基于组态王的储油罐液位控制的硬件系统设计

1、 西安石油大学本科毕业设计（论文） 西安石油大学2015届学士学位毕业论文 储油罐液位控制的硬件系统设计学 号： 姓 名： 指导教师： 专 业： 自动化 系 别： 完成时间：2015年6月毕业设计（论文）任务书题 目储油罐液位控制的硬件系统设计学生姓名学号专业班级设计（论文）内容及基本要求1立式储罐直径：17m，储罐高：9m，存储介质：轻质油，罐内压力：0.1013MPa，最大输入流量：5 m2/h。2.学习研究液位控制系统的基本原理和应用。研究学习储油罐控制系统。3.选择合适的硬件系统适当考虑系统可扩展性，实现储罐的单罐液位的监控。液位控制精度 1%。4.学习储油罐仪表系统中的防爆知识，设计

2、中按防爆标准选型。5.系统硬件构成中应含变送器、执行器和监控设备。6.完成相关资料检索和开题报告。7.完成论文的写作和 15000 字符以上的英文资料翻译。设计（论文）起止时间2015 年 1 月 5 日 至 2015 年 6 月12 日设计（论文）地点自动化实验室指导教师签名年 月 日系（教研室）主任签名年 月 日学生签名年 月 日储油罐液位控制的硬件系统设计摘要：我国石油资源丰富，采油炼油企业众多，储油罐是储存油品的重要设备,储油罐液位的精确计量和控制对生产厂库存管理及经济运行影响很大。但国内许多反应罐、大型储油罐、加油站的液位计量仍采用人工检尺和分析化验的方法，其他参数的测定也没有实行实

3、时动态测量和控制，这样易引发安全事故，无法为生产操作和管理决策提供准确的依据。本系统针对上述问题，采用相应的传感器将油罐的液位数据传给采集卡，再将数据传给上位机，从而进行计算与分析。在通过上位机把信号传给采集卡，采集卡把信号传给电磁阀，以此来控制储油罐的流出量，以达到控制液位的要求。关键词：储油罐、液位控制、采集卡、电磁阀。 The hardware system design of oil tank level controlAbstract：Our country is rich in oil resources, many oil refineries.The storage tank

4、is an important oil storage equipment.Accurate measurement and control of oil tank liquid level has great influence on the inventory management and economic operation of the factory. But the liquid level measurement of many reaction tanks, large oil tanks and gas stations is still the method of manu

5、al inspection and analysis,determination of other parameters also failed to implement the real-time dynamic measurement and control, so easy to cause safety accidents, unable to provide accurate basis for the production operation and management decision.The system is aimed at the above questions.The

6、 liquid level data of the oil tank is transmitted to the collecting card by using the corresponding sensor., and then sends the data to PC, So as to calculate and analyze.Pass the signal to the card by the upper computer, the signal is transmitted to the solenoid valve. To control the outflow of oil

7、 tanks and reach the level of control requirements.Key words:Storage tank, liquid level control, data acquisition card, solenoid valve.目录1 绪论11.1 课题的背景及目的11.2 国内外研究现状21.3 课题研究的方法32 设计基本要求43 设计的基本结构54 硬件选型和介绍64.1 差压式液位计74.1.1 仪表简介：74.1.2 工作原理：74.1.3 产品应用：84.1.4 主要特点：84.1.5 技术参数：84.1.6 带远传装置的液位计适用于下列工

8、况94.1.7 注意事项与日常维护94.1.8 选型型谱104.2 数据采集卡104.2.1 产品介绍104.2.2 安装与测试124.2.3 软件的安装174.2.4 信号的连接234.3 继电器254.4 电磁阀31选型依据32选型原则324.6 监控主机375 软件部分简介396 硬件基本设计406.1 二位式开关简述406.2 硬件的选择与连接407 结论43参考文献44致谢461 绪论1.1 课题的背景及目的人们在日常生活以及工业生产经常遇到涉及到液位的检测问题，例如饮料、食品加工，居民生活用水的供应、溶液过滤、污水处理和化工生产等多种行业的生产过程中， 通常要对液位进行检测。生产生

9、活中所用液体的液位需要保持一个合适的高度，太满会容易溢出从而造成浪费，过少则无法满足生产需求。因此，需要设计合适的检测仪器来自动监测液位高度，以便及时作出调整，使得液位保持在正常水平，以便保证产品的质量和生产效益。这些具有不同背景的实际应用问题都可以简化为对盛装于某容器中的液位进行检测的问题。因此液位成为工业控制过程中一个重要的参数。特别是在动态的情况下，采用一个适合的方法对液位进行检测、控制，能收到良好的实际生产效果。随着液位检测应用的普及和电子信息技术的发展，特别是大规模集成电路的出现，给人们的生活带来了巨大的变化。目前，单片机在工业控制系统的诸多领域都得到了广泛的应用。特别是其中的 C5

