模拟量采集原理图
模块七PLC模拟量及PID控制课件
模拟量信号特点
连续变化，取值范围广泛，易受干扰影响。
PLC模拟量模块介绍
模拟量输入模块
将模拟量信号转换为数字信号，便于 PLC处理。
模拟量输出模块
将PLC输出的数字信号转换为模拟量 信号，控制外部设备。
模拟量输入电路原理与实践
电路原理
通过电阻、电容等元件对模拟量信号进行滤波、放大等处理 ，以保证信号的稳定性和精度。
要点三
衰减曲线法
先将比例度设置为一个较大值，然后 逐步减小比例度，同时加大积分时间 常数，使系统响应出现衰减振荡；此 时的比例度和积分时间常数即为合适 的PID参数；最后加入微分调节，提 高系统响应速度。
03
PLC实现PID控制策略
PLC内置PID功能介绍与设置
PID算法原理
介绍比例、积分、微分三环节的作用及调节规律， 以及PID控制参数的整定方法。
实时监控数据显示和报警功能实现
实时监控数据显示
通过触摸屏界面实时显示PLC采集到的模拟量数据，如温度、压力 、流量等，方便用户随时掌握设备运行状态。
数据曲线绘制
根据实时数据绘制相应的曲线图，可以更加直观地了解设备运行趋 势和历史数据变化情况。
报警功能实现
设定报警阈值，当实时数据超过或低于阈值时，触摸屏界面上显示 报警信息，并触发声光报警装置，提醒用户及时处理。
PID控制故障
PID调节失效，导致系统失控。原因可能包括参 数设置不当、传感器故障等。
故障排查方法和步骤总结
01
观察故障现象
通过查看PLC指示灯、监控画面等 信息，了解故障的具体表现。
03
制定排查方案
针对可能的原因，制定详细的排 查方案，包括检查电源、通信线
ADDA工作原理和应用
理想A/D 关系直线
理想转换 曲线
1234567 8888888
VI VREF
(b)理想转换曲线， 量化误差: ±(1/2)LSB
资料仅供参考
编码
❖ 量化得到的数值通常用二进制表示。 ❖ 对有正负极性（双极性）的模拟量一般采用偏移
码表示。 例如，8位二进制偏移码10000000代表数
值0， 00000000代表负电压满量程， 11111111代表正电压满量程
端口1用来向0809输出模拟通道号并锁存； 端口2用于启动转换； 端口3读取转换后的数据结果。 ➢（2） 占用二个I/O端口： 端口1输出模拟通道号并锁存，同时启动转换 ； 端口2读取转换后的数据结果。 ➢（3） 通过并行接口芯片（例如8255A）连接。
资料R IOW
资料仅供参考
➢ ∑-△型模数转换器以串行数据流方式输出结果； ➢ 转换精度为1LSB； ➢ 转换完成后，比较器输出0/1相间的数字流； ➢ 输入模拟量Vin发生变化，输出数字流随之变化。 ➢ 模拟量输入端接有多路开关时，通道切换后要等
待足够长的时间，才能读取转换结果。 ➢ ∑-△型模数转换器抗干扰能力强，转换精度高，常 用于高分辨率（常见为16、18、24位）的中、低频 信号测量。
EOC
N位寄存器
VREF
D7
锁
D6
存 缓 存
D5 D4
D3 D2
器
D1
D0
OE
资料仅供参考
逐次逼近式的A/D转换器的特点
➢ 转换速度较快，转换时间在1～100μs以内， 分辨率可达18位，适用于高精度、高频信号 的A/D转换；
➢ 转换时间固定，不随输入信号的大小而变化； ➢ 抗干扰能力较双积分型弱。采样时，干扰信号会造
作业解答第二版
2 F1<0
3 F2<0
4 F3<0
坐标 进给
-x +y +y +y
偏差计算`
F0=0
F1=F0–2X0+1 =–11 F2=F1+2Y1+1 =–10 F3=F2+2Y2+1 =-7
F4=F3+ Y3+1 =–2
坐标计算
X0=6 Y0=0 X1=X0–1=5 Y1=0
X2=5 Y2=Y1+1=1
X3=5 Y3=Y2+1=2
答：(1) 第一象限直线插补程序 设内存中三个单元XE、YE、FM分别存放直线终点横坐标、 终点纵坐标、加工点偏差。
data segment XE DB xe YE DB yz FM DB 0 ZF DB 0
data ends
MOV ADD MOV LAB1：MOV CMP
AL，XE AL，YE CL，AL ；CL存NXY AL，FM AL，00H
1)
(1
z 1)Z
10
s
2
(0.1s
1)
10(1
z
1
)Z
1 s2
0.1 s
0.1 s 10
10(1
z
1
)
(1
z 1 z 1
)
2
0.1
1
1 z
1
0.1 1
1 z 1e101
(1
9z1(1 0.1z1) z1)(1 4.5105
z
1 )
阶跃输入对应 q 1 由被控对象传递函数，得 d 0 由广义对象传递函数，得 v 1, j 1,u 0
修改通道号和计数器 修改采样值缓冲区指针
TOP700G电力测控保护装置使用说明书(V5.21)
