【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 R按使用場(chǎng)合可以分交流型和直流型，本系統(tǒng)選用交流型。 交流型SSR有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端，即為四端器件。工作時(shí)，只要在輸入端加上一定的控制信號(hào)，便可控制輸出端的通與斷。而中間的耦合電路由于使用了光電耦合器，故既有控制信號(hào)的輸入和輸出端間的耦合功能，又能在電氣上斷開輸入和輸出端間的直接連接，起到良好的絕緣隔離作用。同時(shí)，由于輸入端的負(fù)載是發(fā)光二極管，這使的輸入端很容易做到與輸入信號(hào)電平相匹配，故在使用中可直接與計(jì)算機(jī)輸出口相接，受到0與1的邏輯電平控制。交流型SSR的一個(gè)重要特點(diǎn)是過(guò)零觸發(fā)技術(shù),其中開關(guān)電路是由觸發(fā)電路觸發(fā)驅(qū)動(dòng)的。但是，若開關(guān)電路不加特殊控制電路時(shí)，將產(chǎn)生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網(wǎng)。為此特設(shè)過(guò)零控制電路，用以保證觸發(fā)電路在有輸入信號(hào)和開關(guān)器件兩端電壓值過(guò)零的瞬間觸發(fā)開關(guān)器件，實(shí)現(xiàn)通斷操作，杜絕了開關(guān)器件帶電動(dòng)作所產(chǎn)生的干擾和污染。 所謂過(guò)零是指當(dāng)加入控制信號(hào)后，交流電壓過(guò)零的瞬間，SSR為通態(tài)；而當(dāng)斷開控制信號(hào)后，SSR要待交流電的正半周與負(fù)半周的交界點(diǎn)（零電位）時(shí)，SSR才為斷態(tài)。圖34 交流型SSR的工作原理圖交流型SSR的另一個(gè)重要特點(diǎn)是以吸收回路來(lái)實(shí)現(xiàn)瞬間過(guò)電壓的保護(hù)。由圖可知，當(dāng)反峰電壓大于雙向晶閘管允許的峰值電壓時(shí)，若無(wú)瞬間過(guò)電壓保護(hù)措施，有可能損壞SSR，因此在交流電源輸入端并接RC浪涌吸收回路及在SSR輸出端并接非線形的壓敏電阻，實(shí)施保護(hù)功能。典型SSR電路圖如圖35：圖35 交流型SSR典型電路圖圖中的VPC是一個(gè)以光控可控硅為輸出器件的光電耦合器。它除了傳遞控制信號(hào)外，還具有隔離功能。光控可控硅依靠VD1－VD4通過(guò)整流從交流電源取得正向工作電壓，使它在交流正、負(fù)兩個(gè)半周內(nèi)均處在待觸發(fā)狀態(tài)。R1和C1并聯(lián)后接于可控硅的控制極，以削弱干擾的影響。 過(guò)零檢測(cè)環(huán)節(jié)由RR3和晶體管V構(gòu)成。這里所謂的“零”并非指交流電壓為0V瞬時(shí)值，而是指0V附近的一個(gè)電壓小區(qū)間，大約在177。10－177。15V，稱為零區(qū)。若交流電壓過(guò)大，落在零區(qū)之外，則由RR3分壓后的電壓可使三極管V飽和，把光控硅的控制極和陰極短路。此時(shí)即使輸入端有正向電流使發(fā)光管發(fā)光，也無(wú)法使光控管導(dǎo)通。只有在交流電壓經(jīng)過(guò)零區(qū)時(shí)，V才能因基極電壓過(guò)低而近乎截止，使得光控管才有可能導(dǎo)通，向可控硅VT提供觸發(fā)電壓。適當(dāng)選擇R2和R3的值可調(diào)整零區(qū)的范圍。電阻R4為光控可控硅的限流電阻；R5為觸發(fā)電阻，VT依靠它取得觸發(fā)脈沖；RC2構(gòu)成阻容吸收網(wǎng)絡(luò)，用VT的保護(hù)。當(dāng)輸入端出現(xiàn)信號(hào)時(shí)，一旦交流電壓過(guò)零，光控可控硅即導(dǎo)通，R5上形成的電壓馬上觸發(fā)VT導(dǎo)通，把負(fù)載R1與交流電源接通。輸入信號(hào)消失后，光控管即截止，R5上的觸發(fā)電壓隨即消失，這樣，待交流電壓過(guò)零時(shí)，VT因失去維持電流而關(guān)斷，于是負(fù)載失電。它的工作波形如下：圖36 AC—SSR的工作波形 SSR的注意事項(xiàng)1． 控制電壓應(yīng)用時(shí)應(yīng)在3V以上，但不能超過(guò)6V。2． 采用TTL，CMOS等電路直接驅(qū)動(dòng)SSR時(shí)，應(yīng)先了解驅(qū)動(dòng)的電壓和電源是否滿足SSR的需要。如果驅(qū)動(dòng)的信號(hào)在0電平，也有一定的輸出電壓，當(dāng)此電壓超過(guò)1V時(shí)，就有可能使SSR誤導(dǎo)通；相反，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)在1電平時(shí)，雖然有足夠的電壓，但電流不足以驅(qū)動(dòng)SSR，也不能使其動(dòng)作。解決的辦法是在電路的輸出端增加一級(jí)晶體管跟隨器，以滿足SSR開關(guān)的控制電平需要。3． 通常SSR均設(shè)計(jì)為常開狀態(tài)，無(wú)控制信號(hào)輸入時(shí)，輸出端是開路的，但在自動(dòng)化控制設(shè)備中經(jīng)常需要常閉式的SSR，所以要在輸入端外接一組簡(jiǎn)單的電路，使常開式SSR變?yōu)槌ｉ]式SSR。 4． 額定工作電流大的SSR應(yīng)安裝散熱器，15A以上應(yīng)加散熱片，應(yīng)注意SSR的空氣對(duì)流，以保證良好的散熱效果。5． 