过程通道与人机接口

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1、计算机控制系统第4章过程通道与人机接口过程通道过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量（开关量）输入通道、数字量（开关量）输出通道。人机接口计算机和操作人员之间常常需要互通信息，为此计算机和操作人员之间应设置显示器和操作器，其中一种是CRT显示器和键盘，另外一种是针对某个生产过程控制的特点而设计的操作控制台等。通常把上述两类设备简称为人机接口。作用：显示生产过程的状况；供操作人员操作；显示操作结果。本章主要内容1.数字量输入输出通道2.模拟量输出通道3.模拟量输入通道

2、4.人机接口4.1.1数字量的概念及种类1.数字量（开关量）的概念(1)开关的闭合与断开(2)指示灯的亮与灭(3)继电器或接触器的吸合与释放(4)电机的启动与停止(5)设备的安全状况等4.1.1数字量的概念及种类2.数字量（开关量）的种类按类型分有电平式和触点式两种(1)电平式为高电平或低电平;(2)触点式为触点闭合或触点断开，一般又分为机械触点和电子触点。机械触点：按钮、旋钮、行程开关、继电器等触点电子触点：晶体管输出型的接近开关和光电开关等4.1.2数字量输入通道数字量输入的任务:把外界被控对象的开关状态信号、或数字信号送至计算机或

3、微处理器。4.1.2数字量输入通道1.数字量输入通道的结构图4.1数字量输入通道结构4.1.2数字量输入通道2.输入调理电路为了将外部开关量引入到计算机，必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调理。4.1.2数字量输入通道图4.2小功率输入调理电路（1）小功率输入调理电路（2）大功率输入调理电路4.1.2数字量输入通道图4.3大功率输入调理电路4.1.2数字量输入通道3.常用的几种数字量输入的接线方式●在工业现场中，经常用到的数字量输入有：按钮、接近开关、光电开关、旋转编码

4、器等。●其中按钮是无源接点，晶体管输出型的接近开关、光电开关和旋转编码器等的输出有NPN和PNP两种方式。●下面分别以源极和漏极输入为例，来介绍工业中常见的几种数字量输入的接线方法。图4.4漏极输入的数字量输入接线原理框图4.1.2数字量输入通道（1）漏极输入4.1.2数字量输入通道图4.5源极输入的数字量输入接线原理框图（2）源极输入4.1.3数字量输出通道1.数字量输出的任务：把计算机送出的数字信号（或开关信号）传送给开关器件，如指示灯、继电器，控制它们的通断、闭合或亮、灭等。4.1.3数字量输出通道2.数字量输出通道的结构图4.6

5、数字量输入输出通道结构4.1.3数字量输出通道3.输出驱动电路●晶体管输出驱动电路●继电器输出驱动电路●固态继电器输出驱动电路4.1.3数字量输出通道（1）晶体管输出驱动电路图4.7晶体管输出驱动电路4.1.3数字量输出通道（2）继电器输出驱动电路图4.8继电器输出驱动电路4.1.3数字量输出通道（3）固态继电器输出驱动电路图4.9固态继电器的结构及用法4.1.4数字量输入输出通道的标准化设计在计算机控制系统中，开关量的输入输出接口极其普遍。在设计上，一般都将开关量的输入输出接口做在同一块模板上，这样可以节省硬件成本，充分利用计算机的有

6、限资源，方便用户使用。图4.10PC总线的数字量输入输出模板原理图1.D/A转换器原理2.D/A转换器芯片及接口电路3.D/A转换器的输出4.D/A转换器接口的隔离技术5.D/A转换模板的标准化设计4.2模拟量输出通道1.模拟量输出通道的功能2.模拟量输出通道的组成（1）接口电路（2）控制电路（3）数/模转换器（D/A）（4）电压/电流（V/I）变换器等4.2.1D/A转换器原理1.D/A转换器工作原理D/A转换器输入的数字量是由二进制代码按数位组合起来表示的，任何一个n位的二进制数，均可用表达式DATA=D020+D121+D222+

7、……+Dn-12n-1在D/A转换中，要将数字量转换成模拟量，必须先把每一位代码按其“权”的大小转换成相应的模拟量，然后将各分量相加，其总和就是与数字量相应的模拟量，这就是D/A转换的基本原理。2.D/A转换器的主要组成（1）基准电压VREF（2）T型（R-2R）电阻网络（3）位切换开关BSi（i=0，1，…，n-1）（4）运算放大器AVOUT=－VREF（D020+D121+D222+…+Dn-12n-1）/2n输出电压VOUT与输入二进制数D0～Dn-1的关系3.T型网络组成的D/A转换器原理图4.D/A转换器性能指标（1）分辨率（

8、2）稳定时间（又称转换时间）（3）绝对精度4.2.2D/A转换器芯片及接口电路1.D/A转换器的种类（1）按数字量输入方式：有并行输入和串行输入（2）按模拟量输出方式：电流输出和电压输出（3）按D/A转换的