第一章第二节自动装置及其数据的采集处理讲解
自动化系统的数据采集与处理
自动化系统的数据采集与处理在现代工业和科技领域，自动化系统的数据采集与处理是一个不可或缺的重要环节。
通过自动化系统，我们可以实现大规模、高效、准确的数据采集，并对采集到的数据进行处理和分析，从而为决策和优化提供有力支持。
本文将从数据采集和数据处理两个方面，介绍自动化系统在这两个环节的应用与意义。
一、数据采集数据采集是自动化系统中的第一步，它是指通过各种传感器、检测设备等手段，将实时的物理量、参数、状态等信息转化成数字信号，供计算机系统进行处理和分析。
数据采集在自动化系统中具有至关重要的作用，它直接影响到后续数据处理的质量和准确性。
在自动化系统中，数据采集可以通过多种方式实现。
其中，最常见的方式是使用传感器进行实时监测和采集。
传感器可以根据需要，量化测量温度、压力、流量、湿度、速度等各种物理量，并将其转化为电信号输出。
这种方式具有快速、准确的特点，适用于各种不同的工业和科技领域。
此外，数据采集还可以通过人机交互界面实现。
在一些特定的场景中，人们可以通过触摸屏、键盘等手段，将数据输入到系统中进行采集。
这种方式操作简单、灵活性高，适用于需求变动频繁和精细度要求不高的场景。
二、数据处理数据采集完成后，接下来就是对采集到的数据进行处理和分析。
数据处理是将数据进行清洗、整理、转换和分析的过程，旨在从原始数据中提取出有用的信息，并为决策和优化提供支持。
在数据处理的过程中，最常见的方式是使用计算机过程自动化（Computer Process Automation, CPA）技术。
CPA技术可以通过编写代码、使用特定的软件工具等方式，对采集到的数据进行清洗、整理等操作，并运用统计分析、机器学习等方法，从中发现规律和趋势。
数据处理的结果可以呈现为各种形式，如报表、图表、图像等。
这样的结果可以直观地展示数据的特点和规律，帮助使用者更好地理解和分析数据。
同时，数据处理还可以将结果输出为数据文件，供其他系统或模型进行进一步处理和分析。
电力系统自动装置原理附录思考题答案上课讲义
电力系统自动装置原理附录思考题答案第一部分 自动装置及其数据的采集处理1-1．采用式1-13对电流进行分解，0a 、n a 、n b 的物理意义分别是什么？ 【答案提示】0a ：直流分量；n a ：n 次谐波分量的实部；n b ：n 次谐波分量的虚部。
1-2．采样的前期处理讨论： 【答案提示】如果正态分布均匀，那么采用4只电阻串联采样的方式要比采用一只电阻采样的精确度高；是用算术平均法进行滤波有两种方式，其一：10~1021a a a a+++= ；其二：2~211a a a +=，2~~312a a a +=，2~~423a a a += (2)~~108a a a +=。
第二种方法只占有3个内存变量，每一次计算结果覆盖了前一次的采样数据，节省内存，另外，第二种方法滤波后的权重比例合理，10a 占权重为50%，更加接近采样的后期，因此计算机采样中经常采用。
第一种方法的权重完全一样，10个采样数据各占10%，另外它需要11个内存变量。
总的来看，第二种方法的误差和实际意义都大于第一种。
第二部分 自动并列2-1．略 2-2．略2-3．已知：两个区域电网的等值机系统如附图1-1所示，其电压幅值相等，频率分别为：t f cos 1.0501+=Hz ，t f 2sin 1.0502+=Hz ，现准备进行恒定越前时间准同期互联操作，设远程通讯和继电器动作时间之和为0.14秒，求调度中心发出合闸信号的时刻。
第二部分 自动并列2-3．已知：两个区域电网的等值机系统如附图1-1所示，其电压幅值相等，频率分别为：t f cos 1.0501+=Hz ，t f 2sin 1.0502+=Hz ，现准备进行恒定越前时间准同期互联操作，设远程通讯和继电器动作时间之和为0.14秒，求调度中心发出合闸信号的时刻。
【答案提示】合闸相角差表达式为：⎩⎨⎧-=-=-==20100212sin 2.0cos 2.0)(22δδδππππδe s e t t f f f 先不考虑提前量，则有：01.02cos 1.0sin 2.0]2sin 2.0cos 2.0[0→++=+-=⎰πππδππδt t dt t t e e251sin 01sin sin 1sin 21sin 212cos sin 222-=⇒=--=+-+=++t t t t t t t 8078.32+=πk t 或6662.02-=πk t8078.31=t ， 5.61692=t ，……考虑时间提前量0.14秒，则调度中心发出合闸信号的时刻可为：3.6678秒，5.4769秒，等等。
工业自动化中的数据采集与处理技术应用教程
工业自动化中的数据采集与处理技术应用教程工业自动化的发展，使得数据采集和处理技术在生产过程中扮演着极为重要的角色。
通过对工业场景中的数据进行采集和处理，企业能够实现生产过程的实时监控和有效控制，提高生产效率和品质。
本文将介绍工业自动化中的数据采集与处理技术的应用，并提供一些技术指导和实际案例，以帮助读者深入了解这一领域。
一、数据采集技术1. 传感器技术传感器是数据采集的重要工具，可以将物理量、化学量或生物量转换为电信号。