TOP700G智能电力测控装置使用说明书珠海拓普智能电气有限公司©版权所有 2008Release 5.21目录第一章概述 (1)1.1 概述 (1)1.2 产品特点 (1)第二章技术指标 (3)2.1 环境要求指标 (3)2.2 技术参数 (3)2.3 精度指标 (3)2.4 接口参数 (4)2.5 绝缘电阻及介质强度 (4)2.6 机械性能 (5)2.7 抗电磁干扰（EMC）性能 (5)2.8 安装方式 (5)第三章产品结构 (6)3.1 硬件结构 (6)3.2 主控单元 (7)第四章产品功能 (10)4.1 装置功能表 (10)4.2 测量功能 (11)4.3 模拟量输出功能 (13)4.4 开关量输入 (13)4.5 开关量输出 (13)4.6 通信接口 (14)4.7 保护功能 (14)4.8 联锁控制功能 (18)4.9 装置告警 (18)4.10 事件记录功能 (19)4.11 PT、CT变比设置 (19)第五章人机界面操作说明 (20)5.1 装置面板布置图 (20)5.2 键盘说明 (20)5.3 信号灯指示说明 (21)5.4 显示菜单说明 (21)第六章用户调试细则 (35)6.1 通电前检查项目 (35)6.2 通电检查项目 (35)6.3 模拟保护试验 (36)第七章定值一览表 (37)附录A TOP700G原理接线图 (42)附录B TOP700G端子接线图 (44)附录C TOP700G外形尺寸 (50)1.1 概述TOP700G智能电力测控装置是一种数字式三相电力测控保护装置，直接针对一回线路设计，能够完成一回线路的测量、控制及辅助保护功能，具有很高的性能价格比。
TOP700G智能电力测控装置集保护、电量测量、电能计量、操作控制、诊断维护、报警输出、模拟量输出等多种功能于一体，同时可选配2个独立的RS485、CANBUS、ProfiBus通讯接口，满足双网（包括冗余）配置，并实现遥测、遥信、遥控等功能。
信号采集原理ppt
AD转换电路与DA转换电路得基础
元件性能得影响与要求
• 模拟开关得性能参数
静态特性:主要指开关导通与断开时输入端与输出 端之间得电阻Ron与Roff,此外还有最大开关电压、最 大开关电流与驱动功耗等。
动态特性:开关动作延迟时间,包括开关导通延迟时 间Ton与开关截止延迟时间Toff, 通常Ton>Toff, 理想模 拟开关时Ton→0,Toff→0
b) Ron1
R1
C1
∞ -
+ + N2
C
uo uo
精度提高得方法(电路)
(2)电容校正方法得矛盾
精度 《》 速度
Ron2
C1
∞
∞
-
-
Ron
+
uo
+
+ N2
ui
+ N1
C
b)
提高速度得方法(电路)
减少反馈回路中得时间常数数目来提高速度
Uc
VD1
VD2
V2
V1
∞
-
ui
+
+ N1
R1
R2
V
∞
-
uo
+
(2)当在比较器后面连接数字电路时,专用集成比较器无需 添加任何元器件,就可以直接连接,但对通用运算放大器 而言,必须对输出电压采取嵌位措施,使它得高,彽输出电 位满足数字电路逻辑电平得要求。
电压比较电路
一 电平比较电路(单阈 值比较器)
(a)差动比较电路
模拟量输入输出系统原理(共8张PPT)
电压形成
二
次
侧
电压形成
来
ALF ALF
多
S/H
路
转 换
A/D
开
S/H
关
重庆电力高第等3页，专共8科页。学校
变电站综合自动化
EDCS-7000型（6U）模拟量输入板
电压、电流 变换器
重庆电力高第等4页，专共8科页。学校
变电站综合自动化
模拟量输入/输出系统原理
采样保持（S/H）电路
模拟量输入/输出系统原理
重庆电力高第等8页，专共8科页。学校
模拟量输入/输出系统原理 模数转换的基本原理框图
模数转换的基本原理框图 EDCS-7000型（6U）模拟量输入板
出不变。
模拟量输入/输出系统原理
是在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在模拟一数字转换器进行转换的期间内保持其输出不变。
是在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在模拟一数字转换器进行转换的期间内保持其输出不变。
重庆电力高第等5页，专共8科页。学理
采样保持（S/H）电路
重庆电力高第等6页，专共8科页。学校
变电站综合自动化
模拟量输入/输出系统原理
模数转换的基本原理框图
重庆电力高第等7页，专共8科页。学校
变电站综合自动化
模拟量输入/输出系统原理 三位转换器的二分搜索法示意图
模拟量输入/输出系统原理
第1页，共8页。
变电站综合自动化
模拟量输入/输出系统原理
模拟量输入/输出系统组成部分
电
压 形 成 回 路
模 拟
滤
波
回 路
采 样 保 持 (S/H)
多
路 转
1-2数据采集系统
(4)数/模转换器DAC的工作原理
数/模转换器的作用是将数字量D经过解码电 路变换成模拟电压输出。
－UR
R a R bR
c
I1 2R
I2 2R
I3
2R
2R
I4 2R
S1
S2
S3
S4
Rf
B1
B2
B3
－
B4
I∑
Usc
＋
四位数/模转换器原理图 （T形解码网络）
四个电子开关S1~S4，分别受输入的四位数字量B1~B4控 制。当该位为0时，电子开关与地接通；当该位为1时，对应的 电子开关与运算放大器的负端接通。流向运算放大器的总电流 反应了四位数字量的大小，它经过带负反馈电阻Rf运算放大器 变换成模拟电压Usc输出。
（1）ADC变换方式－－直接将模拟 量转换为数字量。
（2）VFC变换方式－－将模拟量变 换为等幅脉冲。通过脉冲记数变换为数 字量。
作业：
1、什么叫采样？ 什么是采样周期？什 么是采样频率？如何计算采样频率和 采样周期？
2、什么叫采样定理？ 3、模数变换有哪两种方式？
二、ADC式数据采集系统 图1-5 P10
（4）光电隔离器：用以完成电信号的耦合和传递， 并达到两侧电信号在电气上的隔离、绝缘目的。
（5）计数器（为或88225453计数器）对脉冲进行计数
2、VFC转换的基本原理（电荷平衡式V/F转换电路）
（1）V/F电路的结构 运算放大器A1和R、C组成积分器，A2为零电压比较
器，开关S受单稳定时器控制。单稳定时器的输出经三极管T 放大后，变为脉冲信号输出。
A/D芯片的转换速度 ：
