开关量采集及调理
开关量的采集与处理
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1开关量的隔离
1)隔离的作用
隔离的主要作用是：是低压输入电路与大功率的 电源隔离；外部现场器件与传输线同数字电路 隔离，以免计算机受损；限制地回路电流与接 地线的错接而带来的干扰；多个输入电路之间 的隔离。
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开关量的隔离与抗干扰
2)开关量的隔离方法
常用的开关量的隔离方法主要有以下几种。 （1）光电隔离 （2）继电器隔离 （3）继电器和光电耦合器双重隔离
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开பைடு நூலகம்量的隔离与抗干扰
当利用光电耦合器作为开关量输入计算机的隔离器件时，其原理接线如图 所示。开关S合下时，二极管导通，发出光来，使光敏三极管饱和导通，于 是输出Uo1或Uo2便有电位的变化。图（a）中，S打开时Uo1输出电平与Uc 相同；当S合下时，输出Uo1为低电平。
图（b）的情况相反，S打开时，输出低电平；S合下时，输出Uo2为高电平 （即等于Uc）。两种接线方式，输出电平不同，可以灵活选用。实际设计 电路时，A端接电源Ud正极。B端接Ud的负极（GND1），而发光二极管输出 端电源Uc，其接地端为GND2。必须注意GND1和GND2不能共地。
开关量的采集与处理
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开关量的采集与处理
牵引变电所中的开关量主要有断路器、隔离开关的状态， 继电器和按钮开关触点的通断等。在远动遥控、遥控信 息处理过程中，这些开关量的采集与处理是非常主要的。 这里主要介绍对开关量采集与处理中的有关隔离、抗干 扰和采集等问题。
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开关量的隔离与抗干扰
开关量采集电路原理
开关量采集电路原理开关量采集电路是用于检测和采集开关量信号的电路。
开关量信号是指只存在两个离散状态（通常是高电平和低电平）的信号。
开关量采集电路在工业控制、自动化、仪器仪表等领域广泛应用，常用于检测开关状态、控制电路、触发报警等。
开关量采集电路的原理是将开关量信号转换为相应的数字信号。
一般情况下，开关量信号通过接入电阻与电源相连接，当开关闭合或断开时，会在电路中产生一个高电平或低电平信号。
开关量采集电路需要对这个信号进行检测，并将其转换为数字信号输出。
一个简单的开关量采集电路可以由一个触发器、一个滤波电路和一个比较器组成。
首先，开关量信号经过滤波电路进行处理，以去除可能存在的噪声干扰。
滤波电路可以通过使用电容器和电阻器形成一个RC滤波器来实现。
该滤波器可以将信号的瞬时变化平滑化，以减少干扰。
然后，经过滤波后的信号进入比较器。
比较器是一个电路，它将输入信号与一个预设的阈值进行比较。
当输入信号超过或低于阈值时，比较器将输出一个相应的高电平或低电平信号。
这样，将开关量信号从模拟信号转换为数字信号。
在实际应用中，还可以使用微控制器或数字逻辑集成电路来实现开关量采集电路。
微控制器具有内置的数字输入/输出端口和专用的计数器/定时器功能，可以方便地检测和采集开关量信号。
数字逻辑集成电路可以使用逻辑门等元件来实现开关量信号转换功能。
除了基本的开关量采集电路，还可以根据具体需求添加其他功能。
例如，可以通过添加扩展电路和多路开关等元件来实现多个开关量信号的采集和控制。
此外，还可以通过添加光电隔离电路和电压隔离电路等元件来提高系统的稳定性和安全性。
总之，开关量采集电路的原理是将开关量信号转换为数字信号。
通过滤波电路去除噪声干扰，比较器将模拟信号转换为数字信号。
根据具体应用的需求，还可以添加其他功能来满足系统的需求。
开关量采集电路在工业和自动化控制领域具有重要的应用价值。
开关量和模拟量输入采集技术原理
开关量和模拟量输入采集技术原理概述开关量和模拟量输入采集技术在现代自动化系统中得到了广泛应用。
本文将介绍开关量和模拟量的基本概念，讨论它们的采集技术原理以及应用场景。
开关量输入采集技术原理开关量是指只能具有两种状态的信号，通常用来表示开或关、存在或不存在、触发或不触发等情况。
开关量输入采集技术用来将这些开关状态转换为数字信号，以便计算机或控制器进行处理。
传感器的基本原理开关量输入采集技术的核心是传感器，它能够感知物理或电气量的变化，并将其转换为电信号。
常用的开关量传感器包括按钮、开关、光电开关等。
开关量输入采集电路开关量输入采集电路主要由输入电路和输出电路组成。
输入电路用于将传感器输出的电信号处理成稳定的信号，输出电路用于将输入信号转换为计算机或控制器可以读取的数字信号。
模拟量输入采集技术原理模拟量是指连续变化的信号，其取值范围可以是任意的。
模拟量输入采集技术用来将这些连续变化的信号转换为数字信号，以便计算机或控制器进行处理。
传感器的基本原理模拟量输入采集技术的核心也是传感器，常见的模拟量传感器有温度传感器、压力传感器、光敏传感器等。
这些传感器能够将物理或电气量转换为与之成正比的模拟电信号。
模拟量输入采集电路模拟量输入采集电路主要由传感器、信号调理电路和A/D转换器组成。
传感器将物理或电气信号转换为模拟电信号，信号调理电路对模拟电信号进行放大、滤波和线性化处理，A/D转换器将模拟电信号转换为数字信号。
开关量输入和模拟量输入的应用场景开关量输入和模拟量输入采集技术在各个领域都有广泛的应用。
工业自动化在工业自动化系统中，通过开关量输入采集技术可以实现对设备状态的监测和控制。
例如，通过检测某个设备的开关状态来确定其是否正常工作，从而及时发现故障并采取相应的措施。
模拟量输入采集技术则可以用于测量和监测各种物理量，如温度、压力、流量等。
通过对这些模拟量的采集和处理，可以实现对工艺过程的控制和调节。