在工业自动化中，各种类型的传感器被广泛应用于测量温度、压力、流量、液位等过程变量。
例如，温度传感器可以测量加热炉的温度，压力传感器可以测量管道中的压力变化。
传感器的选择应根据具体的应用和要求进行，确保数据采集的准确性和可靠性。
2. 无线通信技术传统的数据采集系统通常使用有线连接，但由于工业生产环境的复杂性，有时难以布设和维护有线网络。
因此，无线通信技术被广泛应用于工业自动化中的数据采集。
无线传感器网络（WSN）可以实现分散的数据采集，并通过无线通信传输数据至中央服务器。
利用无线通信技术，工业企业可以实现实时的监测和控制，提高生产过程的灵活性和可靠性。
3. 边缘计算技术在大规模数据采集的背景下，传统的数据处理方式已无法满足工业自动化的需求。
边缘计算技术的出现填补了这一空白。
边缘计算将数据处理从中央服务器转移到靠近数据源的边缘设备上，可以实现更快速的数据处理和决策。
例如，在一个工厂的生产线上，通过将传感器数据进行实时分析，边缘设备可以快速检测到异常情况并触发相应的控制措施，从而提高生产效率和品质。
二、数据处理技术1. 数据存储与管理在工业自动化中，大量的数据需要被采集和保存。
数据存储与管理技术是保证数据可靠性和可用性的基础。
传统的数据库系统可以用来存储和查询数据，但在大规模数据采集的场景下，需要更强大和可扩展的存储和管理系统。
近年来，分布式存储系统（如Hadoop和Spark）和云存储技术得到了广泛应用，提供了高性能、可扩展和弹性的存储方案。
电力系统自动装置课程复习要点
《电力系统自动装置》课程复习要点课程名称：《电力系统自动装置原理》适用专业：电力系统自动化辅导教材：《电力系统自动装置原理》（第5版）杨冠城主编绪论1、电力系统自动化对安全、经济、优质运行的作用；2、电力系统自动化的基本内容；3、电力系统的运行状态与调度控制。
第一章自动装置及其数据的采集处理第一节自动装置的组成微机，工控机，集散控制系统，现场总线控制系统第二节采样、量化与编码技术第三节交流采用的电量计算和前置算法香农采样定理，量化，编码，前置处理(标度变换，数据检验，线性化，滤波)，电量计算第二章同步发电机的自动并列第一节概述第二节准同期并列基本原理第三节自动并列装置的工作原理第四节频率差与电压差的调整第五节微机型（数字型）并列装置的组成同步运行、并列操作、准同步并列、自同步并列、同步并列条件、导前时间、自动准同步装置基本功能、整步电压等。
从框图上熟悉线性整步电压的获得方法、波形及特点。
在此基础上掌握ZZQ—5型装置的构成及功能，通过构成框图和波形图掌握合闸部分各环节的原理，尤其是合闸方框图的原理，熟悉频差方向鉴别方法及对调频部分的基本要求、调频部分的构成方框图，分析波形及特点；了解压差大小和方向鉴别的方法及调压部分的构成；清楚各部分之间的联系及ZZQ—5型装置的主要技术参数；对数字式并列装置的特点、硬件、软件有一定的了解。
第三章同步发电机的励磁自动控制系统第一节概述第二节同步发电机励磁系统第三节励磁系统中的整流电路第四节励磁控制系统调节特性和并联机组间的无功分配第五节励磁调节装置原理理解励磁系统的作用和对自动调节励磁装置的基本要求，励磁方式、励磁调节方式及特点；能分析可控整流电路的作用、工作原理及工作特性；掌握励磁调节器的构成、工作原理、工作特性；明确励磁调节器静特性调整的原因、内容及目的；熟悉强励、灭磁的定义及工作原理。
第四章励磁自动控制系统的动态特性第一节概述第二节励磁控制系统的传递函数第三节励磁自动控制系统的稳定性第四节励磁自动控制系统对电力系统稳定的影响1、励磁控制系统的传递函数，励磁机，励磁调节器(测量比较，综合放大，功率放大)，发电机及整个励磁控制系统的传递函数2、励磁控制系统的稳定分析(根轨迹方法)，改善方法(励磁系统稳定器)3、发电机的详细动态特性，励磁系统稳定器对电力系统稳定性的影响，及电力系统稳定器(PSS)第五章电力系统频率和有功功率的自动调节第一节电力系统的频率特性第二节调速器原理第三节电力系统的频率调节及其特性第四节电力系统自动调频第五节电力系统的经济调度与自动调频了解电力系统调频的实质和重要性；了解负荷的静态频率特性及负荷调节效应；了解调速器的工作原理及其静态调节特性、配有调速器的发电机组的功率频率特性，以及发电机组的频率调节特性与机组间有功功率分配的关系.应当掌握电力系统的调频方式和调频准则,建立起经济调度与自动调频的基本概念.第六章电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置第一节概述1、频率下降多电力系统的影响第二节自动低频减载1、自动低频减载的工作原理：最大功率缺额，动作顺序（分级），级差的选择（选择性与否），每级切除的负荷的限制，防误措施第三节其他安全自动控制装置1、自动解列，水轮机低频自启动，自动切机，电气制动教学方式与考核教学方式：面授辅导考核方式：考勤、开卷考试电力系统自动化装置复习资料一：选择1、同步发电机机端电压与电网电压的差值的波形是（）。
数据采集技术PPT课件
集与处理系统，可实现从数据采集、处理到 控制的全部工作。
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（4）数据采集过程一般都具有“实时”特性，实时的 标准是能满足实际需要。