10、1 系列单片机以及采集卡的出现。以其极好的稳定性，更快和更准确的运算精度而受到广泛得使用。由于单片机体积小、功能强、性能稳定、价格低廉等优点，其在工业控制系统诸多领域得到了广泛的应用。而在此基础上发展起来的智能仪器无论是在测量的准确度、灵敏度、可靠性、自动化程度、应用功能等方面还是在解决测试技术问题的深度和广度方面都取得了巨大的发展，向人们展现出一种全新的面貌。随着集成电路特别是大规模集成电路的迅速发展，以及人工智能在测试技术方面的广泛运用，智能仪器有了更大的发展空间。液位测试仪器的智能化已成为新时期仪器仪表发展的主流方向。因为应用的场合和精度要求的方面的要求不同,目前已发展出多种液位测量方法

11、, 如利用绕在轴轮上的线圈,通过 放线时匝数的变化来进行测量的机械法； 利用物理电阻、电感、电容等方面的变化进行测量的非电量测量法；还有激光测位法、超声测位法等。在上述几种测量方法中，机械法测量结构简单,但精度低；而非电量测量法电路复杂且稳定性差；激光测位法成本相对较高。因此，考虑到成本、结构、进度和测量范围等因素，本文设计一种具备自动控制功能的智能化检测装置。随着科技的发展，特别是计算机技术的广泛应用和迅猛发展，由传统的人工测量开始逐步向计算机智能监测方向发展。相比较而言，国外的油罐区安全监测系统性能好，但其价格过高，远远超出了我国广大用户的承受能力。而国内研制的系统大多计算精度低、稳定性和

12、可靠性差。因此，研发出符合我国国情的油罐区安全监测系统，不仅可以保障石油库区的安全生产，而且将加快石油行业的现代化管理进程。油罐液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。在工业工程控制中，有很多地方需要对容器内介质进行液位控制，使之高精度的保持在给定的数值。液位控制一般指对某一液位进行控制调节，使其达到所要求的控制精度。液体的液位的自动控制，是近年来新开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物。 通过本课题的设计，培养学生对自动控制系统的综合运用，对自动化仪表的选型、参数设计和调试的能力，检验所学习专业知识的综合

13、利用能力，为今后工作打好基础。1.2 国内外研究现状我国石油资源丰富 ,采油炼油企业众多 ,储油罐是储存油品的重要设备 ,储油罐液位的精确计量对生产厂库存管理及经济运行影响很大。但国内许多反应罐 、大型储油罐的液位计量仍采用人工检尺和分析化验的方法 ,其他参数的测定也没有实行实时动态测量 ,这样易引发安全事故 ,无法为生产操作和管理决策提供准确的依据。采用计算机自动监测技术 ,实时监测储油罐液位 、温度等参数 ,可以方便了解生产状况 ,及时监视 、控制容器液位及温度等 ,保障安全平稳生产。随着信息技术、自动化技术在过程工业的广泛应用，过程控制系统在过程工业中愈显重要。过程控制从应用于工业生产至

14、今经历了一个由简单到复杂、从低级到高级的过程。在过程控制中，通常对液位、温度、压力、流量等参数进行控制。其中，液位控制技术在国民生活、生产中发挥了重要作用，如民用水塔供水，精馏塔液位控制，锅炉气泡液位控制等。液位控制的准确度与精度都直接或间接地影响着生产、生活的质量与安全。为了保证安全、合理高效生产，急需开展先进的液位控制方法和策略的研究和开发。其中液位测量控制系统就是测控装置研究的一个主要方面，液位控制系统主要有模拟式和数字式两种。目前液位测量主要是对储油罐中油品的液位、体积和重量等参数进行直接或间接测量。早期液位测量大多采用机械原理，近年来随着电子技术的应用，逐步向机电一体化方向发展，并且

15、发展了许多新的测量原理，在传统原理中也渗透了电子技术及微机技术，结构上和功能上都有很大提高。目前我国的储油罐液位测量技术还比较落后， 储油罐液位测量方法存在较多的问题和弊端，有的虽安装了自动化测量系统，但测量精度普遍不高。若从国外进口高精度液位仪，价格又太高。因此，分析当前国内外储油罐液位测量技术现状与发展趋势，并在此基础上研究出适合我国国情的液位测量技术就显得非常重要。目前国内外在液位测量方面采用的技术和产品很多，传统的液位传感器按其采用的测量技术及使用方法分类已多达十余种。 1.3 课题研究的方法在任务书确定后，根据任务书的要求，明确要做的东西。从中了解自己需要掌握的内容，再开始找相关的文

