過程通道數(shù)據(jù)采集

過程通道數(shù)據(jù)采集第1頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四內(nèi)容提要概述模擬量輸入通道A/D與D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模擬量輸出通道過程通道的抗干擾措施小結(jié)第2頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四1概述過程通道：計算機和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。（AI、AO、DI、DO）計算機控制系統(tǒng)組成框圖第3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四1概述2/10過程通道的組成和功能

◆

數(shù)字量輸入（DI）通道：把從控制對象檢測得到的數(shù)字碼、開關(guān)量、脈沖量或中斷請求信號經(jīng)過輸入緩沖器在接口的控制下送給計算機(檢測通道)輸入調(diào)理電路輸入緩沖器地址譯碼器生產(chǎn)過程PC總線第4頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四自動重合閘原理圖

60%以上是單相對地短路?。?！第5頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四高壓真空斷路器第6頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四LN2-10型戶內(nèi)式SF6斷路器第7頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四高壓負荷開關(guān)一般與熔斷器串聯(lián)使用！第8頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四高壓隔離開關(guān)第9頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四1概述3/10◆

數(shù)字量輸出（DO）通道：把從計算機輸出的數(shù)字信號通過接口輸出數(shù)字信號、脈沖信號或開關(guān)信號(控制通道,電磁閥)輸出驅(qū)動器輸出鎖存器地址譯碼器生產(chǎn)過程PC總線第10頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四1概述4/10◆模擬量輸入（AI）通道：把從控制對象檢測得到的時間連續(xù)模擬信號（如溫度、壓力、流量、液位等）(1-10V??,4-20mA)變換成二進制(????)的數(shù)字信號，然后經(jīng)接口送入到計算機(檢測通道)◆模擬量輸出（AO）通道：把從計算機輸出的數(shù)字信號通過接口由它變換成相應(yīng)的模擬量信號輸出給控制對象(控制通道,連續(xù)調(diào)節(jié)閥)◆AI、AO比較重要，有不少特殊問題要解決!!!!第11頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四1.概述

5/10信號轉(zhuǎn)換中的采樣、量化和編碼

計算機控制系統(tǒng)，就必須首先解決模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換問題。轉(zhuǎn)換過程大體上要解決如下三個問題：

—采樣（Sample）

—量化（Quantity）

—編碼（Coding）【數(shù)字傳輸！】第12頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四1采樣概述（6/10）

◆信號的采樣把時間連續(xù)的信號轉(zhuǎn)換為一連串時間不連續(xù)的脈沖信號，這個過程稱為“采樣”，又稱為“抽樣”、“取樣”第13頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四1概述7/10◆采樣后的脈沖信號稱為采樣信號，采樣信號在時間軸上是離散的，但在函數(shù)軸上仍是連續(xù)的◆香農(nóng)（Shannon）采樣定理【奈奎斯特】：若信號的最高頻率為fmax，只要采樣頻率f

≥2fmax，采樣信號就能唯一復(fù)現(xiàn)原信號。第14頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四二倍頻的內(nèi)涵第15頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四采樣說明C：信道容量S/N：信號與噪功率比W：信道帶寬第16頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四采樣的分類：周期采樣、多階采樣、隨機采樣周期采樣多階采樣：多階采樣也稱為周期非均勻采樣，相鄰兩采樣點間的間隔非均勻,但任一數(shù)據(jù)與其后第N個采樣點間的間隔均勻,采樣間隔呈周期分布。圖中,d表示時間延遲,T表示采樣間隔的變化周期隨機采樣：在采取子樣時，對采樣的部位或時間均不施加任何人為的意志，能使任何部位的量都有機會采出的采樣方法第17頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四1概述8/10◆量化

采樣信號經(jīng)過整量化成為數(shù)字信號的過程稱為整量化過程

第18頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四1概述9/10◆整量化過程是一個數(shù)值分層過程。四舍五入過程◆量化單位

q是A/D轉(zhuǎn)換器最低位二進制位（LSB）所代表的物理量，量化誤差(精度)為±q/2◆采樣信號與數(shù)字信號的區(qū)別◆實際應(yīng)用中,f>=(5∽10)fmax第19頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四采樣、編碼（調(diào)制）、傳送第20頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四多路復(fù)用技術(shù)第21頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四多路復(fù)用技術(shù)（續(xù)）第22頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四1概述10/10

◆編碼(格雷碼、多項式、循環(huán)碼、曼切斯特等)