（5）随着微电子技术的发展，电路集成度的提高，数 据采集系统的体积越来越小，可靠性越来越高，出 现单片数据采集系统。
✓ CMOS：互补金属氧化物（PMOS管和NMOS管）共 同构成的互补型MOS集成电路制造工艺，功耗很低、 电压范围宽、抗干扰能力强。
✓ TTL：集成电路输入级和输出级全采用晶体管组成的 单元门电路，多发射极实现输入级“与”逻辑，输 出级晶体管实现“非”逻辑。与非门输出结果为： 有0出1，全1出0。+5V等价于逻辑“1”，0V等价于 逻辑“0”，被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平） 信号系统 。
率信号和开关量信号等。
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二、数据采集系统的主要性能指标 ➢ ①系统分辨率； ➢ ②系统精度； ➢ ③采集速率； ➢ ④动态范围； ➢ ⑤非线性失真。
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第二节 数据釆集基本电路
一、运算放大器和测量放大器 1.运算放大器 在模拟集成电路中，集成运算放大器是最基本
又是用途最广的一种电路。集成运算放大器是 高增益、多级直接耦合放大器，在模拟计算中， 这种放大器能够实现各种数学运算，故称为运 算放大器。 ✓ 直接耦合:将前一级的输出端直接连接到后一级 的输入端。 高增益单片集成化运算放大器在自动控制、测 量仪表、计算技术等许多方面都有着极其广泛 的应用，是模拟电子领域中最重要的有源器件。
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模拟多路开关有机械式、电磁式和电子式三大类。 ➢ 纯机械式开关在现代数据采集系统中已很少使用。 ➢ 电磁式多路开关主要是指各种继电器、干簧管等，
自动化控制系统中的数据采集与处理
自动化控制系统中的数据采集与处理现代自动化控制系统通常涉及大量的传感器和执行器，而数据采集与处理是实现自动化控制的核心环节之一。
本文将探讨在自动化控制系统中，数据采集与处理的重要性以及一些常用的方法和技术。
一、数据采集的重要性数据采集是自动化控制系统中的第一步，它涉及到对环境、设备和过程等信息进行收集和记录。
数据采集的主要目的是获取所需的实时数据，以便对系统进行控制和监测。
在自动化控制系统中，正确、准确地采集数据对于实现系统的稳定运行和高效控制至关重要。
数据采集的过程包括传感器的选择和安装、信号调理、模拟信号的数字化转换等。
传感器的选择要考虑到被测量的参数类型、精度要求、环境条件等因素。
安装传感器时需要注意安装位置的选择和固定方式，以确保采集到的数据准确可靠。
二、数据采集的方法和技术1. 模拟信号采集：传感器通常会输出模拟信号，因此需要将模拟信号转换为数字信号。
这一步骤称为模拟信号采集。
常见的模拟信号采集方法包括差分放大、滤波、采样和保持等。
2. 数字信号采集：在自动化控制系统中，数字信号采集是更为常见的方法。
数字信号采集可以通过使用模数转换器将模拟信号转换为数字信号。
数字信号采集具有抗干扰能力强、稳定性高、精度高等优点，适用于各种控制系统。
3. 无线传输：近年来，随着物联网技术的发展，无线传输在数据采集中得到广泛应用。
无线传输技术可以将数据从传感器无线传输到数据采集中心，避免了布线的麻烦，提高了系统的灵活性和可扩展性。
三、数据处理的方法和技术1. 数据预处理：采集到的原始数据通常会包含噪声、干扰等不确定因素，需要进行数据预处理。
数据预处理的方法包括滤波、去噪、校正等，目的是提高数据的可靠性和准确性。
2. 数据分析：数据分析是数据处理的关键环节，它可以通过统计方法、数学模型等手段对采集到的数据进行分析和处理。
数据分析可以得到系统的运行状态、故障诊断信息等，为后续的控制和决策提供支持。
3. 数据存储与传输：在自动化控制系统中，数据存储和传输是必不可少的环节。
工业自动化系统操作规程
工业自动化系统操作规程第一章工业自动化系统概述 (2)1.1 系统简介 (2)第二章系统安装与调试 (4)1.1.1 安装前准备 (4)1.1.2 安装流程 (4)1.1.3 注意事项 (4)1.1.4 调试前准备 (4)1.1.5 调试流程 (4)1.1.6 注意事项 (5)第三章系统操作准备 (5)1.1.7 培训目的 (5)1.1.8 培训内容 (5)1.1.9 培训方式 (5)1.1.10 培训周期 (5)1.1.11 培训要求 (5)1.1.12 设备检查目的 (6)1.1.13 设备检查内容 (6)1.1.14 设备检查周期 (6)1.1.15 设备检查要求 (6)第四章设备操作规程 (6)1.1.16 启动前准备 (6)1.1.17 启动操作 (7)1.1.18 启动注意事项 (7)1.1.19 运行监控 (7)1.1.20 运行维护 (7)1.1.21 运行注意事项 (7)1.1.22 停机操作 (7)1.1.23 停机检查 (8)1.1.24 停机注意事项 (8)第五章系统监控与维护 (8)1.1.25 监控系统概述 (8)1.1.26 监控系统构成 (8)1.1.27 监控系统操作规程 (8)1.1.28 