计算机监控系统的数据采集与处理

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1、第三篇计算机监控系统的数据采集与处理任务一、数据采集与处理的作用和分类数据釆集是指将生产过程的物理景釆集丼转换成数字景以V；，再由计算机进行存储、处理显示或者打印的过税。水电站计算机监控系统的数据采集系统的任务，就足采集各类传感器输出的模拟倌号并转挽成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机；计算机根裾需要进行相应的计算、处理并输!11,以便实现对水电站生产过程的A动监控。一般监控系统采集数裾大致可分为以下八类：1.输入模拟景。它是指将现场具柯连续变化特征的电气景和非电气景S接或经过变换后，输入到计算机系统的接门设备的物理量。适合水电站计算机监控系统的模拟S参数范围包括（T5VDC、0〜10

2、VDC、0〜20mA、±20mA、4〜20mA等。2.输出模拟量。它是指计算机系统接口没备输岀的模拟量，水电站中适用的典型参数为4〜20mA或者0〜10VDC。3.输入开关景。它是指过程设备的状态或者位置的指示信号，输入到计算机系统接口设备的数字景（即开关景），此类数字输入量一般适川一位“0”或“1”表示。4.输出开关鲎。它是指计算机系统接口设备输出的监视或者控制的数字呈，在水电站控制中为了安企4靠，一般输!li开天量是经过继电器隔离的。5.输入脉冲虽。它是指过程设备的脉冲信息输入到计算机系统接U设备，由计算机系统进行脉冲检测的一位数字景，如机组齿盘测速信号。6.数字输入BCD码。它足将B

3、CD码制数字型的输入模拟量输入到计算机系统接U设备，一个BCD码输入模拟鲎一般要占用16位数字量输入通道。7.数字输入事件顺序记录（S0E）量。它是桁将数字输入状态量定义成事件信息量，要求计算机系统接IJ设备记录输入虽的状态变化及艽变化发生的精确时间，一般应能满足5ms分辨率要求。在监控系统中，机组货电气设备的事故信号均以S0E量输入，系统对S0E量以屮断的方式响应。8.外部数据报文。它是将过程设备或者外部系统的数据倌息，以兄步或同步报文通过串行口与计算机系统交换数据。任务二、模拟量的输入与输出模拟景的输入与输出通道，是计算机监控系统的一个重要组成部分。模拟景输入通道是将生产过程的模拟量转

4、换成计算机可以识别的二进制数以后，传送给计算机的通道。模拟景输出通道是将计算机发出的控制倌息传送给执行机构的通道。-.模拟量输入通道模拟S输入通道一般是由传感器，标度变换器、采样保持器、多路采样切换器、A/D转换器级控制电路等部分组成，如下图所示：传变低感换_＞器—▲器通滤传変低控感）器_换器通制滤现场采样保持器采样雛器多路采样切换器A/D转抑器计算机接U电路计算机采样保持器控制电路1.传感器。能把现场的非电景转换成电景，例如把控制现场的温度、压力、位移、流量、转速等非电量转换成相应的电信号。变送器能把控制现场的点参景转换成便于进行A/D转换的电信号，例如把发电机的电压、电流、有功功率、无

5、功功率、频率转化成（T5V或者r20mA的电信号，以便A/D转换器能对这些电量进行数/模转换。2.辅助变换器及低通滤波器。数裾采集系统耑要从相关的传感器取捋信息，但是这些传感器的二次侧电路或者电压景不能适放模/数变换器（即A/D转换器）的输入范阑要求，故需将电压或电流变换成满足A/D转化器景程要求的电压。模拟倌号中的高频成分要用低通滤波器滤除，以满足采样定理的要求。而II，被滤除的高频分量的截止频率应低于采样频率的一半。否则会W频域的混叠而产生误差。因此在采样前耑要加上低通模拟滤波回路。理想的低通滤波器的频率响极特性曲线如图屮a曲线所示，信号频率低于理想低通滤波器的截止频率fc的部分无任何

6、衰减，而商于截II:频率fc的信号被完全滤除。实际的低通滤波器特性曲线如阁b曲线所示，显然，实际低通滤波器截止频率的过渡带远没有理想滤波器那么陡。f入/输出信兮图表1低通滤波的特性曲线1.采样保•持器。所谓釆样，就是将一个在时fuj上连续变化的模拟信号转换成在时I'uJ上离散的模拟信号。采样保持器旮两方面的作川，酋先在一个极短的吋间内测量模拟输入景在该吋刻的瞬吋值，并在A/D变换器进行转换期间内保持其输出不变。如下阁所示。采样控制信号S(t)可以表示为一个以Ts为周期的脉冲序列信号，脉冲的宽度为t(即理想开关每隔Ts短暂闭合的时间为t)。F(t)为输入连续信兮fs(t)为采样输出信号。当S

7、(t)=1时，开关闭合，此时fs(t)=f(t);当S(t)=0时，幵关打幵，此时fs(t)=0。用数学形势农示为.•fs(t)=f(t)XS(t),•其屮S(t)=0或荇1。由图可以看出，采样脉沖的宽度t越小，采样输出的脉冲复读就越准确的反应Y输入信号在该离散时刻上的瞬时值。当输入信兮被记录下來以后，为丫保证A/D变换的正确进行，这些信兮必须在A/D转换过程屮保•持怛定，保持电路就是为了实现这样的功能。通常我们把采样和