứng dụng. 1.1.2. Vai trị của LabVIEW - Kiểm tra, đo kiểm và phân tích tín hiệu trong kỹ thuật (đo nhiệt độ, phân tích nhiệt độ trong ngày) - Thu thập dữ liệu (Data Acquisition ), (thu thập các giá trị áp suất, cường độ, dịng điện, ) - Điều khiển các thiết bị ( điều khiển động cơ DC, điều khiển nhiệt độ trong lị ) - Phân loại sản phẩm (dùng chương trình xử lý ảnh để phân biệt sản phẩm bị lỗi, phế phẩm) - Báo cáo trong cơng nghiệp (thu thập, phân tích dữ liệu và báo cáo cho người quản lý ở rất xa thơng qua giao thức truyền TCP/IP trong mơi trường mạng Ethernet) - Giao tiếp máy tính và truyền dẫn dữ liệu qua các cổng giao tiếp ( hỗ trợ hầu hết các chuẩn giao tiếp như USB, PCI, COM, RS-232, RS-485) 4
  17. Hình 1.1 Phạm vi ứng dụng của LabVIEW 1.1.3. Các chức năng chính của LabVIEW - Thu thập tín hiệu từ các thiết bị bên ngồi như cảm biến nhiệt độ, hình ảnh từ webcam, vận tốc của động cơ - Giao tiếp với các thiết bị ngoại vi thơng qua nhiều chuẩn giao tiếp như: RS232, RS485, USB, PCI, TCP/IP, Enthernet. - Mơ phỏng và xử lý các tín hiệu thu nhận được để phục vụ các mục đích nghiên cứu hay mục đích của hệ thống mà người lập trình mong muốn. - Xây dựng các giao diện người dùng một cách nhanh chĩng và thẩm mỹ hơn nhiều lần so với các ngơn ngữ như VB, Matlab, Visual C - Cho phép kết hợp với nhiều ngơn ngữ truyền thống như C, C++ - Cho phép thực hiện các thuật tốn điều khiển như PID, Logic mờ (Fuzzy). 1.1.4. Phần mềm nhúng vào LabVIEW - Wolfram Research Mathematica. - Microsoft Excel. - The MathWorks MATLAB and Simulink. - MathSoft MathCAD. - Electronic Workbench MultiSim. - Texas Instruments Code Composer Studio. - Ansoft RF circuit design software. 5
  18. - Microsoft Access. - Microsoft SQL Server. - Oracle. 1.1.5. Các giao thức kết nối - Ethernet - CAN - DeviceNet - USB - IEEE 1394 - RS-232 - GPIB - RS-485 Hình 1.2 Các giao thức kết nối của LabVIEW 1.1.6. Các Module và bộ cơng cụ LabVIEW 1.1.6.1. Các module LabVIEW Để tăng cường sức mạnh và mở rộng khả năng của bộ phần mềm phát triển LabVIEW, NI cung cấp thêm các module hỗ trợ đến nhiều loại phần cứng nhúng khác nhau: - Module thời gian thực (LabVIEW Real-Time Module). - Module FPGA. - Module điều khiển giám sát và ghi dữ liệu (LabVIEW Datalogging and Supervisory Control Module). - Module biểu đồ trạng thái (LabVIEW Statechart Module). - Module mơ phỏng và thiết kế bộ điều khiển (LabVIEW Control Design and Simulation Module). - Module phát triển thị giác (NI Visioni Development Module). - Module cho màn hình cảm ứng và PDA (LabVIEW PDA and LabVIEW Touch Panel Module). - LabVIEW DSP Module ( xử lý tín hiệu số ). 6
  19. 1.1.6.2. Các bộ cơng cụ LabVIEW NI cũng thêm vào LabVIEW các bộ cơng cụ để đem lại các tiện ích khác nhau như: tạo báo cáo, phân tích nâng cao, thơng tin liên lạc cơ sở dữ liệu, phân tích âm thanh và rung động. - Bộ cơng cụ kết nối cơ sở dữ liệu (LabVIEW Database Connectivity Toolkit). - Bộ cơng cụ xử lý tín hiệu nâng cao (LabVIEW Advanced Signal Processing Toolkit). - Bộ đo lường âm thanh và rung động (LabVIEW Sound and Vibration Measurement Suite). - Bộ cơng cụ nhận dạng hệ thống (LabVIEW System Identification Toolkit). - Bộ cơng cụ tương tác mơ phỏng (LabVIEW Simulation Interface Toolkit). - Bộ cơng cụ theo dõi thực thi thời gian thực (LabVIEW Real-Time Execution Trace Toolkit). - Bộ cơng cụ kết nối Internet (LabVIEW Internet Toolkit). - Bộ cơng cụ điều biến (LabVIEW Modulation Toolkit). - Bộ cơng cụ điều khiển PID (LabVIEW PID Control Toolkit). - Bộ cơng cụ thiết kế bộ lọc số (LabVIEW Digital Filter Design Toolkit). 1.1.7. LabVIEW làm việc nhƣ thế nào? LabVIEW được biết đến như là một ngơn ngữ lập trình với khái niệm hồn tồn khác so với các ngơn ngữ lập trình truyền thống như ngơn ngữ C, Pascal Bằng cách diễn đạt cú pháp thơng qua các hình ảnh trực quan trong mơi trường soạn thảo cĩ sẵn hàng ngàn thư viện, hàm và cấu trúc lập trình, LabVIEW đã được gọi với tên khác là lập trình G (viết tắt của Graphical). Những chương trình LabVIEW được gọi là những thiết bị ảo (Virtual Instruments – VIs), bởi vì hình dạng và cách hoạt động giống với những thiết bị vật lý, chẳng hạn như máy nghiệm dao động, máy hiện sĩng Trong LabVIEW, bạn xây dựng giao diện người dùng bằng cách sử dụng một bộ các cơng cụ và đối tượng, và cửa sổ Front panel được xem như là giao 7
  20. diện người dùng. Cịn cửa sổ Block diagram chứa các hàm thao tác là các biểu tượng đồ họa, nơi mà dịng dữ liệu thực thi. 1.2. Các thành phần của LabVIEW LabVIEW bao gồm các thư viện của các hàm chức năng và các cơng cụ phát triển được thiết kế đặc biệt dành cho thiết bị điều khiển. Các chương trình LabVIEW được gọi là những dụng cụ ảo bởi vì sự xuất hiện và hoạt động của chúng mơ phỏng các dụng cụ thực tế. Các VI cĩ cả 2 tương tác đĩ là: một tương tác giao diện người dùng và một mã nguồn tương đương, và truy nhập các tham số từ các VI tầng cao. LabVIEW gồm cĩ 3 thành phần chính đĩ là: bảng giao diện ( The Front Panel), sơ đồ khối (The Block Diagram) và biểu tượng & đầu nối (The Icon - Connect). 1.2.1. Bảng giao diện (The Front panel) Front Panel là giao diện mà người sử dụng hệ thống nhìn thấy. Các VI bao gồm một giao diện người dùng cĩ tính tương tác mà được gọi là bảng giao diện, vì nĩ mơ phỏng mặt trước của một dụng cụ vật lý. Bảng giao diện cĩ thể bao gồm các núm, các nút đẩy, các đồ thị và các dụng cụ chỉ thị và điều khiển khác. Bạn nhập vào dữ liệu sử dụng bàn phím và chuột rồi sau đĩ quan sát các kết quả trên màn hình máy tính. Vào Start>>All Programs>> National Instruments LabVIEW một cửa sổ LabVIEW xuất hiện. Bạn tiếp tục chọn Evaluate và cửa sổ Getting Started sẽ xuất hiện ngay sau đĩ. Bạn chọn Blank VI để hiển thị bảng giao diện hoặc bạn cĩ thể chọn New và sau đĩ hộp thoại New xuất hiện và trong hộp thoại đĩ mặc định con trở ở danh mục Blank VI. Để hiển thị bảng giao diện bạn chỉ cần kích vào nút OK ở phía gĩc phải dưới. Cả hai cách trên đều để mở bảng giao diện mới để bạn cĩ thể xây dựng một VI mới hồn tồn. Ngồi ra bạn cĩ thể mở một bảng giao diện cĩ sẵn trong LabVIEW bằng cách trong hộp thoại New, từ mục Create New, lựa chọn VI>>From template>>Tutorial (Getting Started)>>Generate and Display. Và sau đĩ 8
  21. kích nút OK để hiển thị bảng giao diện. Bảng giao diện sẽ xuất hiện như hình 1.3 sau đây: Hình 1.3 Bảng giao diện mới Ta cũng cĩ thể mở bảng giao diện của một VI cĩ sẵn trong thư viện LabVIEW bằng cách trong hộp thoại bảng giao diện vào File>>Open sau đĩ kích đúp vào các ví dụ cĩ sẵn. Trong khi VI đang tải, một hộp thoại xuất hiện, cái mà mơ tả tên của VI hiện thời đang tải, tên của điều khiển cứng mà VI được định vị trên đĩ, các thư mục và các đường dẫn đang được tìm kiếm, và số lượng VI trong quá trình tải. Hộp thoại xuất hiện như hình 1.4 bên dưới: Hình 1.4 Mơ tả tên của VI hiện thời đang tải Trong bảng giao diện bao gồm một thanh cơng cụ của các nút lệnh và các dụng cụ chỉ báo trạng thái mà bạn sử dụng cho quá trình chạy và xử lý các VI. 9
