【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，將在 細介紹。 而且從轉(zhuǎn)換結(jié)束到下一次啟動轉(zhuǎn)換也需要一段休止時間 (或稱復(fù)位時間、恢復(fù)時間、準備時間等).因此， A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率應(yīng)由轉(zhuǎn)換時間和休止時間二者共同決定。 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 使輸入信號的最大值 xmax不至使 A/D溢出， 且 小信號 xmin不被量化噪聲淹沒，則需 ① 輸入信號的動態(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 ??輸入信號的動態(tài)范圍 定義為 m inm a x1 lg20 xxL ?若已知被測模擬電壓動態(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) 有時對 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組成部分的分項誤差的綜合值， 選擇元器件精度的一般規(guī)則 是：每個元器件的精度指標應(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)動執(zhí)行器，經(jīng)計算機處理后的數(shù)據(jù)還必須再轉(zhuǎn)換成模擬量（即 D/A轉(zhuǎn)換）。同時在模擬量輸出通道中，為使各輸出通道得到一個平滑的模擬量輸出也必須保持一個恒定的值。 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。 含單個數(shù)據(jù)鎖存器： 與計算機接口時可以不外加數(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執(zhí)行機構(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)的時間來達到控制的目的。因此，現(xiàn)場的電磁干擾會通過數(shù)字量輸入、輸出通道竄入計算機系統(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變換信號變換接口邏輯開關(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或其信號前后沿不符合要求的輸入信號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。在計算機控制系統(tǒng)中， CPU 一般只接受 TTL電平，當開關(guān)量變換后的信號為非 CPU所需電平時，則需要進行電平變換。采用光電隔離抗干擾能力強，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。因此，在接口設(shè)計處理中，一要放大，二要隔離 。 ?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。 (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。 (4) 當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。 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) ， 實現(xiàn)信號的隔離 。 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 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)。 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 。 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。 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 。 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)。 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)的可靠性較高； ⑵ 數(shù)字濾波子程序可多通道共用； ⑶ 可對極低頻率的信號（如 ）進行濾波； ⑷ 采用不同的算法和參數(shù)就可實現(xiàn)對不同信號的濾波，使用靈活、方便。 N值決定了信號的平滑度和靈敏度。通常流量信號取 812項，壓力信號取 4項，溫度、成份等緩慢變化的信號取 2項甚至不平均。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 ???? ????