过程通道数据采集.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,过程通道数据采集,第一页，共42页。,内容提要,概述,模拟量,输入,通道,A/D,与,D/A,转换技术,数据,采集,系统,模拟量,输出,通道,过程通道的,抗干扰,措施,小结,第二页，共42页。,1,概述,过程通道：计算机和生产过程之间设置的信息,传送和转换,的连接通道。（,AI,、,AO,、,DI,、,DO,）,计算机,控制系统,组成框图,第三页，共42页。,1,概述,2/10,过程通道,的组成和功能,数字量输入（,DI,）通道：把从,控制对象,检测,得到的数字码、开关量、脉冲量或中断请求信号经过,输入,缓冲器,在接口的控制下送给计算机,(,检测通道,),输 入,调 理,电 路,输 入,缓 冲,器,地址译码器,生,产,过,程,P,C,总,线,第四页，共42页。,自动重合闸,原理图,60%以上是单相对地短路！,第五页，共42页。,高压,真空,断路器,第六页，共42页。,LN2-10,型,户内式,SF6,断路器,第七页，共42页。,高压,负荷,开关,一般与熔断器串联使用！,第八页，共42页。,高压,隔离开关,第九页，共42页。,1,概述,3/10,数字量输出（,DO,）通道：把从计算机,输出,的,数字信号,通过接口输出数字信号、脉冲信号或开关信号,(,控制通道,电磁阀,),输 出,驱 动,器,输 出,锁 存,器,地址译码器,生,产,过,程,P,C,总,线,第十页，共42页。,1,概述,4/10,模拟量,输入,（,AI,）通道：把从,控制对象,检测得到,的,时间,连续,模拟信号,（如温度、压力、流量、液位等）,(,1-10V,?,4-20mA,),变换成,二进制,(?),的,数字信号,，然后经接口送入到计算机,(,检测通道,),模拟量,输出,（,AO,）通道：把从计算机输出的数字信号通过接口由它变换成相应的模拟量信号输出给控制对象,(,控制通道,连续调节阀,),AI,、,AO,比较重要，有不少,特殊问题,要解决,!,第十一页，共42页。,1.,概述,5/10,信号转换中的,采样,、,量化,和,编码,计算机,控制系统，就必须首先解决,模拟量,和,数字量,之间的,转换问题,。转换过程大体上要解决如下,三个问题,：,采样,（,Sample,）,量化,（,Quantity,）,编码,（,Coding,）,【,数字传输！,】,第十二页，共42页。,1,采样,概述,（,6/10,）,信号的,采样,把时间连续的信号转换为一连串,时间,不连续,的脉冲信号，这个过程称为“采样”，又称为“抽样”、“取样”,第十三页，共42页。,1,概述,7/10,采样后的,脉冲信号,称为采样信号，采样信号在时间轴上是,离散的,，但在,函数轴,上仍是连续的,香农（,Shannon,）采样定理,【,奈奎斯特,】,：若信号的最高频率为,f,max,，只要采样频率,f,2,f,max,，采样信号就能唯一复现原信号。,第十四页，共42页。,二倍频,的内涵,第十五页，共42页。,采样说明,C：信道容量,S/N：信号与噪功率比,W：信道带宽,第十六页，共42页。,采样的分类,：,周期采样,、,多阶采样,、,随机采样,周期采样,多阶采样,：多阶采样也称为周期,非均匀,采样，相邻两采,样点间的间隔非均匀,但任一数据与其后第,N,个采样点间的间隔均匀,采样间隔呈周期分布。图中,d,表示时间延迟,T,表示采样间隔的变化周期,随机采样：,在采取子样时，对采样的部位或时间均不施加任何人为的意志，能使任何部位的量都有机会采出的采样方法,第十七页，共42页。,1,概述,8/10,量化,采样信号经过整量化成为数字信号的过程称为整量化过程,第十八页，共42页。,1,概述,9/10,整量化过程是一个数值分层过程。,四舍五入,过程,量化,单位,q,是,A/D,转换器,最低位,二进制位（,LSB,）所代表的物理量，,量化,误差,(,精度,),为,q/2,采样信号与数字信号的区别,实际应用中,f=(510)f,max,第十九页，共42页。,采样,、,编码（调制）,、,传送,第二十页，共42页。,多路复用技术,第二十一页，共42页。