  22. Nĩ cũng bao gồm những tuỳ chọn phơng và các tuỳ chọn phân phối và sắp thành hàng cho việc soạn thảo các VI. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 Hình 1.5 Thanh cơng cụ giao diện Trong đĩ: 1. Nút chạy chương trình (thanh khơng sáng – bị vỡ: lỗi, phải sửa lại chương trình) 2. Nút chạy lặp 3. Nút dừng cưỡng ép chương trình 4. Nút tạm dừng 5. Text setting (màu sắc, định dạng, kích thước- phơng) 6. Giĩng đều đối tượng theo hàng dọc và ngang 7. Phân bố các đối tượng 8. Thay đổi kích thước các đối tượng 9. Lệnh bổ sung 10. Cửa sổ trợ giúp Các lƣu ý khi hoạt động VI 1. Trong bảng giao diện, chạy VI bằng cách kích vào nút chạy trên thanh cơng cụ Nút chạy thay đổi để chỉ báo rằng VI đang chạy 2. Sử dụng cơng cụ Operating để thay đổi các giá trị giới hạn cao và thấp. Đầu tiên chiếu sáng giá trị cũ, sau đĩ bằng việc tiếp tục nhấn đúp giá trị bạn muốn thay đổi, hoặc kích và kéo ngang qua giá trị với cơng cụ Labeling. Khi nào giá trị ban đầu được chiếu sáng, nhập một giá trị mới và nhấn . Bạn cũng cĩ 10
  23. thể kích trên nút nhập vào trong thanh cơng cụ, hoặc kích chuột trong một vùng mở của cửa sổ để nhập vào giá trị mới. 3. Thay đổi điều khiển trượt Update Period, bằng cách đặt cơng cụ Operating trên thanh trượt và kéo của nĩ tới một vị trí mới. 4. Thực hành điều chỉnh những điều khiển khác. 5. Dừng VI bằng cách kích vào cơng tắc chuyển đổi thu nhận. VI khơng thể dừng ngay lập tức bởi vì VI cịn phải đợi cho phương trình hay sự phân tích cuối cùng đặt tới hồn thành thao tác. Lưu ý: Ta nên đợi cho một VI thực thi hồn tồn hoặc nên thiết kế một cách thức để dừng nĩ, chẳng hạn như đặt một cơng tắc trên giao diện. Mặc dù VI dừng nếu ta kích vào nút dừng trên thanh cơng cụ, đây khơng phải là cách tốt nhất để dừng các VI lại bởi vì nút dừng dừng chương trình ngay lập tức. Điều này cĩ thể làm gián đoạn các hàm chức năng I/O, và vì thế nĩ cĩ thể dẫn đến tình trạng khơng mong muốn. 1.2.2. Sơ đồ khối (The Block Diagram) Sơ đồ khối chứa đựng mã nguồn đồ thị, thường biết như là mã G hoặc mã sơ đồ khối, cho đến VI chạy như thế nào. Mã sơ đồ khối sử dụng đồ thị biểu diễn các chức năng để điều khiển các đối tượng trên giao diện. Các đối tượng trên giao diện xuất hiện như biểu tượng các thiết bị trên sơ đồ khối. Kết nối điều khiển và các đầu của dụng cụ chỉ thị tới Express VIs, VIs, và các chức năng. Dữ liệu chuyển thơng qua dây dẫn từ các điều khiển đến các VI và các hàm chức năng, từ các VI và các hàm chức năng đến các VI và các hàm chức năng khác, và từ các VI và các hàm chức năng đến các dụng cụ chỉ thị. Sự di chuyển của dữ liệu thơng qua các nút trên sơ đồ khối xác định mệnh lệnh thực hiện của các VI và các hàm chức năng. Sự di chuyển dữ liệu này được biết như lưu đồ lập trình. 1. Mở sơ đồ khối của một hệ thống nào đĩ bằng cách chọn Window>>Show Block Diagram. Hoặc cũng cĩ thể gọi tới sơ đồ khối bằng cách trên bảng giao diện nhấn . Sơ đồ khối cĩ nền màu trắng như hình 1.6 dưới đây: 11
  24. Hình 1.6 Sơ đồ khối của LabVIEW 2. Sự phân cấp Sức mạnh của LabVIEW định vị trong bản chất sự phân cấp của các VI. Sau khi bạn tạo ra một VI, bạn sử dụng nĩ như một VI con trong sơ đồ khối của một VI tầng cao hơn. Bạn cĩ thể cĩ một số vơ tận bản chất của các tầng trong sự phân cấp. 3.Các dạng dây nối trên sơ đồ khối Vơ hướng Mảng 1 chiều Mảng 2 chiều Kiểu Numeric Kiểu Boolean Kiểu String Kiểu Dynamic 12
  25. 1.3. Những cơng cụ lập trình LabVIEW Các cơng cụ lập trình trên LabVIEW bao gồm các cơng cụ để tạo ra các thiết bị ảo. Nĩ bao gồm các cơng cụ trong bảng giao diện (The Front Panel) và các cơng cụ trong sơ đồ khối (Block Diagram). 1.3.1. Tools Palette LabVIEW sử dụng một bảng Tools nổi, bảng mà bạn cĩ thể sử dụng để soạn thảo và gỡ lỗi các VI. Bạn sử dụng phím tới bảng thơng qua các cơng cụ sử dụng thơng thường trên bảng mẫu. Nếu bạn cĩ đĩng Tools palette, chọn View>>Show Tools Palette để hiển thị bảng mẫu. Tools palette được minh hoạ như hình 1.7 dưới đây: Hình 1.7 Bảng Tool Palette Automatic Selection Tool: cơng cụ lựa chọn tự động Operating tool: đặt những mục bảng mẫu Controls và Function trên bảng giao diện và sơ đồ khối. Positionting tool: những lựa chọn vị trí, thay đổi kích thước và lựa chọn các đối tượng Labeling tool: soạn thảo văn bản và tạo ra các nhãn tự do. Wiring tool: nối dây các đối tượng với nhau trong sơ đồ khối. 13
  26. Object pop-up menu tool: mang lên trên một thực đơn pop- up cho một đối tượng. Scroll tool: cuộn xuyên qua cửa sổ khơng sử dụng thanh cơng cụ cuộn. Breakpoint tool: thiết đặt các điểm dừng trên các VI, các hàm chức năng, các vịng lặp, các chuỗi và các trường hợp. Probe tool: tạo ra các đầu dị trên các dây Color copy tool: sao chép các màu để dán tới Color tool Color tool: thiết đặt các màu nền và màu nổi. 1.3.2. Bảng điều khiển (Controls Palette) Bảng Controls bao gồm một đồ thị, bảng nổi mà tự động mở ra khi bạn khởi động LabVIEW. Bạn sử dụng bảng này để đặt các điều khiển và các dụng cụ chỉ thị trên bảng giao diện của một VI. Mỗi biểu tượng lớp trên chứa đựng các bảng mẫu con. Nếu bảng Controls khơng xuất hiện, bạn cĩ thể mở bảng bằng cách lựa chọn View>>Show Controls Palette từ menu của bảng giao diện. Bạn cũng cĩ thể bật lên trên một vùng mở trong bảng giao diện để truy nhập một sự sao chép tạm thời của bảng Controls. Sự minh hoạ sau đây hiển thị lớp đầu tiên của bảng Controls. 14
  27. Hình 1.8 Bảng mẫu Controls 1. Numeric: Các điều khiển và dụng cụ chỉ thị số ( Numeric Controls and Indicator ). Ta dùng điều khiển số để nhập các đại lượng số, trong khi đĩ những dụng cụ chỉ thị số thì hiển thị các đại lượng số. Hai đối tượng số được sử dụng thơng dụng nhất đĩ là digital control - điều khiển số và digital indicator – chỉ thị số. Hình 1.9 Bảng điều khiển và chỉ thị số 2. Boolean: Các điều khiển và dụng cụ chỉ thị kiểu logic (Boolean Controls and Indicator ). Ta sử dụng điều khiển và dụng cụ chỉ thị kiểu logic cho việc nhập và hiển thị các giá trị kiểu Bool (đúng/sai- True/False). Các đối tượng đại số Bool mơ phỏng các chuyển mạch - cơng tắc, các nút bấm, đèn LED. Các đối tượng đại số Bool được sử dụng thơng dụng nhất là vertical toggle switch – cơng tắc đảo chiều thẳng đứng và round LED - đèn LED xung quanh. 15
  28. Hình 1.10 Bảng điều khiển và chỉ thị logic 3. Graph: Bao gồm Graph 2D, Graph 3D Trong đĩ Graph 2D được chia thành 2 loại : - Waveform graph : Dùng để biểu diễn những hàm đơn trị cĩ dạng y = f (x), với những khoảng chia ngang nhau trên các trục. - XY graph : dùng để biểu diễn các hàm đa trị như đường trịn hay dạng sĩng thay đổi theo thời gian. Hình 1.11 Bảng Graph Ngồi ra, LabVIEW con rất nhiều thư viện trong bảng mẫu Control như: System, Classic, Express, Control Design & Simulation Trong đĩ cĩ hỗ trợ rất nhiều hàm với chức năng khác nhau. Việc sử dụng các hàm trong từng thư viện hết sức linh hoạt và tùy thuộc vào mục đích sử dụng và yêu cầu từng bài tốn. 1.3.3. Bảng các hàm chức năng (Function palette) Bảng Function bao gồm một bảng đồ thị, bảng nổi mà tự động mở ra khi bạn chuyển tới sơ đồ khối. Bạn sử dụng bảng này để đặt các nút (hằng số, dụng cụ chỉ thị, các VI và ) trên sơ đồ khối một VI. Mỗi biểu tượng lớp trên chứa 16