维护保养目的 (9)1.1.29 维护保养内容 (9)1.1.30 维护保养操作规程 (9)第六章故障处理与排除 (9)1.1.31 概述 (9)1.1.32 故障分类 (9)1.1.33 故障发觉与报告 (10)1.1.34 故障诊断 (10)1.1.35 故障处理 (10)1.1.36 故障原因分析 (10)1.1.37 故障预防与改进 (11)1.1.38 故障记录与反馈 (11)第七章安全生产 (11)1.1.39 操作前准备 (11)1.1.40 操作流程 (11)1.1.41 操作注意事项 (11)1.1.42 设备故障应急处理 (11)1.1.43 人员伤害应急处理 (12)1.1.44 火灾应急处理 (12)1.1.45 其他突发事件应急处理 (12)第八章质量控制 (12)1.1.46 质量标准概述 (12)1.1.47 质量标准内容 (12)1.1.48 质量标准制定原则 (13)1.1.49 质量检测概述 (13)1.1.50 质量检测方法 (13)1.1.51 质量检测流程 (13)1.1.52 质量检测要求 (13)第九章系统升级与改造 (14)1.1.53 系统升级目的 (14)1.1.54 升级前的准备工作 (14)1.1.55 升级流程 (14)1.1.56 升级过程中的注意事项 (14)1.1.57 改造背景 (14)1.1.58 改造目标 (14)1.1.59 改造方案 (15)第十章系统管理 (15)1.1.60 目的与意义 (15)1.1.61 适用范围 (15)1.1.62 组织架构 (15)1.1.63 管理制度 (15)1.1.64 运行管理措施 (16)1.1.65 安全管理措施 (16)1.1.66 维护管理措施 (16)1.1.67 人员管理措施 (16)第一章工业自动化系统概述1.1 系统简介工业自动化系统是指在工业生产过程中，利用计算机、通信、控制等技术，对生产过程进行自动检测、自动控制、自动调节和自动管理的系统。
自动控制系统的数据采集与处理
自动控制系统的数据采集与处理自动控制系统是一种利用计算机和相关技术实现自动化控制的系统。
而数据采集与处理是自动控制系统中至关重要的一环。
本文将就自动控制系统的数据采集与处理进行探讨。
一、数据采集的定义与目的数据采集是指通过各种传感器或测量设备收集目标对象的信息，并将其转换为可理解和处理的数据形式。
数据采集的目的在于提供真实、准确的信息，为后续的数据处理和决策提供支持。
二、数据采集的方法与技术1. 传感器技术传感器是实现数据采集的核心技术之一。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、流量传感器等。
通过传感器可以将目标对象的物理量转换为可测量和可记录的电信号或数字信号。
2. 通信技术数据采集需要将采集到的数据传输至数据处理单元或者上位机进行进一步处理。
常见的通信技术包括有线通信和无线通信。
有线通信主要采用常见的通信接口，如RS232、RS485，而无线通信可采用蓝牙、WiFi、LoRa等无线传输方式。
3. 数据压缩与优化在进行数据采集时，要考虑到数据的实时性、精确性以及数据量对系统的负荷影响等因素。
对于大量数据采集的系统，可以采用数据压缩与优化技术，减少数据的冗余和传输压力。
三、数据处理的定义与过程数据处理是指对采集到的原始数据进行处理、分析和计算，得到有用的信息和结果的过程。
数据处理的目标在于从原始数据中获取有意义的信息，并为决策提供依据。
数据处理的过程主要包括数据预处理、特征提取、建模与仿真、控制策略设计等环节。
具体而言，数据预处理用于对原始数据进行滤波、降噪、纠正等操作；特征提取则对数据进行统计分析和特征提纯，以获取更有意义的指标和特征；建模与仿真阶段将采集到的数据进行建模分析，并通过仿真验证不同的控制策略的可行性；最后，控制策略设计环节将整合前期处理得到的信息和模型，进一步优化与控制系统的设计。
四、数据采集与处理在自动控制系统中的应用自动控制系统中的数据采集与处理广泛应用于工业自动化、军事装备、环境监测、交通运输等各个领域。
自动装置及其数据的采集处理
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采样
对连续的模拟信号 x(t)，按一定的时间 间隔Ts，抽取相应 的瞬时值
1
第二节、采样、量化与编码技术
采样开关控制信号
采样过程 采样过程可以看作是脉冲调过程，采样开关可以看 作是调制器。输入信号与输出信号之间的关系可以表达为 假设采样脉冲为理想脉冲，且考虑到时间为负值无物理意义
一、采样
把量化信号的数值用二进制代码表示，称之为编码。
二进制的数码由多个码位组成，最左端的码位叫最高有效位（MSB)；最右端的码位叫最低有效位（LSB)。每个码位有“0”、“1”两个状态，量化引入的最大误差为
量化和编码都由A/D转换器完成
采用逐次逼近式ADC。
3
2
1
4
2、编码
据上式计算出幅值和相位角。
根据傅氏采样算法，基波信号的实部和虚部分别为
DCS
FCS
数据采集测控站 通讯接口 上位机
现场总线主节点 现场总线从节点 路由器
01
04
02
03
运行参数设置程序
系统管理（主控制）程序
信号采集与处理程序
