【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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(dòng)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(jī)、接觸器等在開關(guān)過程中會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾信號，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。因此，在接口設(shè)計(jì)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(fù)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(dòng)輸出通道。 ?晶體管、達(dá)林頓管、大功率場效應(yīng)管輸出驅(qū)動(dòng)電路 ?光電隔離器、繼電器、晶閘管輸出驅(qū)動(dòng)電路 ?固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路 常用的輸出驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(jìn)電機(jī) 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(jì)算機(jī)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(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。 (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(kuò)展時(shí)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(shí)，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(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(jìn)行緩沖處理 ， 緩沖器的大小也是板卡的性能指標(biāo)之一 。 在抗干擾方面 ， A/D板卡通常采取光電隔離技術(shù) ， 實(shí)現(xiàn)信號的隔離 。 板卡模擬信號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(dá) 100 kHz，每個(gè)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(hù)，支持軟件、內(nèi)部定時(shí)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(biāo)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(hù)， PCI1720非常適合需要高電壓保護(hù)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(dòng)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(jìn)行測量 。 脈沖量輸入 /輸出板卡可以實(shí)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(jì)數(shù) 、 定時(shí) 、 測頻等不同工作方式 ， 計(jì)算機(jī)可以通過該板卡方便地讀取脈沖計(jì)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(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(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器功能。此外，該卡還提供 8個(gè) 16位計(jì)數(shù)器通道，并具有 8通道可編程時(shí)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(dá)20MHz，有多種時(shí)鐘可以選擇，可編程計(jì)數(shù)器輸出，同時(shí)有計(jì)數(shù)器門選通功能。 研華 PCI1780U計(jì)數(shù)器 /定時(shí)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(yuǎn)程 I/O模塊 遠(yuǎn)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(jì)數(shù) 、 累計(jì)等操作 。 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。 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(gè)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(jì)算機(jī)中通過軟件按照某種算法對輸入信號進(jìn)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(shí)性。 與 模擬濾波裝置相比，數(shù)字濾波有以下優(yōu)點(diǎn)： ⑴ 通過程序?qū)崿F(xiàn)，不需硬件設(shè)備，系統(tǒng)的可靠性較