环境监测开关量输入采集技术可以应用于环境监测领域，如检测门窗的开关状态、光线的亮暗程度等。
信号设备开关量采集与处理
开 入板 匕 实现二次隔离 ， 确保控制电源不会 干扰 Ｋ Ｚ ２ ４ Ｖ 电源 ； 并且采 ３ ． １整个采集 、 处理方式的设计以可靠性 、 实时性 、 先进陛为前提。 集模块就近安装在道岔组合 １ Ｄ Ｑ Ｊ继电器后面 ， 配线尽可能的短， 以减 并具有抗干扰及 自检功能。 少混电的可能 。 针对 １ Ｄ Ｑ Ｊ半组空接点的采集方式 ， 也可用开关量采集 ３ ． ２遵循采样全隔离原则， 保证对现场采集对象不造 拍 可 影响。 器。信号设备 中是 以控制台道岔定位或反位表示灯来表示室外道岔位 ３ ． ３保证信息采集方式所采集信息是准确的， 避免报警信息误报和 置的。在道岔表示灯电路里 ， 采集表示灯电路的继电器接通条件即可 。 显示错误现象。 由于是在表示灯电路里采集条件 ， 所以必须经过光电隔离。 ３ ． ４软 ／ 硬件模块化、 标准化。 ４ ． ２软 件处理 部分 ３ ． ５设备结构要实行标准化 ， 设备间的接 口标准化 ， 采样方法实行 开关量采集机 Ｃ Ｐ Ｕ 板将采集的状态数据暂存在缓冲单元（ ｃ Ｐ ｕ板 标准化。 上 的存储片） 内， 通过 Ｃ Ａ Ｎ 总线完成与站机的数据交换 。在 Ｃ Ｐ Ｕ 板上
１榻． 述
随着铁路运输的 日 益繁 ， 以及信号管理维护体制的改革 ， 电务部 门迫切需要功能完善实用、 安全可靠的信号设备微彻． 监测 系统。 该系统 应具有能在信号设备运行的全部时间内监测设备运行状态，全天候实 时（ 或定时） 对主体设备进行监督、 测试、 存储 、 打印、 查询、 再现 ； 能监测 信号设备的主要 电气性能 ， 当电气性能偏离预定界限时及时报警 ； 能发 现信号故障和故障预兆， 来提高信号设备的维护水平 ， 缩短故障查找时 间， 以实现信号设备预防性状态修， 提高工作效率。并且该系统具有联 网功能。 在领工区和电务段也能监测到所辖车站的信号设备技术参数 ， 并根据监测到的信 息进行指挥车站的维护。
一种通用开关量信号采集电路及该电路故障判断方法与流程
一种通用开关量信号采集电路及该电路故障判断方法与流程摘要：一、引言二、通用开关量信号采集电路概述1.电路组成2.工作原理三、故障判断方法与流程1.故障判断方法a.外观检查b.信号分析c.功能测试2.故障判断流程a.电源故障检查b.信号输入故障检查c.信号处理故障检查d.输出故障检查四、故障处理与预防措施1.电源故障处理与预防2.信号输入故障处理与预防3.信号处理故障处理与预防4.输出故障处理与预防五、结论正文：一、引言随着现代自动化技术的不断发展，通用开关量信号采集电路在各种自动化设备和系统中得到了广泛应用。
然而，在使用过程中，电路故障难以避免。
为了提高电路的稳定性和可靠性，降低故障发生率，本文详细介绍了通用开关量信号采集电路及该电路故障判断方法与流程。
二、通用开关量信号采集电路概述1.电路组成通用开关量信号采集电路主要由电源、信号输入、信号处理和输出四部分组成。
电源部分为电路提供稳定的工作电压；信号输入部分负责将外部开关信号转换为电信号；信号处理部分对输入信号进行处理，如放大、滤波等；输出部分将处理后的信号转换为驱动执行器的信号。
2.工作原理通用开关量信号采集电路的工作原理如下：当外部开关状态发生变化时，信号输入部分将变化转换为电信号，然后经过信号处理部分进行处理。
处理后的信号被传输到输出部分，转换为执行器可识别的信号，从而实现对执行器的控制。
三、故障判断方法与流程1.故障判断方法（1）外观检查：检查电路板表面是否有破损、短路、接触不良等现象。
（2）信号分析：通过对信号进行分析，判断是否存在异常信号，如噪声、失真等。
（3）功能测试：对电路进行功能测试，检查各部分是否正常工作。
2.故障判断流程（1）电源故障检查：检查电源电压、电流是否正常，是否存在电压不稳、电源线老化等问题。
（2）信号输入故障检查：检查信号输入端口是否正常，是否存在接触不良、信号干扰等问题。
（3）信号处理故障检查：检查信号处理部分元器件是否损坏、线路是否正常。
开关量采集及调理
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欧姆龙可编程控制器的输入电路
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开关信号的接口技术
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开关信号的去抖处理 在机电一体化系统中，经常要使用按钮开关、搬钮开关、多位开 关、接触器、继电器等。它们常常是开关量的输入源。由于这类开关 大都是机械开关，当开关触点闭合时，在达到稳定之前会产生短暂的 抖动，弹跳抖动的时间一般可达数毫秒。如图4—26所示。
信号抗干扰措施 — 屏蔽
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(2)电磁场屏蔽：电磁场屏蔽是采用导电良好的金属材料做成屏蔽层， 利用高频电磁场对屏蔽金属的作用，在屏蔽金属表面产生电涡流，由电涡 流产生的磁场抵消或减弱干扰磁场的影响、从而达到屏蔽的效果。一般所 谓的屏蔽多数是指电磁屏蔽，电磁屏蔽主要用来防止高频电磁场的影响， 对于低频磁场干扰的屏蔽效果是非常小的。基于电涡流反磁场作用的电磁 屏蔽．从原理上讲与屏蔽体是否接地无关，但在一般应用中屏蔽体都是接 他的，目的是让屏蔽体兼作静电屏蔽之用。考虑到高频集肤效应，电涡流 仅流过屏蔽层的表面一层，因此屏蔽层的厚度只需考虑机械强度就可以了， 当必须在屏蔽层上开孔与槽时要注意孔、槽的位置和方向，应尽量不影响 电涡流的形成途径，以免影响屏蔽效果。
信号处理技术 二、 采样定理
1 采样信号的频谱
采样过程是将采样 脉冲序列p(t)与信 号x(t)相乘来．