  29. đựng các bảng mẫu con. Nếu bảng Function khơng xuất hiện rõ ràng, bạn cĩ thể chọn View>>Show Function Palette từ menu của sơ đồ khối để hiển thị nĩ. Bạn cũng cĩ thể mở ra trên một vùng mở trong sơ đồ khối để truy nhập một một sự sao chép tạm thời của bảng Functions. Lớp trên của bảng Functions được minh hoạ như hình 1.12 sau đây: Hình 1.12 Bảng Functions Việc khai thác thế mạnh của LabVIEW trên mỗi lĩnh vực phụ thuộc rất nhiều vào khả năng khai thác thư viện hàm của LabVIEW. Thư viện hàm của LabVIEW được hình tượng hố trên bảng Funtion. Người sử dụng dễ dàng truy cập hàm cần dùng bằng cách kích chuột vào biểu tượng trên bảng. 1. Hàm cấu trúc- Structures Function: Bao gồm vịng lặp For, While, cấu trúc Case, Sequence, các biến tồn cục và cục bộ. Đường dẫn truy cập Function >>Structures. Biểu tượng của hàm Structures: Hình 1.13 Hàm cấu trúc- Structures Function 17
  30. 2. Hàm mảng – Function Array: Sử dụng để tạo ra và điều khiển các mảng. Đường dẫn truy cập: Function>>Array. Biểu tượng của hàm: Hình 1.14 Hàm mảng – Function Array 3. Hàm cụm & biến thể – Cluter & Variant: Sử dụng hàm này để tạo ra và điều khiển các cụm, chuyển đổi dữ liệu LabVIEW từ một khuơn dạng bạn cĩ thể thao tác độc lập kiểu dữ liệu, thêm những thuộc tính tới dữ liệu, và chuyển đổi dữ liệu biến thể tới dữ liệu LabVIEW. Đường dẫn truy cập: Function>>Cluter & Variant. Biểu tượng của hàm: Hình 1.15 Hàm cụm & biến thể – Cluter & Variant 4. Hàm số học – Numeric Function: Sử dụng hàm này để tạo và thực hiện những thao tác số học, lượng giác, Lơgarit, số phức tốn học trong các số và chuyển đổi những số từ một kiểu dữ liệu này sang một kiểu dữ liệu khác. Đường dẫn truy cập: Function>>Numeric. Biểu tượng của hàm: 18
  31. Hình 1.16 Hàm số học – Numeric Function 5. Hàm Boolean- Boolean Function: chứa các hàm logic như: and, or, xor, nor và các hàm logic phức tạp khác. Đường dẫn truy cập: Function>>Boolean. Biểu tượng của hàm Boolean: Hình 1.17 Hàm Boolean 6. Hàm chuỗi – String Function: Sử dụng hàm này để liên kết hai hay nhiều chuỗi, tách một tập con của các chuỗi từ một chuỗi, chuyển dữ liệu vào bên trong chuỗi, và định dạng một chuỗi sử dụng trong một cơng đoạn xử lý từ hoặc ứng dụng bảng biểu. Đường dẫn truy cập: Function>>String. Biểu tượng của hàm: 19
  32. Hình 1.18 Hàm chuỗi – String Function 7. Hàm so sánh – Comparison Functions: Sử dụng hàm này để so sánh các giá trị đại số Bool, các chuỗi, các giá trị số, các mảng và các cụm. Hàm so sánh xử lý các giá trị Boolean, string, numeric, array và cluster khác nhau. Bạn cĩ thể thay đổi phương pháp so sánh của vài hàm Comparison. Đường dẫn truy cập: Function>> Comparison. Biểu tượng của hàm: Hình 1.19 Hàm so sánh – Comparison Functions 8. Hàm Thời gian – Time function: xác định dịng thời gian, đo khoảng thời gian trơi hoặc trì hỗn một tiến trình trong một khoảng thời gian xác định. Đường dẫn truy cập: Function>> Timing. Biểu tượng của hàm Time: 20
  33. Hình 1.20 Hàm Thời gian – Time function 9. Hàm Dialog & User Interface: Sử dụng hàm này để tạo ra các hộp thoại tới nhắc nhở người sử dụng với các chỉ dẫn. Đường dẫn truy cập: Function>> Dialog & User Interface. Biểu tượng của hàm: Hình 1.21 Hàm Dialog & User Interface 10. Hàm File I/O- File I/O Function: thực hiện các chức năng cho một tập tin như lưu, mở tập tin theo dạng nhị phân, spreadsheet, đĩng một tập tin Ngồi ra hàm này cịn chứa các chức năng mở rộng khác về lưu trữ dữ liệu. Đường dẫn truy cập: Function >> File I/O. Biểu tượng của hàm File I/O: 21
  34. Hình 1.22 Hàm File I/O- File I/O Function 11. Hàm dạng sĩng – Waveform: Sử dụng hàm này để xây dựng dạng sĩng mà bao gồm các giá trị dạng sĩng, thay đổi thơng tin, để thiết lập và khơi phục các thành phần và thuộc tính của dạng sĩng. Đường dẫn truy cập: Function>>Waveform. Biểu tượng của hàm là: Hình 1.23 Hàm dạng sĩng – Waveform 12. Hàm điều khiển ứng dụng- Application Control: Sử dụng hàm này để lập trình các VI điều khiển và các ứng dụng LabVIEW trên máy tính địa phương hoặc qua một mạng. Ta cĩ thể sử dụng các VI và các hàm chức năng này để định dạng nhiều VI tại cùng một thời điểm. Đường dẫn truy cập: Function>> Application Control. Biểu tượng của hàm: 22
  35. Hình 1.24 Hàm điều khiển ứng dụng- Application Control 13. Hàm đồng bộ hố - Synchronization Function: Sử dụng hàm này để đồng bộ các nhiệm vụ thi hành song song và để chuyển dữ liệu giữa các nhiệm vụ song song. Đường dẫn truy cập: Function>> Synchronization. Biểu tượng của hàm là: Hình 1.25 Hàm đồng bộ hố - Synchronization Function 14. Hàm đồ họa và âm thanh – Graphic & Sound Function: Sử dụng hàm này để tạo ra yêu cầu hiển thị, dữ liệu cổng vào và cổng ra từ các phai đồ hoạ và cho chạy những âm thanh. Đường dẫn truy cập: Function>>Graphic & Sound. Biểu tượng của hàm là: Hình 1.26 Hàm đồ họa và âm thanh – Graphic & Sound Function 23
  36. 15. Hàm phát sinh báo cáo – Report Generation Function: Sử dụng hàm này để tạo và điều khiển các báo cáo của các ứng dụng LabVIEW. Đường dẫn truy cập: Function>>Report Generation. Biểu tượng của hàm là: Hình 1.27 Hàm phát sinh báo cáo – Report Generation Function 1.4. Các loại Control và Indicatior 1.4.1. Các Control thƣờng dùng Các control thường dùng gồm các dạng: numeric, fill slide, pointer slide, knob, dial, constant, string, simulated signal,vv. Để lấy các Control, ta vào thư viện theo đường dẫn: FP> Express > Numeric Control như Hình 3.1 và chọn Control cần lấy. Ví dụ lấy Numeric control: Right click trên cửa sổ FP, chọn Express, chọn Numeric Control, Chọn Numeric Control và đặt ra màn hình. Tương tự đối với Slide control và String control ta làm như trên. 24
  37. Hình 1.28: Cách lấy Control Ta cĩ thể copy nhanh các Control bằng cách nhấn Ctrl (Trên bàn phím) và kéo thả các Control bằng chuột trái. Hình 129: Copy nhanh bằng việc kéo thả Các Control thường dùng được tĩm tắt tại bảng sau: Numeric control: là control dạng số Fill slide: Control cĩ dạng một thanh trượt Pointer slide: Control dạng thanh trượt cĩ nút kéo Knob: Nút vặn Dial: đĩa xoay 25
  38. Constant: hằng số, hay cĩ thể xem là một dạng numeric control nhưng giá trị khơng thay đổi trong suốt quá trình chạy chương trình. Để tạo Constant ta lấy một Numeric control, chuột phải lên Numeric control chọn Change to constant. String control: là 1 dịng chữ hay cịn gọi là text control. Sử dụng text Control này để nhập các chữ hoặc chuổi ký tự, hoặc một câu văn. Simulated signal: một tín hiệu được mơ phỏng sẵn trong LabVIEW cĩ thể dùng như một Indicator trong một số trường hợp. Lấy Simulated signal bằng cách vào: BD> Express> Input> Simulated Signal. Xác lập các thơng số khi bảng thơng số hiện ra. Nối đầu ra của khối vừa lấy với một Graph bằng cách chọn Right Click lên đầu ra, Create> Indicator. Thường các control được chia làm 3 dạng: Boolean, Numeric và String. 1.4.2. Các dạng Indicator thƣờng dùng Tương tự các Control, ta cũng cĩ các Indicator như: numeric, string, slide, vv Giữa Control và Indicator cĩ thể chuyển đổi qua lại nhờ vào thao tác Right Click> Change to Control hoặc Change to Indicator. Để lấy các Indicator, ta vào thư viện theo đường dẫn: FP> Express > Numeric Indicator> như hình 1.30 và chọn Control cần lấy. Ví dụ lấy Numeric control: Right click trên cửa sổ FP, chọn Express, chọn Numeric Indicator, Chọn Numeric Indicator và đặt ra màn hình. Tương tự đối với Slide control và String control ta làm như trên. 26
