Cải tiến mạch tạo xung thiết lập trạng thái của vi điều khiển để nâng cao khả năng chống nhiễu của máy đo mật độ 3ГГК-ЛП

Nhóm tác giả - Cаранцев Cергей Николаевич - Trần Đại Tính

Mô tả giải pháp

1. Tình trạng công việc về vấn đề đang được xem xét trước khi đưa ra giải pháp (Mô tả những nhược điểm của đối tượng hiện hành kèm theo bảng, sơ đồ, hình vẽ, …trong trường hợp cần thiết).

Máy đo 3ГГК-ЛП được sử dụng tại xí nghiệp địa vật lý giếng khoan để nghiên cứu mật độ đất đá. Trong quá trình vận hành thiết bị này đôi lúc có hiện tượng hoạt động không ổn định của bộ cơ khí đóng mở càng. Sau khi truyền lệnh đóng hoặc mở càng xuống máy giếng motor đóng mở càng bắt đầu thực hiện tác vụ được chỉ định, nhưng chỉ sau một thời gian ngắn nguồn nuôi của motor bị ngắt. Để điều khiển motor cần phải lặp lại việc truyền lệnh xuống máy để khởi động lại mạch nguồn nuôi cấp cho motor đóng mở máy. Trong quá trình sửa chữa máy không tìm thấy hư hỏng của mạch điện tử, đã thử nghiệm nhiều cách khác nhau để chống nhiễu nhưng không có kết quả. Nhiệm vụ đặt ra là phải thay đổi mạch điều khiển motor để đảm bảo máy đóng mở càng ổn định.

2. Nội dung của giải pháp đưa ra (Mục đích, bản chất, tính ưu việt kèm theo những tài liệu phù hợp dạng bảng, sơ đồ, hình vẽ, …trong trường hợp cần thiết).

Phân tích mạch điện của máy cho thấy:

Máy giếng bao gồm 2 module chính :

- Module thu thập số liệu từ giếng khoan.

- Module đóng mở càng.

Nghiên cứu hoạt động của module đóng mở càng. Khi cấp nguồn nuôi cho máy giếng thì máy bắt đầu tạo ra các nguồn thứ cấp để nuôi các mạch điện. Trong bộ điều khiển chức năng của máy sử dụng hai vi điều khiển

Vi điều khiển 1 thực hiện các chức năng :

– Nhận và giải mã các lệnh được gửi đến từ bảng bề mặt

– Tạo lệnh cung cấp nguồn nuôi cho motor

– Nhận lại thông báo đã cấp nguồn cho motor.

– Tạo và truyền lên bề mặt thông báo về hoạt động của bộ điều khiển và trạng thái của bộ truyền động cơ học đóng mở càng, giá trị nhiệt độ trong bộ điều khiển;

– Điều khiển quá trình số hóa của ADC.

– Điều khiển bộ tạo cao áp của dôn đo;

– Điều khiển bộ thu thập phổ biên độ - thời gian

Vi điều khiển 2 thực hiện các chức năng :

– Nhận lệnh cấp nguồn cho motor

– Tạo xung để điều khiển mạch đóng mở càng bộ truyền động cơ khí

– Nhận tín hiệu báo trạng thái của các vi công- tắc tương ứng “đóng” hoặc “mở”

– Nhận tín hiệu quá tải của mạch nguồn.

Các vi điều khiển này thực hiện các chức năng khác nhau nhưng cùng có chung một mạch tạo trạng thái ban đầu (là mạch RC), xác định thời gian trễ cần thiết cho việc cấp điện áp trên chân xóa sau khi các điện áp khác trên vi điều khiển đã được thiết lập.

Trong quá trình vận hành máy bộ đóng mở càng bắt đầu tiêu thụ một điện năng lớn để khởi động motor đóng mở càng, điều này làm phát sinh nhiễu điện không kiểm soát trên toàn hệ mạch. Xung nhiễu này khi đủ lớn sẽ tác động như xung thiết lập trạng thái và đưa quá trình hoạt động của máy về trạng thái ban đầu. Như vậy vi điều khiển 2 sẽ xóa các thiết lập hiện tại và làm tắt nguồn nuôi cấp cho motor. Muốn cho motor hoạt động cần phải lặp lại quá trình truyền lệnh đóng mở càng xuống vi điều khiển.

Hệ mạch của nhà máy để thiết lập trạng thái ban đầu của vi điều khiển được chỉ ra trên hình 1. (Giá trị tụ điện = 10 µF, điện trở = 10 kΩ). Để giải quyết vấn đề tắt nguồn không mong muốn nhóm tác giả đề xuất tách mạch thiết lập trạng thái ban đầu ra làm hai để loại bỏ ảnh hưởng qua lại giữa các vi điều khiển trong trường hợp xuất hiện nhiễu không kiểm soát.

Рис.1

Sơ đồ hoạt động của các vi điều khiển theo mạch điện cũ.

Sơ đồ tạo xung thiết lập trạng thái ban đầu của vi điều khiển được thay đổi như sau (xem sơ đồ trên hình 2). Mỗi nhánh có giá trị tụ điện = 10 µF, điện trở = 10 kΩ. Nhánh 2 thêm tụ lọc tần số cao = 0.1 µF. Trong trường hợp này việc xóa trạng thái không mong muốn của vi điều khiển không xảy ra. Ảnh hưởng của nhiễu lên vi điều khiển không dẫn đến thiết lập trạng thái do hằng số thời gian trễ (τ) đã được tăng lên.