16、献，学习研究上面的相关知识为后面设计做基础。上网查找和设计相关的资料，熟悉相关过程。弄懂各个部分的基本原理，基本上有个大概的模型。开始尝试做做，再此过程中不懂的东西和同学交流商量把不懂的弄会。遇到的解决不了的东西可以找老师指导，解决困难。这样一直循序渐进不断遇见问题解决问题，把困难消除，严格要求自己，直到把毕业设计完成。本次储油罐液位控制的监控软件系统需要将系统中的液位进行实时监控，所以应先了解整个监控系统各个环节的构成，以及控制方法。多学习监控组态软件，如组态王的使用，最后将现场设备和上位机连成一个能通信的系统，整个过程中会遇到很多比较棘手的问题，因此要实现做好充分的准备，充分利用学校图书馆

17、，参考大量优秀文献，模仿实验例子先做一遍，等到能熟练使用各种软件和实验室中的硬件设备后，再着手做本次毕业设计，在做毕设过程中首先要做什么，需要哪些步骤，运用哪些方案，一步一步解决困难才能把做好本次毕设。2 设计基本要求根据任务书的基本要求，设计一个立式储油罐，储存轻质油，储油罐直径17m，高度为9m。要求设计一个基本控制系统把液位在某一设定值，使液位在这个值周围变化，该控制精度要达到1%。并且达到防爆要求，使其达到储油罐液位控制的要求。学习研究液位控制系统的基本原理和应用，研究学习储油罐控制系统。学习储油罐仪表系统中的防爆知识，设计中按防爆标准选型。系统硬件构成中应含变送器、执行器和监控设备。

18、完成相关资料检索和开题报告。3 设计的基本结构根据储油罐液位控制的硬件设计要求，设计的基本思路是选择好硬件组成一个系统，然后根据自动控制原理，设计一个闭环控制系统来实现液位控制。首先选者好各个部分所需要的硬件。首先按照要求安装差压式液位计，用来测量液位高度，并发送信息。然后需要一个A/D数据采集卡，把液位计传过来的模拟信号转换为数字信号，再通过采集卡采样，把信号传给上位机。上位机通过处理分析，对已知液位信息进行判断，然后把信号再次传给采集卡输出数字信号，把信号传给小型继电器，通过二位式控制使其对继电器起作用，然后继电器再去控制电磁阀，以此来控制储油罐的输出量，来控制液位变化。当油罐液位低了电磁

19、阀关闭，油罐液位上涨。当油罐液位高了，电磁阀打开，使油流出，以此来降低储油罐液位。如此循环，闭环控制系统使油罐液位始终保持在一定的液位，来达到储油罐液位控制的目的。其中控制的粗略过程可以用图来示意，大致的控制过程如下图3-1所示。 上位机A/D数据采集卡 油罐 输入继电器液位计电磁阀 输出图3-1储油罐液位的控制设计框图如下图3-2所示上位机数据采集卡电磁阀储油罐液位传感器给定值液位A/D测量值图3-2这图反应了储油罐液位控制的基本思路，此控制框图包括变送器、执行器和监控设备。完全满足任务书的要求，能够实现液位的控制功能，并能够很好的实现储油罐液位的控制。4 硬件选型和介绍硬件选型是在对课题进

20、行深入分析，对相关信息进行调查之后所进行的基础性工作，是软件设计实现的前提。硬件的合理选用，对于整个课题的设计至关重要，既要合理、适合，也要经济适用。本设计要实现上位机直接监控，通过数据采集卡收集液位信号反馈给上位机来进行控制，从而实现液位保持在给定值附近的自动控制系统。 储油罐液位控制系统的硬件设备包括：液位传感器、数据采集卡、监控主机、继电器、电磁阀、电源。4.1 差压式液位计4.1.1 仪表简介：ZW3051LDP双法兰差压式液位计，双法兰差压式液位计主要用于以下场合的测量：高温下的粘稠介质易结晶的介质带有固体颗粒或悬浮物的沉淀性介质强腐蚀或剧毒性介质可消除导压管泄漏污染周围环境现象的发

