CHƯƠNG 1 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Chuẩn truyền thông RS-485: 2.1 Giới thiệu: Năm 1983, Hiệp hội công nghiệp điện tử (EIA) đã phê duyệt một tiêu chuẩn truyền cân bằng mới gọi là RS-485 và được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay trong các lĩnh vực y tế, công nghiệp và dân dụng,…Có thể coi chuẩn RS-485 là một phát triển của chuẩn RS-232 trong việc truyền dữ liệu nối tiếp. Đặc điểm nổi trội của chuẩn RS-485 là nó có thể hỗ trợ một mạng lên tới 32 trạm thu phát trên cùng một đường truyền, tốc độ baud (baud rate) có thể lên tới 115.200 với khoảng cách truyền khoảng 1200 mét. Với kiểu truyền cân bằng và các dây được xoắn lại với nhau nên khi xảy ra nhiễu ở dây này thì tương tự dây kia cũng nhiễu theo.
Chính điều này làm cho điện áp sai biệt giữa hai dây thay đổi không đáng kể nên tại nơi thu thập vẫn nhận được tín hiệu đúng nhờ tính năng đặc biệt của bộ thu đã loại bỏ nhiễu. Chuẩn RS- 485 được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nơi mà môi trường nhiễu khá cao và yêu cầu về tính ổn định của hệ thống rất khắt khe, đặc biệt là những nơi có nhiều trạm giao tiếp được trải ra trên diện rộng.2 Một số khái niệm liên quan đến chuẩn RS-485: a. Truyền dẫn cân bằng: Hệ thống truyền dẫn cân bằng gồm có 2 dây tín hiệu A, B nhưng không có dây mass. Sở dĩ được gọi là truyền dẫn cân bằng do tí hiệu trên dây này ngược với tín hiệu trên dây kia, nghĩa là dây này đang phát mức cao thì dây kia phát mức thấp và ngược lại.1: Kiểu truyền dẫn cân bằng 2 dây.
CHƯƠNG 2 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP b. Mức tín hiệu: Với 2 dây A, B truyền dẫn cân bằng, tín hiệu mức cao TTL được quy định khi áp của dây A lớn hơn dây B tối thiểu là 200mV, tín hiệu mức thấp TTL được quy định khi áp của dây A nhỏ hơn dây B tối thiểu cũng là 200mV. Nếu điện áp VAB nằm trong khoảng (-200mV, 200mV) thì tín hiệu lúc này được xem như rơi vào vùng bất định. Điện thế của mỗi dây tín hiệu so với mass bên phía thu phải nằm trong khoảng (-7V, +12V).2: Tín hiệu trên 2 dây của hệ thống cân bằng.
Cặp dây xoắn: Cặp dây xoắn (Twisted-pair wire) là cặp dây có chiều dài tương đồng và được xoắn lại với nhau. Sử dụng cặp dây xoắn sẽ giảm thiểu được nhiễu, nhất là khi truyền ở khoảng cách xa và với tốc độ cao. Trở kháng đặc tính cặp dây xoắn: Phụ thuộc vào hình dáng và chất liệu cách điện của dây mà nó sẽ có một trở kháng đặc tính (Characteristic impedence -Zo), điều này thường được chỉ rõ bởi nhà sản xuất, thường rơi vào khoảng (100Ω, 120Ω).3: Cặp dây xoắn trong RS-485. CHƯƠNG 2 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP e.
Điện áp kiểu chung: Tín hiệu truyền dẫn gồm 2 dây không có dây mass nên chúng cần được tham chiếu đến một điểm chung, có thể là dây mass hay bất kì một mức điện áp cho phép nào đó. Điện áp kiểu chung (Common- mode voltage -VCM) về mặt toán học được phát biểu như là giá trị trung bình của hai điện áp tín hiệu được tham chiếu với mass hay một điểm chung.4: Cách xác định điện áp kiểu chung. Vấn đề nối đất: Tín hiệu trên 2 dây khi được tham chiếu đến một điểm chung là đất (Ground) thì khi đó nó cần được xem xét kỹ lưỡng. Lúc này bộ nhận sẽ xác định tín hiệu bằng cách tham chiếu tín hiệu đó với đất của nơi nhận, nếu đất giữa nơi nhận và nơi phát có một sự chênh lệch điện thế vượt qua ngưỡng cho phép thì tín hiệu thu được sẽ sai lệch hoặc dẫn tới hỏng thiết bị.