即模数转换器完成一次将模拟量转换为数字
量所用的时间要短
电力系统调度自动化--ppt课件全文编辑修改
与调度通信 MODEM
打
印 键盘/显 屏幕显
机
示器
示器
RAM ROM 接口
接口 接口
接口
CPU
总线
接口
接口
接口
接口
接口
接口
A/D 模拟量
输入
状态量 输入
数字量 脉冲量 数字量
输入
输入
输出
D/A 模拟量
输出
模拟量 信号
状态量 信号
数字量 脉冲量
信号
信号
遥控 输出
ppt课件
单CPU结构RTU基本框图
遥调 输出
第五章 电力系统调度自动化
ppt课件
1
第五章 电力系统调度自动化
学习目的：
通过本章学习，掌握电力系统调度自动化的结构，掌 握调度自动化各部分的功能以及实现方法；了解电力系 统远动通信的原理及其实现。
重点：
电力系统调度自动化的结构及各部分功能的实现； 电力系统远动通信的原理及实现。
难点：电力系统调度自动化各部分的功能及其实现。
ppt课件
2
第五章 电力系统调度自动化
回顾：
1、电力系统调度的任务
控制整个电力系统的运行方式。
（1）保证供电的 质量优良 （2） 保证系统运行的经济性 （3） 保证较高的安全水平——选用具有足够的承受事故冲击能
力的运行方式。 （4）保证提供强有力的事故处理措施 2、电力系统调度自动化的任务
综合利用电子计算机、远动和远程通信技术，实现电力系 统调度管理自动化，有效的帮助电力系统调度员完成调度任务。
（3）电网调度自动化系统的快速发展阶段（20世纪80年代）
随着计算机技术、通信技术和网络技术的飞速发展，SCADA／EMS技
电力系统监控课程设计遥信
电力系统监控技术课程设计报告题目：牵引变电所遥信数据采集系统设计班级：姓名：学号：指导教师：设计时间：1 设计原始资料对图1提供的变电所进行远动系统模块的设计。
图1 牵引变电所所主接线1.1 具体题目说明对图1所给的变电站进行遥信数据采集系统的设计。
1.2 要完成的内容(1) 计算机绘制被控站(RTU端：变电所或开闭所或分区亭)的通用系统结构框图。
要求：绘出各种数据点的采集通道(如：模拟量输入、开关量输入、脉冲累计量输入，控制输出通道(模拟量输出、开关量输出、脉宽调制输出)的示意图。
(2) 设计一个具体的MCS－51单片机数据采集最小系统(开关量输入数据，路数为16路)，开关量输入数据类型为各断路器、隔离开关的状态信息(经过采集电路后的信息)；要求用标准图纸，手工绘制(或专用软件protel等)，具体到芯片管脚的连线。
(3) 计算机绘制(A4纸)相应的遥信数据采集程序流程图。
2 硬件设计2.1 各开关元件及数据采集点编号2.1.1 各开关元件编号为了对数量较多的开关元件进行区分以避免误操作，必须对各开关元件进行编号。
各隔离开关编号如表1所示，各断路器编号如表2所示。
表1 断路器编号开关代号开关编号QF9 00HQF10 01HQF11 02HQF12 03HQF13 04HQF14 05HQF15 06HQF16 07H2.2 被控站通用系统结构被控站是受主站监视或受主站监视且控制的站。
计算机技术进入远动技术之后，安装在被控站的远动装置被称为远动终端装置。
RTU对各种电量变送器送来的直流电压分时完成A/D转换，得到对应的二进制数值；对脉冲采集进行计数，得到与脉冲量对应的计数值；把状态量的输入状态转换成逻辑电平“0”或“1”。
将上述各种数字信息按规约编码成遥测信息字和遥信信息字向前置机传送。
被控站通用系统结构图如图1所示。
图1 被控站通用系统结构图2.2.1 数据采集通道在电力系统中，遥信信息可以表示设备的启停、断路器的投切、隔离开关的开合、告警信号的有无、保护动作与否等。
信号集中监测系统结构及采集原理
• D8：模入板，用于采集环境监测模拟量温湿度。
- -P8
道岔层满配结构
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
采
4U
集 机 电
CPU
MRB
KRB 5V
MRB
KRB 5V
MRB
KRB 5V
MRB
• 综合分机：采集排架熔丝报警、环境监测模拟量、环境监测开 关量等。
• 道岔分机：采集道岔动作电流，道岔分机已逐步在取消，现改 为道岔电流采集模块数字输出至接口分机。 CAN分机号=9，若 有2层以上，则在CPU板上将CAN通信地址跳线设置为10等。
• 接口分机：是监测模拟量采集的核心处理单元，它通过485总线 收集各采集单元上传的信息，然后集中通过网络送往监测上位 机。接口分机的设置方法在后面介绍。
- - P 16
开关量/模拟量采集原理
• 2. 自采集开关量 • 2.1 GJ继电器状态采集，用来判断该区段是否占用
出清。采集轨道继电器的落下状态，通常利用轨道 继电器的一种空节点进行采集。二元二位轨道继电 器第4组节点的41，43为空，并在组合侧面有配线， 可将+5V直流电源。3、微电子25HZ轨道继电器通常 没有空节点，只能采集DJGF组合中的DGJ上的空节 点，或半空节点。
• 接口分机是一个485输入，CAN或网络输出的 处理单元。其背面有8个配线端子的485通信 口，2个CAN总线接口，2个网口输出。
• 接口分机前方的RS-232口为通信分机配置口。 • 接口分机带有自诊断功能，能显示与微机监
测采集单元的通信中断情况。监测采集模块 的好坏首先可以通过观察通信分机上显示的 信息进行判断。
数据采集系统
3.2.3 单片机与74ls165芯片的接口方法
• 单片机与74ls165芯片的接口如图 所示，可 以采集24路数字量:
图6 74ls165与单片机的连接