21、生：可免去采用隔离液时，因测量信号的不稳定，需要经常补充隔离液的繁琐工作。连续精确测量界面和密度远传装置可避免不同瞬间介质的交混，从而使测量结果真实地反映过程变化的实际情况。4.1.2 工作原理： 双法兰差压式液位计的测量原理是当被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在元件（即敏感元件）的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。液位变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。 当差压计一端接液相，另一端接气相时，根据流体静力学

22、原理，有： PB=PA+Hg （4-1） 式中： H液体高度； 被测介质密度； g被测当地的重力加速度。 由式（4-1）可得： P= PBPA= Hg （轻质油20 的密度650Kg/m³ 左右）在一般情况下，被测介质的密度和重力加速度都是已知的，因此，差压计测得的差压与液体的高度H成正比，这样就把测量液体的高度的问题变成了测量差压的问题。这就是液位测量的原理，运用水压与高度的关系把高度转化为压力的测量很容易测出高度。4.1.3 产品应用：双法兰差压式液位计是用于防止管道中的介质直接进入变送器里的压力传感器组件，它与变送器之间是靠注满流体的毛细管连接起来的。用于测量液体、气体或蒸汽的

23、液位、流量和压力，然后将其转变成420mA DC信号输出。4.1.4 主要特点：1、超级的测量性能，用于压力、差压、液位、流量测量；2、数字精度：+（-）0.05%；3、模拟精度：+（-）0.75%+（-）0.1%F.S；4、全性能：+（-）0.25F.S；5、稳定性：0.25% 60个月；6、量程比：100：1；7、量速率：0.2S；8、小型化（2.4kg）全不锈钢法兰，易于安装；9、过程连接与其它产品兼容，实现最佳测量； 图4-110、世界上唯一采用H合金护套的传感器（专利技术），实现了优良的冷、热稳定性；11、采用16位计算机的智能变送器；12、标准4-20mA，带有基于HART协议的数

24、字信号，远程操控；13、支持向现场总线与基于现场控制的技术的升级；液位计的这些特点完全满足了此系统的要求。4.1.5 技术参数：输出信号：420mA.DC二线制（模拟）二线制420mA直流信号上叠加数字信号，由用户选择线性或开方输出。（智能）；供电电源：1245VDC；电源影响：<0.005%输出量程/V；14、为避免被测介质直接于变送器的隔离膜片接触提供了一种可靠的测量方法；阻 尼：通常可在0.116秒之间可调，当灌充惰性液或带远传装置时，时间常数会增大；启动时间：<2秒，不需预热；工作环境：环境温度 -2993（模拟放大器）；-2975（数字/智能放大器）；-2965（带显示表

25、头）；环境湿度 095%；防护特性：防护能力 IP65；防爆类型：隔爆型 Exd II BT4-6；本安型 Exia II CT5；静压影响：零位误差：±0.5%最大量程限值，对于32MPa在管道压力下通过调零给予校正；电磁辐射影响：0.05%最大量程值，接受辐射频率27500MHz，试验场强3V/m；指示表（%）：液晶数显 精度±0.2%；振动影响：任何方向200Hz振动时，±0.05%/g；安装位置：膜片未垂直安装，可能产生小于0.24KPa的零点误差，但可通过调零来修正；重 量：3.9Kg（不包括附件）。4.1.6 带远传装置的液位计适用于下列工况1、需要将

26、高温介质与变送器隔离。2、测量介质对变送器敏感元件有腐蚀作用。3、被测介质由于环境或温度变化而固化或结晶。4、更换被测介质需要严格净化测量头。5、悬浮液体或高粘度介质。6、测量头必须保持清洁卫生。7、密封压力容器测量。4.1.7 注意事项与日常维护1、使用全新的双法兰差压变送器前，要检查法兰膜片内充液是否充足(各商家生产的电极对内充液的多少要求不同)如太少，需返厂维修。2、对于没有浸入过溶液的膜片和长期干放的传感器，在使用前要在需要查看有无损坏，目的是使受压后，传感器膜片破裂，造成油液混入测量介质中。3、日常使用时法兰拆卸不用时应该使用保护套，切忌将膜片裸露外面。4、长期不用可以干放，经常使用

27、最好保存在电极保护液中，但使用前要浸泡活化。5、测量强酸强碱会大大降低电极寿命，因此如需频繁测量强酸强碱最好选购特种耐强酸强碱膜片。6、清洗膜片清水冲洗，水力不应过大，不要使用铁刷或其它金属擦洗。7、法兰要轻拿轻放，膜片极为脆弱，以免磕碰。4.1.8 选型型谱图4选型：ZW3051LDP-5E22S1M2B1i注：1、工作压力还取决于选定法兰的规格。2、远传装置的工作温度，由所选择的灌充液种类确定。3、远传差压变送器则是指一侧的远传装置受到温度作用，所产生的输出变化。4、静压和温度影响，均是在最大量程时测得。5、远传差压式液位计一侧毛细管长度一般为1.5米，最长不宜超过3米（特殊情况协议商定）

