计算机控制技术06 过程通道

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D/A 转换 器 计
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多个D/A转换器结构
控 制 计 算 机
I/O 接 口
D/A 转换 器
多 路 开 关
信号 处理
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执行 机构
信号 处理 电路
执行 机构
单个D/A转换器结构
3、开关量输入通道
开关量输入通道的任务主要是将现场输入的开关 信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机 能够接收的逻辑信号。
在计算机控制系统中往往采用光电隔离技术，使计 算机与外部输入设备之间只存在光路联系而无电路上的联 系。图2-19所示为电平转换及光电隔离电路。
输入通道的作用是将传感器或变送器 的电流/电压信号转换为计算机可以识别 的数字信号。
输出通道的作用则是将计算机输出的 数字信号转换为可直接推动执行机构的电 气信号。
工业过程通道实现计算机信号和工业现场 信号的互连与转换，是工业生产过程实现自动 控制的输入输出通道。工业过程通道有过程通 道板卡、过程通道子系统和远程I/O三种基本 形式。目前，使用最多的仍然是板卡式过程通 道，其次是远程I/O模块。
如果将I/O通道进一步细化，则一个计算机控制 系统的I/O通道结构模式如图13-10所示。其中多路模 拟开关、S/H（采样保持器）、A/D转换器、接口1组 成输入通道；而接口2、D/A转换器、多路模拟开关、 S/H组成输出通道。
需要说明的是，图13-10这种通道结构模式并非 是唯一的，可根据实际应用系统的需要加以调整。例 如，每个通道都设置一个A/D（或D/A）转换器和采 样保持器；多个通道共用一个A/D（或D/A）转换器， 但每个通道都设置一个采样保持器；多个通道共用采 样保持器和A/D（或D/A）转换器等。
1）模拟量输入通道的基本结构
模拟量输入通道一般应包括：传感器、多路转换开关、 放大器、采样保持器、A/D转换器等几个组成部分，其组 成如图2-15所示。
2）模拟量输入通道的结构形式
模拟输入通道按采样保持器S/H可分为共享S/H形式 和多路S/H形式。共享A/D和S/H形式的模拟量输入通道 如图2-16所示。
模拟量输出通道的作用就是将计算机输出的数字量 转换为执行机构能接收的模拟电压或模拟电流，去驱动 相应的执行机构，以达到用计算机实现控制的目的。
模拟量输出通道一般应包括：接口电 路、D/A转换器、多路开关、保持电路、V/I 变换器等几个组成部分，如图2-17所示。
模拟量输出通道是将控制计算机的信号输出到被控对 象的环节，主要由D/A转换器及保持器组成，其结构形式 有两种，一种是多个D/A转换器的模拟量输出，另一种是 共用一个D/A转换器的模拟量输出结构形式。
对于图13-8所示的模式，I/O通道往往是做 成一块板卡，插 在个人计算机的扩展槽上，或 者是直接与CPU做在一块板上；而对于图13-9 所示的模式，I/O通道就不直接与CPU相连接。 这时的I/O通道往往做成模块的形式，其作用 是将现场的信号采样后转换为数字信号，然后 再转换为串行通信格式与计算机通信，或者是 将计算机串行通信的数据格式转换为现场所需 的信号形式。
计算机控制技术—
过程通道
过程通道的作用
过程通道是计算机控制系统中计算机与被监控过 程的现场设备之间的物理信息通道。
如果将计算机控制系统视为一个人体系统，计算机就类似于 人体的大脑，它接收外部信息，并对接收到的信息进行加工处 理；而输入通道就类似于人体的五官，其作用是获取外部信息 并传输给计算机处理；输出通道就类似于人体的四肢，用于完 成执行计算机处理信息后得出的命令或结果。这样，在计算机 和生产过程之间就需要建立一种能对现场设备信息进行传递和 变换的连接装置，这种连接装置就称为输入输出过程通道，即 从现场设备（传感器、变送器等）到计算机（主要指CPU）或 从计算机到现场设备（执行机构）的物理信息通道。
开关量输入通道在控制系统中主要起以下作用：
1）定时记录生产过程中某些设备的状态，例如电动 机是否在运转、阀门是否开启等。
2）对生产过程中某些设备的状态进行检查，以便发 现问题进行处理。若有异常，及时向主机发出中断请 求信号，申请故障处理，保证生产过程的正常运转。
开关量输入通道主要由输入接口电路、接 口地址译码器以及相关的输入电路组成，如图 2-18所示。
过程通道的类型
1、模拟量输入通道
模拟量输入通道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。
模拟输入通道中，A/D转换器是关键性 的组成部分。A/D转换器是用于将连续变化 的模拟信号转换为数字信号的装置，简称 ADC，是模拟系统与计算机之间的接口部件。 A/D转换器主要分为三类：计数型A/D转换 器；双积分型A/D转换器；逐位反馈型A/D 转换器。
2、模拟量输出通道
在计算机控制系统中，被采样的过程参数经运算处 理后输出控制量，但计算机输出的是数字信号，必须转 换为模拟信号才能驱动执行元件工作。众所周知，计算 机输出的控制量仅在程序执行瞬时有效，无法被利用， 因此，如何把瞬时输出的数字信号保持，并转换为能推 动执行元件工作的模拟信号，以便可靠地完成对过程的 控制作用，就是模拟量输出通道的任务。
无论是何种形式的过程通道，都应具备模 拟量输入/输出、数字量输入/输出、脉冲量输 入/输出和中断量输入等基本功能。
过程通道的模式
对于图13-8所示的模式，I/O通道往往是做 成一块板卡，插 在个人计算机的扩展槽上，或 者是直接与CPU做在一块板上；而对于图13-9 所示的模式，I/O通道就不直接与CPU相连接。 这时的I/O通道往往做成模块的形式，其作用 是将现场的信号采样后转换为数字信号，然后 再转换为串行通信格式与计算机通信，或者是 将计算机串行通信的数据格式转换为现场所需 的信号形式。