自動裝置及其數(shù)據(jù)的采集處理演示文稿

自動裝置及其數(shù)據(jù)的采集處理演示文稿目前一頁\總數(shù)五十頁\編于十九點（優(yōu)選）自動裝置及其數(shù)據(jù)的采集處理目前二頁\總數(shù)五十頁\編于十九點（一）微型計算機系統(tǒng)定義：把簡單的、借助于特定開發(fā)平臺才能編程的系統(tǒng)定義微型計算機系統(tǒng)組成：傳感器、采樣保持器、模擬多路開關、A/D轉(zhuǎn)換器。通信單元、中央處理單元及外設等部分組成目前三頁\總數(shù)五十頁\編于十九點（一）微型計算機系統(tǒng)目前四頁\總數(shù)五十頁\編于十九點微型計算機系統(tǒng)的組成1.傳感器傳感器作用是把壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等非電量或電壓、電流、功率等電量轉(zhuǎn)換為對應的電壓或者電流的弱電信號。電力系統(tǒng)用的較多的為模擬變送器。輸入信號為被測參數(shù)；直流接口：輸出量為與其輸入量成正比（可供微機采樣）的直流電壓或者電流信號。交流接口：輸出量為與輸入量參數(shù)成比例的、幅度較小的交流電壓。目前五頁\總數(shù)五十頁\編于十九點微型計算機系統(tǒng)的組成2.模擬多路開關（MUX)數(shù)據(jù)采集裝置要對多路模擬量進行采集，速度要求不高的場合，采用公共的A/D轉(zhuǎn)換器，分時對各路模擬量進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。在一個特定時間內(nèi)，只允許一路模擬信號輸入到A/D轉(zhuǎn)換器。目的是簡單電路，降低成本。目前六頁\總數(shù)五十頁\編于十九點微型計算機系統(tǒng)的組成3.采樣/保持器（S/H)功能：A/D轉(zhuǎn)換器完成一路轉(zhuǎn)換需要一定的時間，保持模擬信號電壓保持不變。基本電路組成，有模擬開關、保持電容器和緩沖放大器組成。目前采樣/保持電路大多集成在單一芯片。目前七頁\總數(shù)五十頁\編于十九點目前八頁\總數(shù)五十頁\編于十九點微型計算機系統(tǒng)的組成4.A/D轉(zhuǎn)換器功能：模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。A/D轉(zhuǎn)換器是影響數(shù)據(jù)采集率和精度的主要因素之一。5.存儲器功能：存儲程序、參數(shù)和數(shù)據(jù)。6.通信單元通信單元與上位機通信。通信單元包括通信控制器和通信接收器兩個部分。通信控制器用來控制通信過程。通信接收器用來處理通信的物理層功能。目前九頁\總數(shù)五十頁\編于十九點微型計算機系統(tǒng)的特點1.結(jié)構(gòu)簡單2.容易實現(xiàn)3.滿足中、小規(guī)模自動裝置的要求4.環(huán)境適應強5.價格低廉目前十頁\總數(shù)五十頁\編于十九點（二）工業(yè)控制計算機系統(tǒng)1.工業(yè)控制計算機系統(tǒng)組成：穩(wěn)壓電源、機箱、總線板、鍵盤等2.工業(yè)控制計算機內(nèi)部總線：STD總線、PC104總線等STD總線（工業(yè)控制標準總線）對56根線做了合理的安排，信號之間的隔離，消除了大部分總線的干擾。單元為小模板結(jié)構(gòu)，每塊模板具有相當?shù)莫毩⑿裕瑢崿F(xiàn)了板級功能的分散。目前十一頁\總數(shù)五十頁\編于十九點STD總線工業(yè)控制計算機結(jié)構(gòu)示意圖總線目前十二頁\總數(shù)五十頁\編于十九點STD總線工業(yè)控制計算機結(jié)構(gòu)組成1.CPU單元STD總線的主處理單元。包括處理數(shù)據(jù)、地址和各種控制功能，并且控制其他單元的工作。負責整個工控系統(tǒng)的計算、數(shù)據(jù)處理和控制等工作一般含有高速的CPU和協(xié)處理器。能夠與計算機PC/XT總線兼容。目前十三頁\總數(shù)五十頁\編于十九點STD總線工業(yè)控制計算機結(jié)構(gòu)組成2.A/D單元數(shù)模轉(zhuǎn)換的接口。模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)讀取的時間可由CPU單元控制，也可由外部觸發(fā)來決定。3.存儲器單元作為通用存儲器的擴展卡，含有STD接口、譯碼、存儲器、后備用電池等，可防止失電后數(shù)據(jù)丟失。目前十四頁\總數(shù)五十頁\編于十九點STD總線工業(yè)控制計算機結(jié)構(gòu)組成4.系統(tǒng)支持單元為STD-PC提供系統(tǒng)支持的單元。包含設置開關、后備電池、實時時鐘、看門狗定時器、上電復位電路、交流掉電電路、總線終端網(wǎng)絡及通信口。5.定時器單元STD總線的獨立外設，具有可編程邏輯電路、選通電路和輸出信號。完成定時、記數(shù)、實現(xiàn)“看門狗”功能。目前十五頁\總數(shù)五十頁\編于十九點STD總線工業(yè)控制計算機結(jié)構(gòu)組成6.I/O單元實現(xiàn)開關量輸入輸出的功能單元。電平輸出，功率輸出。各種信號均具有鎖存功能。7.鍵盤顯示板鍵盤輸入、顯示輸出、打印機接口。目前十六頁\總數(shù)五十頁\編于十九點工業(yè)控制計算機的特點1.系統(tǒng)功能強大2.可靠性和實時性強3.實現(xiàn)板級的分散4.實時操作系統(tǒng)、過程中斷系統(tǒng)5.豐富的人—機界面6.眾多的軟件、硬件支持目前十七頁\總數(shù)五十頁\編于十九點（三）集散系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)

