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1、计算机控制系统第2章 输入输出接口与过程通道技术计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.1 输入输出过程通道概述 过程通道的主要任务是将生产过程中的各种参量和状态通过检测器件转换成计算机所能接收的信息送入计算机，计算机按确定算法计算后，又将计算结果以数字量或转换成模拟量的形式输出给执行机构，从而对被控对象进行自动控制。 因此过程通道起到了CPU和被控对象之间的信息传送和变换的桥梁作用。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-1 输入输出过程通道组成结构图计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件信息种信息种类类输输入信息来源或入信息来源或输输出信息的用途出信息
2、的用途模模拟拟量量输输入入数字量数字量输输入入脉冲脉冲计计数器数器模模拟拟量量输输出出数字量数字量输输出出温度、温度、压压力、物位、力、物位、转转速、成分等速、成分等接点的通断状接点的通断状态态、电电平高低状平高低状态态、数字装置的、数字装置的输输出数出数码码等等流量流量积积算、算、电电功率功率计计算、算、转转速及脉冲形式的速及脉冲形式的输输入信号等入信号等控制控制执执行装置、行装置、显显示、示、记录记录等等对执对执行器行器进进行控制、行控制、报报警警显显示等示等表表2-1 2-1 生产过程输入输出信息来源与用途生产过程输入输出信息来源与用途计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.
3、2 模拟量输入通道 图2-2 模拟量输入通道方框图计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.2.1 信号调理 在进一步作模拟或数字处理之前，必须对输入信号作适当调理，即通过放大、电平变换、电隔离、阻抗变换、线性化和滤波，将传感器输出的电信号尽可能不失真地转变为标准的电流或电压信号（通常为420mA、05V等）。 传感器输出信号不同，其相应的信号调理电路也不同，一般包括标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转换电路等。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件表表2-2 2-2 常见信号调理单元的构成与功能常见信号调理单元的构成与功能信号信号类类型型构成及功能构成及功能低
4、低电压电压电电流流/ /频频率率热电热电阻阻(RTD)/(RTD)/热热敏敏电电阻阻热电热电偶偶应变应变信号信号隔离、放大、信号隔离、放大、信号滤滤波等波等电电流流/ /频频率与率与电压电压的的转换转换、隔离、放大、信号、隔离、放大、信号滤滤波等波等激励激励电电源、隔离、放大、信号源、隔离、放大、信号滤滤波等波等隔离、放大、信号隔离、放大、信号滤滤波、冷端波、冷端补偿补偿等等激励激励电电源、源、电桥电电桥电路、隔离、放大、信号路、隔离、放大、信号滤滤波等波等计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件1电桥电路图2-3 热电偶变送器输入电路 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件
5、(2-1)(2-1) (2-2)(2-2) (2-3)(2-3) 电桥电路是最常见的标度变换电路之一，也称为测量电桥电路，它结构简单，应用广泛。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2仪表放大器 经由传感器或敏感元件转换后输出的信号一般电平较低，经电桥等电路变换后的信号亦难以直接用来显示、记录、控制或进行A/D转换。 为此，测量电路中常设有模拟放大环节（一般为线性放大环节）。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-4 仪表放大器结构计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件(2-4)(2-4) (2-5)(2-5) (2-6)(2-6) (2-7)(2-7)
6、(2-8)(2-8) (2-9)(2-9) 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件 图2-5 AD620引脚图 图2-6 AD620典型应用计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-7 AD620在压力检测电路中的应用计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件3隔离放大器 在有强电或强电磁干扰的环境中，为了防止电网电压或其它电磁干扰测量回路，通常在模拟量输入通道中采用隔离技术。 隔离放大器的符号图2-8所示，其输入和输出两部分的信号和供电电源端口都是电气隔离的。计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-8 隔离放大器的符号计算机控制系统刘士荣课件计算机控