通信程序
二、软件
编码
把量化信号的数值 用二进制代码表示
3
量化
把采样信号的幅值 与某个最小数量单 位的一系列整数倍 比较，以最接近于 采样信号幅值的最 小数量单位倍数来 表示该幅值。
采样周期Ts决定了采样信号的质量和数量： Ts太小：数据剧增，占用大量的内存单元 Ts太大：模拟信号的某些信息丢失，信号失真
采样定理：指出了重新恢复连续信号所必须的最低采样频率，以保证能不失真地恢复原信号x(t)
采样频率
自动识别与数据采集技术教材课件汇总完整版ppt全套课件最全教学教程整本书电子教案全书教案课件合集
第二节 条码识别技术
一、条码识别技术概述
1.条码概述
(1)条码和条码系统 (2)条码符号的组成 空白区 (前)、起始符、数据符、分隔符、校验符、终止符、空白区 (后)。
条码
(3)条码的特点 1)可靠性强。 2)效率高。 3)成本低。 4)易于制作。 5)易于操作。 6)灵活实用。 (4)条码的码制 国际上通用的条码码制有 EAN-13条码、ITF-14条码和 GS1-128条码三种。
第一节 计算机网络技术
一、计算机网络概述
1.计算机网络的概念
计算机网络是把分布在不同地点并具有独立功能的多个计算机系统，通过 通信设备和线路联结起来，在网络软件和协议的管理下，以实现网络中资源 共享为目标的系统。
2.计算机网络的主要功能
(1)共享资源 1)共享硬件资源。 2)共享软件资源。 3)共享数据资源。 4)共享信道资源。 (2)网络通信 (3)分布处理 (4)集中管理
5. EDI 的类型
(1)订货信息系统 (2)电子金融汇兑系统 (EFT) (3)交互式应答系统 (IQR) (4)带有图形资料自动传输的 EDI
二、EDI 在物流中的应用
1. EDI 在运输企业中的应用 2. EDI 在第三方物流企业中的应用 3. EDI 在配送中心中的应用 4. EDI 在批发企业中的应用 5. EDI 在海关业务中的应用
(1)空间部分 (2)地面监控部分 (3)用户设备部分
二、网络 GPS（WebGPS）
1.网络 GPS 的特点
一是功能多、精度高、覆盖面广。 二是定位速度快。 三是信息传输采用数字移动通信网络，具有保密性强、系统容量大、抗干 扰能力强、漫游性能好、移动业务数据可靠等优点。 四是构建在互联网这一最大的网络公共平台上，具有开放度高、资源共享 程度高等优点。
电力系统自动装置第1章 自动装置及其数据的采集处理
n1
(an
c os nt
bn
sin
nt)
n次谐波的余弦振 幅
an
2 T
T
2 T
2
f (t) cosnt
n次谐波的正弦振
幅
bn
2 T
T
2 T
f (t) sin nt
2
2
T
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交流采样的电气量计算和前置处理
n=1时，基频分量 的余、正弦振幅
f(t)中的基频分量为：
a1
2 T
T
2 T
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软件组成
☆系统软件 ★Linux ★WinCE
☆应用软件 ★信号采集与预处理程序：信号采集、标度变换、滤波、存储 ★主算法程序：将各个功能模块组成为一个程序系统。 ★运行参数设置程序：参数量程、采样通道号、采样周期等设置。 ★通信程序：上位机与各个站之间的通信。
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（3）线性化处理 变送器输出信号与被测参数间可能有非线性关系，为 提高测量精度，可采取线性拟合措施，消除非线性误 差。 （4）数字滤波 可减少或避免采用阻容元件滤波引起的时间滞后。 算术平均滤波、加权平均法、一阶递归滤波等。
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手动切换与手动同期装置
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微机自动准同期控制器
有 效 性 检 验
线 性 化 处 理
数 字 滤 波
数 据 保 存
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实际应用中，计算机采集的模拟量种类较多，用不同 的传感器将这些模拟量转换为电压或电流量，经A/D 变换为数字量，以不同的通道号代表不同的物理量， 存入指定的存储单元，送计算机处理。 数据还要进行前置处理，内容有 （1）标度变换 同样进入A/D的电平信号，代表的意义可能不同。 （0-10V或4-20mA），可代表蒸汽压力或温度，或电 压量值。由算法乘以不同的标度变换系数，将量值恢 复到原来的物理量。 （2）数据的有效性检验 由物理量的特性进行判断，剔除错误或干扰信号。
第一章第一节自动装置及其数据的采集处理
模拟信号和数字信号
（三）、集散系统和现场总线系统
现场总线系统
现场总线 主节点 PC机
组成：
现场总线主节 点（主设备、主 站）：
整个现场总线 的协调者，在总线 上完成信息发起的 功能。 提供人机接口
区域路由器 区域路由器 现场总线 从节点 现场总线 从节点 现场总线 从节点
... ...