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采样定理
2.频混现象
频域解释
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时域解释
采样定理
3.采样定理
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为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息， 信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。 这是采样的基本法则，称为采样定理。
开关量参数调整方法及功能试验
开关量参数调整方法及功能试验在工程领域中，开关量参数调整是一项重要的任务，它涉及到对开关设备的功能进行优化和调整。
在本文中，我将介绍开关量参数调整的方法和功能试验，并提供一些实用的建议。
1.确定调整目标：在进行开关量参数调整之前，需要明确调整的目标是什么。
例如，是否需要增加开关设备的响应速度，提高其稳定性，或者减少误报率等。
2.收集数据：在进行开关量参数调整之前，需要收集一些相关的数据。
这些数据可以包括开关设备的工作状态、环境条件等。
这些数据可以用于分析和优化开关设备的参数。
3.分析数据：在收集到数据之后，需要对数据进行分析，找出其中的规律和问题。
例如，分析开关设备的响应时间、误报率等指标，找出其变化的原因，并确定参数调整的方向。
4.调整参数：根据分析的结果，对开关设备的参数进行调整。
调整的方法可以有很多种，可以通过改变设备的硬件参数，如阈值、延迟时间等，或者通过调整软件参数，如滤波算法等。
5.功能试验：在进行开关量参数调整之后，需要进行功能试验，以验证参数调整的效果。
功能试验可以包括测试开关设备在不同工作状态下的响应速度、稳定性等指标，并与调整前的数据进行对比。
1.响应速度测试：开关设备的响应速度是一个重要的指标，它决定了设备的实时性和可靠性。
在功能试验中，可以通过输入不同的信号，测试设备的响应速度，并与设计要求进行对比。
2.稳定性测试：稳定性是开关设备的另一个重要指标，它决定了设备在长时间运行中的可靠性。
在功能试验中，可以通过长时间运行设备，并对设备的输出进行监测，以评估其稳定性。
3.误报率测试：误报率是开关设备的一个常见问题，它影响了设备的可靠性和实用性。
在功能试验中，可以通过模拟不同的干扰信号，测试设备的误报率，并与设计要求进行对比。
4.抗干扰性测试：开关设备通常会受到来自外部环境的干扰，如电磁干扰、振动等。
在功能试验中，可以通过模拟不同的干扰信号，测试设备的抗干扰性，并对其进行评估。
5.耐久性测试：耐久性是开关设备的一个重要指标，它决定了设备的使用寿命和可靠性。
开关量采集电路设计
开关量采集电路设计开关量采集电路适用于对开关量信号进行采集，如循环泵的状态信号、进出仓阀门的开关状态等开关量。
污染源在线监控仪可采集16路开关信号，输入24V 直流电压；设定当输入范围为18~24VDC 时，认为是高电平，被监视的设备处于工作状态；当输入低于18VDC 时，认为是低电平，被监视的设备处于停止状态。
为了避免电气特性及恶劣工作环境带来的干扰，该电路采用光电耦合器TLP521对信号实现了一次电-光-电的转换，从而起到输入\输出隔离的作用。
同时，还安装有LED 工作指示灯，可以使用户对每一通路的工作情况一目了然。
其中一路的开关量采集电路如图1所示：图 1 开关量采集电路光耦TLP521将红外发光二极管和发光三级管相互绝缘的组合在一起，发光二极管为输入回路，它将电能转换成光能；发光三极管为输出回路，它将光能再转换成电能，实现了两部分电路的电气隔离。
当输入范围为18 ~24VDC 时，认为是高电平，此时光耦导通，电阻R10、R14和发光二极管共同构成输入回路。
根据光耦导通时电流为4 ~10mA ，当输入最高电压24V 时，mAV R R mA V 42414101024<+<，即Ω<+<Ωk R R k 614104.2 当输入低于18V 时认为是低电平，此时光耦的工作电流肯定低于4m A ，此时光耦不导通,电阻 R10、 R14和R12共同构成输入回路，所以：mA R R R V 412141018<++，即R10+R14+R12>4.5k Ω。
在设计中，选择R10=R12=2 k Ω,R12=1 k Ω。
光耦导通的最小电流为4mA，根据光耦的电流传输比CTR(Current Transfer Ratio)为50%，指当管压降U CE足够大时，集电极电流I C与发光二极管输入电流I F的百分比，所以集电极电流I C=I F*50%=4mA* 50%=2mA，同时为了使光电三极管尽快进入饱和区，选取上拉电阻R8为4.7KΩ。
点对点无线开关量采集用户手册说明书
在各种工业及行业应用中，经常需要采集各种开关量信号。
在工程实施过程中，很多时候，信号离监控主机的距离很远，需要布很长的信号线，或者布线不方便。
方竹电子推出了无线开关量采集模块，非常方便得解决了这个问题，实现无线的远程采集，降低了工程实施难度，又节约了成本。
该开关量采集方式由无线开关量采集模块和无线开关量输出模块组成。
原来的信号端接无线开关量采集模块，远端的主机系统接无线开关量输出模块，中间RF 无线传输；由于输出的仍然是开关量信号，因此对于用户来说，感觉只是将远处的采样设备搬到了近处而已，原有监控系统不需要做任何改动，却省却了布线。
1. 系统说明1.1. 系统框架无线开关量采集系统框架图注意：在P2P 使用的系统中，DO 模块作为无线网关使用；DI 作为无线终端设备。
以下说明书中的无线网关指DO 模块，终端设备指DI 模块。
1.2. 产品选型型号 类型FZ4050-C6 RF 无线开关量采集模块，支持干/湿节点输入 FZ4051-C6 RF 无线开关量输出模块，有源集电极开路输出（OC 门输出）FZ4060-C6RF 无线开关量输出模块，无源继电器输出P2P 使用：FZ4050开关量采集模块←→FZ4051开关量输出模块；FZ4050开关量采集模块←→FZ4060继电器输出模块。
