SCADA系統(tǒng)培訓(xùn)IO接口與數(shù)據(jù)采集技術(shù)

監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集技術(shù)華東理工大學(xué)自動(dòng)化系王華忠

hzwang@Ch3I/O接口與數(shù)據(jù)采集技術(shù)一、SCADA系統(tǒng)I／O接口概述

過(guò)程輸入／輸出通道是SCADA系統(tǒng)上、下位機(jī)與被控過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控設(shè)備之間的物理信息通道。過(guò)程輸入／輸出通道除了有A／D、D／A、DI、DO等I／O設(shè)備外，通常還包括一些輔助的部件，如多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、放大器、采樣保持器、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償裝置等。SCADA系統(tǒng)的I／O接口，不僅實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與監(jiān)控過(guò)程的信號(hào)傳輸，而且還解決了計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備連接時(shí)存在的各種矛盾，如輸入／輸出信號(hào)形式的不同、速度的不匹配、串／并連轉(zhuǎn)換以及信號(hào)隔離等。

二、過(guò)程I/O通道AIAODIDO1、數(shù)字信號(hào)及其調(diào)理開(kāi)關(guān)信號(hào)連續(xù)脈沖信號(hào)Input:ReadanopticalencoderOutput:Generateasquarewave分辨率時(shí)鐘頻率Input:SenseaswitchclosureOutput:Closeavalve驅(qū)動(dòng)程序的功能通道數(shù)DAQ卡需要考慮的指標(biāo)onofft1-0-t（1）數(shù)字信號(hào)調(diào)理LoadsRequiringACSwitchingorLargeCurrentFlowProductionMonitoringorProcessControlCommon-ModeVoltagesorHighVoltagesElectromechanicalRelaysorSolid-StateRelaysOpticalIsolationSolenoidsValvesMotorsHeatersLampsPumpsElectromechanicalRelaysorSolid-StateRelaysProximitySwitchesLimitSwitchesThermostatsManualSwitches數(shù)字I/O圖3.1數(shù)字信號(hào)調(diào)理示意圖2、模擬信號(hào)及其調(diào)理時(shí)域信號(hào)VibrationSpeechSonar分辨率采樣率AC精度觸發(fā)濾波器TemperaturePressureFlowStrainDC精度頻域信號(hào)直流信號(hào)ECGBloodpressureSingle-shoteventsChromatograph分辨率采樣率AC和DC精度觸發(fā)DAQ卡需要考慮的指標(biāo)參數(shù)0.985ttf各種模擬信號(hào)調(diào)理低電壓信號(hào)電流輸入/輸出RTDs和熱敏電阻熱電偶應(yīng)變儀隔離放大噪聲濾波電流與電壓的轉(zhuǎn)換;隔離，放大，噪聲濾波隔離，放大，噪聲濾波冷端補(bǔ)償激勵(lì)電源隔離，放大，噪聲濾波激勵(lì)電壓全橋和半橋設(shè)置隔離，放大，噪聲濾波多功能I/O圖3.2模擬信號(hào)調(diào)理示意圖3、模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備A/D把外部電壓信號(hào)轉(zhuǎn)成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，主要性能參數(shù)：采樣頻率MaxSamplingRate(S/s),SamplingFrequency(Hz)精度(Resolution)：8bit12bit14bit16bit輸入范圍(InputRange)(增益)：同步采樣(Simultaneousanaloginput)輪詢(xún)采樣(Multiplexanaloginput)突發(fā)模式采樣(Burstmode)觸發(fā)模式(Triggermode)隔離(Isolation)FIFO……（1）A/D分辯率Codewidth=smallestdetectablechangeinvoltage=AD的輸入范圍增益*2nn=#ofADCbits

16-bitADC3-bitADCAmplitudecodewidthTime02010012014040608010.009.757.506.255.003.752.501.250111110100011010001000（2）A/D采樣速率香濃定律

采樣率

>2倍的最高頻率AdequatelysampledAliasedduetoundersampling圖3.3采用頻域確定（3）多通道采集采集模式通道設(shè)置掃描順序增益范圍單端/差分輸入單極/雙極連續(xù)掃描間隔掃描Straingauge1Straingauge2Battery1Battery2TempPressure同步采樣圖形示例（4）觸發(fā)軟件觸發(fā)STARTTRIG*InputofMIOBoardEdgeInitiatesAcquisitionTTLSignalLevelandSlopeofAnalogSignalInitiatesAcquisition

LevelandSlopeofAnalogSignalRetrievesAcquisition條件獲取

(軟件)由AIBufferRead設(shè)定AIRead調(diào)用

AIBufferRead模擬觸發(fā)數(shù)字觸發(fā)圖3.4NI信號(hào)調(diào)理模塊4、SCXI設(shè)備SCXI功能傳感器和信號(hào)熱電偶RTDs熱敏電阻應(yīng)變儀電壓信號(hào)

微伏，毫伏，伏電流信號(hào)

4—20mA,0—20mA數(shù)字信號(hào)信號(hào)調(diào)理多路復(fù)用放大隔離濾波傳感器激勵(lì)冷端補(bǔ)償三、基于PC的數(shù)據(jù)采集技術(shù)利用嵌入式裝置的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集利用虛擬儀器技術(shù)的數(shù)據(jù)采集利用PLC等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集1、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)類(lèi)型2、數(shù)據(jù)采集中的I/O控制方式數(shù)據(jù)采集就是在CPU的控制下將I／O卡的輸入、輸出數(shù)據(jù)作轉(zhuǎn)換，把計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)輸出，或?qū)⑼獠康哪M數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后再送入內(nèi)存。根據(jù)采樣定理，如果信號(hào)的截止頻率很高時(shí)，采樣頻率必須相應(yīng)提高，才能保證頻率不失真，而采樣頻率的最大值是由A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間決定的。圖3.5A／D轉(zhuǎn)換過(guò)程四、基于PC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)編程

圖3.6各種數(shù)據(jù)采集軟件模式幾種數(shù)據(jù)采集編程方式直接對(duì)寄存器編程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集基于DLL的數(shù)據(jù)采集基于A(yíng)ctiveX的數(shù)