过程通道

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P(t)
（ｅ） 采样描述
X(t)
调制器
X*(t)
x*(t)=p(t)x(t)
因 τ0＜＜T ，所以分析时可近似认为τ０为０，以单位脉冲序列δＴ（ｔ） 代替ｐ（ｔ）。
4.1 过程参数采样原理
单位脉冲序列：
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k 0 *
4.1 过程参数采样原理
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二、采样定理
对于角频率范围为（ max , max ）的连续信号进 行采样，当采样频率
s 2 max
时，采样器的输出信号
ｘ＊（ｔ）才能充分表征连续输入信号ｘ（ｔ），换言之，为使 采样信号ｘ＊（ｔ）的频谱能无失真地恢复连续输入信号 ｘ（ｔ）的频谱，采样周期Ｔ必须小于等于输入信号中变化 最小周期 Tmin 的１／２，即：
第二节 开关量输入通道（DI）
输入调理电路 输入调理电路有多种，通过调理电路可以将一个开关与计 算机的一位数字量对应起来。
+5V
R R R
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E
光电隔离转换 “断开” →逻辑电平“0” “闭合” →逻辑电平“1”
继电器隔离转换 “断开” →逻辑电平“0” “闭合” →逻辑电平“1”
1、影响采样周期选择的因素 （1）系统受扰动情况（扰动和噪声比有效信号的频率高） 若扰动和噪声都较小，采样周期T应选大些； 对于扰动频繁和噪声大的系统，采样周期T应选小些；
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（2）被控系统动态特性（慢对象：汽温，信号变化慢；快对象:水位） 滞后时间大的系统，采样周期T应选大些； 对于快速系统，采样周期T应选小些； （3）控制品质指标要求（控制品质反映了系统的动作快慢） 若超调量为主要指标，采样周期T应选大些； 若希望过渡过程时间短些，采样周期T应选小些； （一般而言，过渡过程时间长，超调则小，被调量是慢变的）
1 T Tmin 2
4.1 过程参数采样原理
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采样定理从理论上给出了采样周期的选择依据，然而，对于来自生产 过程的模拟量信号，最高频率Ｗｍａｘ很难确定，常取较高的采样频率Ｗｓ＞＝（５－ １０）Ｗｍａｘ，甚至更高。
4.1 过程参数采样原理 三、采样周期选择
实际芯片
译码器工作的前提（使能端有效）： S1：高电平 S2、S3：低电平
第二节 开关量输入通道（DI）
74LS138真值表
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第二节 开关量输入通道（DI）
例子：8路开关量输入接口电路。
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CPU为8086 若端口地址为40H，则：IN AL, 40H 端口地址为0FFFH， 则：MOV DX， OFFFH; IN AL, DX； 间接寻址，只能用DX寄存器
4.1 过程参数采样原理 四、多路采样装置
1、多路采样器结构 （1）采样控制器 （2）采样驱动器 （3）采样开关 2、工作原理
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当要求某一开关闭合时，计算机就把该开关的地址和选通信号送 入采样控制器，经译码和驱动后，使相应的开关闭合。 说明：开关的地址是与硬件电路的设计密切相关的。 作用：实现多到一切换（多路模拟量可以共用一个A/D）
第二节 开关量输入通道（DI）
2、输入缓冲器 通过缓冲器可以实现多个开关量与计算机有机联系。 常用缓冲器芯片：74LS244、74LS245 缓冲器74LS244
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74LS244有两组，每组4路输入输出构成， 每组有一个控制端G，控制端的高或低电平 决定改组数据是被接通还是断开。 控制端低电平有效。此时输出=输入。 控制端高电平时，输出为高阻状态（理解 为断开状态）。
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计算机控制系统设计：题一
作业：工作台运动的微机控制
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设计要求：启动按钮SW1按下，带动工作台的电机正转，工作台正向移动，到达 设定位置时，压下限位开关XK1，电机暂停，延时5s后，控制电机反转，工作台反向 移动，到达设定位置后，压下限位开关XK2，电机停车，完成一个运动周期。 设计说明：（1）工作台运动示意图；（2）电机控制电路。
第三节 开关量输入通道（DO）
通过锁存器可以实现多个逻辑量控制多个现场的开关状态。 常用缓冲器芯片：74LS273、74LS373、74LS374等 锁存器74LS373
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应用：OE直接接地，LE=1时，Q=D，LE=0时，Q保持。
第三节 开关量输入通道（DO）
第二节 开关量输入通道（DI）
三、DI的一般结构
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1、输入调理电路 输入调理：来自现场的开关量信号，大多是开关触点的 形式，为了将外部开关量信号输入到计算机，（1）必须将现 场的开关量进行转换，（2）同时为防止现场的各种干扰进入 计算机，必须采取隔离措施。这些功能称为输入调理。
第二章 过程通道
本章主要内容 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 引言 开关量输入通道 开关量输出通道 模拟量输入通道 模拟量输出通道
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第一节 引言
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一、过程通道是什么？在计算机控制系统中的作用是什么？
考虑：有两片74LS244，计算机如何读取16路开关量？ 通过地址译码，分时选通两片74LS244。
第二节 开关量输入通道（DI）
3、地址译码器 计算机通常与多个外部芯片相连，通过地址译码器可以选 中不同的芯片。 常用译码器芯片：74LS138（3-8译码器） 译码器74LS138
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4.1 过程参数采样原理
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一、采样过程与数学描述
（ 连续信号
0 P(t)
t
（ｃ） 开关函数
1
0
Ｔ：采样周期 0＜＜Ｔ，近似为０
T 3T 5T 7T KT
0
4.1 过程参数采样原理
（ｄ） 采样信号
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把现场的开关信号传送给计算机，用于计算机显示设备运行状态 和进行顺序控制。
二、现场的开关量信号是什么？
开关量信号：开关的“闭合”和“断开”是个两态量； 如：马达的“启动”和“停止”，阀门的“全开”和“全关”等 考虑：现场的开关量信号如何才能送到计算机呢？ 1）信号转换：开关量-逻辑电平 2）接口设计：分时读取不同的开关量
数学表达式： (t ) T 单位脉冲函数： 理论表达式：
(t kT )
k 0