  39. Hình 1.30: Cách lấy Indicator Bảng tĩm tắt các Indicator như sau: Numeric indicator: là Indicator dạng số Meter: Indicator cĩ dạng đồng hồ vuơng Gauge: Indicator dạng đồng hồ vuơng Thermometer: Cột nhiệt độ Graduated Bar: Thanh hiển thị quá trình String: là 1 dịng chữ hay cịn gọi là text Control, dùng để xuất các chữ hoặc chuỗi ký tự, hoặc một câu văn. CLấhya rtst:r ilnàg bi indểui cađồt orhi ểtnạ it hFịP cá> cM godiá etrrn>ị th eSto ring t&rụ Pc atthh>ời gStiarinng Indicator. Graph: là đồ thị thường được dùng để hiển thị các tín hiệu dạng sĩng (waveform). XY Graph: đồ thị hiển thị quan hệ giữa hai tín hiệu X và Y hoặc dùng trong bài vẽ đồ thị hàm số y=f(x) – được trình bày trong bài 4. 27
  40. Ví dụ về sử dụng Chart trình bày như hình 1.31 Hình 1.31: Cách lấy Indicator Trong hình trên, để tạo sĩng Sine, ta lấy Simulated Input theo đường dẫn: BD> Express> Input> Simulated Input và đặt thơng số như mặc định trong hình 1.32. Hình 1.32: Cách lấy Indicator 28
  41. Ngồi ra, một Numeric Indicator đã được sử dụng để chỉnh Amplitude (biên độ) của sĩng Sine, và một Graph Indicator để hiển thị sĩng Sine. 1.4.3. Kiểu dữ liệu trong LabVIEW và chuyển đổi dữ liệu Kiểu dữ liệu là cơng cụ dùng để gán (ép) một numeric hay indicator vào một dãy giá trị nào đĩ. Ví dụ, ta muốn một Numeric Control cĩ giá trị (và chỉ nằm trong giá trị đĩ ngay cả khi người điều khiển nhập giá trị khác) là 0-255 thì ta sẽ gán Numeric Control đĩ vào kiểu dữ liệu Unsigned 8 bit (Viết tắt là U8). Muốn đổi kiểu dữ liệu của một Control, ta chọn Right Click lên Control đĩ> Chọn Representation> Chọn Kiểu cần gán. Hình 1.13 liệt kê các kiểu dữ liệu trong LabVIEW. Hình 1.33: Các kiểu dữ liệu trong LabVIEW Trong LabVIEW cĩ nhiều kiểu dữ liệu khác nhau, ví dụ: Ký hiệu Kiểu dữ liệu Số bit Khoảng giá trị Byte signed 8 –128 tới 127 iWntordege rs igned 16 –32,768 tới integer –32,7672,147,483,648 Long signed integer 32 tới 2,147,483,647 Quad signed 64 –1e19 tới 1e19 Binytteeg unser igned 8 0 tới 255 Word unsigned integer 0 tới 65,535 16 integer Long unsigned 0 tới integer 32 4,294,967,295 29
  42. Cách chuyển đổi kiểu dữ liệu: chuột phải lên đối tượng muốn chuyển đổi chọn Represention rồi chọn kiểu dữ liệu mong muốn. 1.5. Vịng lặp While (While Loop), vịng lặp For (For Loop) 1.5.1. Vịng lặp While (While Loop) Vịng lặp while là vịng lặp cĩ điều kiện như trong hình 1.14. Ý nghĩa của vịng lặp While là cho phép chạy chương trình mãi tới khi nào nút Stop được nhấn thì mới dừng lại. Để lấy While Loop ta vào BD> Express> Execution> While loop như trình bày trong hình 1.34. While Loop sẽ lặp lại chương trình được đặt trong vịng lặp này, tới khi nút Stop (conditional terminal) nút Stop tại FP được nhấn (Lưu ý rằng nút Stop cĩ dạng dữ liệu là Boolean-true hoặc false). Hình 1.34: Lấy While Loop tại BD Xét ví dụ trong hình 1.35 như sau: Cĩ hai phép tính cộng. Phép cộng A là cộng Numeric 1và Numeric 2 hiển thị kết quả ra Indicator 1, phép cộng B là phép cộng Numeric 2 và Numeric 3 hiển thị kết quả ra Indicator 2. Khác biệt duy nhất là phép cộng A đặt ngồi vịng lặp cịn phép cộng B đặt trong vịng lặp. Chạy chương trình (nhấn phím tắt Ctrl+R), sau đĩ thay đổi giá trị của Numeric 1, 2, 3, 4. Ta sẽ quan sát thấy phép cộng A sẽ khơng cĩ giá trị thay đổi tại Indicator 1. Cịn Indicator 2 sẽ thay đổi giá trị khi bạn thay đổi giá trị nhập vào Numeric 3 và 4. FP và BD của ví dụ này được trình bày trong hình 1.35. 30
  43. Hình 1.35: Tính tổng với While Loop Ngồi ra, trong While Loop cịn cĩ chân iteration (i) cĩ ký hiệu ( ) là bộ đếm số lần lặp hiện tại (current loop iteration count) (lần thực hiện đầu tiên i=0). Giá trị lớn nhất của (i) là 2,147,483,647 (231,), và giữ mãi mãi sau đĩ. Nếu cần giá trị lớn hơn 2,147,483,647, dùng shift registers cĩ miền giá trị integer lớn hơn, hoặc sử dụng một vịng lặp For Loop trong trường hợp này. Ngồi ra, ta cịn cĩ thể sử dụng shift-register trong While Loop. Shift- register là một thanh ghi hoạt động như một ơ nhớ. Ta sử dụng thanh ghi này để truy cập lịch sử giá trị của một tín hiệu nào đĩ, ví dụ chương trình của chúng ta đang chạy ở thời gian là 10:30am, và ta muốn xem lại giá trị của tín hiệu đo được từ cảm biến nhiệt độ ở thời điểm 10:29am. Ngồi ra, Shift register cũng cĩ thể dùng để thực hiện các phép tốn cộng dồn. Nĩi cách khác là cĩ thể dùng shift registers để “chuyển” giá trị của đối tượng/tín hiệu nào đĩ ở vịng lặp này sang vịng lặp kế tiếp. 31
  44. Hình 1.36: Sử dụng shift register 1.5.2.Vịng lặp For (For Loop) Cũng như While Loop, For Loop là vịng lặp mà số lần lặp lại cĩ thể định trước bởi người lập trình. Lấy For Loop trong thư viện hàm như sau: BD> Express> Execution> For Loop. Ví dụ ta muốn chạy chương trình tính tổng A+B trong 100 lần thì sau 100 lần lặp lại phép tính tổng thì chương trình sẽ tự thốt (tự dừng). Như trong hình ta đã đặt số vịng lặp cần lặp lại là 100 (đặt thơng qua khối Numeric). Sau khi chạy chương trình thì Numeric 2 (đĩng vai trị là Indicator chỉ ra số vịng đã lặp được) sẽ báo số 99. Lý do là LabVIEW đếm vịng lặp đầu tiên cĩ giá trị (i)=0. Hình 1.37: For Loop 32
  45. 1.6.Mảng 1.6.1.Khái niệm về mảng và cách tạo mảng Ngồi các loại dữ liệu như đã bàn ở các bài trước, LabVIEW cũng hỗ trợ các cấu trúc dữ kiểu liệu mảng. Như trong ngơn ngữ dựa trên văn bản, Mảng là một khối cĩ nhiều chiều (n-chiều) của một loại dữ liệu nào đĩ các phần tử trong mảng được đánh chỉ số. Và ta cĩ thể truy suất các phần tử này thơng qua các chỉ số đĩ. Khơng giống như trong các ngơn ngữ dựa trên văn bản, mảng LabVIEW được tự động thay đổi kích cỡ để phù hợp với dữ liệu của nĩ. Hình 1.38: Mảng 1 chiều dạng so, 2 chiều dạng boolean, và 3 chiều dạng chuỗi Cách tạo một mảng như sau: Vào FP> Modern >Array, Matrix> Lấy array ra đặt tại FP Hình 1.39: Lấy mảng từ FP Tạo array dạng số bằng cách lấy Numeric control đưa vào array. 33
  46. Hình 1.40: Tạo Numeric array Rê chuột trên mảng cho tới khi cĩ biểu tượng sau: , kéo dài mảng để cĩ một mảng 1 chiều cĩ 5 phần tử. Hình 1.41: Kéo dài mảng Copy ra một mảng nữa bằng cách nhấn giữ Ctrl+ và nhấn giữa chuột trái lên mảng trên và kéo xuống. Hình 1.42: Copy nhanh một mảng Dùng phép cộng nối 2 mảng này lại. Tạo Indicator phía bên phải của hàm cộng, ta được một chương trình tính tổng 2 mảng. 34
  47. Hình 1.43: Chương trình hồn thiện Nhập giá trị vào hai mảng Control. Nhấn chạy chương trình. Ta thấy tổng của hai mảng chính là tổng của các thành phần tương ứng trong mảng. 1.6.2.Trích dữ liệu từ một mảng Ta tiếp tục trích một phần tử từ mảng kết quả để nắm thêm về khái niệm phần tử và chỉ số trong mảng. Để thực hiện VI này ta hãy: Hình 1.44: Kết quả phép cộng 2 máng - Vào BD> Programming> Array> Index Array 35