（DCS&FCS）目前十八頁\總數(shù)五十頁\編于十九點集散系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集測控站：獨立采集數(shù)據(jù)和預處理。傳輸信號至上位機，接收上位機控制信號上位機雙機熱備用方式上傳數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)協(xié)調(diào)，確定控制策略。下達控制信號。上位機與工作站通信：串行通信方式進行通信。介質(zhì)訪問方式一般為令牌形式。目前十九頁\總數(shù)五十頁\編于十九點集散系統(tǒng)特點系統(tǒng)適應性強系統(tǒng)分散性并行結(jié)構(gòu)，解決大型、高速、動態(tài)系統(tǒng)的需要實時性能好對上位機具有一定的技術(shù)要求“準分布式控制”目前二十頁\總數(shù)五十頁\編于十九點現(xiàn)場總線系統(tǒng)目前二十一頁\總數(shù)五十頁\編于十九點現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)組成：現(xiàn)場總線主節(jié)點：整個現(xiàn)場總線的協(xié)調(diào)者，完成信息發(fā)起的功能。提供人機接口現(xiàn)場總線從節(jié)點：

現(xiàn)場總線系統(tǒng)終端設備運行的執(zhí)行者不發(fā)起通信，可以完成接收、查詢功能。所有測控的工作都可以下放到從節(jié)點中。路由器：路由、中繼，數(shù)據(jù)交換作用。目前二十二頁\總數(shù)五十頁\編于十九點二、軟件1.信號采集與處理程序：采集信息包括模擬信號和數(shù)字信號兩種。模擬信號進行采集、標度變換、濾波處理等。2.運行參數(shù)設置程序：系統(tǒng)運行參數(shù)設置。包括采樣通道信號、采樣點數(shù)、采樣周期、信號量程范圍等目前二十三頁\總數(shù)五十頁\編于十九點二、軟件3.系統(tǒng)管理（主控制）程序：管理和調(diào)用各個功能模塊程序。管理數(shù)據(jù)文件的存儲和輸出。4.通信程序：完成上位機與各個站之間的數(shù)據(jù)傳遞工作，或者主節(jié)點和從節(jié)點的數(shù)據(jù)傳遞。主要功能包括：數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈?、?shù)據(jù)發(fā)送的發(fā)起、數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)起的響應、數(shù)據(jù)接收的響應和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男ｒ灒瑪?shù)據(jù)傳輸成功的標志等等。目前二十四頁\總數(shù)五十頁\編于十九點第二節(jié)采樣、量化與編碼技術(shù)采樣量化編碼對連續(xù)的模擬信號x(t)，按一定的時間間隔Ts，抽取相應的瞬時值把采樣信號的幅值與某個最小數(shù)量單位的一系列整數(shù)倍比較，以最接近于采樣信號幅值的最小數(shù)量單位倍數(shù)來表示該幅值。

把量化信號的數(shù)值用二進制代碼表示

目前二十五頁\總數(shù)五十頁\編于十九點一、采樣1.采樣過程采樣：對連續(xù)模擬信號x(t)，按照一定的時間間隔Ts，抽取相應的瞬時值，這個過程稱為“采樣”。采樣信號：瞬時值組成的一系列脈沖信號采樣時間：采樣過程持續(xù)時間采樣周期、采樣頻率：兩脈沖信號的時間間隔Tsfs目前二十六頁\總數(shù)五十頁\編于十九點采樣過程采樣過程可以看作是脈沖調(diào)制過程，采樣開關可以看作是調(diào)制器。輸入信號與輸出信號之間的關系可以表達為采樣開關控制信號假設采樣脈沖為理想脈沖，且考慮到時間為負值無物理意義目前二十七頁\總數(shù)五十頁\編于十九點相乘目前二十八頁\總數(shù)五十頁\編于十九點采樣定理采樣周期Ts決定了采樣信號的質(zhì)量和數(shù)量：