1.3. 性能指标FZ4050为6通道隔离数字量输入模块，支持干/湿节点输入，P2P 无线通信。
FZ4051为6通道数字量输出模块，P2P 无线通信。
FZ4060为4通道继电器输出模块，P2P 无线通信。
性能指标无线性能无线协议FZMacPRO无线频段 433MHz ，ISM 全球免费频段 组网方式P2P通信距离≥1800米@2400bps(空旷环境)通用性能通信协议 MODBUS-RTU 串口性能 默认9600-8-N-1，可设 供电 8~38VDC 功耗 0.3W@12VDC外壳 钣金101.1mm ×80.4mm ×25.5mm 安装方式 壁挂（或导轨，选配）安装工作环境 -10~65℃；0%RH~90%RH （非结露） 存储条件 -20~80℃；0%RH~90%RH （非结露）FZ4050开关量输入通道数 6 输入电平干节点逻辑电平0：开 逻辑电平1：关（接地）湿节点逻辑电平0：+3 Vmax 逻辑电平1：+10V ~ 25VFZ4060继电器输出 通道数 4路A 型负载驱动 5A @30VDC ，5A@250VAC 开关时间继电器接通时间（典型）：3毫秒 继电器断开时间（典型）：1毫秒FZ4051开关量输出通道数 6负载驱动5～40V 集电极开路输出（200mA 最大负载电流）备注：1、干节点：无源开关，具有闭合和断开的2种状态；2个接点之间没有极性，可以互换。
开关量输入采集器使用说明书
1开关量输入采集器D101 使用说明书V1.0尊敬的用户：衷心感谢您选用深圳市聚贤达科技有限公司的产品。
本手册主要介绍开关量输入采集器D101的工作原理、技术指标、主要功能、安装调试及使用与维护等内容。
为了使您更好地使用我们的产品,请您仔细阅读本手册,在应用中如果您有任何问题和要求，或需要相关技术支持，可以与我们的销售单位联系，我们将及时给予回应。
2目录1.前言 (5)2.内容 (5)3.要求 (5)4.警示 (5)5.概述 (6)6.技术参数 (6)7.产品外观 (7)7.1装置运行指示灯 (8)7.2各通道指示灯 (8)7.3产品接线端子定义 (8)8.产品原理和功能 (10)9.安装操作 (11)9.1外形尺寸 (11)9.2机柜安装 (12)310.常见问题及解决 (14)11.售后服务 (14)12.技术培训 (14)13.其他声明 (14)14.设备清单 (15)41.前言请在使用本产品前仔细阅读各章节。
2.内容本手册主要介绍开关量输入采集器D101的工作原理、技术指标、主要功能、安装调试及使用与维护等内容，由资深的专业技术人员编写，是设备使用维护的必备资料。
3.要求在任何情况下，都不应该由不具备专业资历或未经培训的人员来操作。
使用者必须是具有电气设备安装和操作经验的专业技术人员。
由不具备资历的人员对设备进行设置和操作，或不按照本书中有关规定进行包装、储运、安装和连接电源，都将可能导致设备损坏。
4.警示运输或存储不当会对设备造成损害；5供电电压错误会对设备造成损坏或引起火灾；如发现无法解决的问题，请及时与我公司联系或将设备送回我公司处理，请勿自行拆装维修。
5.概述开关量输入采集器D101是用于计算机机房、重要设备间、配线间、网络机柜、服务器机柜、配电柜、粮库、重要仓库以及其他室内场合的开关量数据采集装置。
采集开关量，装置能通过RS-485接口将信号传送给中央监控设备。
6.技术参数供电电源：DC10V～30V；通道： 16；LED显示：与16通道一一对应；开关量输入电平：干接点：逻辑电平0：接地；67 逻辑电平1： 断开；干接点有效距离： 最大500m ； D/I 用于计数器通道： 16；输入频率： 100Hz ；16位 ： 0～65535；电源 ：功耗： 0.9W ；尺寸规格：124mm×80mm×33mm；7.产品外观指示灯和按键功能说明7.1装置运行指示灯正常：正常工作时指示灯按1Hz的频率闪亮；故障：常亮、常灭、快闪为故障。
12路开关量采集模块安装调试指南
供电电源输正 开关量信号输出
VOUT CH1 GND
采集器
供 电 电 源 负 /信 号 地
传 感 器 /变 送 器
2．外接传感器或变送器输出为无源开关量信号(信号输出端无电压)，二线 制，方案接线示意图如下：
供电电源输正 开关量信号输出
VOUT CH1
传 感 器 /变 送 器
采集器
3．外接传感器或变送器输出为有源开关量信号(信号输出端有电压)，二线 制，方案接线示意图如下：
版权所有，保留一切权利。内容如有改动，恕不另行通知。
开关量信号输出 供 电 电 源 负 /信 号 地
CH1 GND
采集器
传 感 4.打开成功后，如果已确定采集模块的波特率（默认为 9600）和地址（默 认为 1） ，则在“设置”区做出相应的选择，如果不确定采集模块的波特率 和地址且调试电脑的串口下只接了 1 个采集模块，可以使用“查找设备” 按钮，按下“查找设备”按钮后，弹出如下对话框，点击“确定”
7
8
9
1 0 11
12
1.2 接线端子定义
接线端子位置见 1.1 接口位置，其定义见下表。 丝印 VOUT CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CH8 GND VIN+ VINVOUT CH 9 CH10 CH11 定义 对外供电电源正(取自 VIN+) 开关量输入 1 通道 开关量输入 2 通道 开关量输入 3 通道 开关量输入 4 通道 开关量输入 5 通道 开关量输入 6 通道 开关量输入 7 通道 开关量输入 8 通道 对外供电电源负/信号输入地(取自 VIN-) 供电电源正 供电电源负 对外供电电源正(取自 VIN+) 开关量输入 9 通道 开关量输入 10 通道 开关量输入 11 通道
交流电源下开关量采集的方法研究
交流电源下开关量采集的方法研究摘要：开关量采集是电力系统自动化系统中非常重要的功能，许多标准都对开关量采集提出了明确且严格的技术要求。
