SCADA系统培训---第3章IO接口与数据采集技术

1、监督控制与数据采集技术监督控制与数据采集技术华东理工大学自动化系华东理工大学自动化系王华忠王华忠 Ch3 I/O接口与数据采集技术一、SCADA系统IO接口概述 过程输入输出通道是SCADA系统上、下位机与被控过程现场测控设备之间的物理信息通道。过程输入输出通道除了有AD、DA、DI、DO等IO设备外，通常还包括一些辅助的部件，如多路转换开关、放大器、采样保持器、热电偶冷端温度补偿装置等。SCADA系统的IO接口，不仅实现了计算机与监控过程的信号传输，而且还解决了计算机与外部设备连接时存在的各种矛盾，如输入输出信号形式的不同、速度的不匹配、串并连转换以及信号隔离等。 二、过程I/O通道AIAO

2、DIDO1、数字信号及其调理开关信号开关信号 连续脉冲信号连续脉冲信号Input:Read an optical encoderOutput:Generate a square wave分辨率分辨率时钟频率时钟频率Input:Sense a switch closureOutput:Close a valve驱动程序的功能驱动程序的功能通道数通道数DAQ卡需要考虑的指标卡需要考虑的指标onofft1-0-t（1）数字信号调理Loads Requiring AC Switching or Large Current FlowProduction Monitoringor Process Cont

3、rolCommon-Mode VoltagesorHigh VoltagesElectromechanical RelaysorSolid-State RelaysOptical IsolationSolenoidsValvesMotorsHeatersLampsPumpsElectromechanical RelaysorSolid-State RelaysProximity SwitchesLimit SwitchesThermostatsManual Switches数字数字I/O图3.1 数字信号调理示意图 2、模拟信号及其调理时域信号时域信号VibrationSpeechSonar分

4、辨率分辨率采样率采样率AC 精度精度触发触发滤波器滤波器TemperaturePressureFlowStrainDC 精度精度频域信号频域信号直流信号直流信号ECGBlood pressureSingle-shot eventsChromatograph分辨率分辨率采样率采样率AC 和和 DC 精度精度触发触发DAQ卡需要考虑的指标参数卡需要考虑的指标参数0.985ttf各种模拟信号调理各种模拟信号调理低电压信号低电压信号电流输入电流输入/输出输出RTDs 和热敏电阻和热敏电阻热电偶热电偶应变仪应变仪隔离隔离放大放大噪声滤波噪声滤波电流与电压的转换电流与电压的转换;隔离，放大，噪声滤波隔离，

5、放大，噪声滤波隔离，放大，噪声滤波隔离，放大，噪声滤波冷端补偿冷端补偿激励电源激励电源隔离，放大，噪声滤波隔离，放大，噪声滤波激励电压激励电压全桥和半桥设置全桥和半桥设置隔离，放大，噪声滤波隔离，放大，噪声滤波多功能多功能I/O图3.2 模拟信号调理示意图 3、模数转换设备A/D 把外部电压信号转成计算机能够识别的数字信号，主要性能参数：采样频率 Max Sampling Rate (S/s), Sampling Frequency (Hz)精度(Resolution)：8bit 12bit 14bit 16bit输入范围(Input Range)(增益)：同步采样(Simultaneous

6、analog input)轮询采样(Multiplex analog input)突发模式采样(Burst mode)触发模式(Trigger mode)隔离(Isolation)FIFO（1）A/D 分辩率分辩率Code width = smallest detectable change in voltage =AD的输入范围的输入范围增益增益 * 2nn = # of ADC bits 16-bit ADC3-bit ADCAmplitudecode widthTime02010012014040608010.009.757.506.255.003.752.501.25011111010

7、0011010001000（2）A/D 采样速率采样速率香浓定律香浓定律 采样率采样率 2倍的最高频率倍的最高频率Adequately sampledAliased due to undersampling图3.3 采用频域确定 （3）多通道采集）多通道采集采集模式采集模式通道设置通道设置扫描顺序扫描顺序增益增益范围范围单端单端/差分输入差分输入单极单极/双极双极连续扫描间隔扫描Straingauge 1Straingauge 2Battery 1Battery 2TempPressure同步采样图形示例图形示例（4）触发）触发 软件触发软件触发START TRIG* Input of MIO

8、 BoardEdge Initiates Acquisition TTL SignalLevel and Slope of AnalogSignal Initiates Acquisition Level and Slope of AnalogSignal Retrieves Acquisition 条件获取条件获取 (软件软件) 由由 AI Buffer Read 设定设定 AI Read 调用调用 AI Buffer Read 模拟触发模拟触发 数字触发数字触发图3.4 NI信号调理模块4、SCXI设备SCXI 功能功能传感器和信号传感器和信号 热电偶热电偶 RTDs 热敏电阻热敏电阻 应

9、变仪应变仪 电压信号电压信号微伏，毫伏，伏微伏，毫伏，伏 电流信号电流信号4 20 mA, 0 20 mA 数字信号数字信号信号调理信号调理多路复用多路复用放大放大隔离隔离滤波滤波传感器激励传感器激励冷端补偿冷端补偿三、基于PC的数据采集技术利用嵌入式装置的数据采集网络化数据采集利用虚拟仪器技术的数据采集利用PLC等进行数据采集1、数据采集系统类型2、数据采集中的I/O控制方式数据采集就是在CPU的控制下将IO卡的输入、输出数据作转换，把计算机内存中的数据输出，或将外部的模拟数据转换为数字量后再送入内存。 根据采样定理，如果信号的截止频率很高时，采样频率必须相应提高，才能保证频率不失真，而采样频率的最大值是由AD转换器的转换时间决定的。 图3.5 AD转换过程 四、基于PC的数据采集系统编程 图3.6 各种数据采集软件模式 几种数据采集编程方式几种数据采集编程方式直接对寄存器编程进行数据