Ts太?。簲?shù)據(jù)劇增，占用大量的內(nèi)存單元

Ts太大：模擬信號的某些信息丟失，信號失真采樣定理：指出了重新恢復連續(xù)信號所必須的最低采樣頻率，以保證能不失真地恢復原信號x(t)選擇采樣周期必須有一個依據(jù)，以保證采樣信號能不失真地恢復原信號，這個依據(jù)就是采樣定理。目前二十九頁\總數(shù)五十頁\編于十九點傅立葉級數(shù)：預備知識目前三十頁\總數(shù)五十頁\編于十九點相乘相卷時域抽樣頻域周期重復目前三十一頁\總數(shù)五十頁\編于十九點目前三十二頁\總數(shù)五十頁\編于十九點采樣定理香農(nóng)采樣定理采樣頻率必須大于原模擬信號頻譜中最高頻率的兩倍，基帶頻譜以及各次諧波調(diào)制頻譜彼此不重疊，模擬信號可由采樣信號唯一表示。不滿足采樣定理時產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象

目前三十三頁\總數(shù)五十頁\編于十九點不滿足采樣定理時產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象目前三十四頁\總數(shù)五十頁\編于十九點二量化量化定義：采樣信號的幅值與某個最小數(shù)量單位的一系列整數(shù)倍比較，以最接近于采樣信號幅值的最小數(shù)量單位倍數(shù)來表示該幅值。設N為數(shù)字量的二進制代碼位數(shù)，量化單位定義為量化器滿量程電壓值VFSR（FullScaleRange）與2N的比值，用q表示，即N＝3：UFSR=16Vq=2VN＝4：UFSR=16Vq=1V目前三十五頁\總數(shù)五十頁\編于十九點量化的方法有舍有入將信號幅值分為若干層，各層的間隔相等，且等于量化單位q。當信號幅值小于量化單位q/2時，舍去；當信號幅值大于等于量化單位q/2但小于量化單位q時，進一個量化單位。N＝3：q=2V，設采樣值u=8.5V，n＝4(0.5V)→100N＝4：q=1V，設采樣值u=8.5V，n＝8(0.5V)→1001目前三十六頁\總數(shù)五十頁\編于十九點有舍有入的量化過程目前三十七頁\總數(shù)五十頁\編于十九點編碼定義：量化信號的數(shù)值用二進制代碼表示，稱為“編碼”。最高有效位（MSB）、最低有效位（LSB）最大誤差?LSB量化和編碼都由A/D轉(zhuǎn)化器完成。一般為逐次逼近式ADC。三編碼目前三十八頁\總數(shù)五十頁\編于十九點目前三十九頁\總數(shù)五十頁\編于十九點第三節(jié)交流采樣的電量計算和前置算法交流采樣：

不再采用各種以整流為基礎的變送器，僅將交流電壓、電流信號經(jīng)過起隔離和降低幅值作用的中間PT后，仍以交流模擬信號供A/D進行采樣，然后通過計算得到被測量的有效值等需要的參數(shù)。交流采樣算法全周波傅立葉算法目前四十頁\總數(shù)五十頁\編于十九點全周波傅立葉算法采樣定理（香農(nóng)）對于電力系統(tǒng)交流采樣，一般每周波采樣12，16，20，24，為分析高次諧波甚至需要128點.

即：采樣頻率必須大于等于原模擬信號頻譜中最高頻率的兩倍。目前四十一頁\總數(shù)五十頁\編于十九點電量計算傅氏算法（基于傅立葉級數(shù)理論）其中：一個周期性函數(shù)可以分解為直流分量、基波、各次諧波的無窮級數(shù)1.電壓/電流量計算目前四十二頁\總數(shù)五十頁\編于十九點基波分量（n=1)可表示為：電量標準表達式基波分量有效值基波分量相角目前四十三頁\總數(shù)五十頁\編于十九點對于得到的采樣離散化數(shù)據(jù)，a1、b1可用梯形積分法近似求得：設每周波采樣N點積分公式離散化方法：

T->Nt->k->目前四十四頁\總數(shù)五十頁\編于十九點對于基波分量，若每周波采樣12點（N=12)，則：N=12n=1目前四十五頁\總數(shù)五十頁\編于十九點設：對電壓信號，實測基波數(shù)