电力系统中推荐优先采用直流系统作为开关量采集的辅助电源，而在配电、风电、光伏等领域的箱变中并没有可靠的直流系统。
本文针对交流电源情况下开关量采集的问题进行了分析，研究了在交流供电情况下开关量采集的实现方法，结合开关量采集的技术要求对各方法进行了分析，并提出一种适合于交流电源情况下开关量采集的方法。
关键词：风电箱变开关量交流电源0引言开关量采集是对现场设备状态的采集，如对开关位置、刀闸位置、保护动作信号等，是SCADA系统的重要功能之一，是遥信状态的信号来源。
电力系统为了确保开关量采集的准确性，对开关量采集提出了具体技术要求，如推荐优先采用直流110V或者220V作为开关量采集的辅助电源。
实践证明，这些措施和要求可以提高开关量采集的准确性。
但在许多场合，如新能源发电的箱变中、配电的箱变及环网柜中，一般不配置高压直流电源。
本文基于该需求，对交流供电情况下开关量采集方法进行了研究和分析，并提出适合于交流电源情况下开关量采集方法。
1开关量采集的技术要求开关量采集为遥信状态的信号来源，直接反应现场设备的状态，同时许多状态量还需要参与控制逻辑，如开关的状态、非电量的状态，对其可靠性要求非常高。
对于开关量采集的性能，标准《远动终端设备（GB/T 13729-2002）》中3.5.4状态量部分明确提出：“输入回路应有电气隔离和滤波回路，延迟时间为10m s~100m s；”“事件记录站内分辨率不大于10ms或不大于2 ms。
”[1]其中，对于同一个开关量采集分辨率要求不大于10ms，对于不同开关量采集的分辨率要求不大于2ms。
对于开关量采集的准确率要求100%。
开关量电压标称值优先选用直流电压12V、24V、48V、110V、220V，交流电压是非优先选用电源。
在《量度继电器和保护装置第1部分：通用要求（GB/T 14598.2-2011）》中规定，激励电源的工作范围在80%~110%。
开关量输入╱输出电路
开关量输入/输出电路一、开关量的隔离与抗干扰1、开关量的隔离（1）隔离的作用隔离的主要作用是：使低压输入电路与大功率的电源隔离；外部现场器件与传输线同数字电路隔离，以免计算机受损；限制地回路电流与地线的错接而带来的干扰；多个输入电路之间的隔离。
（2）开关量的隔离方法常用的开关量的隔离方法主要有以下方式。
○1光电隔离。
（图3－28 光电耦合器原理接线图）○2继电器隔离。
（图3－29 采用继电器隔离的开关原理接线图）○3继电器和光电耦合器双重隔离。
2、抗干扰软件抗干扰措施主要是适当增加延时，以躲开触点抖动的影响。
二、开关量的采集、检测与变位识别1、开关量的采集方式（图3—30 中断申请电路图）当开关状态发生变化时，由于Q端仍保持原状态，D、Q异或的结果使输出由低电平跳变为高电平，通过非门变成低电平向CPU申请一次中断。
当CPU 响应中断以后，发出INTA信号使触发器触发。
D、Q状态趋于一致，异或门输出又成为低电平。
2、开关动作的检测把3次采样的开关量用A、B、C三个布尔数来表示，从中任取出两个进分“与”运算，如果其中有两个或两个以上为“1”，则运算结果必定有一个为“1”；反之，若有两个或两个以上为“0”，则运算结果必定全为“0”。
另外，再根据“或”运算的规则，在N个数中只要有一个是“1”，则运算结果必定是“1”；只有当N个数全为“0”时，结果才为“0”。
可以把三取二表决的算法用以下逻辑算式来处理（A·B）＋（B·C）＋（C·A）（3－15）3、开关变位的识别开关量的状态通常用一位二进制数来表示，例如用“1”代表闭合，用“0”代表断开。
变电所的开关量数目很多，为了简化分析，下面只对用一个字节的二进制数表示的8个开关状态进行分析，但所得到的结论具有普遍的意义。
○1现状○＋原状，若有变位则该位为1；若无变位，则该位为0。
○2（现状○＋原状）∧原状，若为1，则该位由1→0。
○3（现状○＋原状）∧现状，若为1，则该位由0→1。
浅谈开关量采集回路的设计及交流干扰问题解决方案
浅谈开关量采集回路的设计及交流干扰问题解决方案开关量采集回路选用光耦隔离，光耦作为之间的信号传输，使前端与负载彻低隔离，增强平安性，削减电路干扰。
该回路的运行质量挺直影响着庇护动作的精确性，所以需要实行一些电路的庇护措施增强开关量采集回路的平安牢靠性。
光耦回路设计的缺陷是挺直导致庇护误动的根本缘由。
以下我们我们就研究一下解决计划。
1、典型24VDC 输入电路设计典型的开关量采集回路的功能主要是滤波、电平转换、隔离和功率驱动。
以光耦输入端为24VDC，隔离输出端为主控CPU系统单元为例，图中电路选用的光耦型号为TLP521-1，为线性光耦，因为光电耦合的抗干扰性能和隔离性能比晶体管好，因此，由它构成的规律电路更牢靠，且体积小，成本低。
R1按照输入挑选，按照GB要求所选电阻值将输入电压控制在55%-70%之间动作。
即（55%-70%）U=（13.2V-16.8V），在13.2V以下彻低截止，16.8V以上彻低导通。
假设光耦导通为4mA-10mA。
当输入为16.8V以上时，此时间耦导通，所以就有1.7K3.4KΩ，电阻R1可以挑选3.4K-4.2KΩ之间的一个值。
光耦的导通最小电流为4mA，按照它的电流传输比CTR为50%，集电极的电流IC=IF*50%=4mA*50%=2mA，同时为了使光电尽快进入饱和区，挑选上拉电阻R2为4.7KΩ。
防止输入电压有大的突变，在光耦两端并联一个肖基特D1来庇护光耦，C1和R1构成低通滤波电路，滤掉输入信号夹杂的各种干扰信号。
2、220VDC输入电路设计在实际应用中，电力系统外围电路提供应装置输入电压通常为直流220V，上图的电路不能满足需求，因此在回路中串联了一个47V/1W的稳压二极管Z1及限流电阻R3、R4，输入的220VDC电压先经过R4电阻分压，当R4两端电压达到100V以上时，使Z1反向稳压，电压经R1、R3限流达到驱动光耦导通电流后导通。