  48. Hình 1.45: Lấy hàm Index array - Nối Index array vào array kết quả từ chương trình trên. - Nhập giá trị 0 vào ơ Index và tạo Indicator tại chân element của hàm Index array. Ta được một chương trình cho phép truy xuất các giá trị của mảng. Ví dụ: Muốn truy xuất giá trị của phần tử cĩ chỉ số 0 thì ta nhập 0 vào ơ Gia tri index. Cụ thể ở đây ta cĩ kết quả là 2. Nếu Giá trị index là 1 thì ta cĩ kết quả là 3, vv. Hình 1.46: Chương trình truy xuất giá trị thành phần trong array Khi sử dụng array trong For loop. Bạn cần lưu ý một số vấn đề. Cùng nhau xem một ví dụ trên ni.com trong hình 1.46 để giải thích rõ hơn vấn đề này. Chương trình này là một for loop, for loop này lặp lại 15 lần phép cộng các thành phần trong 2 array (array 1 cĩ 10 phần tử, array 2 cĩ 20 phần tử). Kết quả trả về chỉ là một array cĩ 10 phần tử. Lý do: Khi for loop thực hiện tới vịng 36
  49. lặp thứ 11 thì array 1 sẽ khơng cĩ phần tử thứ 11 nên phép cộng khơng thể tiếp tục thực hiện. Hình 1.47: Tổng 2 array Các Array lớn hơn 1 chiều bạn cĩ thể dễ dàng tạo ra bằng cách ghép các For loop lại với nhau theo hướng [5]. Chú ý rằng bạn cần chọn chế độ Auto-indexing trên thành các For loop trong các trường hợp này. Hình 1.48: Tạo array 2 chiều 1.7.Bĩ Bĩ là kiểu dữ liệu hoạt động như hộp đen cĩ khả năng lưu trữ các loại dữ liệu khác nhau. Cĩ thể hiểu rằng: Bĩ được coi là một nhĩm các giá trị dữ liệu được đĩng gĩi với nhau để tạo thành một kiểu dữ liệu phức tạp hơn, và thường cĩ ý nghĩa hơn. Ví dụ: Hãy tạo một Output cluster (là một Indicator) chứa các thơng tin sau: Họ tên, tuổi, giới tính. Thực hiện như sau: - FP> Mordern> Array, Matrix, > Cluster - Kéo thả cluster ra ngồi FP 37
  50. Hình 1.49: Kéo thả Cluster ra Front panel - Đưa vào Cluster này 1 Ctring control để nhập họ tên - Đưa vào thêm 1 Numeric control để nhập tuổi - Một LED để chỉ định giới tính (Nam thì LED sáng, Nữ thì LED tắt) - Nhập các dịng: Họ tên: Nguyễn Bá A, Tuổi: 28, Boolean: Sáng. - Ta được Cluster control như hình 1.50. Hình 1.50: Cluster đã tạo ra Bây giờ, ta hãy tạo một Cluster indicator như hình 1.51. 38
  51. Hình 1.51 Tạo Cluster indicator Cho chương trình chạy, ta được kết quả như hình 1.52. Hình 1.52: Kết quả tạo ra là Cluster indicator sẽ hiển thị đúng Cluster control Như vậy ta vừa biết phương pháp tạo một cluster. Bây giờ ta sẽ tạo một Cluster như trên bằng cách sử dụng hàm Bundle (tổng hợp) như sau. - Lấy các String control, Numeric control và LED đặt tại FP. - Lấy hàm Bundle tại BD> Programming> Cluster> Bundle. Kết nối lần lượt các control vào Bundle này và tạo Cluster indicator như bài trên. Hình 1.53: Phương pháp tạo Cluster bằng hàm Bundle 39
  52. LabVIEW cũng cung cấp hàm Unbundle để ta bĩc tách các phần tử trong một bĩ. - Lấy một Unbundle nối vào Output cluster. Tạo các indicator từ hàm Unbundle này. Ta sẽ cĩ kết quả là Họ tên, Tuổi và giới tính riêng lẽ. Đây chính là việc bĩc tách các phần tử trong một bĩ. - Ta cĩ thể dùng hàm Unbundle by name để bĩc tách họ tên. Hình 1.54 Bĩc tách các phần tử trong một bĩ 1.8.Cách tạo thiết bị ảo và thiết bị ảo con. Một VI cĩ thể phục vụ như một giao diện người dùng hoặc một hoạt động bạn sử dụng thường xuyên. Sau khi bạn học làm thế nào để xây dựng một giao diện và một sơ đồ khối, bạn cĩ thể tạo ra các VI và các VI con và các tuỳ biến VI mà thuộc quyền sở hữu của bạn. 1. Tìm kiếm từ các ví dụ. Trước khi bạn xây dựng một VI mới, bạn nên xem xét việc tìm kiếm một ví dụ VI mà đáp ứng các yêu cầu của bạn bằng việc lựa chọn Help>>Find 40
  53. Examples để mở ví dụ tìm ra NI Example Finder. Nếu bạn khơng tìm thấy một ví dụ VI thích hợp, mở một VI mẫu từ hộp thoại New và cư trú bảng mẫu với các VI và các hàm chức năng gắn sẵn tư bảng mẫu Functions. 2. Việc sử dụng các hàm chức năng và các VI gắn sẵn. LabVIEW bao gồm các VI và các hàm chức năng gán sẵn để trợ giúp bạn xây dựng các ứng dụng đặc trưng, chẳng hạn như các VI và các hàm chức năng thu nhận dữ liệu, các VI mà truy nhập các VI khác, các VI mà giao tiếp với các ứng dụng khác Bạn cĩ thể sử dụng các VI như các VI con trong một ứng dụng để rút gọn thời gian phát triển. Trước khi bạn xây dựng một VI mới, xem xét việc tìm kiếm bảng Functions cho các VI và các hàm thời gian tương tự và việc sử dụng một VI tồn tại như điểm bắt đầu cho một VI mới. 3. Việc tạo ra các VI con Sau khi bạn xây dựng một VI, bạn cĩ thể sử dụng nĩ trong một VI khác. Một VI được gọi từ sơ đồ khối của VI khác được gọi là VI con. Bạn cĩ thể sử dụng lại một VI con trong các VI khác. Để tạo ra một VI con, bạn cần xây dựng một bảng nối và tạo ra một biểu tượng. Mỗi VI đều cĩ một icon, nĩ nằm ở gĩc trên bên phải của cả 2 cửa sổ Front panel và Block diagram. Để hiểu rõ cách tạo subVI và icon, connector panel của nĩ thì ta làm ví dụ sau. Tạo giao diện Front panel của VI và trong Block Diagram ta liên kết giống hình 1.55a và 1.55b bên dưới: a) Giao diện b) Sơ đồ khối Hình 1.55 Ví dụ minh họa 41
  54. Để tạo icon thì ta click phải vào biểu tượng ở gĩc phải bên trên của Front panel hoặc Block diagram. Sau đĩ bảng Icon Editor xuất hiện như hình dưới, trong đĩ cĩ các cơng cụ dùng để vẽ tương tự trong Paint. Hình 1.56 Cửa sổ Icon Editor Giả sử ta vẽ biểu tượng như sau: Hình 1.57: Ví dụ minh họa vẽ Icon Bây giờ ta tạo các connector panel. Click phải lên biểu tượng Icon, chọn Show Connector. Như hình 1.58a sau đây: 42
  55. Hình 1.58a: Các bước vẽ Icon Sau đĩ tạo Connector Hình 1.58b: Các bước tạo Icon Làm tương tự cho đến Connector cuối cùng như hình 1.58c bên dưới: 43
  56. Hình 1.58c: Các bước tạo Icon Sau đĩ save lại với tên PTB1.vi và tạo một VI mới. Cĩ thể click phải vào block digram của VI sau đĩ vào Function pallete Use a VI Rồi trỏ tới tập tin PTB1.vi hoặc ta cĩ thể kéo biểu tượng của PTB1.vi đang mở sang block diagram của VI mới. 4. Việc tạo các VI con từ các thành phần của một VI. Chuyển một thành phần của một VI vào trong một VI con bằng cách sử dụng cơng cụ Positioning để lựa chọn thành phần của sơ đồ khối bạn muốn sử dụng lại và lựa chọn Edit>>Create SubVI . Một biểu tượng cho VI con mới thay thế phần được lựa chọn của sơ đồ khối. LabVIEW tạo ra các điều khiển và các dụng cụ chỉ thị cho VI con mới, tự động định dạng ơ vuơng đầu nối dựa trên số lượng của các thiết bị điều khiển và dụng cụ chỉ thị bạn đã lựa chọn, và nối dây VI con tới những dây hiện hữu. Việc tạo một VI con từ một thành phần là tiện lợi nhưng cịn địi hỏi việc quy hoạch cẩn thận để tạo ra một trật tự logic của các VI. Xem xét những đối tượng nào chứa trong thành phần và tránh sự thay đổi chức năng của VI tổng. 5. Việc thiết kế các giao diện VI con. Đặt các dụng cụ chỉ thị và các điều khiển trên giao diện chúng xuất hiện trong ơ vuơng đầu nối. Đặt các điều khiển vào bên trái của giao diện và dụng cụ 44