,多路复用技术,（续）,第二十二页，共42页。,1,概述,10/10,编码,(,格雷码、多项式、循环码、曼切斯特等,),把量化信号转换为二进制代码的过程称为编码,编码的任务由,A/D,转换器完成,双极性,(,正负,),信息的,3,种表示方法,符号数值码,偏移二进制码,补码表示法,第二十三页，共42页。,注记：常用的,双极性,编码,数,正基准,负基准,符号-数值码,2的补码,偏移2进制码,+7,+7/8,-7/8,0111,0111,1111,+6,+6/8,-6/8,0110,0110,1110,+5,+5/8,-5/8,0101,0101,1101,+4,+4/8,-4/8,0100,0100,1100,+3,+3/8,-3/8,0011,0011,1011,+2,+2/8,-2/8,0010,0010,1010,+1,+1/8,-1/8,0001,0001,1001,+0,+0,-0,0000,0000,1000,-0,-0,+0,1000,（0000）,（1000）,-1,-1/8,+1/8,1001,1111,0111,-2,-2/8,+2/8,1010,1110,0110,-3,-3/8,+3/8,1011,1101,0101,-4,-4/8,+4/8,1100,1100,0100,-5,-5/8,+5/8,1101,1011,0011,-6,-6/8,+6/8,1110,1010,0010,-7,-7/8,+7/8,1111,1001,0001,-8,-8/8,+8/8,1000,0000,第二十四页，共42页。,注记：常用的,双极性,编码关系,将右边码转变为下面码,符号-数值码,2的补码,偏移2进制码,符号-数值码,不变,最高位为1,则其余各位取反,再加0001,最高位取反,若取反后最高位为1,则其余各位取反,再加0001,2的补码,最高位为1,则其余各位取反,再加0001,不变,最高位取反,偏移2进制码,最高位取反,若取反后最高位为0,则其余各位取反,再加0001,最高位取反,不变,第二十五页，共42页。,内容提要,概述,模拟量输入通道,D/A,与,A/D,转换技术,数据采集系统,模拟量输出通道,过程通道的抗干扰措施,小结,第二十六页，共42页。,2,模拟量,输入通道,模拟量,输入通道的一般组成,一般由,信号处理,、,多路转换器,、,放大器,、,采样,/,保持器,和,A/D,转换器,组成,第二十七页，共42页。,2,模拟量,输入、,输出,通道,2/10,检测,：把,非电量,的工艺参数（如温度、压力、流量等）通过传感器转换为电量（一般为直流电压或电流）,信号处理,：包括信号,滤波,、小信号,（微伏信号）,放大,、信号,衰减,、阻抗,匹配,、电平,变换,、非线性,补偿,、电流,/,电压,转换,等,第二十八页，共42页。,2,模拟量输入输出通道,3/10,多路转换器,当,多个,信号,共用,一个,A/D,转换器时，就需要这个器件,理想工作状态：开路电阻无穷大，导通电阻为,0,。要求切换速度快,(,三态门,是否具有此能力,？,),。,两大类：,机械,触点,式 干簧,继电器,机械振子继电器,电子,开关,式 晶体管开关 集成电路开关 场效应管,选择要求,第二十九页，共42页。,2,模拟量,输入、,输出,通道,3-2/10,选择要求,机械触点式,干簧继电器,接触电阻小,断开电阻大,;,寿命长,106107;,工作频率,400Hz;,小信号中速度,(10400,点,/s),电子开关式,工作频率高达,1000,点,/s,体积小,寿命长,.,缺点导通电阻大,小信号测量精度受影响,第三十页，共42页。,选择考虑因数,通路多少,;,电平高低,;,单端,/,差动输入方式,?;,寻址方式,;,切换速率,;,切换时要多长时间才能稳定到要求精度,多路转换器,第三十一页，共42页。,2,模拟量输入输出通道,4/10,放大器,A/D,转换器的输入电压一般都有一定范围，而变送器过来的信号一般,都是,mA,级的，所以必须经过放大,(,一般的,A/D,满度电压,10V),可编程序放大器是一种通用性强的高级放大器，可以根据需要用程序来改变它的放大倍数,当多路输入的信号源电平相差较大时,用同一增益放大器去放大高,/,低电平信号,可能使得低电平信号测量精度降低,而高电平信号有可能超出,A/D,转换器的输入范围。