计算机控制系统第2版刘士荣计算机控制系统第2章输入输出接口与过程通道技术课件教学.pptVIP

第2章完 以上讨论了六种数字滤波方法，在实际应用中，究竟选取哪一种数字滤波方法，应视具体情况而定。平均值滤波法适用于周期性干扰，中位值滤波法和限幅滤波法适用于偶然的脉冲干扰，惯性滤波法适用于高频或低频的干扰信号，加权平均值滤波法适用于纯迟延较大的被控对象。如果同时采用几种滤波方法，一般先用中位值滤波法或限幅滤波法，然后再用平均值滤波法。如果应用不恰当，非但达不到滤波效果，反而会降低控制品质。 计算机从模拟量输入通道得到的检测信号与该信号所代表的物理量不一定成线性关系。例如，差压变送器输出的孔板差压信号同实际的流量成平方根关系；热电偶的热电势与其所测温度成非线性关系等。而在计算机内部参与运算和控制的二进制数希望与被测参数成线性关系，其目的是既便于运算又便于显示。为此，必须对非线性参数进行线性化处理。 2.6.2其它数据预处理 1．线性化处理 (2-38) (2)热电偶的热电势与温度 (1)孔板差压与流量 (2-40) 2．标度变换 生产过程中的各种参数具有不同的量纲，如电压的单位为V，电流的单位为A，温度的单位为℃等。 而且经一次检测仪表输出信号的变化范围也不相同，如热电偶的输出为毫伏信号，电压互感器的输出为0～100V，等等。 为了进行显示、打印、记录或报警，又必须把这些数字量转换成具有不同量纲的数值，以使操作人员进行监视和管理，这就是所谓的标度变换，也称为工程量转换。 图2-42 输入电平变换 2．开关量输入隔离及电平变换 图2-43 隔离及电平变换电路 2.4.3数字量（开关量）输出通道 图2-44 数字量输出通道 数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码等组成，如图2-44所示。 图2-45 光电隔离开关量输出电路 1．小功率驱动电路 图2-46 小功率驱动电路 2．中功率驱动电路 图2-47 中功率驱动电路 图2-48 ULN2003达林顿阵列驱动器 a ) ULN2003 结构图 b) 复合管内部结构 3．大功率驱动电路 图2-49 过零型固态继电器的结构 2.5过程通道的抗干扰与可靠性设计 影响系统安全可靠运行的主要因素来自系统内部和外部的各种干扰。所谓干扰，就是有用信号以外的噪声或造成计算机控制系统不能正常工作的破坏因素。 1．干扰来源 (1)电源干扰 (2)空间干扰 (3)设备干扰 2.5.1干扰源与干扰的耦合 2．干扰信号的耦合方式 (1)直接耦合方式 (2)静电耦合方式（电容性耦合方式） (3)电磁耦合方式（电感性耦合方式） (4)共阻抗耦合方式 (5)电磁场辐射耦合方式 (6)漏电耦合方式（电阻性耦合） 图2-50 静电耦合示意图 图2-51 电磁耦合示意图 图2-52 电源共阻抗耦合干扰 图2-53 公共地线耦合干扰 图2-54 输出阻抗耦合干扰 图2-55 电阻耦合的等效电路 1、2为平行线 2.5.2过程通道抗干扰措施 干扰往往沿着过程通道进入计算机，其主要原因是过程通道与计算机之间存在公共地线，而且首当其冲是A/D和各种输入装置。 所以要求这些设备有很强的抗干扰能力，而且要设法削弱来自公共地线的干扰，以提高过程通道的抗干扰性能。 图2-56 干扰信号形式 1．串模干扰及其抑制 叠加在被测信号上的干扰信号称为串模干扰，用Vg表示。串模干扰使接收电路的一个输入端相对于另一输入端产生电位差，因此也称为差模干扰，如图2-57所示。 图2-57 串模干扰示意图 图2-58 热电偶线路中的串模噪声 抑制串模干扰的措施有： (1)采用输入滤波器 (2)采用双积分式或-调制式A/D转换器 (3)用双绞线作信号引线 (4)电磁屏蔽和良好的接地 图2-59 二级阻容滤波器网络 2．共模干扰及其抑制 共模干扰产生的主要原因是不同“地”之间存在共模电压，以及模拟信号系统对地存在漏阻抗。共模干扰通过过程通道串入主机，其一般表现形式如图2-60所示，其中VS为信号源，Vg为共模噪声电压。 图2-60 共模干扰示意图 图2-61热电偶测温线路中的共模噪声 图2-62 共模噪声电压Ucm的影响 抑制共模干扰的措施有： (1)采用仪表放大器做信号前置放大 (2)采用隔离技术将地电位隔开 (3)利用浮地屏蔽 图2-63 双线传输电路 图2-64 脉冲光电耦合 图2-65 双层浮地屏蔽保护原理图 2.6测量数据的预处理 在计算机