Báo Cáo đo lường và điều khiển xa

MỤC LỤC Trang

Chương 1 Các hệ thống đo xa 3

Chương 2 Tính toán các thông số hệ thống đo xa tần số 13

Chương 3 Tính toán các thông số hệ thống đo xa thời gian – xung 26

Chương 4 Hệ thống đo xa mã - xung 31

Chương 5 Hệ thống đo lường xa thích nghi 39

Chương 6 Mã và chế biến mã 43

Chương 7 Kênh liên lạc 61

Chương 8 Các biện pháp nâng cao độ chính xác truyền tin 66

Chương 9 Thiết bị mã hóa và dịch mã 75

Chương 10 Cơ bản về lý thuyết truyền tin 80

Chương 11 Độ tin cậy của hệ thống đo xa 93

http://www.**************

~~~~~~~-Giáo trình Đo lường và Điều khiển xa – Ngành Điện kĩ thuật ~~~~~~~~~~

---------------------------------------------------------------------------------------------------

============== Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa ==============

3

CHƯƠNG 1 : CÁC HỆ THỐNG ĐO XA

1. 1-Khái niệm chung

Đo lường, kiểm tra và điều khiển xa là quá trình thực hiện trên 1 khoảng cách xa

1. Hệ thống đo xa:

Đó là một hệ thống đo cường đọ tự động ở khoảng cách xa nhờ việc truyền tin qua

kênh liên lạc.

Khi thiết kế 1 hệ thống đo xa, cần chú ý nhất là làm sao cho bảo đảm để cho sai số

của phép đo phải nhỏ nhất- quá trình đo này con người không tham gia trực tiếpcủa

con người.

Sai số của phép đo thường do sự giảm tín hiệu và sự tồn tại của nhiễu (thay đổi khí

hậu ).

Hệ thống đo xa khác nhau tuỳ thuộc phương pháp tạo tín hiệu tức là phương pháp

điều chế và mã hoá.

2. Việc chọn phương pháp điều chế :

Việc chọn phương pháp điều chế có liên quan đến thông số cuả kênh liên lạc.

Ở khoảng cách gần (3-7)km , thường dùng đường dây trên không.

Ở khoảng cách 20km thường dùng đường dây cáp, dùng tín hiệu một chiều.

Sai số thường phụ thuộc vào sự biến động của các thông số của kênh liên lạc.

Ví dụ: điện trở dây ra phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, trong khoảng từ -40 0 C ư 40 0 C ,

điện trở dây R d thay đổi 27% - Sự thay đổi này dẫn đến sai số lớn khi truyền tín hiệu.

Trong hệ thống đo lường và điều khiển xa trong công nghiệp người ta dùng 3

phương pháp điều chế:

- Điều chế tần số và tần số xung : hệ thống đo dùng phương pháp này gọi là hệ

thống đo xa tần số.

- Điều chế độ rộng – xung ; thời gian – xung hệ thống thời gian.

- Điều chế mã – xung hệ thống số.



CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA

HỆ THỐNG ĐO XA THỜI GIAN – XUNG.

3. 1 Sơ đồ khối của HT đo xa thời gian-xung:

Trong các hệ thống đo xa thời gian-xung, thông số của tín hiệu mang thông tin

khi truyền trên kênh là độ dài xung hay khoảng cách giữa hai sườn xung.

Khâu cơ bản ở đầu vào là khâu biến đổi đại lượng đo x ra thời gian, khâu cơ

bản ở đầu thu là khâu biến đổi thời gian τ ra tín hiệu điện u, I và dùng dụng cụ đo

tương tự hay ra số xung N theo mã nhị phân và dùng dụng cụ đo số.

Trong hệ thồng này tín hiệu có thể được điều chế 2 lần: độ rộng xung và điều

chế tần số hay biên độ

Trong trường hợp nhiễu kênh, với sự phân kênh theo tần số thì người ta sử dụng

nhiều tín hiệu mang có tần số khác nhau , ở phần thu sẽ tách tín hiệu.

Trong trường hợp phân kênh theo thời gian, ta dùng hai bộ đổi nối làm việc

đồng bộ với nhau. Phía thu dùng bộ biến đổiτ → N, sau đó qua đổi nối K’’, tín hiệu

dưới dạng mã được đưa đến giải mã và chỉ thị số.

Nếu muốn dùng chỉ thị tương tự thì dùng bộ biến đổi mã-dòng điện.