  57. chỉ thị ở bên phải. Đặt các cụm error in vào gĩc trái dưới của giao diện và các cụm error out vào gĩc phải. 6. Lưu các VI Chọn File>>Save để lưu một VI. Khi bạn lưu một VI, bạn cần phải sử dụng một cái tên để mơ tả để bạn cĩ thể nhận ra một cách dễ dàng sau đĩ. Bạn cũng cĩ thể lưu các VI cho một phiên bản trước đây của LabVIEW làm cho LabVIEW trở nên tiện lợi và để trợ giúp bạn gìn giữ các VI trong 2 phiên bản của LabVIEW khi cần thiết. 7. Việc đặt tên các VI Khi bạn lưu các VI, sử dụng những cái tên mơ tả. Những tên miêu tả, chẳng hạn như Temperature Monitor.vi và Serial Write & Read.vi, để nhận ra một VI dễ dàng và biết được bạn sử dụng nĩ như thế nào. Nếu bạn sử dụng những cái tên khơng rõ ràng, chẳng hạn như VI#1.vi bạn phải tìm nĩ, khĩ khăn để nhận ra các VI, đặc biệt nếu bạn đã lưu vài VI với nhau. Xem xét xem liệu những người dùng sẽ chạy các VI của bạn trên nền khác. Tránh việc sử dụng các ký tự mà một số hệ điều hành dành riêng cho những mục đích đặc biệt, như \ : / ? * và #. Lưu ý: Nếu bạn cĩ vài VI cĩ tên giống nhau đã lưu vào trong máy tính của bạn, tổ chức cẩn thận các VI trong những thư mục khác nhau hoặc các LLB (LabVIEW file that contains a collection of related VIs for a specific use – file LabVIEW mà chứa đựng một tập hợp các VI liên quan cho một sử dụng đặc biệt) để tránh sự tham chiếu LabVIEW lệch hướng VI con khi đang chạy VI lớp trên. 8. Việc lưu giữ một phiên bản trước. Bạn cĩ thể lưu các VI cho một phiên bản trước của LabVIEW để tiện lợi cho việc nâng cấp LabVIEW và để hỗ trợ bạn gìn giữ các VI trong 2 phiên bản của LabVIEW khi cần thiết. Chọn File>>Save For Previous Version để lưu phiên bản trước của LabVIEW. Khi bạn lưu một VI vào một phiên bản trước, LabVIEW khơng chuyển đúng VI đĩ như mọi VI trong trật tự của nĩ, loại trừ các file trong thư mục labview\vi.lib. 45
  58. Thường thì một VI sử dụng chức năng khơng sẵn cĩ trong phiên bản trước của LabVIEW. Trong những trường hợp như vậy, LabVIEW lưu lại như nhiều VI như nĩ cĩ thể và đưa ra một thơng báo là khơng thể chuyển đổi nĩ được. Thơng báo xuất hiện ngay lập tức trong hộp thoại Warning. Kích nút OK để ghi nhận các cảnh báo đĩ và đĩng hộp thoại. Kích nút Save to File để lưu các cảnh báo tới một file văn bản để quan sát lại sau đĩ. 9. Tuỳ biến các VI. Bạn cĩ thể định dạng các VI và các VI con để làm phù hợp với ứng dụng của bạn cần. Ví dụ, nếu bạn dự định sử dụng một VI như một VI con, yêu cầu người sử dụng đầu vào, định dạng VI vì vậy mà giao diện của nĩ xuất hiện mỗi lần bạn gọi nĩ. Chọn File>>VI Properties để định dạng sự xuất hiện và hoạt động của một VI. Sử dụng menu kéo xuống Category tại đỉnh của hộp thoại VI Properties để lựa chọn từ vài phạm trù tuỳ chọn khác nhau. Hộp thoại VI Properties bao gồm các phạm trù tuỳ chọn sau đây: - General: sử dụng trang này để xác định đường dẫn hiện thời mà một VI đã lưu, số duyệt lại của nĩ, lịch sử duyệt lại, và bất kỳ sự thay đổi nào làm ra từ khi VI đã được lưu trước đĩ. - Documention: sử dụng trang này để thêm một sự mơ tả của VI và liên kết tới một chủ đề file trợ giúp. - Security: sử dụng trang này để khố hoặc đặt mật khẩu một VI. - Window Appearance: sử dụng tang này để tuỳ biến sự xuất hiện cửa sổ của các VI, chẳng hạn như cửa sổ tiêu đề và kiểu. - Window Size: sử dụng trang này để thiết đặt kích thước của cửa sổ. - Execution: sử dụng trang này để định dạng một VI chạy như thế nào. Ví dụ, bạn cĩ thể định dạng một VI để chạy ngay lập tức khi nĩ được mở hoặc tạm dừng khi nĩ được gọi như một VI con. - Editor Options: sử dụng trang này để đặt kích thước của lưới sắp thành hàng cho VI hiện thời và để thay đổi kiểu của điều khiển và dụng cụ chỉ thị LabVIEW tạo ra khi bạn kích phải một thiết bị đầu cuối và chọn Create>>Control hoặc Create>>Indicator từ menu tắt. 46
  59. CHƢƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN LÕ NHIỆT ĐIỆN TRỞ 2.1.Giới thiệu Lị điện là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng dùng trong các quá trình cơng nghệ khác nhau như nung hoặc nấu luyện các vật liệu, các kim loại và các hợp kim khác nhau v.v - Lị điện được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật :  Sản xuất thép chất lượng cao  Sản xuất các hợp kim phe-rơ  Nhiệt luyện và hố nhiệt luyện  Nung các vật phẩm trước khi cán, rèn dập, kéo sợi  Sản xuất đúc và kim loại bột - Trong các lĩnh vực cơng nghiệp khác :  Trong cơng nghiệp nhẹ và thực phẩm, lị điện được dùng để sấy, mạ vật phẩm và chuẩn bị thực phẩm  Trong các lĩnh vực khác, lị điện đửợc dùng để sản xuất các vật phẩm thuỷ tinh, gốm sứ, các loại vật liệu chịu lửa v.v - Lị điện khơng những cĩ mặt trong các ngành cơng nghiệp mà ngày càng được dùng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con ngưưười một cách phong phú và đa dạng : Bếp điện, nồi nấu cơm điện, bình đun nước điện, thiết bị nung rắn, sấy điện v.v 2.2.Ƣu nhƣợc điểm của lị điện so với các lị sử dụng nhiên liệu Lị điện so với các lị sử dụng nhiên liệu cĩ những ưu điểm sau : - Cĩ khả năng tạo được nhiệt độ cao - Đảm bảo tốc độ nung lớn và năng suất cao - Đảm bảo nung đều và chính xác do dễ điều chỉnh chế độ điện và nhiệt độ - Kín 47
  60. - Cĩ khả năng cơ khí hố và tự động hố quá trình chất dỡ nguyên liệu và vận chuyễn vật phẩm - Đảm bảo điều khiện lao động hợp vệ sinh, điều kiện thao tác tốt, thiết bị gọn nhẹ Nhược điểm của lị điện: - Năng lượng điện đắt - Yều cầu cĩ trình độ cao khi sử dụng 2.3.Nguyên lý làm việc của lị điện trở Lị điện trở làm việc dựa trên cơ sở khi cĩ một dịng điện chạy qua một dây dẫn hoặc vật dẫn thì ở đĩ sẽ toả ra một lượng nhiệt theo định luật Jun-Lenxơ : Q=I2 RT Trong đĩ: Q - Lượng nhiệt tính bằng Jun (J) I - Dịng điện tính bằng Ampe (A) R - Điện trở tính bằng Ơm T - Thời gian tính bằng giây (s) Từ cơng thức trên ta thấy điện trở R cĩ thể đĩng vai trị : - Vật nung : Trường hợp này gọi là nung trực tiếp - Dây nung : Khi dây nung được nung nĩng nĩ sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức hợp. Trường hợp này gọi là nung gián tiếp. Trường hợp thứ nhất ít gặp vì nĩ chỉ dùng để nung những vật cĩ hình dạng đơn giản ( tiết diện chữ nhật, vuơng và trịn ) Trường hợp thứ hai thường gặp nhiều trong thực tế cơng nghiệp. Cho nên nĩi đến lị điện trở khơng thể khơng đề cập đến vật liều để làm dây nung, bộ phận phát nhiệt của lị. Lị điện trở sử dụng nguồn điện xoay chiều 220V/50Hz, cơng suất cực đại của lị là 1200W. Xét về mặt điều khiển, lị điện trở là một khâu quán tính bậc nhất cĩ hàm truyền: 48
  61. K W(p) Tp 1 Với các tham số K, T được xác định một cách gần đúng theo yêu cầu cơng nghệ. 2.4.Các phƣơng pháp điều khiển lị điện trở Cĩ rất nhiều phương pháp điều khiển lị điện trở, song phổ biến hiện nay cĩ hai phương pháp là điều khiển dùng Rơle và điều khiển dùng Thyristor hoặc Triac. 2.4.1.Điều khiển dùng Rơle a, Sơ đồ nguyên lý . . . RELAY R . Hình 2.1 . Sơ đồ điều khiển bằng Rơle b, Nguyên lý điều khiển Nguyên tắc của điều khiển dùng Rơle là điều khiển hai vị trí cĩ trễ. Đối tượng là lị điện trở đặt trong mơi trường nên luơn toả nhiệt ra mơi trường xung quanh. Xét: Q = Qc - Qt Tương ứng với P = Pc - Pt Khi muốn tăng nhiệt độ ta tăng Qc, tức là tăng cơng suất cấp Pc cho lị lớn hơn Pt sao cho Q > 0. ( P >0) Vậy điều khiển Rơle chính là điều khiển cơng suất trung bình của dịng điện cấp cho nguồn. 49