3.3 串口通信电路设计
• RS－485标准接口是单片机系统中常用的一 种串行总线之一。与RS－232C比较，其性 能有许多改进之处。
图7 RS－485管脚图
• 89C52与MAX485的接口电路如图9.4所示。 P1.7用来控制MAX485的接收或发送，其余 操作同串口 。TXD和RXD分别接到单片机上 的TXD1和RXD1，直接实现下位机到上位机 的电平转化和反向。电路图如下：
图8 89C52与MAX485的接口电路
• 综上所述，整个电路原理图如图9所示：
数据采集系统
班级：测控091 主讲人：XXXXX
数据采集系统的设计
数据采集系统，是用计算机控制的多路数据自 动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、 处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用 的信息，供显示、记录打印或描绘的系统。 本设计对数据采集系统作了基本的研究。本系 统主要解决的是采集10路模拟量(10位精度)， 20路开关量，采集的数据每隔1毫秒，通过串 行通讯方式RS485向一台工控机传送的实现方 法。
• 程序流程图如图11所示
开始
使能锁存信号， 将数字 量存入存储器
芯片数据逐次读入
数据存储保持，串行输出
结束
图11 数字量采集子程序流程图
4.3 采集定时子程序
• 此课题要求1ms的采集时间，可使用单片机 内部的Timer定时器。产生1ms的间隔中断。 在每次中断产生的时候，将模拟量、数字 量全部采集，并发送到上位机。定时中断 子程序流程图如图12：
基于网络的高精度数据采集卡设计
基于网络的高精度数据采集卡设计吕实诚;宋晓波;王晶【摘要】为了实现数据采集卡高精度和网络传输的要求,提出了一种基于网络的高精度数据采集卡的设计方法.硬件方面,采用ARM为主控CPU,扩展了网络接口芯片,实现了数据采集卡的网络接口功能；采用16位高精度AD转换器AD976,实现了高精确度数据采集的要求；采用FPGA内部逻辑控制AD转换器的时序和模拟开关的切换,并辅以扩展FIFO缓存采样数据的方法实现了8路模拟量的扫描测量,保证了模块的采样率；数字量测量采用光电隔离技术,保证了模块工作的可靠性；软件方面,设计了嵌入式Linux数据采集电路驱动程序和网络通信程序.实现了上位机通过网络接口对模拟量和数字量的采集功能.实际测试表明,数据采集卡采集精确度优于0.05％.%In order to achieve the requirements of high-precision and network transmission in data acquisition card,we propose a design of high-precision data acquisition card based on LAN.In terms of hardware,it uses ARM as the host CPU and expands the LAN interface chip.It achieved the features of LAN interface of data acquisition card and high-precision of data acquisition card by high-precision 16-bit AD converter AD976; by using FP-GA internal logic to control ADC for sampling and the channels for switching,supplemented by extended FIFO buffer,it achieved the 8-channels scanning measurement of analog signals and ensured the sampling rate of the module; the measurement of digital signals adopts the photoelectric isolation and ensured the reliability of the module.In terms of software,the embedded Linux driver of data acquisition circuit and the network communications application are designed.It achieved thefunction that a host computer collections analog signals and digital signals through theLAN interface.According to testing,the design of module is reasonable and meets all of the requirements.Acquisition accuracy of the data acquisition card is 0.05%.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2012(017)002【总页数】5页(P22-26)【关键词】数据采集;高精度;网络接口;FPGA;ARM【作者】吕实诚;宋晓波;王晶【作者单位】哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TP274.20 引言随着电子技术的飞速发展，数据采集系统在工业控制、智能化仪器仪表、办公自动化等多领域得到极为广泛的应用.