第一章自动装置及其数据的采集处理

1、第一章：自动装置及其数据采集和处理；第一节：自动装置的组成；1.硬件形式；(1)微型计算机系统：可通过特定开发平台编程的简单系统被定义为微型计算机系统，它由传感器、样品架、模拟多路开关和模数转换器组成。通信单元、中央处理器和外围设备等。(1)微机系统，微机系统的组成，1。传感器的功能是将压力、温度、速度等非电或电压、电流、功率等电转换成与电压或电流对应的微弱电流信号。模拟发射机广泛应用于电力系统。输入信号是被测参数；DC接口：输出是与其输入成比例的DC电压或电流信号(可由微型计算机采样)。交流接口：输出是与输入参数成比例的交流电压，幅度小。微机系统的组成，2。模拟多路开关(MUX)数据采集装置

2、应采集多路模拟量，当速度要求不高时，使用普通模数转换器分时对各种模拟量进行模数转换。在特定时间内，只允许一个模拟信号输入到模数转换器。目的是简化电路，降低成本。微机系统的组成，3。信噪比功能：模数转换器完成单向转换并保持模拟信号电压不变需要一定的时间。基本电路由模拟开关、保持电容和缓冲放大器组成。目前，大多数采样/保持电路都集成在一个芯片上。微机系统的组成。模数转换器的功能：模拟信号转换成数字信号。模数转换器是影响数据采集速率和精度的主要因素之一。5.存储功能：存储程序、参数和数据。6.通信单元通信单元与上位机通信。通信单元包括通信控制器和通信接收器。通信控制器用于控制通信过程。通信接收机用来

3、处理通信的物理层功能。微机系统的特点，1。结构简单，2。容易实现，3。满足中小型自动化设备的要求。环境适应性强。低价，(2)工业控制计算机系统，1。工业控制计算机系统的组成：稳压电源、机箱、总线板、键盘等。2.工业控制计算机内部总线：标准总线，如标准总线、工业控制总线(PC104)该单元采用小模板结构，每个模板都有相当大的独立性，实现了板级功能的分散化。STD总线工业控制计算机结构图，总线，STD总线工业控制计算机结构组成，1。标准总线主处理单元。包括处理数据、地址和各种控制功能，并控制其他单元的工作。它负责整个工业控制系统的计算、数据处理和控制，通常包含高速中央处理器和协处理器。与计算机的P

4、C机/XT总线兼容。STD总线工业控制计算机结构，2。模数转换器数模转换接口。模数转换和数据读取的时间可由中央处理器控制或由外部触发器决定。3.作为通用存储器的扩展卡，存储单元包含标准接口、解码器、存储器、备用电池等。可以防止断电后数据丢失。STD总线工业控制计算机结构，4。系统支持单元为标准个人电脑提供系统支持单元。包括设置开关、备用电池、实时时钟、看门狗定时器、上电复位电路、交流掉电电路、总线终端网络和通信端口。5.定时器单元标准总线独立外设，带可编程逻辑电路、门控电路和输出信号。完成计时、计数并实现“看门狗”功能。STD总线工业控制计算机结构，6。输入输出单元实现输入输出功能单元的切换。

5、水平输出，功率输出。各种信号都有锁存功能。7.键盘显示板键盘输入、显示输出和打印机接口。工业控制计算机的特点，1。强大的系统功能，2。可靠性和实时性强，3。董事会一级的权力下放，4。实时操作系统和进程中断系统。丰富的人机界面，6。众多软件和硬件支持，3。分布式系统和现场总线系统，分布式系统的结构，数据采集和控制站：独立的数据采集和预处理。向上位机发送信号，并从上位机接收控制信号。上位机在热备用模式下上传数据。系统协调和控制策略的确定。发出控制信号。上位机与工作站之间的通信：串行通信。媒体访问通常以令牌的形式进行。分布式系统的特点，系统适应性强，分散并行结构，满足大规模、高速、动态系统的需求，以