7、制系统刘士荣课件 图2-9 变压器耦合两端隔离放大器计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-10 AD210电路结构计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件4电流/电压（I/V）转换器 在计算机测控系统的模拟量输入通道调理电路中，除标度变换器、滤波、线性化校正、零点和满刻度调整等电路外，往往还包括电流/电压（I/V）转换器，这是因为大多数输入信号（如压力、流量、位移等）的调理电路都直接由相应的产品化器件变送器来完成。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-11 AD210在热电偶测量中的应用计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-12 二线制
8、变送器的连接计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-13 无源I/V 变换电路计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-14 有源同相输入I/V 变换电路计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-15 有源反相输入I/V 变换电路计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件 在计算机测控系统中，被控量与被测量的回路往往是几路或几十路，此时往往采用公共的A/D、D/A转换电路，利用多路转换开关轮流切换各被控或被测回路与A/D、D/A转换电路间的通路，以达到分时复用的目的。 2.2.2 多路转换开关 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件1 1C
9、D4051CD4051图2-16 CD4051结构原理图计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-17 CD4051引脚图计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件输输 入入 状状 态态接通道号接通道号INHINHC CB BA ACD4051 CD4051 0 00 00 00 00 00 00 00 01 11 10 00 01 10 02 20 00 01 11 13 30 01 10 00 04 40 01 10 01 15 50 01 11 10 06 60 01 11 11 17 7表表2-3 CD40512-3 CD4051真值表真值表计算机控制系统刘士荣课件计
10、算机控制系统刘士荣课件图2-18 CD4052结构原理图 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-19 CD4052引脚图计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件表表2-4 CD40522-4 CD4052真值表真值表 输输 入入 状状 态态接通道号接通道号INHINHB BA AX XY Y0 00 00 00 00 00 00 01 11 11 10 01 10 02 22 20 01 11 13 33 31 1X XX X不通不通计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.2.3 可编程增益放大器（PGA） 在计算机测控系统中，模拟量输入通道的变化范围会随被
11、测量所处的环境和时间的变化而变化，因此希望能自动改变放大器的增益，使信号通过放大器后，具有合适的动态范围，即实现自动量程切换，以便于A/D转换或信号调理。 此外，在多路数据采集系统中，也可能遇到各路信号动态范围不一致的情况，这时希望放大器对不同的通路具有不同的增益，以实现相同的动态输出。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-20 用仪表放大器实现的可编程增益放大器计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-21 LH0084电路结构计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.2.4 采样保持器 1 1采样保持器的作用采样保持器的作用 A/D A/D转换器将模
12、拟信号转换成数字量需要一定转换器将模拟信号转换成数字量需要一定的时间，完成一次转换所需的时间称孔径时间。的时间，完成一次转换所需的时间称孔径时间。对于随时间变化的模拟信号来说，孔径时间决定对于随时间变化的模拟信号来说，孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差。了每一个采样时刻的最大转换误差。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-22 正弦模拟信号计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件(2-10)(2-10) (2-11)(2-11) (2-12)(2-12) (2-13)(2-13) 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-23 采样保持电路2 2采
13、样保持器的组成与工作原理采样保持器的组成与工作原理 采样保持电路由输入缓冲放大器采样保持电路由输入缓冲放大器A1A1、模拟开、模拟开关关ASAS、模拟信号存储电容、模拟信号存储电容CHCH和输出缓冲放大器和输出缓冲放大器A2A2组成，如图组成，如图2-232-23所示。所示。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件3 3采样保持器的主要参数采样保持器的主要参数(1) (1) 孔径时间孔径时间TAPTAP(2) (2) 捕捉时间捕捉时间TACTAC(3) (3) 保持电压下降率保持电压下降率计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-24 LF398采样保持器原理图4 4常用