该电路在现场应用中发觉，在50Hz沟通干扰很大的环境下发生误导通现象，故对该电路举行了改进，第1页共2页。
开关量采集电路、开关控制器、开关调试系统及电动车
专利名称：开关量采集电路、开关控制器、开关调试系统及电动车
专利类型：实用新型专利
发明人：郎敏,姜亚军,王娇,王香兰
申请号：CN202121339342.8
申请日：20210616
公开号：CN215642286U
公开日：
20220125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种开关量采集电路、开关控制器、开关调试系统及电动车。
其中开关量采集电路包括：分压模块、钳位模块和保护模块；所述分压模块的第一端连接信号输入端，所述分压模块的第二端连接所述钳位模块的第三端，所述分压模块的第三端和所述钳位模块的第二端连接电源端，所述分压模块的第四端和所述钳位模块的第一端接地；所述保护模块的第一端连接所述分压模块的第二端，所述保护模块的第二端连接信号输出端。
本实用新型提供技术方案，实现了开关量高电平、低电平和悬空的三态区分检测，提高了采集电路的稳定性和安全性。
申请人：雅迪科技集团有限公司
地址：214104 江苏省无锡市锡山区安镇街道大成工业园东盛路
国籍：CN
代理机构：北京品源专利代理有限公司
代理人：孟金喆
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开关量入采集分析
开关量入采集模块需求分析1．开关去抖在检测线上对于开关量输入信号（主要指光电到位、申报和遥控开关）的采集处理，既要考虑到干扰处理（机械触点，有抖动），又要考虑到光电开关的反应速度，即在保证反应速度的前提下，滤除抖动时间尽可能长。
影响光电测量的因素有2个，一是汽车的行驶速度（一般情况下为V=5－10km/h）；二是光电信号发射和接收的有效宽度（一般为L=5－10cm），再加上汽车轮胎滚过光电有效区时的长度影响，可取光电有效宽度为20cm。
求出车辆以10km/h的车速通过光电有效区的时间，即为光电最小反应时间。
T=L/V=20*10mm/(10*1000*1000mm/(3600*1000ms))=72ms即检测线上最快车速下光电识别时间应<＝72ms，考虑到还有超过10km/h的可能车速，再加上开关信号的去抖处理，取T=25ms比较保险。
2．几种开关形式2．1 高电平信号仅仅用来判断光电信号的有或无，来判断车辆在设备的“到位”或“不到位”，只对车辆的有或无感兴趣，而不对谁作判断。
具体信号电平表示如下：2．2 上升沿信号通过上升沿来判别光电信号的有无，车辆的前行到位与否，主要判别车辆从无到有的进程。
即此光电在参与检测时，必须先为空，有上升沿且必须保持高电平后，才算有效。
此种处理有助于判别车轮的先后次序，便于分清和识别车辆轴数，也有助于保证流程测试过程中的安全。
比如车辆在轴重台上测完前轴，当要测后轴时，必须车辆前行等轴重台光电为空后，后轴再挡住光电，光电由低电平变为高电平后，才认为后轴到位；再比如对于后驱车，进行车速测量时，当车轮挡住光电又放开后，认为前轴通过，点阵提示“前进”，当后轴挡住光电，光电信号由0变为1且保持后，才认为后轴到位，也才能辨别出后轴，否则，检测系统会因分不清前轴和后轴，而使流程紊乱。
具体信号电平表示如下：2．3 下降沿信号通过下降沿来判别车辆的有无，主要判别车辆从有到无，即离去的过程。
微机监测系统开关量的采集
微机监测系统对象的采集
• 9.1区间信号机点灯状态的检测
– 采集区间信号机的点灯状态是以开关量形式，直接采 集信号机的点灯电压
微机监测系统对象的采集
• 9.2区间移频(含UM71)送端功率输出电压的监测
– 功率输出电压的监测：信号从分线盘引出线串接过衰 耗电阻之后进入传感器模块 – 频率值的测试
微机监测系统对象的采集
• 当Xl、X2错接并且二极管极性接反时，则软件判断 不出，不能报警 • 能同时监测记录24组道岔转换的动作电流和动作时间 • 处理、判别、暂存有关监测数据，与站机通信时将 完 整的电流曲线送出，包括动作时间的报警信息
微机监测系统对象的采集
• 3.6.2电源屏的监测
– 3.6.2.1输入、输出电源电压的监测 – 3.6.2.2电源屏两路输入电源瞬间断电的监测 – 3.6.2.3 错序的监测 – 3.6.2.4接口配置
微机监测系统对象的采集
5.电缆绝缘的检测
• 电缆绝缘测试是指电缆芯线全程对地绝缘电阻的
测试。信号电缆是信号电路中的传输线，直接关 系到 信号联锁。通过电缆绝缘电阻的测量，可及 时了解电缆绝缘的情况，了解信号电路的状态， 保证设备的正常工作。
微机监测系统对象的采集
微机监测系统对象的采集
6.电源对地漏流的检测 • 漏流测试要求将电源屏各输出端人为地接 地，所以对它的采集需要非常慎重，一般 要求串人保护电阻进行测量 。
微机监测系统对象的采集
为了避免上 述情况产生， 拟在微机监 测系统中， 对道岔控制 电路中的 SJ第8组接 点进行动态 监测，以确 认道岔实际 锁闭的情况
微机监测系统对象的采集 • 3.6 设备构成
– 3.6.1 道岔采集机设备构成 道岔采集机由电源板(DY)、CPU板、模拟量 输入板(MR)、开关量输入板(KR)组成
开关量采集的抗干扰问题及解决方法
开关量采集的抗干扰问题及解决方法
唐广瑜
【期刊名称】《计算机应用》
【年(卷),期】1999(019)007
【摘要】@@ 开关量采集是计算机应用中常见的问题.在变电站综合自动化系统中,对于信号采集的准确性与实时性都有较高要求,如微机保护装置、监控系统、以及自动化装置都要求开关量采集及时、准确,否则会造成遥信误判,甚至导致保护误动作.在某些特定情况下,准确性与实时性可能产生冲突.如果只顾及准确性,就要以较长的时间为代价,无法满足电力系统对开关量变位时间分辨率的要求.但只顾及实时性,就可能判断不准,造成开关量的频繁变位,影响装置的正常工作.所以,妥善地解决开关量采集的实时性和准确性问题对实现变电站综合自动化有相当重要的意义.