28、。综上所述，选这个差压式液位计的原因是此液位计具有防爆功能，输出电流信号可以经过处理传给上位机。测量范围可以选择0-31.1186.8kpa。由于油罐为米高，故可以选择测量在15m左右，换算成压力大概为97.5kpa。采用双法兰式液位计，不仅可以满足油罐密闭式的测压要求，而且避免了引压室的堵塞。因此此液位计完全满足要求。4.2 数据采集卡4.2.1 产品介绍数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集卡，即实现

29、数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡，可以通过USB、PXI、PCI、PCI Express、火线(IEEE1394)、PCMCIA、数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。 数据采集卡，即实现数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡，可以通过USB、PXI、PCI、PCI Express、火线(IEEE1394)、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算

30、机。通道数：就是板卡可以采集几路的信号，分为单端和差分。常用的有单端32路/差分16路、单端16路/差分8路。本设计为了减小误差采用差分输入。采样频率：单位时间采集的数据点数，与AD芯片的转换一个点所需时间有关，例如：AD转换一个点需要T = 10uS，则其采样频率f = 1 / T为100K，即每秒钟AD芯片可以转换100K的数据点数。它用赫兹（Hz），常有100K、250K、500K、800K、1M、40M等。缓存的区别及它的作用：主要用来存储AD芯片转换后的数据。有缓存可以设置采样频率，没有则不可以。缓存有RAM和FIFO两种:FIFO应用在数据采集卡上，做数据缓冲，存储量不大，速度快。

31、RAM是随机存取内存的简称。一般用于高速采集卡，存储量大，速度较慢。分辨率：采样数据最低位所代表的模拟量的值，常有12位、14位、16位等（12位分辨率，电压5000mV）12位所能表示的数据量为4096（2的12次方），即±5000 mV电压量程内可以表示4096个电压值，单位增量为（5000 mV）/ 4096=1.22 mV。分辨率与A/D转换器的位数有确定的关系，可以表示成FS/2n。FS表示满量程输入值，n为A/D转换器的位数。位数越多，分辨率越高。系统采用12位的分辨率，因为12为分辨率的采集卡比较经济，而且12位分辨率有4096个电压值，精度完全满足1%的液位控制精度要

32、求，所以选择12位的分辨率。精度：测量值和真实值之间的误差，标称数据采集卡的测量准确程度，一般用满量程(FSR，full scale range)的百分比表示，常见的如0.05%FSR、0.1%FSR等，如满量程范围为010V，其精度为0.1%FSR，则代表测量所得到的数值和真实值之间的差距在10mv以内。量程：输入信号的幅度，常用有±5V、±10V、05V、010V ，要求输入信号在量程内进行。此液位控制系统采用05V的量程。4.2.1.1 概述PCL-818L是PCL-818系列中的入门级板卡。该卡可以提供要求低价位的用户使用。除了采样速率为40kHz、以及只能接受双极

33、性输入外，其它功能与PCL-818HG/HD完全相同，这样您就可以无须更改硬件和软件，就可以将应用升级到高性能的数据采集卡上。4.2.1.1.1 自动通道增益/扫描 PCL-818系列有一个自动通道增益/扫描电路。该电路能替代软件，控制采样期间多路开关的切换。卡上的SRAM存储了不同通道的增益值。这种组合能够让您对每个通道使用不同的增益，并使用DMA数据传输功能来完成多通道的高速采样（速度可达100KHz）4.2.1.1.2 板卡ID板卡PCL-818系列板上有一个DIP功能开关用来设置板卡ID。当您的系统使用多个PCL-818系列板卡时，这个功能是非常有用的，您可以很容易地在硬件组态、软件编

34、程时区分和连接某个板卡。4.2.1.2 共有特点4.2.1.2.1 16路单端或8路差分模拟量输入4.2.1.2.2 12位A/D转换器，可达到100KHz的采样速率，带DMA的自动通道/增益扫描4.2.1.2.3 每个输入通道的增益可编程，乘 0.5，1，2 ，4或 84.2.1.2.4 板上带有一个1K的采样FIFO（先入先出）缓冲器和可编程中断4.2.1.2.5 软件可选择模拟量输入范围（VDC） 双极性：±0.625V，±1.25V，±2.5，±5V，±10V 单极性：01.25V ，02.5 V，05V， 010V如上采集卡根据这些特