首次安裝SSR時(shí)，應(yīng)觀察SSR一段時(shí)間，一般連續(xù)工作時(shí)，SSR的升溫應(yīng)在70度以下，如發(fā)現(xiàn)SSR溫度過(guò)高，則說(shuō)明SSR與散熱器接觸有問(wèn)題或是選用了比工作電流小的SSR。6． 通常SSR均設(shè)計(jì)為常開狀態(tài)，無(wú)控制信號(hào)輸入時(shí)，輸出端是開路的，但在自動(dòng)化控制設(shè)備中經(jīng)常需要常閉式的SSR，所以要在輸入端外接一組簡(jiǎn)單的電路，使常開式SSR變?yōu)槌ｉ]式SSR。第四章 計(jì)算機(jī)液位測(cè)控系統(tǒng)此部分根據(jù)其職能，主要分為三部分：液位計(jì)算機(jī)測(cè)量部分，液位計(jì)算機(jī)控制部分，計(jì)算機(jī)測(cè)控軟件部分。液位計(jì)算機(jī)測(cè)量部分主要是將來(lái)自系統(tǒng)測(cè)量部分的信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)中，并在計(jì)算機(jī)中的軟件上顯示當(dāng)前的液位數(shù)值。液位計(jì)算機(jī)控制部分主要是將當(dāng)前的測(cè)量值與設(shè)定的值比較，得到一個(gè)偏差信號(hào)，然后再通過(guò)軟件編程的有關(guān)算法給系統(tǒng)執(zhí)行部分輸出信號(hào)來(lái)控制水箱的進(jìn)水出水來(lái)調(diào)節(jié)液位，使其達(dá)到設(shè)定值。計(jì)算機(jī)測(cè)控軟件：它包括上述兩部分的軟件顯示和編程。數(shù)據(jù)采集板卡的性能與眾多因素相關(guān)，要根據(jù)具體情況來(lái)具體分析。所以在選擇數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)，首先必須對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的性能指標(biāo)有所了解。1）采樣頻率采樣頻率的高低，決定了在一定時(shí)間內(nèi)獲取原始信號(hào)信息的多少，為了能夠較好的再現(xiàn)原始信號(hào)，不產(chǎn)生波形失真，采樣率必須要足夠高才行。根據(jù)奈奎斯特理論采樣頻率至少是原信號(hào)的兩倍，但實(shí)際中，一般都需要5～10倍。2）采樣方法采集卡通常都有好幾個(gè)數(shù)據(jù)通道，如果所有的數(shù)據(jù)通道都輪流使用同一個(gè)放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，要比每個(gè)通道單獨(dú)使用各自的經(jīng)濟(jì)的多，但這僅適用于對(duì)時(shí)間不是很重要的場(chǎng)合。如果采樣系統(tǒng)對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格，則必須同時(shí)采集，這就需要每個(gè)通道都有自己的放大和A/D轉(zhuǎn)換器。但是處于成本的考慮，現(xiàn)在普遍流行的是各個(gè)數(shù)據(jù)通道公用一套放大器和A/D轉(zhuǎn)換器。3）分辨率ADC的位數(shù)越多，分辨率就越高，可區(qū)分的電壓就越小。例如，三位的A/D轉(zhuǎn)換把模擬電壓范圍分成23=8段，每段用二進(jìn)制代碼在000到111之間表示。因而，數(shù)字信號(hào)不能真實(shí)地反映原始信號(hào)，因?yàn)橐徊糠中畔⒈宦┑袅恕Ｈ绻黾拥绞?，代碼數(shù)從8增加到212=4096，這樣就可以獲得就能獲得十分精確的模擬信號(hào)數(shù)字化表示。4）電壓動(dòng)態(tài)范圍電壓范圍指ADC能掃描到的最高和最低電壓。一般最好能夠使進(jìn)入采集卡的電壓范圍剛好與其符合，以便利用其可靠的分辨率范圍。5）I/O通道數(shù) 該參數(shù)表明了數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號(hào)路數(shù)。(DAQ卡)的組成1）多路開關(guān)。將各路信號(hào)輪流切換至放大器的輸入端，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)多路信號(hào)的分時(shí)采集。2）放大器。將切換進(jìn)入采集卡的信號(hào)放大至需要的量程內(nèi)。通常中的放大器都是增益可調(diào)的，使用者可根據(jù)需要來(lái)選擇不同的增益倍數(shù)。3）采樣保持器。把采集到的信號(hào)瞬間值，保持在A/D轉(zhuǎn)換的過(guò)程中不變化。4）A/D轉(zhuǎn)換器。將模擬的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，完成信號(hào)幅值的量化。目前，通常將采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器集成在同一塊芯片上。以上四個(gè)部分是數(shù)據(jù)采集卡的重要組成部分，與其他的電路如定時(shí)/計(jì)數(shù)器、總線接口等電路儀器組成DAQ。 NI USB6008數(shù)據(jù)采集卡 NI USB6008/6009 可提供8 個(gè)模擬輸入(AI) 通道、2 個(gè)模擬輸出(AO) 通道、12 個(gè)數(shù)字輸入/ 輸出(DIO) 通道以及一個(gè)帶全速USB 接口的32 位計(jì)數(shù)器。