Điều này cho thấy mạng RS-485 gồm 2 dây nhưng có tới 3 mức điện áp được xem xét. Do đất là một vật dẫn điện không hoàn hảo nên nó có một điện trở xác định, gây ra chênh lệch điện thế từ điểm này đến điểm kia, đặc biệt là tại các vùng có nhiều sấm sét, máy móc tiêu thụ dòng lớn, những bộ chuyển đổi được lắp đặt và có nối đất. Chuẩn RS-485 cho phép chệnh lệch điện thế đất lên tới tối đa là 7V. Như vậy đất là điểm tham chiếu không đáng tin cậy và giải pháp tốt hơn cho việc truyền tín hiệu lúc này là đi thêm một dây thứ 3, nó sẽ được nối mass tại nguồn cung cấp để dùng làm điện áp tham chiếu.
[4] CHƯƠNG 2 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP g. Điện trở đầu cuối: Điện trở đầu cuối (Terminating Registor) [4] là điện trở được đặt tại hai điểm tận cùng của đường truyền. Giá trị điện trở đầu cuối lý tưởng bằng giá trị trở kháng đặc tính của đường dây xoắn, thường rơi vào khoảng (100Ω-120Ω).5: Cách đặt điện trở đầu cuối RT. Nếu điện trở đầu cuối không phù hợp vói giá trị trở kháng đặc tính của đường dây thì nhiễu có thể xảy ra do có sự phản xạ xuất hiện trên đường truyền, nhiễu ở mức độ nhỏ có thể không ảnh hưởng nhưng với mức độ lớn có thể làm cho tín hiệu bị sai lệch.6: Tín hiệu thu được ứng với 2 giá trị điện trở RT.
CHƯƠNG 2 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP h. Phân cực đường truyền: Khi mạng RS-485 ở trạng thái rảnh thì tất cả các khối thu đều ở trạng thái lắng nghe đường truyền và tất cả khối phát đều ở trạng thái tổng trở cao cách ly với đường truyền. Lúc này trạng thái của đường truyền được xem là bất định. Nếu VAB thuộc khoảng (-200mV,200mV) thì trạng thái logic tại ngõ ra khối thu sẽ mang giá trị của bit cuối cùng nhận được.
Điều này không đảm bảo vì đường truyền rảnh trong truyền dữ liệu nối tiếp đòi hỏi phải ở mức cao để khối thu không hiểu nhầm là có dữ liệu xuất hiện trên đường truyền. Để duy trì trạng thái mức cao khi đường truyền rảnh thì việc phân cực đường truyền (Biasing) [4] là cần thiết. Một điện trở R kéo lên nguồn ở đường A và một điện trở R kéo xuống mass ở đường B sao cho VAB ≥ 200mV sẽ ép đường truyền lên mức cao.7: Phân cực cho đường truyền RS-485. CHƯƠNG 2 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.
Giới thiệu biến tần INVT Goodrive10 (GD10): 2.1 Biến tần GD10: - Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số cố định thành dòng điện xoay chiều có tần số có thể thay đổi được. - Biến tần Goodrive10 được thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm không gian và dễ dàng lắp đặt, thông số cài đặt thân thiện với người dùng. Thiết kế màn hình có thể tháo rời và đặt cách xa 5m, thuận lợi cho việc vận hành và quan sát, tích hợp sẵn cổng RS 485 với giao thức truyền thông Modbus RTU. Kết nối máy tính để giám sát quá trình hoạt động cũng như cài đặt thông số cho biến tần.8: Biến tần đa năng Goodrive 10.2 Các chức năng điều khiển của biến tần GD10: - Giải thuật điều khiển V/F.