【总页数】1页(P61)
【作者】唐广瑜
【作者单位】成都电业局继电保护所,四川,成都,610061
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.一种保证船舶PLC控制系统开关量信息采集可靠性的方法 [J], 于风卫
2.一种抗干扰量可调的模拟量开关电路的设计及应用 [J], 董燕;唐泓
3.一种通用模拟量及开关量信号采集板卡的设计 [J], 许双双
4.一种简单实用的开关量采集处理方法 [J], 董振华
5.基于组扫描的PLC开关量采集方法设计 [J], 周艳平
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开关量信号的输出
开关信号输出的驱动电路
华中科技大学机械学院
开关量信号的输出
开关信号输出的驱动电路
华中科技大学机械学院
开关量信号的输出
单片机输出通道接口方式
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开关量信号的输出
单片机模拟输出接口方式
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信号调理 一、 信号调理的目的
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信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。 1.传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到 显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还 要进行阻抗变换。 2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声，需 要去掉噪声，提高信噪比。 3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感 器测量信进行调制解调处理。
开关量信号的输出
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华中科技大学机械学院 欧姆龙可编程控制器的晶体管输出电路
开关量信号的输出
开关信号输出的电气隔离
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开关量信号的输出
华中科技大学机械学院
开关信号输出的电气隔离 当被控设备远离单片机时，光电隔离接口电路设计如图4—30所示。该 电路为电流环发送和接受电路，可以极大地提高系统的抗干扰性能， 最大传输距离可达900m，传输速率可达 50Kb／s，但必须保证传输线 中环路连线电阻＜30欧姆，当该阻值过大时，l00欧姆的限流电阻相应 减小。
同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特 点，广泛用于前置放大级。
信号放大电路
3 交流放大电路
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若只需要放大交流信号，可采用图示的集成运放交流电 压同相放大器。其中电容C1、C2及C3为隔直电容。
RF Av 1 R1
R1一般取几十千欧。耦合电容C1、C3可根据交流放大 器的下限频率fL来确定。
• (3) 转换速度;
• (4) 模拟信号的输入范围;
•
如，5V， +/-5V，10V，+/-10V等。
模数(A/D)和数模(D/A)
2、D/A转ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ过程和原理
1) D/A转换过程
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D/A转换器是把数字信号转换为电压或电流信号的装置。
2) D/A转换器的技术指标
• • • •
(1) (2) (3) (4)
信号抗干扰措施 —光藕
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光藕合器抗干扰 使用光藕合器切断地环路电流干扰是十分有效的。 其原理图见图3—44。由于两个电路之间采用光束来藕合，所以能将两个 电路的地电位完全隔离，这样两电路的地电位即使不同也不会造成干扰， 这对数字电路尤为重要。
信号处理技术 一、 模数(A/D)和数模(D/A)
5 RC无源滤波器 在测试系统中，常用RC滤波器。因为这一领域中信号频 率相对来说不高。而RC滤波器电路简单，抗干扰强，有 较好的低频性能，并且选用标准阻容元件 。
1) 一阶RC低通滤波器
信号抗干扰措施 — 滤波
2) 一阶RC高通滤波器
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3) RC带通滤波器
可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联
(3)光电耦合器可以耦合零到数千赫的信号，且响应速度快(一般为几 毫秒，甚至少10ns)，可以用于高速信号的传输。
开关量信号的输入
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根据安全标准，系统的限位开关 须接成常闭状态。当工作台的运 动超过其物理有效行程将使限位 开关打开。限位开关输入信号的 有效电平可以通过主机命令进行 选择。原点开关为常开状态。
信号调理 二、 信号放大
1 目的
信号放大目的 幅度增加
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(1)抗干扰; (2)阻抗匹配
2 分类
直流放大器
时间域 幅度增大 幅度增大 电荷增大 △Z V
频率域 低频保留,高频截止 高频保留,低频截止
放大器
交流放大器
电荷放大器 电桥
信号放大电路
2 直流放大电路 1) 反相放大器 反相放大器是最基本的电路， RF 其闭环电压增益Av为:
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Av
R1
反馈电阻RF值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂 移，一般为几十千欧至几百千欧。R1的取值应远大于 信号源Ui的内阻。