6、及良好的实时性对上位机有一定的技术要求。“准分布式控制”，现场总线系统，现场总线结构，组成：现场总线主节点：整个现场总线的协调者，完成信息发起功能。提供人机界面的现场总线从节点：现场总线系统终端设备的执行器无需发起通信就可以完成接收和查询功能。所有测量和控制工作都可以下载到从节点。路由器：路由、中继和数据交换。2.软件1。信号采集与处理程序：采集信息包括模拟信号和数字信号。模拟信号被收集、缩放和过滤。2.运行参数设置程序：系统运行参数设置。包括采样通道信号、采样点、采样周期、信号范围等。2.软件，3。系统管理(主控)程序：管理和调用各功能模块程序。管理数据文件的存储和输出。4.通信程序：完成上

7、位机与各站之间的数据传输，或主节点与从节点之间的数据传输。主要功能包括：数据传输波特率、数据传输启动、数据传输启动响应、数据接收响应、数据传输验证、数据传输成功标志等。第二节采样、量化和编码技术，采样、量化和编码，对于连续模拟信号x(t)，根据一定的时间间隔Ts，提取相应的瞬时值，将采样信号的幅度与某个最小数单位的一系列整数倍进行比较，用最接近采样信号幅度的最小数单位倍数表示幅度。量化信号的数值由二进制代码1表示。取样，1。采样过程采样：对于连续的模拟信号x(t)，按照一定的时间间隔Ts，提取相应的瞬时值，称为“采样”。采样信号：由瞬时值组成的一系列脉冲信号。采样时间：采样过程的持续时间、采样

8、周期、采样频率：两个脉冲信号之间的时间间隔Ts fs。采样过程可视为脉冲调制过程，采样开关可视为调制器。输入信号和输出信号之间的关系可以表示为采样开关控制信号，假设采样脉冲是理想脉冲，考虑到时间是负的，它没有物理意义。占用大量存储单元的Ts太大：模拟信号的一些信息丢失，信号失真。采样定理：它指出了恢复连续信号所需的最小采样频率，以确保原始信号x(t)可以无失真地恢复。必须有选择采样周期的基础，以确保采样信号能够恢复原始信号而不失真。这个基础是抽样定理。傅立叶级数：初步知识，乘法。当采样定理不满足时，频率混叠发生。、n3: ufsr=16vq=2vn4: ufsr=16vq=1v，量化方法是将信

9、号幅度分成几层，每层的间隔相等，等于量化单位Q.当信号幅度小于量化单位q/2时，它被丢弃；当信号幅度大于或等于量化单元q/2但小于量化单元q时，添加量化单元。N3: q=2V，让采样值u=8.5V，n4 (0.5v) 100n4: q=1v，让采样值u=8.5V，n8(0.5V)1001，并且存在舍入量化过程。编码定义：量化信号的数值用二进制编码表示，称为“编码”。最高有效位(MSB)、最低有效位(LSB)最大误差LSB量化和编码由模数转换器完成。一般来说，它是一个逐次逼近型模数转换器。3代码，第3节交流采样的电量计算和预算法，交流采样：不使用基于整流的各种变送器，只有交流电压和电流信号通过起

10、到隔离和降低幅度作用的中间电压互感器，然后交流模拟信号用于模数采样，然后通过计算得到实测有效值和其他所需参数。交流采样算法、全周期傅里叶算法、全周期傅里叶算法、采样定理(香农)，对于电力系统的交流采样，一般是每周期12、16、20、24个，甚至需要128个点来分析高次谐波，即采样频率必须大于或等于原始模拟信号频谱中最高频率的两倍。电量计算，傅立叶算法(基于傅立叶级数理论)，其中，周期函数可以分解为DC分量、基波和谐波的无穷级数。1.电压/电流量计算，基波分量(n=1)可表示为：电量的标准表达式，基波分量的有效值和基波分量的相角，每周期采样N点，积分公式的离散化方法为：T-N t-k-，对于基波分量，如果每周期采样12点(N=12)，则：N=12 n=1，假设：对于电压信号，测量基波数据；对于电流信号，测量的基础数据：三表法，双表法，3。功角计算、a、b、c、输入数据预处理、数据采集、标度变