计算机控制技术第三章

《计算机控制技术第三章》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第3章数据采集与处理技术计算机在工业上的最早应用是化工生产的数据采集与处理。尽管目前单一的数据采集系统并不多见，但是它仍然是计算机控制系统的一个重要组成部分。本章介绍数据采集系统中的一些基本概念、模拟量和开关量数据采集的一般方法以及数据处理技术。3.1数据采集系统概述3.1.1数据采集系统概念在现代工业生产过程中，需要对大量的过程参数进行观测、记录与分析。这就要求对过程参数进行检测，然后根据获得的结果作出相应的处理，以便于人们对系统运行情况的了解或决策。这就是所谓的数据采集与处理，所构成的系统也就是数据采集系统(DAS)。传统的实现方法是用常规的记录仪

2、表。但在大型企业中，大量的过程参数需要很多的仪器仪表，这往往占用较大的场地，不便于迅速观测数据，亦不直观。由于微机具有灵活、方便、运算速度快、判断能力强等特点，因而使得数据采集系统具有显著优越性。例如，在电力工业中，可以将某一地区供电线路在彩色显示终端用图形显示出来，在图上相应的开关点或电压测量点实时显示测量状态或结果，当出现越限时，用醒目红色闪烁显示，并发出报警响声。这不仅改善了工作人员的劳动条件，更重要的是对安全生产提供了良好的技术保证，为进一步的数据处理及实时控制打下了基础。微机数据采集系统(DAS)的任务就是对生产现场的过程参数定时进行检测、记

3、录、存储、处理、打印、制表、显示及越限报警。图3.1.1是微机数据采集系统示意图。从图中可以看出，数据采集包含了连续量和开关量两种不同性质的信号检测和处理，方法不一样，这将在3.2节和3.3节中分别叙述。此外，微机数据数据采集系统并不对生产过程实施自动控制，不对生产过程产生直接影响，这是它与直接数字控制系统(DDC)的主要区别。3.1.2数据采集系统的功能数据采集系统一般应具有以下几个方面的功能：①具有实时时钟，它除了能保证系统定时中断、确定采集数据的周期外，还能为采集数据的显示、打印提供当前的时间和日期的时间值，作为操作人员对采集结果分析的时间参考。

4、②对多个输入通道输入的生产现场信息，能够按顺序逐个检测——巡回检测，或按指定对某一个通道进行检测——选择检测。19图3.1.1微机数据采集系统示意图③能够对所采集的数据进行检查和处理。例如有效性检查、越限检查、数字滤波、线性化、数字量与工程量转换等。④当采集到的数据超过上限值或下限值时，系统能够产生声光报警，提示操作者处理。⑤能定时或按需要随时以表格形式打印采集数据。⑥在系统内部能存储采集数据。⑦系统在运行过程中，可随时接受由键盘输入的命令，以达到随时选择采集、显示、打印的目的。3.1.3设计数据采集系统应考虑的一些问题1.分辨率和精度它决定了对数据采

5、集系统的核心——A／D转换器的位数要求。2.采集的模拟量通道数 它决定了系统的结构方案。对于模拟量输入主要有三种通道结构，即各通道单独设有采样保持器和A／D转换器、各通道共享一个A／D转换器、各通道共享采集保持器和A／D转换器三种结构形式。三者的速度依次减慢，可靠性依次降低，但成本依次减少。3.采样周期采样周期的选取原则，要考虑到信号处理中采样周期的选取和闭环控制系统中的采样周期的选取。3.2模拟数据采集技术模拟数据采集系统实现对现场模拟量的采集和处理，其性能的好坏主要取决于它的速度和精度。特别是工业生产过程中的数据采集系统，往往要求在保证精度的条件下

6、具有在线实时有效的多路处理功能。193.2.1模拟数据采集电路从传感器开始到CPU为止的电路构成模拟数据采集电路，它将需要的现场参数转换成计算机能够识别的数字量进入到CPU。虽然由于信号的多样性，电路结构亦有所不同，但是基本的框架趋势相似的。多路采样开关、采样/保持器（S/H）、A/D转换器等构成了DAS的数据输入通道。多路模拟输入信号经过多路开关依次接通并按顺序输入，在经过放大和滤波后被采样保持器采样并保持，使输入到A/D转换器的模拟量在保持时间内恒定，以保证A/D转换的准确性，A/D转换器转换后的数字量可经数据缓冲器送入数据总线（DB），微机从数据

7、总线获得转换的数据并进行处理。图3.2.1为具体的电路实例。它实现单片机对8路模拟量进行数据采集。对于变化频率不超过100Hz电压范围0～10V的8路模拟信号可以进行连续巡回检测，分辨率为5mV，采样间隔不低于1s时，可以进行数字滤波处理。图3.2.18路模拟电压自动巡回数据采集电路3.2.2模拟信号采集软件流程图模拟信号采样的特点是：数据由A/D转换器提供；CPU获取转换结果由A/D转换器的EOC提供。因此，CPU怎样获取转换结果关键在于数据采集系统中如何对A/D转换器的EOC处理上。处理方法不同，获取结果的方式也不一样。1．数据采集的控制方式根据微

8、机控制系统的接口原理及A/D转换时间的长短、系统工作速度的要求等，常见的数据方式有延时、查询、