14、采样保持器芯片常用采样保持器芯片计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-25 LF398典型应用计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-26 AD582原理及外引脚计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-27 AD582应用电路计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.2.5 A/D转换器 1 1A/DA/D转换器类型转换器类型 A/D A/D转换器是模拟量输入通道的核心部件，它转换器是模拟量输入通道的核心部件，它将模拟量转换成数字量，实现采样和量化。将模拟量转换成数字量，实现采样和量化。A/DA/D转转换器种类繁多，按转换原理可分为双积分式
15、、逐换器种类繁多，按转换原理可分为双积分式、逐次逼近式、次逼近式、-调制式、并行转换式、余数反馈比调制式、并行转换式、余数反馈比较式、较式、V/FV/F转换式等转换式等A/DA/D转换器。转换器。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2 2A/DA/D转换器的主要技术参数转换器的主要技术参数(1) (1) 分辨率分辨率(2) (2) 量程量程(3) (3) 转换精度转换精度(4) (4) 转换时间转换时间(5) (5) 工作温度范围工作温度范围计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-28 AD574原理框图3 31212位位A/DA/D转换器转换器AD574AD574
16、 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-29 AD574单极性输入电路 图2-30 AD574双极性输入电路 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-31 AD574与外部的连接4 4A/DA/D转换器与系统的连接及举例转换器与系统的连接及举例 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.2.6模拟量输入通道设计举例 图2-32 8通道模拟输入板 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.3模拟量输出接口与通道 2.3.1 模拟量输出通道模拟量输出通道的功能是把计算机的运算结模拟量输出通道的功能是把计算机的运算结果果（数字量）转换成模拟量，并输出
17、到被选中的（数字量）转换成模拟量，并输出到被选中的某一控制回路上，完成对执行机构的控制动作。某一控制回路上，完成对执行机构的控制动作。 模拟量输出通道通常由模拟量输出通道通常由D/AD/A转换器、输出保转换器、输出保持、多路切换开关和功放电路所组成。持、多路切换开关和功放电路所组成。计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-33 数字量保持方案1 1每个输出通道设置一个每个输出通道设置一个D/AD/A转换器的结构形式转换器的结构形式 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-34 模拟量保持方案2 2多个输出通道共用一个多个输出通道共用一个D/AD/A转换器的结构形式转
18、换器的结构形式 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.3.2 D/A转换器及其接口 1 1 D/A D/A转换技术指标转换技术指标(1) (1) 分辨率分辨率(2)(2)稳定时间稳定时间 (3)(3)线性误差线性误差 (4)(4)输出方式和极性输出方式和极性 (5)(5)温度范围温度范围 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-35 DAC1210 原理图2 21212位位D/AD/A转换器转换器DAC1210 DAC1210 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-36 DAC1210与PC/XT总线的接口3 3DAC1210DAC1210与与CPU
19、CPU的连接的连接 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.3.3 电压/电流（V/I）转换器 工业现场的智能仪表和执行器常常要以电流方工业现场的智能仪表和执行器常常要以电流方式传输，这是因为在长距离传输信号时容易引入干式传输，这是因为在长距离传输信号时容易引入干扰，而电流传输具有较强的抗干扰能力。因此，许扰，而电流传输具有较强的抗干扰能力。因此，许多场合必须经过电压多场合必须经过电压/ /电流（电流（V/IV/I）转换电路，将电压）转换电路，将电压信号转换成电流信号。信号转换成电流信号。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-37 V/I转换电路a)、b) 电流串
