【正文】 加權(quán)系數(shù)體現(xiàn)了各次采樣值在平均值中所占的比例，可根據(jù)具體情況決定。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 把 N個(gè)采樣值相加，然后取其算術(shù)平均值作為本次有效的采樣值 . 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 對(duì) 于 隨機(jī)干擾信號(hào)，多采用算術(shù)平均值濾波法加以抑制。 遠(yuǎn)程 I/O以通訊方式和計(jì)算機(jī)交換信息，通訊接口一般采用RS485總線，通訊協(xié)議與模塊的生產(chǎn)廠家有關(guān)，但都是采用面向字符的通訊協(xié)議。 考慮到現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電的干擾 ， 該類型板卡多采用光電隔離技術(shù) ， 使計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)之間全部隔離 ， 來(lái)提高板卡測(cè)量的抗干擾能力 。由于能夠在輸出和 PCI總線之間提供 2500VDC的隔離保護(hù)， PCI1720非常適合需要高電壓保護(hù)的工業(yè)場(chǎng)合。 板卡模擬信號(hào)采集的精度和速度指標(biāo)通常由板卡所采用的 A/D轉(zhuǎn)換芯片決定 。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 數(shù)據(jù)采集卡示例 智能接口板卡 PCI5121智能 CAN接口卡 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 常用的數(shù)據(jù)采集卡 1．模擬量輸入卡（ A/D卡） 模擬量輸入板卡根據(jù)使用的 A/D轉(zhuǎn)換芯片和總線結(jié)構(gòu)不同 ， 性能有很大的區(qū)別 。 (5) 考慮價(jià)格因素、可靠性、耐用性、配套軟件等綜合因素。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 過(guò)程輸入 /輸出板卡（或模塊）的選擇 (1) 分析具體的工程情況，統(tǒng)計(jì)所有模擬量輸入 /輸出個(gè)數(shù)以及 I/O點(diǎn)數(shù) ， 并填寫表格。另 外 ，許多外部設(shè)備，如大功率直流電機(jī)、接觸器等在開關(guān)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾信號(hào)，如不加以隔離，可能會(huì)造成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)誤動(dòng)作甚至損壞。 ⑷ 總線緩沖器 暫存數(shù)字量信息并實(shí)現(xiàn)與 CPU數(shù)據(jù)總線的連接。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) ⑶ 電平變換電路 將輸入的雙值邏輯電平轉(zhuǎn)換為與 CPU兼容的邏輯電平。 ② 對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中某些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢查，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸入數(shù)字信號(hào)來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)的傳感器，輸出數(shù)字信號(hào)又送回現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 在過(guò)程計(jì)算機(jī)控制中，常用的 A/D和 D/A轉(zhuǎn)換器字長(zhǎng)為 8位、10位和 12位，按照上述公式估算出的字長(zhǎng)取整后再選這三種之一。 含雙數(shù)據(jù)鎖存器： 可用于多個(gè) D/A轉(zhuǎn)換器同時(shí)轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合。有些芯片內(nèi)部設(shè)有放大器，直接輸出電壓信號(hào)，如 AD558，AD7224等。此外，在模擬量輸出通道中，為了實(shí)現(xiàn)多回路控制，需要通過(guò)多路開關(guān)將控制量分配到各條支路上。分辨率定義為 ② 分辨率 如果所要求的分辨率為 D0，則字長(zhǎng) 121?? nD)11(l og02 Dn ??例 ： 某溫度控制系統(tǒng)的溫度范圍為 0200℃ ，要求分辨率為% (即相當(dāng)于 1℃) ， 則 A/D轉(zhuǎn)換器字長(zhǎng)為 ) 11(l og)11(l og 202 ????? Dn因此，取 A/D轉(zhuǎn)換器字長(zhǎng) n為 8位。選擇時(shí)應(yīng)該注意。合理地選擇采樣周期 T，是過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。 轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在 ms級(jí)或更長(zhǎng)，但抗干擾性能強(qiáng)，轉(zhuǎn)換精度可達(dá) ％或更高。轉(zhuǎn)換速率也可表述為轉(zhuǎn)換時(shí)間，即 A/D轉(zhuǎn)換從啟動(dòng)到結(jié)束所需的時(shí)間，轉(zhuǎn)換速率與轉(zhuǎn)換時(shí)間互為倒數(shù)。 量化誤差 是由 A/D 轉(zhuǎn)換器有限字長(zhǎng)數(shù)字量對(duì)輸入模擬量進(jìn)行離散取樣（量化）引起的誤差，其大小在理論上為一個(gè)單位（ 1LSB ）。 采樣保持器的工作方式 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) ⑷ A/D轉(zhuǎn)換器 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，被測(cè)參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位、成分等都是連續(xù)變化的模擬量，而計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)只能是數(shù)字量，所以在進(jìn)入計(jì)算機(jī)之前，必須把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量（也即 A/D轉(zhuǎn)換）。 ?多路輸入多路輸出 :CD8816等。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 2. 