计算机控制技术 第2版 教学课件 作者 李江全 第2章 总线接口与过程通道3（过程通道）.ppt

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1、计算机控制技术——过程通道输入与输出信号工业生产过程实现计算机控制的前提是，必须将工业生产过程的工艺参数、工况逻辑和设备运行状况等物理量经过传感器或变送器转变为计算机可以识别的电信号（电压或电流）或逻辑量。传感器和变送器输出的信号有多种规格，其中毫伏（mV）信号、0~5V电压信号、1~5V电压信号、0~10mA电流信号、4~20mA电流信号、电阻信号是计算机控制系统经常用到的信号规格。在实际工程中，通常将这些信号分为模拟量信号、开关量信号和脉冲量信号三大类。针对某个生产过程设计一套计算机控制系统，必须了解输入/输出信号的规格、接线方式、精度等级、量程范围、线性关系、工程量换

2、算等诸多要素。1.模拟量信号许多来自现场的检测信号都是模拟信号，如液位、压力、温度、位置、PH值、电压、电流等，通常都是将现场待检测的物理量通过传感器转换为电压或电流信号；许多执行装置所需的控制信号也是模拟量，如调节阀、电动机、电力电子的功率器件等的控制信号。模拟信号是指随时间连续变化的信号，这些信号在规定的一段连续时间内，其幅值为连续值，即从一个量变到下一个量时中间没有间断。模拟信号有两种类型：一种是由各种传感器获得的低电平信号；另一种是由仪器、变送器输出的4~20mA的电流信号或1~5V的电压信号。这些模拟信号经过采样和A-D转换输入计算机后，常要进行数据正确性判断、标

3、度变换、线性化等处理。模拟信号非常便于传送，但它对干扰信号很敏感，容易使传送中的信号的幅值或相位发生畸变。因此，有时还要对模拟信号做零漂修正、数字滤波等处理。模拟信号的常用规格：(1)1~5V电压信号此信号规格有时称为DDZ-Ⅲ型仪表电压信号规格。1~5V电压信号规格通常用于计算机控制系统的过程通道。工程量的量程下限值对应的电压信号为1V，工程量上限值对应的电压信号为5V，整个工程量的变化范围与4V的电压变化范围相对应。过程通道也可输出1~5V电压信号，用于控制执行机构。(2)4~20mA电流信号4~20mA电流信号通常用于过程通道和变送器之间的传输信号。工程量或变送器的量

4、程下限值对应的电流信号为4mA，量程上限对应的电流信号为20mA，整个工程量的变化范围与16mA的电流变化范围相对应。过程通道也可输出4~20mA电流信号，用于控制执行机构。2.数字（开关）量信号有许多的现场设备往往只对应于两种状态，例如，按钮、行程开关的闭合和断开、电动机的起动和停止、指示灯的亮和灭、仪器仪表的BCD码、继电器或接触器的释放和吸合、晶闸管的通和断、阀门的打开和关闭等，可以用开关输出信号去控制或者对开关输入信号进行检测。开关信号是指在有限的离散瞬时上取值间断的信号。在二进制系统中，数字信号是由有限字长的数字组成，其中每位数字不是0就是1。数字信号的特点是，它

5、只代表某个瞬时的量值，是不连续的信号。开关信号的处理主要是监测开关器件的状态变化。开关量信号反映了生产过程、设备运行的现行状态、逻辑关系和动作顺序。例如：行程开关可以指示出某个部件是否达到规定的位置，如果已经到位，则行程开关接通，并向工控机系统输入1个开关量信号；又如工控机系统欲输出报警信号，则可以输出1个开关量信号，通过继电器或接触器驱动报警设备，发出声光报警。如果开关量信号的幅值为TTL/CMOS电平，有时又将一组开关量信号称为数字量信号。开关量输入信号有触点输入和电平输入两种方式。触点又有常开和常闭之分，其逻辑关系正好相反，犹如数字电路中的正逻辑和负逻辑。工控机系统实

6、际上是按电平进行逻辑运算和处理的，因此工控机系统必须为输入触点提供电源，将触点输入转换为电平输入。开关量输出信号也有触点输出和电平输出两种方式。输出触点也有常开和常闭之分。对于开关量输出信号，可以分为两种形式：一种是电压输出，另一种是继电器输出。电压输出一般是通过晶体管的通断来直接对外部提供电压信号，继电器输出则是通过继电器触点的通断来提供信号。电压输出方式的速度比较快且外部接线简单，但带负载能力弱；继电器输出方式则与之相反。对于电压输入，又可分为直流电压和交流电压，相应的电压幅值可以有5V、12V、24V和48V等。3.脉冲量信号当开关量按一定频率变化时，则该开关量就可以

7、视为脉冲量，也就是说脉冲量具有周期性。测量频率、转速等参数的传感器都是以脉冲频率的方式反映被测值的，有一些测流量的传感器或变送器，也是以脉冲频率为输出信号。在运动控制中，编码器送出的信号也是脉冲信号，根据脉冲的数目，可以获得电动机角位移以及转速的信息。另外，也可以通过输出脉冲来控制步进电动机转角或速度。脉冲量信号的幅值通常有TTL电平、CMOS电平、DC24V电平和任意电平等几种规格。实际上，数据采集卡的逻辑部件都是TTL/CMOS规格，其中的过程通道将不同幅值的脉冲量信号转换成了TTL/CMOS电平。脉冲量通道或