20、联负反馈形式 c) 电流并联负反馈形式 d) 电流并联正反馈形式计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.4数字量（开关量）输入输出通道2.4.1概述 输出通道的功能是把计算机的运算结果（数字量）转换成模拟量，并输出到被选中的某一控制回路上，完成对执行机构的控制动作。模拟量输出通道通常由D/A转换器、输出保持、多路切换开关和功放电路所组成。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-38 典型的开关量输入/输出通道 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.4.2 数字量（开关量）输入通道 图2-39 数字量输入通道结构图 数字量输入通道主要由输入调理电路、输入
21、缓冲器、输入地址译码电路等组成，如图2-39所示。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-40 数字量输入通道(1)(1)小功率输入调理电路小功率输入调理电路 a) 积分电路数字量输入 b) R-S触发器数字量输入1 1输入调理电路输入调理电路计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-41 采用光电耦合器隔离开关量输入 (2)(2)大功率输入调理电路大功率输入调理电路 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-42 输入电平变换 2 2开关量输入隔离及电平变换开关量输入隔离及电平变换图2-43 隔离及电平变换电路计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士
22、荣课件2.4.3数字量（开关量）输出通道 图2-44 数字量输出通道 数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码等组成，如图2-44所示。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-45 光电隔离开关量输出电路计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件1 1小功率驱动电路小功率驱动电路 图2-46 小功率驱动电路计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2 2中功率驱动电路中功率驱动电路 图2-47 中功率驱动电路计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-48 ULN2003达林顿阵列驱动器a ) ULN2003 结构图 b) 复合管内部结
23、构计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件3 3大功率驱动电路大功率驱动电路 图2-49 过零型固态继电器的结构计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.5过程通道的抗干扰与可靠性设计 影响系统安全可靠运行的主要因素来自系统影响系统安全可靠运行的主要因素来自系统内部和外部的各种干扰。所谓干扰，就是有用信内部和外部的各种干扰。所谓干扰，就是有用信号以外的噪声或造成计算机控制系统不能正常工号以外的噪声或造成计算机控制系统不能正常工作的破坏因素。作的破坏因素。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件1 1干扰来源干扰来源 (1)(1)电源干扰电源干扰 (2)(2)空间干扰
24、空间干扰 (3)(3)设备干扰设备干扰 2.5.1干扰源与干扰的耦合 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2 2干扰信号的耦合方式干扰信号的耦合方式 (1)(1)直接耦合方式直接耦合方式 (2)(2)静电耦合方式（电容性耦合方式）静电耦合方式（电容性耦合方式） (3)(3)电磁耦合方式（电感性耦合方式）电磁耦合方式（电感性耦合方式） (4)(4)共阻抗耦合方式共阻抗耦合方式 (5)(5)电磁场辐射耦合方式电磁场辐射耦合方式 (6)(6)漏电耦合方式（电阻性耦合）漏电耦合方式（电阻性耦合） 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-50 静电耦合示意图计算机控制系统刘士荣
25、课件计算机控制系统刘士荣课件图2-51 电磁耦合示意图计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-52 电源共阻抗耦合干扰计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-53 公共地线耦合干扰计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-54 输出阻抗耦合干扰 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-55 电阻耦合的等效电路1、2为平行线计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.5.2过程通道抗干扰措施 干扰往往沿着过程通道进入计算机，其主要原因是过程通道与计算机之间存在公共地线，而且首当其冲是A/D和各种输入装置。 所以要求这些设备有很强的抗干
