監督控制與數據采集技術華東理工大學自動化系王華忠

hzwang@Ch3I/O接口與數據采集技術一、SCADA系統I／O接口概述

過程輸入／輸出通道是SCADA系統上、下位機與被控過程現場測控設備之間的物理信息通道。過程輸入／輸出通道除了有A／D、D／A、DI、DO等I／O設備外，通常還包括一些輔助的部件，如多路轉換開關、放大器、采樣保持器、熱電偶冷端溫度補償裝置等。SCADA系統的I／O接口，不僅實現了計算機與監控過程的信號傳輸，而且還解決了計算機與外部設備連接時存在的各種矛盾，如輸入／輸出信號形式的不同、速度的不匹配、串／并連轉換以及信號隔離等。

二、過程I/O通道AIAODIDO1、數字信號及其調理開關信號連續脈沖信號Input:ReadanopticalencoderOutput:Generateasquarewave分辨率時鐘頻率Input:SenseaswitchclosureOutput:Closeavalve驅動程序的功能通道數DAQ卡需要考慮的指標onofft1-0-t（1）數字信號調理LoadsRequiringACSwitchingorLargeCurrentFlowProductionMonitoringorProcessControlCommon-ModeVoltagesorHighVoltagesElectromechanicalRelaysorSolid-StateRelaysOpticalIsolationSolenoidsValvesMotorsHeatersLampsPumpsElectromechanicalRelaysorSolid-StateRelaysProximitySwitchesLimitSwitchesThermostatsManualSwitches數字I/O圖3.1數字信號調理示意圖2、模擬信號及其調理時域信號VibrationSpeechSonar分辨率采樣率AC精度觸發濾波器TemperaturePressureFlowStrainDC精度頻域信號直流信號ECGBloodpressureSingle-shoteventsChromatograph分辨率采樣率AC和DC精度觸發DAQ卡需要考慮的指標參數0.985ttf各種模擬信號調理低電壓信號電流輸入/輸出RTDs和熱敏電阻熱電偶應變儀隔離放大噪聲濾波電流與電壓的轉換;隔離，放大，噪聲濾波隔離，放大，噪聲濾波冷端補償激勵電源隔離，放大，噪聲濾波激勵電壓全橋和半橋設置隔離，放大，噪聲濾波多功能I/O圖3.2模擬信號調理示意圖3、模數轉換設備A/D把外部電壓信號轉成計算機能夠識別的數字信號，主要性能參數：采樣頻率MaxSamplingRate(S/s),SamplingFrequency(Hz)精度(Resolution)：8bit12bit14bit16bit輸入范圍(InputRange)(增益)：同步采樣(Simultaneousanaloginput)輪詢采樣(Multiplexanaloginput)突發模式采樣(Burstmode)觸發模式(Triggermode)隔離(Isolation)FIFO……（1）A/D分辯率Codewidth=smallestdetectablechangeinvoltage=AD的輸入范圍增益*2nn=#ofADCbits

16-bitADC3-bitADCAmplitudecodewidthTime02010012014040608010.009.757.506.255.003.752.501.250111110100011010001000（2）A/D采樣速率香濃定律

采樣率

>2倍的最高頻率AdequatelysampledAliasedduetoundersampling圖3.3采用頻域確定（3）多通道采集采集模式通道設置掃描順序增益范圍單端/差分輸入單極/雙極連續掃描間隔掃描Straingauge1Straingauge2Battery1Battery2TempPressure同步采樣圖形示例（4）觸發軟件觸發STARTTRIG*InputofMIOBoardEdgeInitiatesAcquisitionTTLSignalLevelandSlopeofAnalogSignalInitiatesAcquisition

LevelandSlopeofAnalogSignalRetrievesAcquisition條件獲取

(軟件)由AIBufferRead設定AIRead調用

AIBufferRead模擬觸發數字觸發圖3.4NI信號調理模塊4、SCXI設備SCXI功能傳感器和信號熱電偶RTDs熱敏電阻應變儀電壓信號

微伏，毫伏，伏電流信號

4—20mA,0—20mA數字信號信號調理多路復用放大隔離濾波傳感器激勵冷端補償三、基于PC的數據采集技術利用嵌入式裝置的數據采集網絡化數據采集利用虛擬儀器技術的數據采集利用PLC等進行數據采集1、數據采集系統類型2、數據采集中的I/O控制方式數據采集就是在CPU的控制下將I／O卡的輸入、輸出數據作轉換，把計算機內存中的數據輸出，或將外部的模擬數據轉換為數字量后再送入內存。根據采樣定理，如果信號的截止頻率很高時，采樣頻率必須相應提高，才能保證頻率不失真，而采樣頻率的最大值是由A／D轉換器的轉換時間決定的。圖3.5A／D轉換過程四、基于PC的數據采集系統編程

圖3.6各種數據采集軟件模式幾種數據采集編程方式直接對寄存器編程進行數據采集基于DLL的數據采集基于ActiveX的數