35、点可以选择合适的输入通道，以及采集频率。以及模拟量输入。考虑系统的需要选者8路差分模拟量输入，输入选择单极05V电压。4.2.1.3 一般特性PCL-818L： 1.功耗：+5V 210mA（典型），500mA（最大） +12V 20mA (典型) ，100mA（最大） -12V 20mA(典型), 40mA (最大) 2. I/O端口：16个连续字节 3. A/D、D/A接口：DB-37 4. 尺寸：155mm(L)*100mm(H)4.2.2 安装与测试4.2.2.1 初始检查研华PCL-818L，包含如下三部分：多功能数据采集卡PCL-818L，一本使用手册和一个内含板卡驱动的光盘。打开

36、包装后，请您查看这三件是否齐全，请仔细检查有没有在运送过程中对板卡造成的损坏，如果有损坏或者规格不符,请立即告知我们的服务部门或是本地经销代理商，我们将会负责维修或者更换。取出板卡后，请保留它的防震包装，以便在您不使用时将采集卡保护存放。在您用手持板卡之前，请先释放手上的静电（例如，通过触摸您电脑机箱的金属底盘释放静电），不要接触易带静电的材料，比如塑料材料等。手持板卡时只能握它的边沿，以免您手上的静电损坏面板上的集成电路或组件。4.2.2.2 开关和跳线的设置PCL-818L卡面板上有两个功能开关SW1和SW2；11个跳线：JP1、JP2、JP3、JP4、JP5、JP6、JP7、JP8、JP

37、9、JP10、JP11。如何使用它们将在下面详细讨论。正是因为这些开关和跳线，采集卡才能更好地选择各项功能。4.2.2.2.1 基址的选择PCL-818HD/HG/L数据采集卡是通过计算机的I/O口来控制的，每个I/O口各自都有一个独立的I/O存储空间以免相互之间发生地址冲突，PCL-818HD/HG/L使用32个连续的I/O地址空间（当FIFO使能时）或使用16个连续的I/O地址空间（当FIFO关闭时），下图给出了它的I/O地址选择，地址的选择可通过面板上的6位DIP开关SW1的设置来设定。PCL-818L的有效地址范围是000到3F0（十六进制），初始默认地址为300，您可以根据系统的资源

38、占用情况，给PCL-818L分配正确的地址，按照下图来设置它的地址。图2-2-14.2.2.2.2 通道设置PCL-818L提供16路单端模拟输入或8路差分式模拟量输入通道，用开关SW2可以设置通道输入方式。当开关在左边DIFF时，就是8路差分式模拟量输入；当在右边位置S/E处时，就是16路单端模拟量输入。默认设置是DIEF，如下图所示：图2-2-2在电脑的软件上操作如上图所示的把开关调在左边DIFF。以实现8路差分式模拟量输入，来减小输入误差。4.2.2.2.3 DMA通道选择通过设置跳线JP7可以选择DMA 通道1或是3，如下图所示：图2-2-3在软件界面上选择通过设置JP7选择1通道。4

39、.2.2.2.4 定时器时钟选择PCL-818L提供两个输入时钟源频率，10MHz 和1MHz，为板卡上的8254可编程定时器/计数器提供时钟脉冲源，用它产生频率可设置的输出脉冲来触发A/D转换（输出脉冲频率范围从25MHz到0.00023Hz），输出脉冲频率计算式如下：式中，FCLK是时钟频率，Div1、Div2分别是计数器1、计数器2的分频数。时钟频率可由跳线JP8来设置。跳线在右边则选择10M；跳线在左边则是1M。如下图所示：图2-2-4默认时钟频率是1MHz。选择默认时钟1MHZ。4.2.2.2.5 D/A基准电压选择 可以通过设置JP11来选择D/A转换器的基准电压由内部提供还是有外

40、部提供，如下图：图2-2-5当跳线在左边INT时，选择基准电压由板卡内部提供；当跳线在右边EXT时，基准电压由外部提供。板卡内部基准电压源可以通过设置JP10来选择用-5V或-10V基准源，D/A转换输出的幅值就是0+5V或0+10V。当选择外部基准源时，任何输入到CN3第31引脚，幅值在-10+10V之间的电压可以作为A/D基准源。A/D转换输出的幅值是0-Vref，外部电压基准源可以直流也可以交流（频率小于100KHz）。PCL-818L的D/A转换器还可用做可编程的衰减器，衰减系数=G/4095G是写到D/A寄存器的值，其值范围是04095。默认D/A转换器的采用内部基准电压源。有系统要