  62. Một cách trực quan ta cĩ đồ thị quan hệ giữa cơng suất và nhiệt độ theo thời gian sau: Pc 0 T/2 T 2T t o o t ( C) o t t Hình 2.2 . Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và cơng suất cấp 2.4.2.Điều khiển Thyristor a, Sơ đồ nguyên lý T1 . T2 R . Hình 2.3 . Sơ đồ điều khiển bằng Thyristor b, Nguyên lý điều khiển Khác với điều khiển dùng Rơle, điều khiển dùng Thyristor là điều khiển cơng suất cấp vào. Cũng từ cơng thức: Q = Qc - Qt Tương ứng với P = Pc - Pt 50
  63. Nếu như trong phương pháp điều khiển dùng Rơle, P hoặc âm hoặc dương tuỳ theo việc ta ngắt hay đĩng Rơle, thì trong phương pháp này ta điều khiển cơng suất cấp Pc sao cho P = 0 khi hệ thống ổn định. Để điều khiển Pc ta điều khiển điện áp cấp vào lị. Muốn vậy ta cần tính tốn được gĩc mở của Thyristor. Dựa theo cơng thức tính giá trị trung bình của điện áp cấp cho tải R khi ta điểu chỉnh bằng Thyristor như sau: 1 2 1 2 U u(t) 2 dt (U Sin( t))2 dt (U Sin( t))2 dt tb 2 2 0 0 0 2 2 Sin U U tb 0 2 U 2 Với U 0 Vậy cĩ thể nĩi điều khiển dùng Thyristor chính là điều khiển gĩc mở của nĩ. Pc Utb . Từ đĩ ta xác định gĩc mở van thích hợp để đạt được giá trị điện áp trung bình cấp cho tải. Đồ thị của phương pháp này như sau: G 0 t UT1 t Hình 2.4 . Dạng điện áp ra điều khiển bằng Thyristor 51
  64. 2.4.3.Kết luận Trong hai phương pháp trên, phương pháp nào cũng cĩ những ưu nhược điểm của nĩ. Tuỳ theo yêu cầu của bài tốn mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp. Đầu tiên, ta xét phương pháp điều khiển dùng Rơle - Ưu điểm:  Cấu tạo phần cứng đơn giản.  Phần mềm tính tốn khơng cĩ gì khĩ, cĩ thể dùng các mạch điều khiển analog mà khơng cần lập trình.  Giá cả phải chăng. - Nhược điểm:  Độ trễ của Rơle ảnh hưởng lớn đến chất lượng điều khiển. Nếu ta đĩng ngắt quá nhanh sẽ dẫn đến tình trạng Rơle khơng hoạt động, nếu đĩng ngắt quá chậm thì sai lệch nhiệt độ sẽ lớn.  Nhiệt độ luơn luơn khơng ổn định mà lúc nào cũng dao động trong một giới hạn t nhất định.  Đường đặc tính điều khiển khơng trơn. Do vậy khĩ cho việc điều khiển các đối tượng cĩ nhiệt độ theo một qui luật nhất định.  Chịu ảnh hưởng của nhiễu như: nhiệt độ buồng đốt, nhiệt độ vật nung, nhiệt độ mơi trường sẽ ảnh hưởng đến nhiệt lượng toả Qt. Phương pháp điều khiển dùng Thyristor - Ưu điểm: Chất lượng điều khiển tốt hơn phương pháp điều khiển dùng Rơle rất nhiều:  Nhiệt độ lị ổn định.  Cĩ thể điều khiển nhiệt độ của đối tượng theo một đường cong bất kì với chất lượng tương đối tốt.  Cĩ sự cách li về điện. - Nhược điểm:  Phần mềm tính tốn phức tạp hơn phương pháp kia. Do vậy địi hỏi cấu hình phần cứng tương đối cao. 52
  65.  Giá thành đắt hơn phương pháp điều khiển dùng Rơle. Từ các ưu-nhược điểm trên của hai phương pháp ta thấy nếu cơng việc yêu cầu độ chính xác cao, chất lượng tốt thì ta áp dung phương pháp hai. Cịn nếu chất lượng vừa phải thì cĩ thể dùng phương pháp một để tiếc kiệm chi phí. 2.5.Các nguyên tắc điều khiển Thyristor (Triac) Trong thực tế người ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển: thẳng đứng tuyến tính và thẳng đứng “arcos” để thực hiện điều chỉnh vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên Thyristor cũng như Triac. 2.5.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp. - Điện áp đồng bộ, ký hiệu Us, đồng bộ với điện áp đặt trên hai đầu lực của Thyristor, Triac thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh. - Điện áp điều khiển, ký hiệu Ucm (điện áp 1 chiều cĩ thể điều chỉnh được biên độ) thường đặt vào đầu khơng đảo của khâu so sánh. Hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là: Ud = Ucm - Us. Mỗi khi Us = Ucm thì khâu so sánh lật trạng thái, ta nhận được “sườn xuống của điện áp đầu ra của khâu so sánh, sườn xuống này thơng qua đa hài một trạng thái ổn định, tạo ra 1 xung điều khiển. Như vậy, bằng cách làm biến đổi Ucm, người ta cĩ thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra, tức là điều chỉnh được gĩc . Giữa và Ucm cĩ quan hệ như sau: Ucm người ta lấy Ucmmax = Usm. Ssm 53
  66. Us cm U US Ucm wt 0 Xđk wt 0 a a Hình 2.5. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 2.5.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp. - Điện áp đồng bộ US, vượt trước UAK = Umsin t của Thyristor một gĩc /2 bằng US = Um. cos t. - Điện áp điều khiển Ucm là điện áp một chiều, cĩ thể điều chỉnh được biên độ theo hai chiều (dương và âm). Nếu đặt US vào cổng đảo và UCM vào cổng khơng đảo của khâu so sánh thì khi US = Ucm, ta sẽ nhận được xung rất mảnh ở đầu ra của so sánh khi khâu này lật trạng thái: Umcos = Ucm. U Do đĩ: = arecos cm Um Khi Ucm = Um thì = 0. Khi Ucm = 0 thì = 2 Khi Ucm = -Um thì = Như vậy, khi điều chỉnh Ucm từ trị Ucm = +Um, đến trị Ucm = -Um, ta cĩ thể điều chỉnh được gĩc từ 0 đến . 54
  67. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu địi hỏi chất lượng cao. Us UAK UAK Us Ucm wt 0 p 2p Xủk wt 0 a Hình 2.6. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng 2.5.3. Sơ đồ khối mạch điều khiển. Để thực hiện tốt được việc điều khiển Thyristor, triac thì mạch điều khiển bao gồm các khâu cơ bản sau: Đồng So sánh Khuếch T pha đại Hình 2.7. Sơ đồ khối mạch điều khiển Với sơ đồ này nhiệm vụ của các khâu như sau: - Khâu đồng pha cĩ nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa Urc (thường gặp là điện áp dạng răng cưa tuyến tính) trùng pha với điện áp anod của Thyristor. - Khâu so sánh cĩ nhiệm vụ so sánh giữa điệnáp tựa với điện áp điều khiển Uđk, tìm thời điểm hai điện áp này bằng nhau (Uđk = Urc). Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau thì phát xung ở đầu ra để gửi sang tầng khuếch đại. 55
  68. - Khâu tạo xung cĩ nhiệm vụ tạo ra xung phù hợp để mở Thyristor. Xung để mở Tiristor cĩ yêu cầu: sườn trước dốc thẳng đứng, để bảo đảm yêu cầu Thyristor mở tức thời khi cĩ xung điều khiển (thường gặp loại xung này là xung kim hoặc xung chữ nhật); đủ độ rộng với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của Thyristor, đủ cơng suất, cách ly giữa mạch mạch điều khiển với mạch động lực (nếu điện áp động lực quá lớn). 56
  69. CHƢƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN LÕ NHIỆT ĐIỆN TRỞ GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH BẰNG LABVIEW 3.1.Phƣơng án thiết kế 3.1.1.Yêu cầu thiết kế - Mơ hình lị nhiệt điện trở sử dụng bĩng đèn sợi đốt 200W/ 220V. - Sử dụng sensor cảm biến nhiệt bán dẫn LM35 để đo nhiệt độ. - Sử dụng card USB- 9001 để ghép nối giữa máy tính và khối cơng suất điều khiển lị. - Áp dụng phần mềm LabVIEW viết chương trình điều khiển và tạo giao diện điều khiển trên máy tính. 3.1.2 Phƣơng pháp điều khiển - Chọn phương án điều khiển ki ểu Rơle, nhưng thay Rơle bằng Triac để đĩng mở mềm. - Mạch điều khiển Triac được thiết kế theo sơ đồ sau: Hình 3.1. Mạch điều khiển lị điện trở Mạch hoạt động theo nguyên lý sau: (điều khiển theo phương pháp xung) - Khi nhiệt độ buồng đốt cịn nhỏ hơn nhiệt độ đặt (dựa vào sensor LM35), khi đĩ Udk = 5V, MOC dẫn làm Triac mở cĩ điện áp qua Thanh đốt (điện áp lúc này Full 220V). 57