目前发达国家的数据采集系统已经在军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域被广泛应用，并以其高精确度采集和高速远程传输等优点取得了良好的效果［1］.而国内的数据采集系统采集精确度不够高，传输方式一般采用RS422、CAN等总线［2］，远程传输吞吐率低，已经不能满足发展的需要.数据采集系统正朝着高精确度、多通道、远程传输的方向发展［3-4］.同时，网络通信方式以其吞吐率高、可靠性高、传输距离远等优点越来越受到重视［5］.因此，研制基于网络的高精确度数据采集系统，采用高精确度ADC和网络传输方式实现数据采集，具有重要的应用价值.1 硬件设计基于网络通信的模拟量和数字量测量模块的技术要求如下:1)数字量测试技术指标:通道数:8路;输入信号幅度范围:0～15 V;输入信号频率范围:0～1 kHz;2)模拟量测试技术指标:通道数:8路;信号形式:单端或差分;满量程精确度:0.05%;最高采样速率:8通道共200 kSa/s.3)网络接口技术指标:10 Mbps以太网接口，实现与上位机通信.该数据采集卡采用模块化设计，主要包括主控CPU和网络接口部分、数据采集电路部分.主控CPU和网络接口部分实现数据采集卡与上位机的网路连接和对数据采集电路部分的管理;数据采集电路部分实现对8通道模拟量的采集功能和8通道数字量的采集功能.数据采集卡的硬件总体框图如图1所示.图1 数据采集卡总体方案1.1 主控CPU和网络接口电路考虑到ARM对网络功能的支持比较好，同时可以运行嵌入式Linux操作系统，有完善的网络协议的支持，经过比较，该数据采集卡选用三星公司的ARM9芯片S3C2410作为主控CPU，实现与上位机的网络连接和对数据采集电路的管理.主控CPU和网络接口电路原理如图2所示.图2 主控CPU和网络接口电路原理图图2中，LAN接口实现与上位机的网络物理连接，在S3C2410外部扩展CS8900网络接口芯片实现网络物理层协议和数据链路层协议;调试串口提供开发阶段嵌入式Linux的调试终端;SDRAM提供操作系统(嵌入式Linux)的运行和数据的缓存;NAND FLASH存储引导程序，Linux内核和文件系统(S3C2410支持NAND FLASH启动);本地总线实现与数据采集电路部分的接口.主控CPU和网络接口电路部分通过本地总线接口实现对数据采集电路部分的管理和控制.1.2 数据采集电路该数据采集卡要求实现8路模拟量采集和8路数字量采集，现在分别对这两部分进行说明.1.2.1 模拟量采集电路模拟量采集要求信号输入范围-15～+15 V，最高采样率100 k/s，采样精确度0.05%.S3C2410片内集成10位ADC模块，不能满足精度要求，需外扩16位A/D转换器AD976［6］，配以高速模拟开关(ADG507)进行通道切换实现8通道高精度模拟量采集.为满足采样速度要求，采用FPGA逻辑控制AD转换和通道切换.模拟量采集电路原理框图如图3所示.模拟量测量电路工作原理如下:8路被测模拟量经前端的信号调理，以适应模拟开关的输入电压范围.通过高速模拟开关选出一路，经后端信号调理后送入A/D转换器进行模数转换.通过FPGA内部逻辑协调通道切换和A/D转换器的转换时序，将A/D的采样数据暂存于FPGA内部FIFO缓冲区中，以免每次A/D转换完成后都需ARM读取采样数据，这样可提高采样速率，减轻 ARM 的负担［7］.当FIFO 达到一定存储容量时由ARM读出FIFO中数据，通过网络接口发送到上位机.FPGA在模拟量测量中主要完成功能有:地址译码、AD时序控制、通道切换和数据缓冲.图3 模拟量采集电路原理图1.2.1.1 前端信号调理设计模拟量输入信号范围为-15～+15 V，没有超出模拟开关的输入电压范围，故前端信号调理电路只需要实现低通滤波，使ADC采集输入信号时满足采样定理.前端信号调理电路如图4所示.图4 前端信号调理电路图4中，低通滤波电路采用简单的RC滤波，电路简单，成本低，能够满足要求.低通滤波器的截止频率由上式可以得出，输入测量通道的信号A/D采样时满足采样定理，该低通滤波器满足要求.电路中D1、D2、D3、D4为4个16 V的稳压二极管，主要起保护作用，当输入信号超出范围时，四个稳压二极管将输入到后端的电压钳位在-16 V或+16 V，使后端电路免于损坏.1.2.1.2 模拟开关、后端信号调理经前端信号调理电路的处理后，被测信号范围为-15～+15 V.本模块选择AD公司的模拟开关ADG507A切换模拟通道.ADG507A采用+15 V和-15 V双电源供电，输入信号范围-15～+15 V，导通电阻典型值为280 Ω.为达到测量精确度的要求，选用OP275(输入端采用JFET结构，输入电阻10 M以上)做成的电压跟随器来实现阻抗匹配，以拉高多路模拟开关的负载阻抗，削弱串联模拟开关导通电阻分压作用对模块测量精度的影响.本模块选用AD976作为AD转换器.该A/D转换器单端输入，其信号输入范围-10～+10 V.故此部分电路需加入差分转单端电路和信号衰减电路.综合以上分析，后端信号调理电路主要由电压跟随器、差分转单端电路和信号衰减电路三部分组成，具体实现如图5所示.图5中，+VO和-VO是经模拟开关选出的一个测量通道.左侧的运放OP275及其外围电路组成电压跟随器，实现阻抗匹配.