模擬量輸入通道的 組成 ⑴ 信號(hào)調(diào)理電路 經(jīng)由傳感器或檢測(cè)儀表、變送器輸入的模擬信號(hào)，可能是電壓或電流信號(hào)，幅值范圍往往和 A/D轉(zhuǎn)換器的量程不匹配，而且一般含有噪聲信號(hào)，因此需要進(jìn)行放大、濾波、隔離保護(hù)等處理，稱為信號(hào)調(diào)理。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 模擬量輸入通道 模擬量輸入通道一般包括：信號(hào)調(diào)理電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、采樣保持器、 A/D轉(zhuǎn)換器等幾個(gè)組成部分。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 概述 過(guò) 程 通 道 模擬量輸入通道（ AI） 模擬量輸出通道（ AO） 開關(guān)量輸入通道（ DI） 開關(guān)量輸出（ DO）通道 計(jì)算機(jī)模 擬 量 輸 入 （ A I ） 通 道模 擬 量 輸 出 （ A O ） 通 道數(shù) 字 量 輸 入 （ D I ） 通 道數(shù) 字 量 輸 出 （ D O ） 通 道測(cè) 量 變 送執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)開 關(guān) 觸 點(diǎn)開 關(guān) 設(shè) 備生產(chǎn)過(guò)程過(guò)程通道 過(guò)程輸入輸出通道的結(jié)構(gòu) 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 控制輸入輸出通道技術(shù) 模板式 模塊式 A I A O D I D O主 控 單 元主 機(jī) 板I / O 單 元BUSA I A O D I D OI / O 主 板主 控單 元串 行 通 信或網(wǎng) 絡(luò) 通 信BUSI / O 單 元AI主 控 單 元AODIDOR S 4 8 5I / O 單 元模塊式結(jié)構(gòu)： 模板式結(jié)構(gòu)： (a)混合集中式 (b)分離分布式 模擬量輸入通道 (AI)是計(jì)算機(jī)用于工業(yè)控制、自動(dòng)測(cè)試、計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)療診斷、機(jī)器人等科學(xué)研究時(shí)必需的模擬數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 總線 內(nèi)部總線 計(jì)算機(jī)內(nèi)部模板之間進(jìn)行通信的總線，也指組成系統(tǒng)各種機(jī)箱的底板總線。過(guò)程控制 Process Control 下篇 過(guò)程計(jì)算機(jī)控制 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 本章要點(diǎn) ◇ 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的構(gòu)成 ◇ 過(guò)程輸入輸出技術(shù)及數(shù)據(jù)處理方法 ◇ 數(shù)字 PID控制技術(shù)及數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ◇ 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)方法 ◇ 監(jiān)控組態(tài)軟件 本章學(xué)習(xí)目標(biāo) ◇ 理解直接數(shù)字控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理及特點(diǎn) ◇ 掌握模擬量、數(shù)字量輸入輸出技術(shù) ◇ 深刻理解數(shù)字濾波及數(shù)據(jù)處理方法 ◇ 熟練掌握數(shù)字 PID控制算法及改進(jìn)算法 ◇ 掌握單回路、串級(jí)、前饋控制策略的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法 ◇ 理解數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)方法 ◇ 了解監(jiān)控組態(tài)軟件的功能及應(yīng)用 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 數(shù)字 PID控制技術(shù) 數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)方法 監(jiān)控組態(tài)軟件 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 直接數(shù)字控制系統(tǒng) （ Direct Digital Control，DDC）就是用一臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)測(cè)量元件變送器對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)；檢測(cè)結(jié)果與給定值進(jìn)行比較，再按 PID控制規(guī)律或其他直接數(shù)字控制算法進(jìn)行運(yùn)算；然后將運(yùn)算結(jié)果變換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠接受的控制量，輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，使被控參數(shù)按設(shè)定值曲線變化或穩(wěn)定在給定值上。 模塊式 —— 主機(jī)模塊與模擬量輸入 /輸出模塊、數(shù)字量輸入 /輸出模塊通過(guò)總線連接。 是連接 控制計(jì)算機(jī)和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程 的橋梁和紐帶 。它的核心部件是 A/D轉(zhuǎn)換器及其微處理機(jī)的接口。多路共用采集電路分時(shí)采集 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 傳 感 器 1傳 感 器 2傳 感 器 3調(diào) 理調(diào) 理調(diào) 理多路模擬開關(guān)S / HA / D控 制 邏 輯計(jì)算機(jī)S / HS / H多路同步取樣共用 A/D分時(shí)采集 多通道同步采樣分時(shí)傳輸數(shù)據(jù) 傳 感 器傳 感 器傳 感 器調(diào) 理 電 路調(diào) 理 電 路調(diào) 理 電 路S / HA / D轉(zhuǎn) 換 器控 制 邏 輯S / HS / HA / D轉(zhuǎn) 換 器A / D轉(zhuǎn) 換 器計(jì) 算 機(jī)通過(guò)多路模擬開關(guān) 將多 路參數(shù)分時(shí) 送