... ...
STD总线工业控制计算机结构示意图
STD 工控机电源 STD CPU单元 STD A/D单元 STD 存储器单元 STD 系统支持单元
STD 定时器单元
STD I/O单元
STD 键盘显示板
键盘显示
STD总线工业控制计算机结构组成
STD 工控机电源 STD CPU单元 STD A/D单元 STD 存储器单元 STD 系统支持单元
通信控制器用来控制通信过程，确定通信的数据、地址以及 建立/拆除通信的数据链路。
通信收发器用来处理通信的物理层功能。包括物理引线的排列、 机械特性和物理电平
微型计算机系统组成
7. CPU及外部设备
自动装置的核心部件。
对系统的工作进行控制和管理。
对采集到的数据作必要处理，然后根据要求作出判断和指令。
1.CPU单元
STD 定时器单元
STD I/O单元
STD 键盘显示板
键盘显示
STD总线的主处理单元。 包含处理数据、地址和各种控制功能，并且控制其他单元的工 作。 负责整个工控系统的计算、数据处理和控制等工作 一般含有高速的CPU和协处理器，能够与计算机PC/XT总线兼 容。
STD总线工业控制计算机结构组成
传感器
被 测 物 理 量 、 状 态 量
传感器 传感器
第一章自动装置及其数据的采集处理
交流接口：输出量为与输入量参数成比例的、幅度较小的 交流电压。即把PT、CT的二次侧信号经中间变压器或中 间变流器转换成与其成比例的、幅值较低的交流电压。
电力系统 自.模拟多路开关（MUX)
上位机
双机热备用方式 上传数据处理。系统协调，确定控制策略。下达控制信号。
上位机与工作站通信：
串行通信方式进行通信。介质访问方式一般为令牌形式。
电力系统 自动装置原理
集散系统特点
系统适应性强 系统分散性 并行结构，解决大型、高速、动态系统的需要 实时性能好 对上位机具有一定的技术要求
采样定理：指出了重新恢复连续信号所必须的 最低采样频率，以保证能不失真地恢复原信号 x(t)
香农（Shannon）采样定理
采样频率
s 2 m
模拟信号频谱中最高频 率
电力系统 自动装置原理
量化
设N为数字量的二进制代码 位数，量化单位定义为量化 器满量程电压值VFSR（Full Scale Range）与2N的比值， 用q表示，即
电力系统 自动装置原理
STD总线工业控制计算机结构组成
6.I/O单元
实现开关量输入输出的功能单元。 电平输出，功率输出。 各种信号均具有锁存功能。
7.键盘显示板
键盘输入、显示输出、打印机接口等部分。 8.通信单元 承担计算机对外的通信任务。
电力系统 自动装置原理
工控机电源技术性能要求：输入电压、输出电压、 输入电流等； 要求：输入侧带交流滤波、输出侧具备过电压与 过电流保护、较高的可靠性和抗干扰能力、低功
2.运行参数设置程序：
对系统运行参数进行设置。 包括采样通道信号、采样点数、采样周期、信号量程范 围和工程单位等。
测控基础(8)-采集采集处理
2、数值断续 把采用信号Xs(nTs)以某个最小数量单位的整数倍来度量，这个过 程称为量化。这样采样信号Xs(nTs）变为量化信号Xq(nTs），再经过 编码，转换为离散的数字信号x(n)（即时间和幅值是离散的信号）简 称为数字信号。
以上转换过程可以用图表示
在对连续的模拟信号作离散化处理必须遵守一个原则。如果随意进
系统中,τ <<Ts，也就是说,在一个采样周期内,只有很短的一段时间采样开关是闭合的。
采样过程可以看作为脉冲调制过程,采样开关可看作调制器。这种脉冲调制过程是将输 入的连续模拟信号x(t)的波形，转换为宽度非常窄而幅度由输入信号确定的脉冲序列, 如图所示脉冲调制过程. 。
输入信号与输出信号之间关系表达为：
这里需要指出，在图1—1所示的微型计算机数据采集系统中，加上D
／A转换器就构成了微型计算机数据采集与控制系统。
第2节 模拟信号的数字化处理
一、概述 数据采集系统中采用计算机作为处理机。众所周知，计算机内部参与运算的
信号是二进制的离散数字信号，而被采集的各种物理量一般都是连续模拟信号。
因此，在数据采集系统中同时存在着两种不同形式的信号：离散数字信号和连续 模拟信号。在研究开发数据采集系统时，首先遇到的问题是传感器所测量到的连
于以上所描述的情况，必遵守如图所示的时序图。
由上图可知，数据采集系统工作时，各个器件必须按照以下过程顺序执行： (1)模拟多路开关开始切换。