右侧的运放OP275及其外围电路组成差分比例运算电路，实现差分变单端和信号衰减;两个15k电阻和两个10k电阻需使用0.05%的精密电阻保证采样精确度，该电路衰减倍数为1.5，将范围为-15～+15 V的被测信号衰减为-10～+10 V，可直接输入到AD976进行采样.图5 后端信号调理电路1.2.1.3 FPGA内部逻辑设计FPGA内部逻辑设计方案如图6所示.图6 FPGA内部逻辑设计方案(模拟量采集部分)FPGA内部逻辑包括以下几个部分:1)地址译码逻辑产生ARM访问FPGA内部各个寄存器地址，主要寄存器如下:ARM-RST信号:FPGA软件复位寄存器;ARM-SET信号:模拟量测量模式寄存器;CNT-CS信号:AD采样率寄存器;STR-CH信号:顺次扫描开始通道寄存器;END-CH信号:顺次扫描结束通道寄存器;FIFO-RD信号:FIFO数据寄存器.2)模拟开关切换时钟和ADC采样控制时钟产当写入到CNT-CS的值为300时，AD976采样率为200 kSa/s，当写入到CNT-CS的值大于300时，AD976采样率小于200 kSa/s.3)模拟开关通道选通逻辑实现在模拟开关切换时钟的控制下，将模拟开关切换到下一个预设通道，为ADC采样下一个通道的数据做好准备.为了增加灵活性，设计了两种模拟开关扫描方式，顺次通道扫描和预设通道扫描.4)FIFO缓冲逻辑实现A/D采样数据的缓冲和ARM对缓冲数据的读取.使用1k×16bit同步FIFO作为AD采样数据的缓冲区，设置FIFO半满为512字，FIFO半满信号作为 ARM 的中断信号，用AD采样完成信号(AD-BUSY)控制AD采样数据写入FIFO，用FIFO读信号(FIFO-RD)控制FIFO数据读出.1.2.2 数字量采集电路数字量采集要求输入信号幅度范围0～+15 V，频率范围:0～1 kHz.采用光电隔离和三态缓冲器配合实现数字量的采集.光电隔离器选择TLP521，该器件的响应时间为4 μs，即响应速度250 kHz＞信号频率1 kHz，满足设计要求.三态缓冲器在FPGA内部实现，增加了设计的灵活性.数字量采集电路原理图如图7所示.生逻辑该部分逻辑产生模拟开关的切换时钟和ADC采样控制时钟.时钟周期由A/D采样率寄存器(对应CNT-CS译码信号)设置，时钟周期=A/D采样寄存器值*FPGA时钟周期.由于AD976最高采样率为200 kSa/s，即AD-SAMPLE的最高频率为200 kSa/s，FPGA时钟频率为60 MHz，写入到A/D采样率寄存器的最小值为图7 数字量采集电路原理图8 路待测数字量经过光电隔离，以减小输入端的干扰;将隔离后的数字量输入到FPGA内部三态缓冲器，即数字IO状态寄存器，ARM通过读取数字IO状态寄存器获取输入数字量的状态.2 软件设计2.1 驱动程序设计数据采集卡是以ARM为核心的，其内部运行嵌入式Linux系统.对于嵌入式Linux 系统，对硬件的访问是通过驱动程序实现的.Linux设备主要分为3个基础大类:字符设备，块设备和网络设备［8］.ARM访问的数据采集电路属于字符设备，其驱动程序结构如图8所示.图8 本地接口寄存器设备驱动程序该数据采集电路驱动程序可以直接编译进内核，也可以编译成模块通过insmod 命令加载.为了调试方便，将该驱动程序编译为模块，init和exit方法在模块的加载和卸载时被调用.数据采集电路驱动程序在init方法中完成中断的注册和寄存器地址的映射.该驱动程序主要有 open、release、ioctl、fasync方法和中断处理interrupt、open和release方法负责设备的打开和关闭，该驱动程序读写寄存器实现方法在ioctl中完成，对FIFO向ARM申请的中断在中断处理中完成，fasync方法实现驱动程序的异步通知机制.当FIFO中断产生后，在驱动程序的中断处理函数中使用异步通知机制发送SIGIO信号到应用程序，通知应用程序读取FIFO中的数据.ioctl方法实现对各个寄存器的读写，完成对数据采集电路的设置和读取测量结果的功能.2.2 应用程序设计嵌入式Linux网络通信应用程序实现上位机与数据采集卡通过网络接口进行数据交互，采用TCP协议实现保证通信的可靠性.该数据采集卡和上位机使用Server-Client模式通信［9］，即在数据采集卡的嵌入式Linux操作系统中运行TCP服务器，在上位机运行TCP客户端.网络通信应用程序流程图如图9所示.图9 嵌入式Linux网络通信应用程序流程图图9网络通信程序中，首先建立TCP服务器并打开数据采集电路设备文件，接着等待上位机客户端的连接，当上位机TCP客户端连接到TCP服务器后，网络通信程序等待接收上位机发送的命令和参数，并根据命令和参数完成相应的数据采集任务.上位机发送的命令主要有两个:命令1实现模拟量的采集，首先设置模拟量采集的参数:采样率、模拟开关扫描方式及扫描参数等，然后启动ADC开始采样.采样数据会缓存于FIFO中，当FIFO中断产生后，网络通信程序会接收到驱动程序发送的信号，在信号处理函数中调用驱动程序中ioctl方法，读取FIFO中的ADC采样数据，并将采样数据通过网络接口发送到上位机.命令2实现数字量的采集，通过读取数字IO状态寄存器得到被测数字量的状态并将测量结果通过网络接口发送到上位机.3 测试为了测试数据采集卡的采样精度指标，在数据采集卡的输入端分别加 -15 V、-5 V、0 V、5 V、15 V电压，通过网络通信将测试数据传输到上位机，测试结果如表1所示.