NI USB6008為簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)記錄、便攜式測(cè)量和院校實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)等應(yīng)用提供基本的數(shù)據(jù)采集功能。 該產(chǎn)品價(jià)位適于學(xué)生購(gòu)買，但其強(qiáng)大的功能足以應(yīng)對(duì)更為復(fù)雜的測(cè)量應(yīng)用。 借助NI USB6008及其內(nèi)含的即用型數(shù)據(jù)記錄儀軟件，幾分鐘內(nèi)就可完成基本的測(cè)量，或使用LabVIEW或C語(yǔ)言以及內(nèi)含的NIDAQmx Base測(cè)量服務(wù)軟件編程自定義測(cè)量系統(tǒng)。NI USB6008（BK USB6008）USBA/D用于USB的12位, 10 kS/s多功能數(shù)據(jù)采集卡有8路12位模擬輸入通道, 12條DIO線, 2路模擬輸出, 1個(gè)計(jì)數(shù)器若需更高性能。在本系統(tǒng)中，測(cè)量部分的模擬信號(hào)需要A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字電信號(hào)，通過(guò)數(shù)字輸入接口才能輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)內(nèi)的控制信號(hào)也需要數(shù)字輸出接口才能輸出傳送給執(zhí)行部分，本文選用多功能數(shù)據(jù)采集卡 NI USB6008來(lái)解決這一問(wèn)題。 NI USB6008/6009 的主要功能組件如圖41。圖41 NI USB6008/6009 的主要功能組件 NI USB6008/6009 隨附一個(gè)用于模擬信號(hào)的可拆卸式螺栓端子連接器和一個(gè)用于數(shù)字信號(hào)的可拆卸式螺栓端子連接器。端子連接器可提供16 個(gè)連接，使用16 AWG 至28 AWG 導(dǎo)線。在液位測(cè)控系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)放大的液位電信號(hào)要經(jīng)過(guò)接插件A/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)內(nèi)，入水閥和出水閥的開關(guān)信號(hào)也是通過(guò)接插件輸出，所以接插件是本系統(tǒng)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的橋梁，起著重要的作用，本系統(tǒng)的A/D、DI/O接插件選用的是NI USB6008數(shù)據(jù)采集卡，下面我們簡(jiǎn)要介紹一下軟件系統(tǒng)與NI USB6008數(shù)據(jù)采集卡相關(guān)的硬件接口。本系統(tǒng)需要采集一路液位模擬信號(hào),輸出兩路(入水和出水)控制信號(hào)。其模擬信號(hào)與NI USB6008數(shù)據(jù)采集卡的AI 0（模擬輸入）端口相接，并與端口“1”接地。入水控制信號(hào)和出水控制信號(hào)與NI （數(shù)字輸入輸出）端口相接，同時(shí)為端口“31”提供5V的直流電。 NI USB6008/6009的I/O 連接器的端子說(shuō)明見附錄3?！狶abVIEW軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)，在硬件平臺(tái)確定之后，就可以通過(guò)設(shè)計(jì)不同的軟件，實(shí)現(xiàn)不同的儀器功能。在設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的軟件系統(tǒng)時(shí)，需要考慮眾多因素，如硬件需求、計(jì)算機(jī)硬件、操作系統(tǒng)；軟件是否建立在開放的結(jié)構(gòu)上，是否需要編程經(jīng)驗(yàn)。利用此軟件程序是否能在不同的計(jì)算機(jī)平臺(tái)上移植，將來(lái)能否方便的擴(kuò)展虛擬儀器的功能。由于選用專用的開發(fā)軟件，必須具有一定的儀器以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備配合使用。LabVIEW(Laboratory Visual Instrument Engineering)是一種圖形化的編程語(yǔ)言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS232和RS485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/PI、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)，是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都更加形象化。利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的32編譯器。像許多通用的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh OS等多種版本。所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器(VI)，它包括前面板(Front Panel)、流程圖(Block Diagram)以及圖標(biāo)/連結(jié)器(Icon/Connector)三部分。1）前面板：前面板是圖形用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示