◆把量化信號轉(zhuǎn)換為二進制代碼的過程稱為編碼

◆編碼的任務(wù)由A/D轉(zhuǎn)換器完成

◆雙極性(正負)信息的

3種表示方法

—符號－數(shù)值碼

—偏移二進制碼

—補碼表示法第23頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四注記：常用的雙極性編碼數(shù)正基準負基準符號-數(shù)值碼2的補碼偏移2進制碼+7+7/8-7/8011101111111+6+6/8-6/8011001101110+5+5/8-5/8010101011101+4+4/8-4/8010001001100+3+3/8-3/8001100111011+2+2/8-2/8001000101010+1+1/8-1/8000100011001+0+0-0000000001000-0-0+01000（0000）（1000）-1-1/8+1/8100111110111-2-2/8+2/8101011100110-3-3/8+3/8101111010101-4-4/8+4/8110011000100-5-5/8+5/8110110110011-6-6/8+6/8111010100010-7-7/8+7/8111110010001-8-8/8+8/810000000第24頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四注記：常用的雙極性編碼關(guān)系將右邊碼轉(zhuǎn)變?yōu)橄旅娲a符號-數(shù)值碼2的補碼偏移2進制碼符號-數(shù)值碼不變最高位為1,則其余各位取反,再加00…01最高位取反,若取反后最高位為1,則其余各位取反,再加00…012的補碼最高位為1,則其余各位取反,再加00…01不變最高位取反偏移2進制碼最高位取反,若取反后最高位為0,則其余各位取反,再加00…01最高位取反不變第25頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四內(nèi)容提要概述模擬量輸入通道D/A與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模擬量輸出通道過程通道的抗干擾措施小結(jié)第26頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四2模擬量輸入通道模擬量輸入通道的一般組成

一般由信號處理、多路轉(zhuǎn)換器、放大器、采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器組成第27頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四2模擬量輸入、輸出通道2/10◆檢測：把非電量的工藝參數(shù)（如溫度、壓力、流量等）通過傳感器轉(zhuǎn)換為電量（一般為直流電壓或電流）◆信號處理：包括信號濾波、小信號（微伏信號）放大、信號衰減、阻抗匹配、電平變換、非線性補償、電流/電壓轉(zhuǎn)換等第28頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四2模擬量輸入輸出通道3/10多路轉(zhuǎn)換器

◆當多個信號共用一個A/D轉(zhuǎn)換器時，就需要這個器件

◆理想工作狀態(tài)：開路電阻無窮大，導(dǎo)通電阻為0。要求切換速度快(三態(tài)門是否具有此能力？)。

◆兩大類：

—機械觸點式干簧繼電器機械振子繼電器

—電子開關(guān)式晶體管開關(guān)集成電路開關(guān)場效應(yīng)管

◆選擇要求第29頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四2模擬量輸入、輸出通道3-2/10◆選擇要求—機械觸點式,干簧繼電器接觸電阻小,斷開電阻大;壽命長10^6~10^7;工作頻率400Hz;小信號中速度(10~400點/s)—電子開關(guān)式工作頻率高達1000點/s,體積小,壽命長.缺點導(dǎo)通電阻大,小信號測量精度受影響

第30頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四選擇考慮因數(shù)通路多少;電平高低;單端/差動輸入方式?;尋址方式;切換速率;切換時要多長時間才能穩(wěn)定到要求精度多路轉(zhuǎn)換器第31頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四2模擬量輸入輸出通道4/10放大器

◆A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓一般都有一定范圍，而變送器過來的信號一般都是mA

級的，所以必須經(jīng)過放大(一般的A/D滿度電壓10V)

◆可編程序放大器是一種通用性強的高級放大器，可以根據(jù)需要用程序來改變它的放大倍數(shù)◆當多路輸入的信號源電平相差較大時,用同一增益放大器去放大高/低電平信號,可能使得低電平信號測量精度降低,而高電平信號有可能超出A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍。采用編程序放大器,使A/D轉(zhuǎn)換器滿量程達到均一化,提高多路采集的精度.第32頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四2模擬量輸入輸出通道5/10采樣/保持器

◆作用：在采樣時，其輸出能夠跟隨輸入變化；而在保持狀態(tài)時，能使輸出值不變。

◆最簡單的采樣/保持器是由開關(guān)和電容組成：第33頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四2模擬量輸入輸出通道5-2/10采樣中問題◆A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換過程的時間稱為轉(zhuǎn)換時間;轉(zhuǎn)換期間將引起誤差;誤差估計:◆Vf=5V;12位的A/D;基準電壓10.24V;量化誤差為最低位的一半;轉(zhuǎn)換時間0.1ms.則信號最高頻率為第34頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四2模擬量輸入輸出通道5-3/10采樣/保持器工作機理

◆LF398的原理圖.

◆指標:CH=0.01F;0.01%精度獲取時間25s;保持器下降速度3mv/s;轉(zhuǎn)換時間100s;保持器下降電壓300v第35頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四

2模擬量輸入輸出通道6/10CD4051介紹：單邊8通道多路調(diào)制器/多路解調(diào)器。其引腳結(jié)構(gòu)如圖所示。第36頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四模擬量輸入輸出通道7/10C、B、A為二進制控制輸入端，INH為禁止輸入端（高電平禁止）。改變IN/OUT0~7及OUT/IN的傳遞方向，則可用作多路開關(guān)或反多路開關(guān)。其真值表如下所示：第37頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四2模擬量輸入輸出通道8/10當采樣的通道比較多，可以將兩個或兩個以上的多路開關(guān)并聯(lián)起來。兩個8路開關(guān)擴展成16路的多路開關(guān)的方法如圖所示。第38頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四2模擬量輸入輸出通道9/10?轉(zhuǎn)換(孔徑)時間tA/D：完成一次A/D轉(zhuǎn)換需要的時間。?轉(zhuǎn)換(孔徑)誤差：采樣時刻的最大轉(zhuǎn)換誤差。?轉(zhuǎn)換(孔徑)誤差的消除：采用采樣保持器第39頁，