【文章內(nèi)容簡介】 51 724687 4 L S 2 4 41 61 41 21 01 51 31 1913572468135724681 61 41 21 01 51 31 19S 0S 1S 2S 3S 4S 5S 6S 7D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7+ 5 V + 5 VT L P 5 2 1 4T L P 5 2 1 4R I1 k 8 1 k 8 光電耦合器 三態(tài)門緩沖器 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術(shù) 2．?dāng)?shù)字量輸 出 通道 數(shù)字量輸出通道的任務(wù)是把計算機輸出的數(shù)字信號 (或開關(guān)信號 )傳送給開關(guān)器件 (如繼電器或指示燈 )，控制其通、斷或亮、滅，簡稱 DO(Digital Output)通道。 由于輸出設(shè)備往往需要大電壓 (或電流 )來控制，而計算機系統(tǒng)輸出的開關(guān)量大都為 TTL(或 CMOS)電平，一般不能直接驅(qū)動外部設(shè)備開啟或關(guān)閉。另 外 ，許多外部設(shè)備，如大功率直流電機、接觸器等在開關(guān)過程中會產(chǎn)生很強的電磁干擾信號，如不加以隔離，可能會造成計算機控制系統(tǒng)誤動作甚至損壞。因此，在接口設(shè)計處理中，一要放大，二要隔離 。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術(shù) 根據(jù)負荷功率的大小不同，可以選用不同的功率放大器件構(gòu)成不同的開關(guān)量驅(qū)動輸出通道。 ?晶體管、達林頓管、大功率場效應(yīng)管輸出驅(qū)動電路 ?光電隔離器、繼電器、晶閘管輸出驅(qū)動電路 ?固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動電路 常用的輸出驅(qū)動電路 ： 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術(shù) 使用光電隔離器與繼電器配合的輸出驅(qū)動電路 VD 光 耦17 4 0 6D iK AVC 繼電器輸出控制電路 采用直流型固態(tài)繼電器控制三相步進電機 P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 27 4 0 4R 1R 2R 3C2314V 2V 3V 1+ 2 7 V23142314D C S S RD C S S RD C S S RBA+ 5 V固態(tài)繼電器輸出控制電路 在過程計算機控制系統(tǒng)的工程應(yīng)用中，過程輸入 /輸出通道的任務(wù)一般可選擇現(xiàn)成的板卡或模塊來完成。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術(shù) 過程輸入 /輸出板卡（或模塊）的選擇 (1) 分析具體的工程情況，統(tǒng)計所有模擬量輸入 /輸出個數(shù)以及 I/O點數(shù) ， 并填寫表格。 (2) 根據(jù)需要，選擇輸入、輸出通道數(shù)，并應(yīng)留有一定的裕量，以備將來系統(tǒng)擴展時使用。 (3) 根據(jù)參數(shù) 表 選擇板卡輸入 /輸出通道的信號范圍、信號類型、采樣速度；根據(jù)系統(tǒng)的精度要求，選擇 A/D、 D/A轉(zhuǎn)換芯片的字長。 (4) 當(dāng)需要多通道采集或輸出時，根據(jù)工程的具體要求決定是否需要通道間的同步輸入或同步輸出。 (5) 考慮價格因素、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 過程輸入輸出通道技術(shù) /模塊的選擇 輸入輸出板卡 按總線形式分有 PCI、 ISA、 PC/10 VXI、USB等，采樣速率從 100KS/s、 250 KS/s 、 1MS/s到 10MS/s等，采樣位數(shù)有 8位、 12位、 16位等；有模擬量輸入卡、模擬量輸出卡、數(shù)字量輸入 /輸出卡和多功能卡等?？筛鶕?jù)需要選擇。 輸入輸出模塊 按總線形式分有串行總線（ RS23 RS42RS485等）、現(xiàn)場總線以及局域網(wǎng)（ LAN）、工業(yè)以太網(wǎng)（ Ether）、控制網(wǎng)絡(luò)（ Control）等，也有不同的采樣速率和精度可選。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過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 。 板卡通常有單端輸入 、 差分輸入以及兩種方式組合輸入三種 。 板卡內(nèi)部通常設(shè)置一定的采樣緩沖器 ， 對采樣數(shù)據(jù)進行緩沖處理 ， 緩沖器的大小也是板卡的性能指標之一 。 