烟雾报警器
酒精传感器
二氧化碳传感器
信号放大电路
2)同相放大器 同相放大器也是最基本的电 路 ，其闭环电压增益Av为:
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RF Av 1 R1
+
F
信号放大电路
5 电桥 1）直流电桥 ●平衡条件
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d V
R1 R3 R2 R4
信号放大电路
2）交流电桥 ●平衡条件
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~
Z1Z 3 Z 2 Z 4 1 3 2 4
信号放大电路
应变片的粘贴
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R1
R2 U
R1 R3
R4 E
开关信号的接口技术
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开关信号的去抖处理 微机对开关信号采样时，必须消除这种抖动，否则会造成错误采 样。消除抖动的方法可从软件和硬件上着手。 软件的方法是经过一段延时后再读入信号，若两个采样值不同、 则继续采样，直到两个采样值相同，延迟时间应比抖动周期长。 硬件的方法是在接口电路中加“‘防抖动电路，图中是由2个“与 非”门组成的RS触发器，开关K在常开状态下．输出为l，一旦开关K 闭合、则在刚一闭合的瞬间，RS触发器翻转，输出为0，此时，虽然开 关要抖动几次，但不会影响触发器的输出。
开关信号的接口技术
光电耦合器具的特点：
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(1)信号采取光一电形式耦合，发光部分与受光部分无电气回路、绝 缘电阻高达1010—1012欧姆，绝缘电压为1000一5000V，因而具有极高 的电气隔离性能，避免输出端与输入端之间可能产生的反馈和干扰。
(2)由于发光二极管是电流驱动器件，动态电阻很小．对系统内外的 噪声干扰信号形成低阻抗旁路，因此抗干扰能力强，共模抑制比高， 不受磁场影响，特别是用于长线传输时作为终端负载，可以大大地提 高信噪比。
电磁屏蔽对于低频磁通干扰的屏蔽效果是比较差的，因此在低频磁通 干扰时，要采用高导磁材料作屏蔽层，以便将干扰磁通限制在磁阻很小的 磁屏蔽体的内部．防止其干扰作用。为了有效地进行低频磁屏蔽，屏蔽层 材料要选用诸如坡莫合金之类对低磁通密度有高导磁率的铁磁材料，同时 要有一定的厚度，以减少磁阻。由铁氧体压制成的罐状磁芯可作为磁屏蔽 使用，并可以把它和电磁屏蔽导体一同使用。为了提高屏蔽效果，可采用 多层屏蔽。第一层用低导磁率的铁磁材料，使场强降低，第二层用高导磁 铁磁材料，以充分发挥其屏蔽作用。
开关信号的接口技术
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光电隔离技术 为了避免外部设备的电源干扰，防止被控对象电路的强电反窜， 通常采取将微机的前后向通道与被连模块在电气上隔离的方法。过去 常用隔离变压器或中间继电器来实现，而目前已广泛被性能高、价格 低的光电耦合器来代替。 光电藕合器是把发光元件与受光元件封装在一起，以光作为媒介 来传输信息的。其封装形式有管形、双列直插式、光导纤维连接等。 发光器件一般为砷化嫁红外发光二极管。图4—28所示为几种主要光电 耦合器类型。
信号抗干扰措施 — 屏蔽
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(2)电磁场屏蔽：电磁场屏蔽是采用导电良好的金属材料做成屏蔽层， 利用高频电磁场对屏蔽金属的作用，在屏蔽金属表面产生电涡流，由电涡 流产生的磁场抵消或减弱干扰磁场的影响、从而达到屏蔽的效果。一般所 谓的屏蔽多数是指电磁屏蔽，电磁屏蔽主要用来防止高频电磁场的影响， 对于低频磁场干扰的屏蔽效果是非常小的。基于电涡流反磁场作用的电磁 屏蔽．从原理上讲与屏蔽体是否接地无关，但在一般应用中屏蔽体都是接 他的，目的是让屏蔽体兼作静电屏蔽之用。考虑到高频集肤效应，电涡流 仅流过屏蔽层的表面一层，因此屏蔽层的厚度只需考虑机械强度就可以了， 当必须在屏蔽层上开孔与槽时要注意孔、槽的位置和方向，应尽量不影响 电涡流的形成途径，以免影响屏蔽效果。
信号采样 二、 采样保持
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在采样模式中，从保持模式移到采样模式的瞬间，输入值和输出值不 一样，需经过一段时间，两值才能达到一致，这就是滞后现象，如图3— 34所示，图中Ts表示开关滞后，TA表示稳定时间。进入跟踪状态后，一 转换到保持模式、这时的输入值便被保持，这种场合伴有各种误差。
fs＞2fmax
需要注意的是，在对信号进行采样时，满足了采样定理，只能保 证不发生频率混叠，只能保证对信号的频谱作逆傅立叶变换时， 可以完全变换为原时域采样信号xs(t)，而不能保证此时的采样 信号能真实地反映原信号x(t)。工程实际中采样频率通常大于信 号中最高频率成分的3到5倍。
信号抗干扰措施 — 屏蔽
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屏蔽是模拟传输中抑制干扰的重要手段，屏蔽的意义既包含了屏蔽干 扰源，又包含了屏蔽接收体。屏蔽设施的实现，可以利用铜或铝等低阻材 料或者用磁性材料做成的容器将需要屏蔽的部分包起来，以防电或磁的相 互感应。 1屏蔽的分类 屏蔽这种方法对防止以“场”形式耦合的干扰是十分有效 的，因此根据场的性质不同，屏蔽可分为电场屏蔽及电磁场屏蔽。 (1)电场屏蔽：由静电学知道，处于静电平衡状态下的导体内部各点都是 等电位的，即导体内部无电力线。利用金属导体的这一性质，加上接地措 施，则静电场的电力线就在接地的金属导体处中断，起到隔离电场的作用， 需要强调的是静电屏蔽罩必须接地。
1、A/D转换
1) A/D转换过程
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采样――利用采样脉冲序列p(t)，从连续时间信号x(t)中 抽取一系列离散样值，使之成为采样信号x(nTs)的过程． 量化――把采样信号x（nTs）经过舍入变为只有有限个有 效数字的数，这一过程称为量化．
编码――将离散幅值经过量化以后变为二进制数字的过程。