Mã sau bộ biến đổi tương tự số có thể đưa vào bộ biến đổi thông tin hay vào

máy tính.

Trong các hệ thống hiện đại, ngoài tín hiệu đo xa, trong HT còn có tín hiệu

khác như: điều khiển xa, kiểm tra xa, hiệu chỉnh tự động tầm xa


Chương 4 : HỆ THỐNG ĐO XA MÃ-XUNG

4. 1 Cấu trúc:

trong HT mã xung, tín hiệu đo qua các sensor biến đổi thành áp, sau đó áp

được biến đổi thành tín hiệu số và truyền trên kênh liên lạc. Hệ thống có n kênh theo n

tín hiệu đo.

HT gồm 3 phần:

Phần phát: bộ phận kênh k’ lần lượt đưa các áp 1 u ư n u vào bộ biến đổi A/D,

tạo thành tín hiệu số dạng mã song song. Sau đó qua bộ chuyển đổi mã, mã song

song →mã nối tiếp→ qua bộ kiểm tra KT’ để thêm mã chống nhiễu→ qua bộ hòa hợp

HH’ để tạo ra tín hiệu số phù hợp với kênh truyền, sau đó truyền qua kênh. Bộ tạo

xung đồng bộ tạo ra các xung đồng bộ ở đầu mỗi chu kỳ truyền đi của n mã nối tiếp.

Bộ điều khiển tạo tín hiệu điều khiển cho phép các khối họat động hòa hợp.

Phần thu: tín hiệu từ kênh liên lạc truyền đi vào bộ hòa hợp HH’’để tạo ra tín

hiệu số có tần số thực của nó → sau đó qua bộ kiểm tra thực hiện việc kiểm tra tín hiệu

số thực hiện được, bằng phép kiểm tra chẵn lẻ để xem tín hiệu số nhận được đúng hay

sai. Nếu đúng, tín hiệu này đi vào bộ chuyển đổi mã để biến mã nối tiếp→mã song

song đưa vào bộ giải kênh K’’. Đồng thời tín hiệu từ đầu ra của HH’’đi qua bộ

TXĐB’’để tách xung đồng bộ và qua khối điều khiển để tạo địa chỉ và tín hiệu điều

khiển cho bộ giải kênh. Sau bộ giải kênh, tín hiệu đưa đến bộ nhớ - đây là các tri gơ

nhớ, số tri gơ nhớ =số dãy của mã. Sau đó qua bộ biến đổi số tương tự ( A/D ) để ra

chỉ thị. Đồng thời các tín hiệu số mang thông tin của tín hiệu đo và mang địa chỉ được

đưa đến máy tính để thực hiện quá trình điều khiển.

CHƯƠNG 5: CÁC HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG XA THÍCH NGHI.

5.1. Đặt vấn đề:

Trong 3 hệ thống đo xa đã xét, việc truyền thông tin đo lường theo một chương

trình cố định.

Việc rời rạc hóa theo thời gian và lượng tử hóa theo mức được tiến hành cũng

theo chương trình cố định ấy.

Điều này dẫn đến dư thừa thông tin đo.

Ví dụ : một đại lượng đo x(t)nếu ta truyền đi các đại lượng đo cách đều nhau

nhau một khoảng Δt →đó là nguyên nhân phát sinh các thông tin dư.

Việc truyền thông tin dư sẽ gây ra:

Làm tăng dải tần của kênh.

Làm tăng thời gian xử lý thông tin trên máy tính.

Làm tăng công suất tiêu hao của khâu phát.

Tăng khối lượng thiết bị của khâu phát → tăng gíá thành, giảm độ tin cậy

Theo các tài liệu thống kê cho thấy: 90% chi phí cho HT đo xa là do thông tin

dư.

Vì thế vấn đề giảm thông tin dư là cần thiết.

Với sự phát triển của các HT đo xa: các tín hiệu qua sensor được lần lượt đưa

vào hệ thống. Để thay đổi chế độ làm việc của các HT đo xa cần chú ý đến thứ tự đưa

tín hiệu vào hệ thống, bước rời rạc hóa, mức lượng tử hóa, việc đánh số các sensor

có thể thay đổi theo lệnh hay theo một chương trình được nhớ trong HT.

HTđo xa thích nghi thực hiện việc tự động thay đổi chương trình , tùy thuộc

vào việc thay đổi thời gian của tín hiệu đo.

Việc thích nghi có thể tiến hành bằng cách:

1) loại trừ các thông tin dư bằng kiểu rời rạc hóa thích nghi.

2) thay đổi mức lượng tử hóa đại lượng đo.

Cách thứ nhất cho phép giảm được thông tin dư. Do đó ta nghiên cứu HT này.