【正文】 一個字所對應(yīng)模擬信號的變化量。 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)過程中，被測參數(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）。 高速采樣 (如 5000～ 10000點(diǎn)／秒 ) 必須采用采樣保持器。 ?多路輸入多路輸出 :CD8816等。 ?單端輸入 : CD4051是單端 8通道 。 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. 模擬量輸入通道的 組成 ⑴ 信號調(diào)理電路 經(jīng)由傳感器或檢測儀表、變送器輸入的模擬信號，可能是電壓或電流信號，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，因此需要進(jìn)行放大、濾波、隔離保護(hù)等處理，稱為信號調(diào)理?！? 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) 模擬量輸入通道 模擬量輸入通道一般包括：信號調(diào)理電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、采樣保持器、 A/D轉(zhuǎn)換器等幾個組成部分。建立模擬量輸入通道的目的，通常是為了進(jìn)行參數(shù)測量或數(shù)據(jù)采集。 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) 概述 過 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 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)過程過程通道 過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、自動測試、計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)療診斷、機(jī)器人等科學(xué)研究時必需的模擬數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 ?串行總線（ RS23 RS42 RS485） ?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） 過程輸入輸出通道技術(shù) DDC系統(tǒng)的輸入輸出通道是計(jì)算機(jī)和傳感器、執(zhí)行器之間的信息傳遞和變換裝置。 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。 缺點(diǎn)： 危險(xiǎn)集中 DDC系統(tǒng) 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 DDC系統(tǒng)主機(jī)單元的結(jié)構(gòu)： 模板式 —— 主機(jī)板與模擬量輸入 /輸出模板、數(shù)字量輸入 /輸出模板通過總線母板連接。過程控制 Process Control 下篇 過程計(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、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）就是用一臺計(jì)算機(jī)通過測量元件變送器對生產(chǎn)過程中的多個被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測；檢測結(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)對生產(chǎn)過程進(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。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 DDC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 生 產(chǎn)過程檢 測 變 送A / D 轉(zhuǎn) 換開 關(guān) 量 拾 取控 制 開 關(guān)接 口接 口接 口接 口開 關(guān) 量 輸 入開 關(guān) 量 輸 出操作控制臺功 放 執(zhí) 行D / A 轉(zhuǎn) 換計(jì) 算 機(jī)應(yīng) 用 程 序操 作 系 統(tǒng)主 機(jī) 硬 件組 態(tài) 軟 件 數(shù) 據(jù) 庫過 程 輸 入 / 輸 出 通 道優(yōu)點(diǎn)： 經(jīng)濟(jì)、靈活性好、可靠性高。 模塊式 —— 主機(jī)模塊與模擬量輸入 /輸出模塊、數(shù)字量輸入 /輸出模塊通過總線連接。 ?PC/XT（ 62線） ?PC/AT或 ISA（ 62線 +36線） ?PCI（ 124線） ?PC104（ 104線） ?CompactPCI,VXI 外部總線 計(jì)算機(jī)之間，計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間進(jìn)行通信的總線。 是連接 控制計(jì)算機(jī)和工業(yè)生產(chǎn)過程 的橋梁和紐帶 。它把各類傳感器從現(xiàn)場檢測到的模擬量信號如溫度、壓力、流量、物位、成分等轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接收的數(shù)字量信號。它的核心部件是 A/D轉(zhuǎn)換器及其微處理機(jī)的接口。 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) 1. 模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu) 傳 感 器 信 號 調(diào) 理多路模擬開關(guān)S / H A / D控 制 邏 輯計(jì)算機(jī)放 大 器傳 感 器傳 感 器信 號 調(diào) 理信 號 調(diào) 理……多路共用采集電路分時采集 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) 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分時采集 多通道同步采樣分時傳輸數(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)通過多路模擬開關(guān) 將多 路參數(shù)分時 送 入計(jì)算機(jī)。 ⑵ 多路開關(guān) ?單向多路開關(guān) :AD7501(8路 )、 AD7506(16路 )等； ?雙向多路外關(guān)： CD4051等 。 ?雙端輸入 : CD4052是雙 4通道 。 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) ⑶ 采樣保持器 在 A/D轉(zhuǎn)換器工作期間采樣保持器一直保持著轉(zhuǎn)換開始時的輸入值，因而能抑制由放大器干擾帶來的轉(zhuǎn)換噪聲，提高模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的精確度和消除轉(zhuǎn)換時間的不準(zhǔn)確性。 在低速系統(tǒng)中一般可以省略。 A／ D轉(zhuǎn)換器即是完成模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，在一般情況下，模擬量是指電壓。 其大小取決于 A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，所以習(xí)慣上以數(shù)字量的位數(shù)來表示。量化誤差和分辨率是統(tǒng)一的，即提高分辨率可以減小量化誤差。 ② 轉(zhuǎn)換精度 轉(zhuǎn)換速率 是指 A/D轉(zhuǎn)換器在每秒鐘所能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)。 ③ 轉(zhuǎn)換速率 ④ 滿刻度范圍 滿刻度范圍 是指 A/D轉(zhuǎn)換器所允許的最大輸入電壓范圍。 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) ⑵ A／ D轉(zhuǎn)換器的分類 (根據(jù)轉(zhuǎn)換原理分 ) ① 逐次比較式 ② 積分式 ③ 并行比較式 ④ 改進(jìn)型 轉(zhuǎn)換時間一般在 μs 級，轉(zhuǎn)換精度一般在 ％左右，適于一般場合。適于數(shù)字電壓表類儀器采