【正文】 用。 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 A/D轉(zhuǎn)換速度的選擇 在選取 A/D轉(zhuǎn)換速度之前，應(yīng)該首先確定系統(tǒng)的采樣周期。 確定系統(tǒng)采樣周期的原則及相關(guān)知識(shí)，將在 細(xì)介紹。 而且從轉(zhuǎn)換結(jié)束到下一次啟動(dòng)轉(zhuǎn)換也需要一段休止時(shí)間 (或稱復(fù)位時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間等).因此， A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率應(yīng)由轉(zhuǎn)換時(shí)間和休止時(shí)間二者共同決定。 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) ⑷ A/D轉(zhuǎn)換器字長的選擇 為把量化誤差限制在所允許的范圍內(nèi)，應(yīng)使 A/D轉(zhuǎn)換器有足夠的字長。 為 使輸入信號(hào)的最大值 xmax不至使 A/D溢出， 且 小信號(hào) xmin不被量化噪聲淹沒，則需 ① 輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍 即需要 A/D轉(zhuǎn)換器的字長為 12/ m inm a x ?? nxx)1(l ogm inm a x2 xxn ??輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍 定義為 m inm a x1 lg20 xxL ?若已知被測(cè)模擬電壓動(dòng)態(tài)范圍為 L1， 則 61Ln?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) 有時(shí)對(duì) A/D轉(zhuǎn)換器的字長要求以分辨率形式給出。 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) 此外，考慮到 MUX、 S/H、 A/D組成的數(shù)據(jù)采集電路的總誤差是這三個(gè)組成部分的分項(xiàng)誤差的綜合值， 選擇元器件精度的一般規(guī)則 是：每個(gè)元器件的精度指標(biāo)應(yīng)優(yōu)于系統(tǒng)精度的10倍左右。 ??? 12 10n 由于大多數(shù)執(zhí)行器只能接受模擬量，為了驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)還必須再轉(zhuǎn)換成模擬量（即 D/A轉(zhuǎn)換）。同時(shí)在模擬量輸出通道中，為使各輸出通道得到一個(gè)平滑的模擬量輸出也必須保持一個(gè)恒定的值。 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) 模擬量輸出通道 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) 1． D/A轉(zhuǎn)換器概述 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出多數(shù)為電流形式，如 DAC0832， AD7522等。電壓輸出型又有單極性輸出和雙極性輸出兩種。 含單個(gè)數(shù)據(jù)鎖存器： 與計(jì)算機(jī)接口時(shí)可以不外加數(shù)據(jù)鎖存器。 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． D/A轉(zhuǎn)換器字長的選擇 D/A轉(zhuǎn)換器輸出一般都通過功率放大器推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一般情況下，可選 D/A字長小于或等于 A/D字長。特殊被控對(duì)象，可選更高分辨率的器件。所謂開關(guān)量控制就是通過控制設(shè)備的 “ 開 ”或 “ 關(guān) ” 狀態(tài)的時(shí)間來達(dá)到控制的目的。因此，現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾會(huì)通過數(shù)字量輸入、輸出通道竄入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，故需要采用通道隔離技術(shù)。 數(shù)字量輸入通道 的 作用： ① 定時(shí)記錄生產(chǎn)過程中某些設(shè)備的狀態(tài) 。 CPU總線緩沖器電平變換電平變換整形變換整形變換信號(hào)變換信號(hào)變換接口邏輯開關(guān)量開關(guān)量數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu) 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) 典型的開關(guān)量輸入通道通常由以下幾部分組成： ⑴ 開關(guān)量拾取電路 開關(guān)量的拾取即將過程的開關(guān)量轉(zhuǎn)換為電壓或電流的雙位邏輯值。 ⑵ 整形電路 將混有毛刺之類干擾的輸入雙值邏輯信號(hào)或其信號(hào)前后沿不符合要求的輸入信號(hào)整形為接近理想狀態(tài)的方波或矩形波，而后再根據(jù)系統(tǒng)要求變換為相應(yīng)形狀的脈沖信號(hào)。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中， CPU 一般只接受 TTL電平，當(dāng)開關(guān)量變換后的信號(hào)為非 CPU所需電平時(shí)，則需要進(jìn)行電平變換。采用光電隔離抗干擾能力強(qiáng)，但反應(yīng)速度較慢，采用晶體管或 CMOSTTL電子變換芯片則速度較快。 ⑸ 接口電路 協(xié)調(diào)通道的同步工作，向 CPU傳遞狀態(tài)信息并控制開關(guān)量到 CPU的輸入。 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。因此，在接口設(shè)計(jì)處理中，一要放大，二要隔離 。 ?晶體管、達(dá)林頓管、大功率場(chǎng)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。 (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。 (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。 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。 輸入輸出模塊 按總線形式分有串行總線（ RS23 RS42RS485等）、現(xiàn)場(chǎng)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。 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 。 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(hào)的隔離 。 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) 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)。 四路 12 位 D/A 輸出通道，多種輸出范圍。 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 。 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(cè)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(cè)量脈沖的頻率或產(chǎn)生一定頻率的脈沖 。 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。 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(chǎng) ， 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 。 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(duì)或一對(duì)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)。 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)的可靠性較高； ⑵ 數(shù)字濾波子程序可多通道共用； ⑶ 可對(duì)極低頻率的信號(hào)（如 ）進(jìn)行濾波； ⑷ 采用不同的算法和參數(shù)就可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同信號(hào)的濾波，使用靈活、方便。 N值決定了信號(hào)的平滑度和靈敏度。通常流量信號(hào)取 812項(xiàng)，壓力信號(hào)取 4項(xiàng)，溫度、成份等緩慢變化的信號(hào)取 2項(xiàng)甚至不平均。一般采樣次數(shù)越靠后，加權(quán)系數(shù)越大，這樣可增加新的采樣值在平均值中所占的比重。 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 )4()3()2()1()( 4321 xxxxky ???? ????