表1 数据采集卡采集精度测试数据输入电压/V 输入方式 8通道的最大误差/V 测试结果-14.999 差分 0.003 6满足要求-5.000 8 差分 0.004 6 满足要求-0.002 单端 0.003 7 满足要求4.998 0 单端 0.004 5 满足要求15.000 差分 0.005 9满足要求模拟量测量满量程精确度要求为0.05%，最大允许误差为30×0.05%=0.015 V.由表1得，数据采集卡满足精确度要求.4 结语本文介绍了基于网络的高精度数据采集卡的设计.采用基于ARM的嵌入式系统技术，设计了数据采集卡的网络接口，开发了网络通信程序，实现了数据采集卡的网络通信功能;采用FPGA逻辑控制高精确度A/D转换和通道切换，实现了8通道高精确度模拟量采集;采用光电隔离技术，实现了8通道数字量采集.实际测试表明，数据采集卡采集精确度0.05%，采样率200kSa/s，满足设计要求.参考文献:【相关文献】［1］邹卫华，尹宁宁.基于LabVIEW的远程数据采集的实现［J］.哈尔滨理工大学学报，2008，13(6):87-90.［2］张铭钧，董振刚，张丙良.潜油电泵机组及井下传感器状态监测技术研究［J］.电机与控制学报，2009，13(1):28-31.［3］李岩，崔鹏，李晓薇，等.基于uCLinux的嵌入式实时远程数据采集系统［J］.哈尔滨理工大学学报，2006，11(3):114-117.［4］庞晓晖，胡修林，张蕴玉，等.高速数据采集系统的设计与实现［J］.仪器仪表学报，2000，21(3):297-299.［5］杜中平，林克正，黄凌碧.基于ADuC7026的网络化数据采集系统设计［J］.哈尔滨理工大学学报，2006，11(2):80-82.［6］Analog Devices Inc.16Bit，200ksps BiCMOS A/D Converter AD976a［S］.USA，Analog Devices Inc.1999.［7］WANG Xu-ying，LU Ying-hua，ZHANG Li-kun.Design and Implementation of High Speed Real-time Data Acquisition System based on FPGA［J］.The Journal of China Universities of Posts and Telecommunications，2006，11:61-66.［8］李亚峰，欧文盛.ARM嵌入式Linux系统开发从入门到精通［M］.清华大学出版社，2007:110-111.［9］胡冠山，李作纬，刘后毅.嵌入式网络仪器的设计和实现［J］.仪表技术与传感器，2006，12:25-27.。
PMW3000马达保护样本
PMW3000 使用说明书 额定电流有以下几种规格： a、1.6～6.3A； b、5 ～25A； c、15 ～63A； d、40 ～ 100A； e、80 ～ 200A； f、180～ 250A 每种规格的互感器均有一定的适用范围和 2 倍线性的过载能力，工 程设计时选取余量较大，可节省外配电流互感器的费用及改造工程无电 流互感器的烦恼。（订货时请注明需要的额定电流） B、额定工作电流在 250A 以上时： 采用标准外置电流互感器（二次侧：5A 或 1A），二次侧电流从测控 仪的互感器开孔处穿过。 标准外置 CT 建议采用测量精度为 0.5 级的电流互感器。（在订货时 请注明外置 CT 的二次侧额定电流值）。
第二章 技术指标 .................................. 2 2.1 环境要求指标 ............................... 2 2.2 技术参数 ................................... 2 2.3 精度指标 ................................... 2 2.4 接口参数 ................................... 3 2.5 绝缘电阻及介质强度 ......................... 3 2.6 机械性能 ................................... 4 2.7 抗电磁干扰（EMC）性能 ...................... 4 2.8 安装方式 ................................... 4
1.2 产品特点
PMW3000 电动机保护控制器具有以下特点： z 采用高可靠性工业级 CPU，数据采集速度快，测量精度高，运算处
4路模拟信号采集系统
单片机开发与设计工程师考试文档学校：湖南人文科技学院题目：4路模拟信号采集系统学生姓名: 陈自斌易颂文起止日期:2010-6-15~2010-6-25摘要本次设计是建立一个四路模拟信号采集系统，能处理模拟信号（0~5V），同时对信号进行循环采样并通过键盘控制输出。
它主要由A/D转换模块、单片机、显示模块、控制器模块组成。
其中最主要的部分是单片机和A/D转换器，首先被测模拟信号通过A/D转换器转换成数字信号，然后通过单片机的处理，在数码管上不停的显示4路的采样数据，通过的给一个控制信号，可以选择的任意一路信号在数码管上面输出显示。
关键词：A/D转换模块；单片机；控制模块目录设计要求 (1)1、方案 (1)2、单元电路设计 (2)2.1A/D转换模块 (2)2.2单片机 (3)2.3显示模块 (3)2.4控制模块设计 (4)3、系统软件设计 (5)3.1系统工作流程 (5)4、总原理图 (5)5、调试结果及分析 (6)7、详细仪器清单 (7)参考文献 (8)附录 (9)4路模拟信号采集系统设计要求1.4路模拟量输入，范围0-5V；2.对4个通道的模拟量进行巡回采样，再将采集的数据进行工程量转换；3.能通过按键切换所选通道；4.数据在LED显示器上显示，并能够通过键盘操作切换显示不同通道的采样值。