26、扰能力，而且要设法削弱来自公共地线的干扰，以提高过程通道的抗干扰性能。计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-56 干扰信号形式计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件1 1串模干扰及其抑制串模干扰及其抑制 叠加在被测信号上的干扰信号称为串模干扰，叠加在被测信号上的干扰信号称为串模干扰，用用V Vg g表示。串模干扰使接收电路的一个输入端相表示。串模干扰使接收电路的一个输入端相对于另一输入端产生电位差，因此也称为差模干对于另一输入端产生电位差，因此也称为差模干扰，如图扰，如图2-572-57所示。所示。 图2-57 串模干扰示意图图2-58 热电偶线路中的串模噪声计算机控
27、制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件抑制串模干扰的措施有：抑制串模干扰的措施有：(1)(1)采用输入滤波器采用输入滤波器 (2)(2)采用双积分式或采用双积分式或- -调制式调制式A/DA/D转换器转换器 (3)(3)用双绞线作信号引线用双绞线作信号引线 (4)(4)电磁屏蔽和良好的接地电磁屏蔽和良好的接地 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-59 二级阻容滤波器网络计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2 2共模干扰及其抑制共模干扰及其抑制 共模干扰产生的主要原因是不同共模干扰产生的主要原因是不同“ “地地” ”之间存之间存在共模电压，以及模拟信号系统对地存在
28、漏阻抗。在共模电压，以及模拟信号系统对地存在漏阻抗。共模干扰通过过程通道串入主机，其一般表现形式共模干扰通过过程通道串入主机，其一般表现形式如图如图2-602-60所示，其中所示，其中V VS S为信号源，为信号源，V Vg g为共模噪声电为共模噪声电压。压。 图2-60 共模干扰示意图 图2-61热电偶测温线路中的共模噪声 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-62 共模噪声电压Ucm的影响计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件抑制共模干扰的措施有：抑制共模干扰的措施有：(1)(1)采用仪表放大器做信号前置放大采用仪表放大器做信号前置放大 (2)(2)采用隔离技术将
29、地电位隔开采用隔离技术将地电位隔开 (3)(3)利用浮地屏蔽利用浮地屏蔽 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-63 双线传输电路计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-64 脉冲光电耦合计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-65 双层浮地屏蔽保护原理图计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.6测量数据的预处理 在计算机控制系统中，生产过程的被测参数在计算机控制系统中，生产过程的被测参数经输入通道转换成数字信号，输入计算机中。这经输入通道转换成数字信号，输入计算机中。这些数字信号（数据）被运算、显示之前一般要进些数字信号（数据）被运算、
30、显示之前一般要进行一些预处理，其中最基本的为数字滤波、线性行一些预处理，其中最基本的为数字滤波、线性化处理、标度变换和系统误差的自动校准。化处理、标度变换和系统误差的自动校准。计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.6.1数字滤波 所谓数字滤波，就是在计算机中用某种计所谓数字滤波，就是在计算机中用某种计算方法对输入信号进行数学处理，减少干扰在算方法对输入信号进行数学处理，减少干扰在信号中的比重，提高信号的真实性。这种滤波信号中的比重，提高信号的真实性。这种滤波方法不需要增加硬设备，只需根据预定的滤波方法不需要增加硬设备，只需根据预定的滤波算法编制相应的程序即可达到信号滤波的目的。算
31、法编制相应的程序即可达到信号滤波的目的。计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件1 1限幅滤波限幅滤波(2-33) 2 2中位值滤波法中位值滤波法 如采样值是如采样值是y y1 1、y y2 2、y y3 3，且有，且有 y y1 1 y y2 2 y y3 3，则则y y2 2作为本次采样的有效信号。作为本次采样的有效信号。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件3 3算术平均滤波法算术平均滤波法 (2-34) 4 4递推平均滤波法递推平均滤波法 (2-35) 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件5 5加权递推平均滤波法加权递推平均滤波法 (2-36) 6 6一
32、阶惯性滤波法一阶惯性滤波法 (2-37) 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件以上讨论了六种数字滤波方法，在实际应用中，以上讨论了六种数字滤波方法，在实际应用中，究竟选取哪一种数字滤波方法，应视具体情况而定。究竟选取哪一种数字滤波方法，应视具体情况而定。平均值滤波法适用于周期性干扰，中位值滤波法和平均值滤波法适用于周期性干扰，中位值滤波法和限幅滤波法适用于偶然的脉冲干扰，惯性滤波法适限幅滤波法适用于偶然的脉冲干扰，惯性滤波法适用于高频或低频的干扰信号，加权平均值滤波法适用于高频或低频的干扰信号，加权平均值滤波法适用于纯迟延较大的被控对象。如果同时采用几种滤用于纯迟延较大的被控对象。
