過(guò)程通道數(shù)據(jù)采集

過(guò)程通道數(shù)據(jù)采集第1頁(yè)，共42頁(yè)，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(guò)程通道的抗干擾措施小結(jié)第2頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1概述過(guò)程通道：計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖第3頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1概述2/10過(guò)程通道的組成和功能

◆

數(shù)字量輸入（DI）通道：把從控制對(duì)象檢測(cè)得到的數(shù)字碼、開(kāi)關(guān)量、脈沖量或中斷請(qǐng)求信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入緩沖器在接口的控制下送給計(jì)算機(jī)(檢測(cè)通道)輸入調(diào)理電路輸入緩沖器地址譯碼器生產(chǎn)過(guò)程PC總線第4頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四自動(dòng)重合閘原理圖

60%以上是單相對(duì)地短路?。?！第5頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四高壓真空斷路器第6頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四LN2-10型戶內(nèi)式SF6斷路器第7頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)一般與熔斷器串聯(lián)使用！第8頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四高壓隔離開(kāi)關(guān)第9頁(yè)，共42頁(yè)，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(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)通過(guò)接口輸出數(shù)字信號(hào)、脈沖信號(hào)或開(kāi)關(guān)信號(hào)(控制通道,電磁閥)輸出驅(qū)動(dòng)器輸出鎖存器地址譯碼器生產(chǎn)過(guò)程PC總線第10頁(yè)，共42頁(yè)，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(duì)象檢測(cè)得到的時(shí)間連續(xù)模擬信號(hào)（如溫度、壓力、流量、液位等）(1-10V??,4-20mA)變換成二進(jìn)制(????)的數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)接口送入到計(jì)算機(jī)(檢測(cè)通道)◆模擬量輸出（AO）通道：把從計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)通過(guò)接口由它變換成相應(yīng)的模擬量信號(hào)輸出給控制對(duì)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(wèn)題要解決!!!!第11頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.概述

5/10信號(hào)轉(zhuǎn)換中的采樣、量化和編碼

計(jì)算機(jī)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(wèn)題。轉(zhuǎn)換過(guò)程大體上要解決如下三個(gè)問(wèn)題：

—采樣（Sample）

—量化（Quantity）

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

◆信號(hào)的采樣把時(shí)間連續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為一連串時(shí)間不連續(xù)的脈沖信號(hào)，這個(gè)過(guò)程稱為“采樣”，又稱為“抽樣”、“取樣”第13頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1概述7/10◆采樣后的脈沖信號(hào)稱為采樣信號(hào)，采樣信號(hào)在時(shí)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(hào)的最高頻率為fmax，只要采樣頻率f

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

采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)整量化成為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱為整量化過(guò)程

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

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

◆編碼(格雷碼、多項(xiàng)式、循環(huán)碼、曼切斯特等)

◆把量化信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼的過(guò)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(fù))信息的

3種表示方法

—符號(hào)－數(shù)值碼

—偏移二進(jìn)制碼

—補(bǔ)碼表示法第23頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四注記：常用的雙極性編碼數(shù)正基準(zhǔn)負(fù)基準(zhǔn)符號(hào)-數(shù)值碼2的補(bǔ)碼偏移2進(jìn)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(yè)，共42頁(yè)，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(hào)-數(shù)值碼2的補(bǔ)碼偏移2進(jìn)制碼符號(hào)-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(bǔ)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(jìn)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(yè)，共42頁(yè)，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(guò)程通道的抗干擾措施小結(jié)第26頁(yè)，共42頁(yè)，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(hào)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(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2模擬量輸入、輸出通道2/10◆檢測(cè)：把非電量的工藝參數(shù)（如溫度、壓力、流量等）通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為電量（一般為直流電壓或電流）◆信號(hào)處理：包括信號(hào)濾波、小信號(hào)（微伏信號(hào)）放大、信號(hào)衰減、阻抗匹配、電平變換、非線性補(bǔ)償、電流/電壓轉(zhuǎn)換等第28頁(yè)，共42頁(yè)，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(dāng)多個(gè)信號(hào)共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，就需要這個(gè)器件

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

◆兩大類：

—機(jī)械觸點(diǎn)式干簧繼電器機(jī)械振子繼電器

—電子開(kāi)關(guān)式晶體管開(kāi)關(guān)集成電路開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管

◆選擇要求第29頁(yè)，共42頁(yè)，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(jī)械觸點(diǎn)式,干簧繼電器接觸電阻小,斷開(kāi)電阻大;壽命長(zhǎng)10^6~10^7;工作頻率400Hz;小信號(hào)中速度(10~400點(diǎn)/s)—電子開(kāi)關(guān)式工作頻率高達(dá)1000點(diǎn)/s,體積小,壽命長(zhǎng).缺點(diǎn)導(dǎo)通電阻大,小信號(hào)測(cè)量精度受影響

第30頁(yè)，共42頁(yè)，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(dòng)輸入方式?;尋址方式;切換速率;切換時(shí)要多長(zhǎng)時(shí)間才能穩(wěn)定到要求精度多路轉(zhuǎn)換器第31頁(yè)，共42頁(yè)，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(guò)來(lái)的信號(hào)一般都是mA

級(jí)的，所以必須經(jīng)過(guò)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(qiáng)的高級(jí)放大器，可以根據(jù)需要用程序來(lái)改變它的放大倍數(shù)◆當(dāng)多路輸入的信號(hào)源電平相差較大時(shí),用同一增益放大器去放大高/低電平信號(hào),可能使得低電平信號(hào)測(cè)量精度降低,而高電平信號(hào)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(dá)到均一化,提高多路采集的精度.第32頁(yè)，共42頁(yè)，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(shí)，其輸出能夠跟隨輸入變化；而在保持狀態(tài)時(shí)，能使輸出值不變。

◆最簡(jiǎn)單的采樣/保持器是由開(kāi)關(guān)和電容組成：第33頁(yè)，共42頁(yè)，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(wèn)題◆A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換過(guò)程的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間;轉(zhuǎn)換期間將引起誤差;誤差估計(jì):◆Vf=5V;12位的A/D;基準(zhǔn)電壓10.24V;量化誤差為最低位的一半;轉(zhuǎn)換時(shí)間0.1ms.則信號(hào)最高頻率為第34頁(yè)，共42頁(yè)，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(jī)理

◆LF398的原理圖.

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

2模擬量輸入輸出通道6/10CD4051介紹：?jiǎn)芜?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(yè)，共42頁(yè)，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(jìn)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(kāi)關(guān)或反多路開(kāi)關(guān)。其真值表如下所示：第37頁(yè)，共42頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2模擬量輸入輸出通道8/10當(dāng)采樣的通道比較多，可以將兩個(gè)或兩個(gè)以上的多路開(kāi)關(guān)并聯(lián)起來(lái)。兩個(gè)8路開(kāi)關(guān)擴(kuò)展成16路的多路開(kāi)關(guān)的方法如圖所示。第38頁(yè)，共42頁(yè)，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(shí)間tA/D：完成一次A/D轉(zhuǎn)換需要的時(shí)間。?轉(zhuǎn)換(孔徑)誤差：采樣時(shí)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(yè)，