41、求故可以选择内部基准电压源，能够实现采集卡的正常的运行。4.2.2.2.6 内部基准电压源选择当用JP11选择D/A转换器采用内部基准电压源时，要用JP10来选择设置基准电压源的幅值。如下图所示：图2-2-6默认值是5V。基准电压幅值5V完全满足采集卡的要求，因此选择默认值。4.2.2.2.7 EXE.trigger和GATE0的选择JP5用来选择设置EXE.trigger和GATE0，其设置如下说明：Upper JumperDI2 选择外部触发源为 DI2G0 选择外部触发源为 TRIG0Lower JumperDI0 选择8254计数器0的门限控制为 DI0EXE 选择8254计数器0的门

42、限控制为 GATE0图2-2-7默认设置为DI0，DI2。选择默认就可以满足要求。4.2.2.2.8 FIFO打开/关闭选择用JP6可选择设置FIFO缓冲器的关闭或者打开，当打开时，每次A/D转换的数据既要存储A/D输出寄存器又要存储到FIFO缓冲器，这时PCL-818L需要32个连续的I/O地址。当关闭FIFO缓冲器时，A/D转换器的数据只存储A/D输出寄存器，这时PCL-818L需要16个连续的I/O地址。图2-2-84.2.2.2.9 FIFO中断选择用JP9来选择设置FIFO中断从2到7，用FIFO控制寄存器设置中断的使能。跳线设置如下图所示：图2-2-9默认是2。选择默认的就可以实现

43、。4.2.2.2.10 数字输出20引脚或37引脚选择PCL-818L用JP1JP4来选择数字输出通道0到3为20或37引脚连接，当选择跳线在左边（D）时数字信号输出到CN1（20引脚），当选择跳线在右边（S）时数字信号输出到CN3（37引脚），如下图所示：图2-2-104.2.2.3 引脚图图2-3-1图2-3-2选择CN1和CN3(differential)以实现采集卡的输入输出功能。4.2.3 软件的安装：4.2.3.1 安装Device Manager和32bitDLL驱动注意：测试板卡和使用研华驱动编程必须首先安装安装Device Manager和32bitDLL驱动。第一步：将启动

44、光盘插入光驱； 第二步：安装执行程序将会自动启动安装，这时您会看到下面的安装界面：图3-1-1注意：如果您的计算机没有启用自动安装，可在光盘文件中点击autorun.exe文件启动安装程 第三步: 点击CONTINUE,出现下图界面（见图2-2）首先安装Device Manager。也可以在光盘中执行toolsDevMgr.exe直接安装。图3-1-2第四步:点击IndividualDriver，然后选择您所安装的板卡的类型和型号,然后按照提示就可一步一步完成驱动程序的安装。图3-1-34.2.3.2 32bitDLL驱动手册（软件手册）说明安装完Device Manager后相应的驱动手册D

45、evice Drivers Manual也会自动安装。有关研华32bitDLL驱动程序的函数说明，例程说明等资料在此获取。快捷方式位置为：开始/程序/Advantech Automation/ Device Manager/ DeviceDriver's Manual。也可以直接执行 C:ProgramFilesADVANTECHADSAPIManualGeneral.chm。4.2.3.3 32bitDLL驱动编程示例程序说明点击自动安装界面的Example&Utility出现以下界面（见图四）选择对的语言安装示例程序。例程默认安装在C:Program FilesADVANT

46、ECHADSAPIExamples下。可以在这里找到32bitDLL驱动函数使用的示例程序供编程时参考。示例程序的说明在驱动手册Device Drivers Manual中有说明，见下图3-2-1。图3-3-1图3-3-24.2.3.4 labview驱动程序安装使用说明 研华提供labview驱动程序。注意：安装完前面步骤的Device Manager和32bitDLL驱动后labview驱动程序才可以正常工作。光盘自动运行点击Installation再点击Advance Options 出现以下界面（见图2-6）。点击：LavView Drivers来安装labview驱动程序和labvi

47、ew驱动手册和示例程序。也可以在光盘中直接执行：光盘labview labview.exe来安装。图3-4安装完后labview驱动帮助手册快捷方式为：开始/ 程序/ Advantech Automation/LabView/XXXX.chm。默认安装下也可以在C:Program FilesNational InstrumentsLabVIEW 7.0helpAdvantech 中直接打开labview驱动帮助手册。labview驱动示例程序默认安装在 C:Program FilesNational InstrumentsLabVIEW 7.0examplesAdvantech DAQ 目录下