(2)程控放大器放大倍数开始切换。
(3)采样／保持器开始保持。 (4)A／D转换器开始转换。
(5)A／D转换完成。
定时电路就是按照各个器件的工作次序产生各种时序信号，而逻辑控制电路 是依据时序信号产生各种逻辑控制信号。
自动化过程中的数据收集与处理
自动化过程中的数据收集与处理随着科技的不断进步和自动化技术的广泛应用，越来越多的企业和组织开始采用自动化系统来提高生产效率和降低成本。
在自动化过程中，数据的收集与处理是至关重要的，它直接影响到系统的运行效果和决策的准确性。
本文将探讨自动化过程中的数据收集与处理的方法与技巧。
一、数据收集数据收集是自动化过程中的第一步，它涉及到从各种传感器和设备中获取信息并记录下来。
数据收集的目的是为了了解系统的运行状况和相关参数，以便进行后续的分析和决策。
以下是常见的数据收集方法：1. 传感器数据收集：自动化系统通常使用各种传感器来获取实时的物理量和环境信息，比如温度、湿度、压力等。
这些传感器可以直接通过模拟或数字信号与控制系统交互，将采集到的数据发送给数据采集器或中央处理器进行记录和分析。
2. 仪器设备接口：许多自动化设备和仪器都有标准的接口，可以通过有线或无线连接方式将数据传输给数据采集系统。
这样的接口包括以太网、RS-232、USB等。
通过这些接口，数据可以以数字格式传输，减少了数据传输中的干扰和误差。
3. 数据日志记录：在某些情况下，数据无法直接从传感器或设备中获取，或者需要长期监测某一参数的变化。
这时可以使用数据记录器或数据采集卡将数据定期记录，然后通过数据线或存储卡的方式传输给数据处理系统。
二、数据处理数据收集完毕后，接下来就是对数据进行处理和分析。
数据处理的目的是提取有价值的信息、发现潜在的问题，为决策和优化提供支持。
以下是常见的数据处理方法：1. 数据清洗：由于数据收集过程中可能受到噪声、干扰等因素的影响，收集到的数据可能存在错误或异常。
因此，在进行数据分析之前，首先需要对数据进行清洗和筛选，剔除无效数据，修正错误数据，确保数据的准确性和完整性。
2. 数据转换：有些数据收集到的是原始的物理量，比如温度、压力等，而在进行分析时，可能需要将这些物理量转换为其他形式的数据，例如标准单位、百分比等，以便于比较和统计。
传感器数据采集 ppt课件
5
SDUT
1.1 数据采集的意义与任务
2. 数据采集的意义
①在生产过程中，对工艺参数进 行采集、监测，为提高质量，
作用 降低成本，提供信息。
②在科学研究中，用来获取微观、 动静态信息。
意义：解决靠人不能解决的问题。
数据采集与处理
6
SDUT
1.1 数据采集的意义与任务
例如，物体的运动数据记录、处理。
保证系统具备采样精度的条件下，有 尽可能高的采样速度，以满足实时处理、 控制的要求。
数据采集与处理
8
SDUT
第1章 概 论
1.2 数据采集系统的基本功能
数据采集系统一般具有以下功能：
1. 采集数据
按照采样周期，对模拟、数字、开关信号采样。
2. 模拟信号处理
模拟信号— 指信号幅值随时间连续变化 的信号。
数据采集与处理
数字量 输入
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SDUT
1.3 数据采集系统的结构形式
它由若干个“数据采集站”和一台上位机 及通信线路组成。
数据采集站一般是由单片机数据采集装 置组成，位于生产设备附近，可独立完 成数据采集和预处理任务，还可将数据 以数字信号的形式传送给上位机。
数据采集站与上位机之间通常采用异步 串行传送数据。数据通信通常采用主从 方式，由上位机确定与哪一个数据采集 站进行数据传送。
28
SDUT
第1章 概 论
1.6 学习重点和方法
1. 学习重点: ① 数据采集的基本理论、概念。 ② 数据采集理论的运用。 ③ 数据采集程序的设计。
数据采集与处理
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SDUT
1.6 学习重点和方法
2. 学习方法
①认真听课 ②注意记笔记 ③积极回答问题 ④勤于思考，注意灵活应用
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s ,2s
…为中心的和
1 X ( j) T
形状完全一样的频谱，即频谱产生了周
期延拓。