  70. - Nếu nhiệt độ buồng đốt vượt quá nhiệt độ đặt, khi đĩ Uđk = 0V, MOC ngừng dẫn làm Triac khĩa khơng cĩ điện áp qua Thanh đốt, nhiệt độ tạm thời giữ ở đây (vì nhiệt cĩ quán tính chậm). 3.2: Giới thiệu Card USB-9001 3.2.1: Thơng số kỹ thuật Thơng số chung Cổng kết nối USB (chuẩn giao tiếp RS232) Hỗ trợ hệ điều hành Windows Kiểu đo 6 kênh đo điện áp (ADC) 1 bộ đếm xung từ các loại encoder (đếm lên hoặc xuống tùy theo chiều quay encoder) Điều khiển · 4 kênh xuất tín hiệu số · 2 kênh xuất tín hiệu điều chế xung (PWM) Họ DAQ Đọc tín hiệu Analog Số kênh 6 SE Tốc độ lấy mẫu 142S/s Độ phân giải 8 bits Trích mẫu đồng thời Khơng Ngưỡng điện áp giới hạn lớn nhất 0 tới 5 V Độ chính xác 10 mV (Vref=2.56V) Tín hiệu analog từ các loại cảm Nhiệt độ, áp xuất, lưu lượng vv. biến Lĩnh vực ứng dụng đo điện áp Điều khiển tự động, ơ tơ, cơng nghiệp Xuất tín hiệu PWM Số kênh 2 Tốc độ cập nhật 100 S/s Độ phân giải 8 bits Ngưỡng điện áp 0 5 V 58
  71. Tín hiệu điều khiển dịng điện 10 mA (dịng ngắn mạch) Các chân xuất tín hiệu số Số kênh 4 Timing Software Logic Levels TTL Ngưỡng điện áp ra 0 5 V Output Current Flow Sinking, Sourcing Dịng điện (Kênh/Tổng) 10 mA/100 mA Bộ đếm xung Số bộ đếm 1 (đếm lên hoặc đếm xuống) Độ phân giải 16 bits Tần số nguồn xung lớn nhất 250 KHz Độ rộng xung vào nhỏ nhất 2 us Mức logic TTL Ngưỡng cực đại 0 5 V Ứng dụng Đo tốc độ động cơ từ Encoder, đo xung, vv. Cho phép thực hiện nhớ tạm Yes Tác động (Triggering) Digital 59
  72. 3.2.2 Cách sử dụng Chân Kí Hiệu Giá Mơ tả Giá trị trị Reset Input ADC0 Nhận tín hiệu dạng tương tự(analog). Vref sẽ NA -ADC5 là 5v trên USB hoặc 2.55v do set trên máy tính Input PULSE Đếm xung cạnh lên (0-5v) 0 Input DIR 0 Set bộ đếm xung PULSE đếm xuống 5v 5V Set bộ đếm xung PULSE đếm lên output PWM0 Tạo xung với tần số cố định và hệ số xung 0 PWM1 thay đổi từ 0-255 tùy số đặt trên máy tính (xung 0-5v và 2 tổng trở 470Ohm) Output SW0-SW2 Tính hiệu ra dạng số(0 hoặc 5v. Tổng trở 470 0 Ohm) tùy set trên máy tính SW3 Tính hiệu ra dạng số (0 hoặc 5v), sẽ khơng sẽ khơng sử dụng ADC0 Nguồn GND Mass 0 Nguồn +5v Lấy từ USB 5v Sơ đồ chân: - ADC0-ADC5: trả về giá trị chuyển đổi các chân ADC tương ứng (0-255). - DAC0-DAC1: đặt giá trị ngõ ra chân PWM cho chân DAC tương ứng (0- 255). - SW0-SW3: đặt giá trị cho 3 ngõ ra số (TRUE-FALSE). - PULSE: trả về giá trị số xung đã đếm từ chân PULSE (giá trị từ 0-65635). 60
  73. Hình 3.2. Sơ đồ chức năng Card USB-9001 3.3 Mơ hình điều khiển sử dụng card USB-9001 3.3.1. Sensor LM35 LM35 là họ cảm biến nhiệt, mạch tích hợp, chính xác cao cĩ điện áp đầu ra tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ Celsius. Họ này khơng yêu cầu căn chỉnh bên ngồi. LM35 cho ra điện áp 10mV ứng với thay đổi nhiệt độ là 10C. Bảng 3.1 giới thiệu một số thơng số kỹ thuật chính của họ LM35: Mã sản phẩm Dải nhiệt độ Độ chính xác Đầu ra LM35A -55 C to +150 C + 1.0 C 10 mV/F LM35 -55 C to +150 C + 1.5 C 10 mV/F LM35CA -40 C to +110 C + 1.0 C 10 mV/F LM35C -40 C to +110 C + 1.5 C 10 mV/F LM35D 0 C to +100 C + 2.0 C 10 mV/F 61
  74. Kiểu chân và sơ đồ ứng dụng: 3.3.2.Xây dựng mơ hình điều khiển: Mơ hình điều khiển được xây dựng như hình 3.3. Hình 3.3. Điều khiển lị nhiệt điện trở ghép nối với máy tính Trong đĩ: - Máy tính: tạo giao diện và điều khiển lị nhiệt bằng phần mềm LabVIEW thơng qua card USB_9001. 62
  75. - Card USB-9001: giao tiếp với máy tính qua cổng USB. Nĩ nhận dữ liệu nhiệt độ từ LM35 qua ADC1 (8 bit) chuyển thành tín hiệu số đưa về máy tính. Bằng chương trình LabVIEW máy tính sẽ xử lý, thơng qua card USB-9001 tạo ra Udk, điều khiển Triac (Modul Cơng suất điều khiển lị nhiệt) đĩng mở nguồn cấp cho Lị nhiệt. - Modul Cơng suất điều khiển lị nhiệt: trực tiếp đĩng mở nguồn cấp điện cho lị nhiệt. - LM35: sensor đo nhiệt độ lị nhiệt - Lị nhiệt điện trở: mơ hình sử dụng bĩng đèn sợi đốt 200W/ 220V. Hình 3.4. Sơ đồ ghép nối phần cứng điều khiển lị nhiệt điện trở 3.4: Chƣơng trình điều khiển bằng ngơn ngữ LabVIEW Chương trình LabVIEW trên máy tính tạo ra giao diện người dùng và điều khiển lị nhiệt điện trở. Độ phân giải kênh ADC của Card USB-9001 là 8 bit, nên giá trị từ 0 đến 5V của sensor LM35 sẽ được chia thành 28 = 256 giá trị (tức từ 0 đến 255). Do vậy ta cĩ cơng thức chuyển giá trị số thành giá trị điện áp thực như sau: 63
  76. 5 S cdar V do 255 Như vậy, Vdo này chính là giá trị điện áp Vout của sensor mà ta đo được bằng đồng hồ Voltmeter. Code LabVIEW: 64
  77. CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN – HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 4.1.Các kết quả đã thực hiện đƣợc trong đề tài - Tìm hiểu về LabVIEW cơ bản, các giao thức kết nối, phần mềm nhúng vào LabVIEW, và các bộ cơng cụ đi kèm. - Thiết kế và thi cơng hồn thành giao diện người dùng (The Front Panel) và sơ đồ khối (The Block Diagram) trên LabVIEW để điều khiển và ổn định nhiệt độ lị nhiệt. - Thiết kế hồn thành mạch điều khiển nhiệt độ. - Hồn thành bản thuyết minh theo đúng thời gian được giao. 4.2.Những hạn chế Đồ án của em tuy đã đáp ứng được yêu cầu của đề tài đặt ra, tuy nhiên vẫn cịn nhiều hạn chế: - Ứng dụng của LabVIEW rất rộng rãi, bản thân chúng em vẫn chưa tìm hiểu được nhiều. Giao thức kết nối giữa LabVIEW với thiết bị cũng đa dạng ngồi card PCI cũng cĩ thể dùng giao tiếp qua cổng USB, RS232, RS485 Tuy nhiên chúng em mới tìm hiểu với card USB- 9001. - Đối với mơ hình lị nhiệt của chúng em, tín hiệu vào là điện áp, tín hiệu ra là nhiệt độ. Nhưng trong thực tế đối tượng cịn chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố khác như: nhiệt độ mơi trường, độ ẩm, giĩ, yếu tố làm mát Tuy nhiên, bài tốn ứng dụng của chúng em cĩ hạn chế là cĩ một tín hiệu vào và một tín hiệu ra ( hệ SISO ). 4.3.Hƣớng phát triển của đề tài - LabVIEW là một cơng cụ mạnh trong đo lường và điều khiển. Ứng dụng LabVIEW điều khiển được nhiều đối tượng trong các lĩnh vực khác nhau. Chúng ta cĩ thể dùng LabVIEW để kiểm tra, giám sát tự động trong quá trình sản xuất hay đánh giá chất lượng sản phẩm. Chúng ta cũng cĩ thể dùng 65
  78. LabVIEW để đo tín hiệu tương tự tốc độ cao hay ứng dụng để liên kết với PLC hoặc các phần cứng cơng nghiệp khác. - Phát triển bài tốn ứng dụng theo hướng nhiều đầu vào tác động. Mơ hình trở thành hệ MISO ( hệ nhiều đầu vào – một đầu ra ). Khi đĩ thuật tốn điều khiển sẽ thay đổi. Em rất mong các em sinh viên khĩa sau sẽ tiếp tục nghiên cứu, phát triển để đề tài được hồn thiện hơn và ứng dụng hiệu quả trong thực tế. 66
  79. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt 1. Evtatech – Vagam:Học nhanh LabVIEW tiếng việt 2. Hieutq: Tự học nhanh Labview 8.2 bằng hình ảnh. Tiếng anh 3. Getting Stared With LabVIEW – Author (Apache Software Foundation). 4. LabVIEW Fundamentals - Author (Apache Software Foundation). 5. LabVIEW Quick Reference Card – National Instruments Corporation. 6. LabVIEW Advanced I, của hãng National Instrument. 7. LabVIEW Basics I + Basics II Course Manual của National Instrument. 8. PCI – 1710/1710 HG Multifunction DAS card for PCI bus user’s Manual. 9. LabVIEW Tutorial Manual - National Instruments Corporation. Internet 10. 11. 12. 13. 14. 67