单位脉冲函数的集合
t 0 (t ) 0 t 0
1 t 0 工程表达式： (t ) 0 t 0
采样过程的数学描述： x ( t ) x ( t ). T ( t ) x ( t ) ( t kT )
第一节 引言
二、过程通道可以分为哪几类？ 按照传递信息的性质，分为4类：

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模拟量输入通道（AI）：现场模拟量→AI →计算机 模拟量输出通道（AO）：计算机数字量→AO →模拟量 开关量输入通道（DI）：现场开关量→DI →计算机 开关量输出通道（DO）：计算机数字量→DO →开关量
考虑：
1、输入/输出是以什么为参照物进行划分的？ 2、计算机数字量的含义是什么？ 计算机只能接收和输出数字量，即数据线的“0”或“1”，0和1 代表的是逻辑电平，1=5V～4.3V，0=0V ～ 0.7V。 本章的内容：过程通道的实现问题，重点是硬件电路的设计。
第二节 开关量输入通道（DI）
一、DI的作用是什么？
第二节 开关量输入通道（DI）
四、练习题
利用74LS244和74LS138设计一个16路开关量输入通道的接口 电路。 考虑： 1、IN AL, 40H 2、IN AL，80H 3、IN AL，90H 4、如何实现全地 址译码？
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第三节 开关量输出通道（DO）
2、输入驱动器 输入驱动器主要功能是把计算机的逻辑电平转换为现场开 关的“闭合”或“断开”。一般使用继电器驱动电路。
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第三节 开关量输入通道（DO）
三、练习题
利用74LS373和74LS138设计一个16路开关量输出通道的接口 电路。 考虑： 1、OUT 40H, AL 2、OUT 80H，AL 3、OUT 90H，AL 4、与开关量输入 通道比较，有何 区别？
4.1 过程参数采样原理
3、典型的多路采样装置 1）继电器式多路采样开关 类型：干簧继电器 采样速度：100点/S T=10ms
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优点：开路电阻Roff >1000M
、闭合电阻Ron <50m，受环境 温度影响小。
缺点：开闭抖动现象，速度低，寿命相对短。
一、DO的作用是什么？
把计算机的数字量“0”和“1”转换成现场开关量的“断开”或“闭 合”，用以控制生产过程中具有两位状态的设备。
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二、主要应用有哪些？
1、直接控制现场具有两位状态的设备。如：马达的“启动” 和“停止”，阀门的“开”和“关”等 2、实现声光报警。当计算机检测出参数越限或异常时， 发出声光报警。 与DI类似，DO同样需要：（1）信号转换：逻辑电平-开关 量；（2）接口设计：分时输出多个的逻辑电平。
4.1 过程参数采样原理
2、采样周期的工程经验值 被控参数 主汽压力、汽包压力、炉 膛负压、凝汽器真空、汽 包水位、汽机转速 流量、主汽温度、一般压 力真空和电气参量 一般液位参数 一般温度参数 成分量： 采样周期T(S) 1 3～ 5 6～ 8 15～30 15~60
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第三节 开关量输入通道（DO）
三、DO的一般结构
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1、输出锁存器 在对生产过程进行控制时，一般控制状态需要保持，直 到下次给出新的值，因此需要在DO通道的设计中需要引入锁 存器。 考虑：锁存器与缓冲器在功能上的不同？能否在DO中使用 74LS244缓冲器？
激磁线圈 镀金触点 簧片 S 玻璃管 ＋ U － 氮气
N
4.1 过程参数采样原理
2）飞渡电容多路采样开关 结构：
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工作过程：不采样时，开关断开，飞渡电容在信号一侧，输入信号给电容 充电，电容上的电压与输入电压相同；当有采样命令时，飞渡电容接到放 大器一侧，电容上的电压无衰减（RL》R）的进入A/D进行转换。 特点：（1）现场（传感器、变送器）与主系统隔离，抗干扰能力强； （2）信号源内阻与飞电容起到低通滤波器作用，对工业噪声有 较强抑制作用； （3）结点结构复杂，价格高，速度较低。
工作台运动示意图
接触器互锁电路
电机控制电路
作业要求：（1）给出硬件接口电路（3个DI，2个DO）；（2）给出软件框图。 （3）编写程序。
第四节 模拟量输入通道（AI）
本节主要内容 过程参数采样原理 A/D转换技术 A/D与CPU的接口 模拟量输入通道的设计
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定义：计算机与生产过程之间设置的信号变换装置和接口电路。
输入的模拟量：变送器输出的电信号，如：压力、流量、温度、液位等 输入的开关量：设备的启停状态、阀门开关状态等，两种状态的过程量 输出的模拟量：控制指令（送往执行机构） 输出的开关量：设备启停指令、指示灯的控制指令等
作用：计算机与生产过程联系的桥梁和纽带。