- Nhiều tính năng điều khiển: Điều khiển PID, đa cấp tốc độ, chế độ định thời,… - Nhiều ngõ vào ra Analog và Digital lập trình được, phù hợp cho nhiều loại ứng dụng khác nhau. - Tích hợp bộ lọc C2 giảm nhiễu điện từ trong môi trường dân dụng và công nghiệp. - Cung cấp đầy đủ các chế độ bảo vệ motor: quá dòng, quá áp, quá tải, quá nhiệt, thấp áp… - Tích hợp sẵn cổng RS 485 với giao thức truyền thông Modbus RTU.[7] CHƯƠNG 2 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.3 Điều khiển biến tần bằng truyền thông RS-485: Trong các phương pháp trên, phương pháp điều khiển biến tần thông qua cổng truyền thông là phương có nhiều ưu điểm hơn cả. Công nghệ hỗ trợ cho phương pháp này đã được các nhà sản xuất biến tần và các thiết bị điều khiển trung gian hỗ trợ đầy đủ.
Chuẩn giao tiếp RS-485 có nhiều ưu điểm nổi bật [7]: - Tốc độ cao, lên tới 10Mbps. - Khoảng cách truyền xa, lên tới 1200m. - Chống nhiễu tốt. - Giá thành thấp.
- Mức điện áp hoạt động nhỏ.4 Data Frame và các thông số truyền thông của biến tần GD10: - Data frame truyền thông RS485 của biến tần Goodive10[7]: Hình 2.9: Data frame truyền thông RS485 của biến tần Goodrive10. CHƯƠNG 2 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Các thông số truyền thông RS485 của biến tần Goodive10[7]: Hình 2.10: Các thông số dùng cho truyền thông RS485 của biến tần Goodrive10.5 Cài đặt biến tần GD10: [7] - Ta vào P00.03 để cài đặt tần số max cho biến tần.05 để cài đặt tần số min cho biến tần. - Để chọn chế độ chạy theo kiểu truyền thông ta vào P00.01 chọn là 2 và vào P00.06 chọn 08 để biến tần chấp nhận các thông số ta điều chỉnh.01 để chọn tốc độ baud cho biến tần, ở đây ta chọn là 3,tương đương 9600 bps - Vào P14.02 để chọn kiểu khung frame data. CHƯƠNG 2 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.
Giới thiệu về PIC16F887: 2.1 Tổng quan về PIC16F887: Hình 2.11: Vi điều khiển PIC16F887. PIC16F887 là vi điều khiển 8-bit có kiến trúc Harvard của Microchip có những thông số kỹ thuật sau: - Clock hoạt động tối đa 20Mhz. - Chu kỳ máy bằng bốn lần chu kỳ xong clock. - Chip có nhiều dạng vỏ khác nhau, loại chip được sử dụng trong đề tài này là loại 40 chân PDIP.
- Điện áp hoạt động rộng từ 2V~5. - Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chuong trình tách biệt nhau, bus địa chỉ cũng như bus dữ liệu là riêng biệt. Bộ nhớ chương trình FLASH 8K ô nhớ cho phép ghi 100. Mỗi ô nhớ có 14 Bit, bộ nhớ dữ liệu RAM có 512 Byte gồm các thanh ghi chức năng đặc biệt và các thanh ghi đa mục đích.
Ngoài ra PIC16F887 được tích hợp 256 Byte EEPROM cho phép ghi đến 1. - 35 chân I/O của 5 port điều khiển là PortA, PortB, PortC, PortD, PortE. - Bộ chuyển đổi ADC 10-bit với 14 kênh. - 3 bộ timer: bộ timer0 8-bit, bộ timer1 16-bit và bộ timer2 8-bit.
- Module Capture, Compare và PWM. - Module Enhanced USART hỗ trợ RS-485, RS-232.[10] CHƯƠNG 2 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.2 Sơ đồ chân PIC16F887[10]: Hình 2.12: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F887.3 Truyền dữ liệu EUSART: - Vi điều khiển 16F887 có khối truyền dữ liệu đồng bộ, bất đồng bộ đa năng cải tiến. Khối truyền dữ liệu nối tiếp đa năng bao gồm bộ phát xung clock tạo tốc độ truyền, các thanh ghi dịch và bộ đệm dữ liệu rất cần thiết để thực hiện truyền hoặc nhận dữ liệu nối tiếp một cách độc lập.