采用编程序放大器,使,A/D,转换器满量程达到均一化,提高多路采集的精度,.,第三十二页，共42页。,2,模拟量输入输出通道,5/10,采样,/,保持器,作用：在采样时，其,输出,能够,跟随输入变化,；而在保持状态时，能使输出值不变,。,最简单的采样,/,保持器是由开关和电容组成：,第三十三页，共42页。,2,模拟量输入输出通道,5-2/10,采样,中问题,A/D,转换器完成一次转换过程的时间称为,转换时间,;,转换期间将引起误差,;,误差,估计,:,V,f,=5V;12,位的,A/D;,基准电压,10.24V;,量化误差为最低位的一半,;,转换时间,0.1ms.,则信号,最高,频率,为,第三十四页，共42页。,2,模拟量输入输出通道,5-3/10,采样,/,保持器,工作机理,LF398,的原理图,.,指标,:,C,H,F,;0.01%,精度,获取时间,25,s;,保持器下降速度,3mv/s;,转换时间,100,s;,保持器,下降电压,300,v,第三十五页，共42页。,2,模拟量输入输出通道,6/10,CD4051,介绍：单边,8,通道多路,调制器,/,多路,解调器,。其引脚结构如图所示。,第三十六页，共42页。,第二十一页，共42页。,第二十二页，共42页。,把时间连续的信号转换为一连串时间不连续的脉冲信号，这个过程称为“采样”，又称为“抽样”、“取样”,第二十一页，共42页。,模拟量输入通道的一般组成,最高位为1,则其余各位取反,再加0001,注记：常用的双极性编码关系,2 模拟量输入输出通道 5-2/10,1 概述 9/10,单端/差动输入方式?;,转换(孔径)时间tA/D：完成一次A/D转换需要的时间。,1 概述 9/10,过程通道：计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。,整量化过程是一个数值分层过程。,随机采样：在采取子样时，对采样的部位或时间均不施加任何人为的意志，能使任何部位的量都有机会采出的采样方法,2 模拟量输入、输出通道 3-2/10,模拟量输入输出通道,7/10,C,、,B,、,A,为二进制控制输入端，,INH,为禁止输入端（高电平禁止）。改变,IN/OUT07,及,OUT/IN,的传递方向，则可用作,多路开关,或,反,多路开关,。其,真值表,如下所示：,第三十七页，共42页。,2,模拟量输入输出通道,8/10,当采样的通道比较多，可以将两个或两个以上的多路开关并联起来。两个,8,路开关扩展成,16,路的多路开关的方法如图所示。,第三十八页，共42页。,2,模拟量输入输出通道,9/10,转换,(,孔径,),时间,t,A/D,：完成一次,A/D,转换需要的时间。,转换,(,孔径,),误差：采样时刻的最大转换误差。,转换,(,孔径,),误差的消除：采用,采样,保持器,第三十九页，共42页。,2,模拟量输入输出通道,10/10,采样,保持器,LF398,介绍,第四十页，共42页。,2,模拟量输入输出通道,8+/10,当采样的通道比较多，可以将两个以上的多路开关并联起来。四个,8,路开关扩展成,16,路的差动输入方法下图。,OUT,OUT,C,C,A,B,B,A,D,0,D,1,D,2,D,3,CD4051,CD4051,INH,INH,S,1,S,8,S,1,S,8,IN,IN,IN,IN,差动模拟输入,（1 8）,差动模拟输入,（9 16）,模拟,输出,V1,.,.,.,.,.,OUT,OUT,C,C,A,B,B,A,CD4051,CD4051,INH,INH,S,1,S,8,S,1,S,8,IN,IN,IN,IN,差动模拟输入,（1 8）,差动模拟输入,4D锁存器,（CD4042）,.,.,.,.,（9 16）,.,.,.,.,.,模拟,输出,V2,第四十一页，共42页。,2,模拟量输入输出通道,8+/10,8,个,8,路开关扩展成,64,路的输入方法参见,微型计算机控制技术（第,3,版），,图，。,谢剑英等，国防工业出版社，,2001,第四十二页，共42页。,