最新直接数字控制系统教学讲义ppt

通 开关量输入通道（DI） 机
数字量输入（DI）通道
开关触点
过
道 开关量输出（DO）通道
程
数字量输出（DO）通道
开关设备
第11章 直接数字控制系统概述
11.2 控制输入输出通道技术
模板式 过程输入输出通道的结构 模块式
模板式结构：
AI AO DI DO 主机板
BUS BUS
AI AO DI DO
串行通信 或
第11章 直接数字控制系统概述
11.2 过程输入输出通道技术
传感器1 传感器2 传感器3
调理
S/H
调理
S/H
调理
S/H
多
路 模
A/D
计
拟 开
控制逻辑
算
关
机
多路同步取样共用A/D分时采集
传感器
调理电路
S/H
传感器
调理电路
S/H
A/D 转换器
A/D 转换器
计算机
传感器
调理电路
S/H
A/D 转换器
控制逻辑
11.2 过程输入输出通道技术
⑶ 采样保持器 在A/D转换器工作期间采样保持器一直保持着转换开始时的
输入值，因而能抑制由放大器干扰带来的转换噪声，提高模/数 转换器的精确度和消除转换时间的不准确性。
高速采样(如5000～10000点／秒) 必须采用采样保持器。
在低速系统中一般可以省略。
采样保持器的工作方式
11.2 过程输入输出通道技术 11.2.1 概述
DDC系统的输入输出通道是计算机和传感器、执行器之间的
信息传递和变换装置。是连接控制计算机和工业生产过程的桥
梁和纽带。
过程通道
模拟量输入通道（AI）
模拟量输入（AI）通道
测量变送
过 程
模拟量输出通道（AO） 计 算
模拟量输出（AO）通道
执行机构
生 产
第11章 直接数字控制系统概述
11.2 过程输入输出通道技术
3. 模拟量输入通道A/D转换器的选择
⑴ A/D转换器的技术指标
① 分辨率与量化误差
分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化量的技术指 标，是数字量变化一个字所对应模拟信号的变化量。其大小取决 于A/D转换器的位数，所以习惯上以数字量的位数来表示。
量化误差是由A/D 转换器有限字长数字量对输入模拟量进行离 散取样（量化）引起的误差，其大小在理论上为一个单位 （1LSB ）。量化误差和分辨率是统一的，即提高分辨率可以减 小量化误差。
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11.2 过程输入输出通道技术
② 转换精度
转换精度反映了一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换 器在量化值上的差值，用绝对误差或相对误差来表示。
⑵ 多路开关
通过多路模拟开关将多路参数分时送入计算机。
•单向多路开关:AD7501(8路)、AD7506(16路)等； •双向多路外关：CD4051等; •单端输入: CD4051是单端8通道; •双端输入: CD4052是双4通道; •多路输入多路输出:CD8816等。
第11章 直接数字控制系统概述
③ 转换速率
转换速率是指A/D转换器在每秒钟所能完成的转换次数。 转换速率也可表述为转换时间，即A/D转换从启动到结束所 需的时间，转换速率与转换时间互为倒数。
④ 满刻度范围 满刻度范围是指A/D转换器所允许的最大输入电压范围。 满刻度值只是个名义值，实际的A／D转换器的最大输入电 压值总比满刻度值小1/2n（n为转换器的位数）。
第11章 直接数字控制系统概述
⑷ A/D转换器
11.2 过程输入输出通道技术
在工业生产过程中，被测参数，如温度、压力、 流量、液位、成分等都是连续变化的模拟量，而计 算机处理的数据只能是数字量，所以在进入计算机 之前，必须把模拟量转换成数字量（也即A/D转 换）。A／D转换器即是完成模拟量转换为数字量 的器件，在一般情况下，模拟量是指电压。
第11章 直接数字控制系统概述
11.2 过程输入输出通道技术
⑵ A／D转换器的分类(根据转换原理分)
① 逐次比较式
转换时间一般在μs级，转换精度一般在0.1％左右，适 于一般场合。
网络通信
I/O主板
主控 单元
I/O单元 主控单元
Baidu Nhomakorabea
I/O单元
(a)混合集中式
(b)分离分布式
RS-485
模块式结构： 主控单元
A
A
D
D
I
O
I
O
I/O单元
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11.2.2 模拟量输入通道
11.2 过程输入输出通道技术
模拟量输入通道(AI)是计算机用于工业控制、自动 测试、计算机辅助医疗诊断、机器人等科学研究时必 需的模拟数据处理系统。它把各类传感器从现场检测 到的模拟量信号如温度、压力、流量、物位、成分等 转换成计算机可以接收的数字量信号。建立模拟量输 入通道的目的，通常是为了进行参数测量或数据采集。 它的核心部件是A/D转换器及其微处理机的接口。
直接数字控制系统
本章要点
◇ 直接数字控制系统的构成 ◇ 过程输入输出技术及数据处理方法 ◇ 数字PID控制技术及数字控制系统的设计与实现 ◇ 数字控制器的直接设计方法 ◇ 监控组态软件 本章学习目标
◇ 理解直接数字控制系统的构成原理及特点 ◇ 掌握模拟量、数字量输入输出技术 ◇ 深刻理解数字滤波及数据处理方法 ◇ 熟练掌握数字PID控制算法及改进算法 ◇ 掌握单回路、串级、前馈控制策略的计算机实现方法 ◇ 理解数字控制器的直接设计方法 ◇ 了解监控组态软件的功能及应用
多通道同步采样分时传输数据
第11章 直接数字控制系统概述
11.2 过程输入输出通道技术
2. 模拟量输入通道的组成
⑴ 信号调理电路 经由传感器或检测仪表、变送器输入的模拟信号，可能是电
压或电流信号，幅值范围往往和A/D转换器的量程不匹配，而 且一般含有噪声信号，因此需要进行放大、滤波、隔离保护等 处理，称为信号调理。
第11章 直接数字控制系统概述
1. 模拟量输入通道的结构
11.2 过程输入输出通道技术
模拟量输入通道一般包括：信号调理电路、多路转换开关、 采样保持器、A/D转换器等几个组成部分。
传感器
信号调理
多
放大器
S/H
A/D
传感器
信号调理
路
计
模 拟
算
……· ……·
传感器
开 关
信号调理
机 控制逻辑
多路共用采集电路分时采集
第11章 直接数字控制系统
11.1 直接数字控制系统概述 11.2 过程输入输出通道技术 11.3 数字滤波与数据处理 11.4 数字PID控制技术 11.5 数字控制系统的设计与实现 11.6 数字控制器的直接设计方法 11.7 监控组态软件
第11章 直接数字控制系统概述
11.2 过程输入输出通道技术