X(jΩ)
-Ωm Ωm
Ω
X(jΩ)
s m Ωs Ωm
-Ωm Ωm Ωs
2Ωs
Ω Ω
采样定理
时域采样定理 一个频率有限信号 f (t) 如果频谱只占据
m m的范围，则信号 f (t) 可以用等间 隔的抽样值来唯一地表示。而抽样间
x(
j)
1
x (t)e j(ms )tdt
T m
x( j) x(t)e jtdt
x(
j)
1 T
X[
m
j(
ms )]
所以一个连续的时间信号经过理想采样后频谱发生了两个变化：
一是乘以1/T因子；另外是出现了无穷多个分别以
f (t) F (n)e jnt n
F (nwω) 1 t0 T f (t)e jnt dt
T t0
f (t)
FT
1 F()
0 P(t)
t
时
FT T (t) (t nTs )
(1) n
域
抽
样
0
fs (t)
Ts
t
相相 乘卷
FT
0
t
0
p( ) s ( ns )
o
t
采样过程：对连续模拟信号x(t) ，通过一个周期性开闭采样开关
后，在开关输出端输出一串在时间上离散的脉冲信号xs(nTs) 。
xa(t)
(a)
xa(t)
xˆa (t)
(b)
o
t
T
p(t)
s(t)
1
(c)
o
T
t
(e)
o
T
t
xp(t)
xˆa (t)
(d)
o
t(f)ot采样信号定义： xs(nTs) 采样时间定义：开关闭合的时间τ
采样周期、采样频率定义： Ts τ<< Ts
预备知识
脉冲信号：
E
(t
)
0
(t
2
)
(t
2
)
E
2
0
t
2
t
采样过程可以看作脉冲调制过程； 采样开关可以看作是调制器。
输入信号与输出信号之间在关系 xs (nTs ) x(t)T (t) x(t) (t nTs )
Cm T
T /2
jm 2 t
(t)e T dt
1
T / 2
T
T / 2 (t)dt 1
T / 2
T
T (t)
(t
nT
)
1 T
jm 2 t
eT
m
x( j) xs (t)e jtdt x(t)T (t)e jtdt
采样开关输出的信号是由一系列脉冲组成的。
2.采样定理
采样周期决定了采样信号的质量和数量。
选择采样周期必须有一个依据，以保证采样信号能 不失真地恢复原信号，这个依据就是采样定理。
采样定理是采样过程中所遵循的基本定律，它指出 了重新恢复连续信号所必须的最低采样频率。
预备知识
傅立叶级数：
f (t) a0 (an cos nt bn sin nt) n1
第一章 自动装置及其数据的采集处理
第一节 自动装置的组成 第二节 采样、量化与编码技术 第三节 交流采样的电量计算和前置算法
第二节 采样、量化与编码技术
一、采样
xa(t)
1.采样过程
(a)
xa(t)
xˆa (t)
(b)
o
t
T
p(t)
s(t)
1
(c)
o
T
t
(e)
o
T
t
xp(t)
xˆa (t)
(d)
1 Ts
F1( )
f (t)
0
Ts
t
s 2m
s 0 s
1 Ts
F1( )
s 0
s
1
隔不大于 2 fm （其中 m 2fm ），或者
说最低抽样频率为 2 fm 。 奈奎斯特频率：采样频率必须大于原模
拟信号频谱中最高频率的两倍，则模拟信
号可由采样信号来唯一表示 s 2m
不满足采样定理时产生频率混叠现象
f (t)
1 Fs ( )
Ts
0
Ts
0
t
s m m s
因为τ<< Ts ，采样脉冲为理想脉冲， x(t) 在脉冲出现瞬间nTs 取
值为x(nTs ) ，上式可改写为：
xs (nTs ) x(t)T (t) x(nTs ) (t nTs )
时间为负值无物理意义
xs (nTs ) x(nTs ) (t nTs ) n0
n
(s )
频 域
s 0
s
周 期 重
1 Fs ( )
复
Ts
s 0
s
jm 2 t
T (t) (t nT ) Cme T
m
Cm
1 T
T / 2
jm 2 t
(t nT )e T dt
T / 2
1
o
t
(f)
o
t
采样定义：对连续模拟信号x(t) ，按照一定的时间间隔Ts ，抽取 相应的瞬时值，这个过程称为“采样”。
第二节 采样、量化与编码技术
一、采样
xa(t)
1.采样过程
(a)
xa(t)
xˆa (t)
(b)
o
t
T
p(t)
s(t)
1
(c)
o
T
t
(e)
o
T
t
xp(t)
xˆa (t)
(d)
o
t
(f)