在抗干擾方面 ， A/D板卡通常采取光電隔離技術(shù) ， 實現(xiàn)信號的隔離 。 板卡模擬信號采集的精度和速度指標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 過程輸入輸出通道技術(shù) 32 路單端或 16 路差分模擬量輸入，或組合輸入方式，12位 A/D轉(zhuǎn)換分辨率， A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速率可達 100 kHz，每個輸入通道的增益可編程，卡上有 4K采樣 FIFO緩沖器， 2500VDC 隔離保護，支持軟件、內(nèi)部定時器觸發(fā)或外部觸發(fā)。 研華 PCI1713模擬量輸入卡 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術(shù) 2．模擬量輸出卡（ D/A卡） D/A轉(zhuǎn)換板卡同樣依據(jù)其采用的 D/A轉(zhuǎn)換芯片的不同 ，轉(zhuǎn)換性能指標有很大的差別 。 四路 12 位 D/A 輸出通道，多種輸出范圍。由于能夠在輸出和 PCI總線之間提供 2500VDC的隔離保護， PCI1720非常適合需要高電壓保護的工業(yè)場合。 研華 PCI1720U模擬量輸出卡 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術(shù) 16路數(shù)字量輸入和 16路數(shù)字量輸出 ， 高輸出驅(qū)動能力和中斷能力 ， 具有 2500VDC高電壓隔離 I/O通道 。 研華 PCI1730數(shù)字量輸入 /輸出卡 3．?dāng)?shù)字量輸入 /輸出卡（ I/O卡） 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術(shù) 4．脈沖量輸入 /輸出板卡 工業(yè)控制現(xiàn)場有許多高速的脈沖信號 ， 如旋轉(zhuǎn)編碼器 、 流量檢測信號等 ， 這些都要用脈沖量輸入板卡或一些專用測量模塊進行測量 。 脈沖量輸入 /輸出板卡可以實現(xiàn)脈沖數(shù)字量的輸出和采集 ， 并可以通過跳線器選擇計數(shù) 、 定時 、 測頻等不同工作方式 ， 計算機可以通過該板卡方便地讀取脈沖計數(shù)值 ， 也可測量脈沖的頻率或產(chǎn)生一定頻率的脈沖 。 考慮到現(xiàn)場強電的干擾 ， 該類型板卡多采用光電隔離技術(shù) ， 使計算機與現(xiàn)場信號之間全部隔離 ， 來提高板卡測量的抗干擾能力 。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術(shù) 該卡使用了 AM9513芯片，能夠通過 CPLD實現(xiàn)計數(shù)器 /定時器功能。此外，該卡還提供 8個 16位計數(shù)器通道，并具有 8通道可編程時鐘資源， 8路TTL數(shù)字量輸出 /8路 TTL數(shù)字量輸入，最高輸入頻率達20MHz，有多種時鐘可以選擇，可編程計數(shù)器輸出，同時有計數(shù)器門選通功能。 研華 PCI1780U計數(shù)器 /定時器卡 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術(shù) 遠程 I/O模塊 遠程 I/O模塊又稱為牛頓模塊 ，為近年來比較流行的一種 I/O方式 ， 它安裝在工業(yè)現(xiàn)場 ， 就地完成 A/D、 D/A轉(zhuǎn)換 、 I/O操作及脈沖量的計數(shù) 、 累計等操作 。 遠程 I/O以通訊方式和計算機交換信息，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。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術(shù) 有線傳輸介質(zhì) 1． 雙絞線電纜 雙絞線電纜（簡稱雙絞線）是將一對或一對以上的雙絞線封裝在一個絕緣外套中而形成的一種傳輸介質(zhì)。 1）非屏蔽雙絞線 2）屏蔽雙絞線 無線傳輸介質(zhì) 有線傳輸介質(zhì) ** 信息傳輸介質(zhì) ** 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術(shù) 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術(shù) 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 數(shù)字濾波 就是在計算機中通過軟件按照某種算法對輸入信號進行平滑加工等處理，以減少干擾在有用信號中的比重，提高信號的真實性。 與 模擬濾波裝置相比，數(shù)字濾波有以下優(yōu)點： ⑴ 通過程序?qū)崿F(xiàn)，不需硬件設(shè)備，系統(tǒng)的可靠性較