48、4.2.3.5 Active Daq控件安装使用说明 研华提供Active Daq控件，供可视化编程使用。注意：安装完前面步骤的Device Manager和32bitDLL驱动后安装Active Daq控件，才能正常工作。光盘自动运行点击Installation再点击Advance Options 出现安装界面（见图2-6）。点击：ActiveDaq Installlation来安装Active Daq控件和示例程序。也可以在光盘中直接执行：光盘ActiveDAQActiveDAQ.exe来安装。Active Daq控件使用手册快捷方式为开始/ 程序/ Advantech Automatio

49、n/ActiveDaq Pro/ ActiveDAQPro.chm。默认安装下也可以在C:Program FilesADVANTECHActiveDAQ Pro 中直接打开Active Daq驱动手册：ActiveDAQPro.chm。ActiveDaq控件示例程序安装在C:Program FilesADVANTECHActiveDAQ ProExamples目录下4.2.3.6 Windows2K/XP/9X下板卡的安装安装流程图，如下： 图3-54.2.3.7 硬件的安装：第一步：参照2.2节，完成板卡开关和跳线的设置第二步：关掉计算机，将您的板卡插入到计算机后面空闲的ISA插槽中（ 注意

50、：在您手持板卡之前触摸一下计算机的金属机箱壳以免手上的静电损坏板卡。） 第三步：从开始菜单/程序/Advantech Device Driver V2.1/ Advantech Device Manager,打开Advantech Device Manager,如下图:图3-6-1在Supported Devices 列表中选中您所要安装的器件，比如PCL-818HG(注意：当您的计算机上已经安装好某个产品的驱动程序后，它前面将没有红色叉号,说明驱动程序已经安装成功。比如下图中的PCL-818HG前面就没有红色叉号)图3-6-2点击“Add”，弹出下图，进行基址的设置、时钟源频率的选择、A/D

51、通道以及D/A通道的相关设置（注意：1. 所有的设置必须要和您的硬件设置相附 2. 基地址和中断选择没被系统占用的资源，否则会提示冲突）图3-6-3完成后点击“OK”就会在InstalledDevices 栏中My Computer下显示出所加的器件，如下图所示：图3-6-4到此，PCL-818L数据采集卡的软件和硬件已经安装完毕,可进行板卡测试。4.2.4 信号的连接在数据采集应用中，模拟量输入基本上都是以电压信号输入。为了达到准确测量并防止损坏您的应用系统，正确的信号连接是非常重要的。这一章我们将向您介绍如何来正确连接模拟信号的输入、输出以及数字信号的输入、输出。4.2.4.1 模拟信号输

52、入连接4.2.4.1.1 单端模拟信号输入连接PCL818L提供16路模拟量输入通道，当测量一个单端信号时，只需一根导线将信号连接到输入端口，被测的输入电压以公共地为参考。没有地端的信号源称为“悬浮”信号源。测量单端模拟信号输入，标准连接方法，如下图所示:图4-1-14.2.4.1.2 差分模拟信号输入PCL-818L有16个模拟输入通道，可以设置成8路差分式输入通道。差分输入需要两根线分别接到两个输入通道上，测量的是两个输入端的电压差。如果信号源没有接地，则称其为“悬浮”信号源，输入时应将低电压端和板卡上的模拟地相接，给“悬浮”信号源提供一个公共参考点。连接方式如下图所示：图4-1-2（a）

53、如果信号源连有参考地，则PCL-818L的地端和信号源的地端之间会存在电压差，这个电压差会随信号源输入到输入端，这个电压差就是共模干扰。为了避免共模干扰，需要将输入信号源的地和差分输入信号的低压端相接，在有些情况下，需要将信号源地端和板卡模拟地相连。对信号源有参考地的差分信号输入，正确连接如下图所示：图4-1-2(b)4.2.4.2 模拟输出连接PCL-818L有一个D/A转换通道，您可以使用内部提供的-5V/-10V的基准电压产生0到+5/+10的模拟量输出，您也可以使用外部基准电压，范围是-10V+10V，输出的电压最大范围是-10V+10V。比如外部参考电压是-7V则输出0V到+7V的输

54、出电压。PCL-818L的CN3是模拟输出连接接口，基准压输入、模拟输出、模拟地等如下图所示：图4-24.2.4.3 数字信号连接PCL-818L有16路数字输入和16路数字输出通道，它与TTL电平兼容。PCL-818L从TTL设备接受或输出数字信号，连接示意图，如下图所示：图4-3（a）接受一个开关或继电器信号，需要接一个上拉电阻，以确保开关断开时，输入高电平信号，连接如图所示：图4-3(b)4.3 继电器继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处