33、如果同时采用几种滤波方法，一般先用中位值滤波法或限幅滤波法，然波方法，一般先用中位值滤波法或限幅滤波法，然后再用平均值滤波法。如果应用不恰当，非但达不后再用平均值滤波法。如果应用不恰当，非但达不到滤波效果，反而会降低控制品质。到滤波效果，反而会降低控制品质。计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件 计算机从模拟量输入通道得到的检测信号与该计算机从模拟量输入通道得到的检测信号与该信号所代表的物理量不一定成线性关系。例如，差信号所代表的物理量不一定成线性关系。例如，差压变送器输出的孔板差压信号同实际的流量成平方压变送器输出的孔板差压信号同实际的流量成平方根关系；热电偶的热电势与其所测温度成
34、非线性关根关系；热电偶的热电势与其所测温度成非线性关系等。而在计算机内部参与运算和控制的二进制数系等。而在计算机内部参与运算和控制的二进制数希望与被测参数成线性关系，其目的是既便于运算希望与被测参数成线性关系，其目的是既便于运算又便于显示。为此，必须对非线性参数进行线性化又便于显示。为此，必须对非线性参数进行线性化处理。处理。 2.6.2其它数据预处理 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件1 1线性化处理线性化处理 (2-38) (2)(2)热电偶的热电势与温度热电偶的热电势与温度 (1)(1)孔板差压与流量孔板差压与流量 (2-40) 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣
35、课件2 2标度变换标度变换 生产过程中的各种参数具有不同的量纲，如生产过程中的各种参数具有不同的量纲，如电压的单位为电压的单位为V V，电流的单位为，电流的单位为A A，温度的单位为，温度的单位为等。等。 而且经一次检测仪表输出信号的变化范围也而且经一次检测仪表输出信号的变化范围也不相同，如热电偶的输出为毫伏信号，电压互感不相同，如热电偶的输出为毫伏信号，电压互感器的输出为器的输出为0 0100V100V，等等。，等等。 为了进行显示、打印、记录或报警，又必须为了进行显示、打印、记录或报警，又必须把这些数字量转换成具有不同量纲的数值，以使把这些数字量转换成具有不同量纲的数值，以使操作人员进行监
36、视和管理，这就是所谓的标度变操作人员进行监视和管理，这就是所谓的标度变换，也称为工程量转换换，也称为工程量转换。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件(2-41) (2)(2)非线性参数的标度变换非线性参数的标度变换 (1) (1) 线性参数的标度变换线性参数的标度变换 (2-44) 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件 3 3系统误差的校准系统误差的校准 系统误差是指在相同条件下，经过多次测量，系统误差是指在相同条件下，经过多次测量，误差的数值（包括大小符号）保持恒定、或按某误差的数值（包括大小符号）保持恒定、或按某种已知的规律变化的误差，因此可以通过适当的种已知的规
37、律变化的误差，因此可以通过适当的技术途径来确定并加以校准。技术途径来确定并加以校准。 在系统的输入通道中，一般均存在零点偏移在系统的输入通道中，一般均存在零点偏移和漂移，放大电路的增益误差及器件参数的不稳和漂移，放大电路的增益误差及器件参数的不稳定等现象，由此产生的误差都属于系统误差。零定等现象，由此产生的误差都属于系统误差。零点偏移校准在实际中应用最多，并且常采用程序点偏移校准在实际中应用最多，并且常采用程序来实现，称为数字调零。来实现，称为数字调零。 此外，还应对系统的增益误差进行校准。此外，还应对系统的增益误差进行校准。 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件(2-46) (1
38、)(1)全自动校准全自动校准 图2-66 全自动校准电路计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件(2-47) (2)(2)人工自动校准人工自动校准 计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件2.7输入输出通道模板实例 2.7.1多功能输入输出板卡 研华研华PCI-1711PCI-1711是基于是基于PCIPCI总线的一款高性能的总线的一款高性能的多功能数据采集控制卡。多功能数据采集控制卡。计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件PCI-1711PCI-1711的性能特点：的性能特点：A/DA/D转换精度：转换精度：1212位；位； 转换速率：转换速率：100kS/s100
39、kS/s； 带有带有1K1K的的FIFOFIFO型数据采集缓冲双口型数据采集缓冲双口RAMRAM； 提供了提供了1616路单端输入；路单端输入； 2 2路独立的路独立的1212位位D/AD/A输出通道；输出通道； 1616个可定义的数字量输入输出通道个可定义的数字量输入输出通道 带有一个最高输入频率为带有一个最高输入频率为10MHz10MHz的的1616位计数器位计数器 具有自动校准功能具有自动校准功能计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-67 PCI-1711多功能卡结构框图计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-68 68芯接头引脚图计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件图2-69 PCI-1711多功能卡实物照片计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件第2章完计算机控制系统刘士荣课件计算机控制系统刘士荣课件