1、方案此方案以单片机STC89C52为核心，对四路模拟信号进行循环采样输出。
首先，信号通过一个A/D转换模块把模拟信号转换成数据信号，在通过STC89C52和8255的控制，由按键控制选择一路信号在LED数码管上显示。
4路模拟信号采集系统原理框图如图1所示：图1 系统方框图2、单元电路设计2.1 A/D转换模块A/D转换模块我们采用的ADC0809芯片，设有一路信号巧(0V~5V)从ADC0809的INo通道输入，地址输人端A、B、C均接地，这时1No的通道地址为OOH。
0809W、RD共同组成是8位ADC，对0V~,5V的信号，其转换精度为20mV／级。
模拟量采集模块的工作原理是什么
3）I/O端的接线输入接线● 输入接线一般不要太长。
但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。
● 输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。
● 尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。
输出连接● 输出端接线分为独立输出和公共输出。
在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。
但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
● 由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板。
● 采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器。
● PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
（4）正确选择接地点，完善接地系统良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。
接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。
完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。
接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。
例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。
此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内又会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。
若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。
PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。
TOP700M系列电动机保护控制器说明书--V6.42版
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重 要 提 示
感谢您使用珠海拓普智能电气股份有限公司的产品。为了安全、正 确、高效地使用本装置，请您务必注意以下重要提示： 1） 在拆除装置包装后，请先认真阅读本说明书，务必按照说明书 的规定进行安装、调试和操作。 2） 本装置只能由专业人士进行安装。 3） 对于因不遵守本手册的说明而引起的故障，厂家将不承担任何 责任。 4） 本说明书适用于TOP700M系列电动机保护控制器。如有随机资 料，请以随机资料为准。 5） 为防止装置损坏，严禁带电插拔装置各插件、触摸印制电路板 上的芯片和器件。 6） 请使用合格的测试仪器和设备对装置进行试验和检测。 7） 装置在使用中应提供正确的额定电压， 不能超过额定工作电压。 8） 装置如出现异常或需维修，请及时与本公司服务热线联系。 9） 本装置的初始操作密码是：1000。
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2.3 电磁兼容性
● 脉冲群干扰： 装置能承受 GB/T14598.13（eqv IEC60255 -22-1）规定的 1MHz 和 100kHz 脉冲群干 扰试验（第一半波电压幅值共模为 2.5kV， 差模为 1kV） 。 ● 静电放电干扰： 装置能承受 GB/T 14598.14 （idt IEC60255-22 -2）规定的Ⅳ级（接触放电 8kV）静电放电 干扰试验。 ● 辐射电磁场干扰： 装置能承受 GB/T 14598.9 （idt IEC60255-22 -3）规定的Ⅲ级（10V/m）的辐射电磁场干 扰试验。 ● 快速瞬变干扰： 装置能承受 GB/T 14598.10（idt IEC60255 -22-4）规定的Ⅳ级（通信端口 2kV，其它端 口 4kV）的快速瞬变干扰试验。
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