系统组成及选购指南


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  一个微机测控系统一般由主机、AD/DA/IO接口卡、信号变换设备、传感器、执行装置和测控软件等组成。

  ● 选购应用软件主要考虑软件的可靠性、稳定性、可使用性、可维护性和价格及售后服务等。
  ● 选购硬件设备主要要从可靠性、稳定性、精度、速度等几个方面考虑;性能价格比很重要。

1. 应用软件的选择
1.1 选择软件前应先确定测控系统的功能。
1.2 当系统的功能确定之后,用户可考虑是用DOS环境还是用WIN95/98环境。

    DOS环境与WIN95/98环境比较:

  可靠性/稳定性 对主机要求 实时性 用户界面 编程 价格
DOS环境 X86 一般 自编
WIN9X环境 一般 586以上 一般 友好 自编或用组态软件

 1.3 若用户选购组态软件时,还应注意以下几点:
    软件是否具有动态实时修改参数的功能,这对很多用户来说是非常重要地!某些组态软件的参数设定是在组态阶段完成地,一旦程序运行,参数无法修改!
    软件的运行速度对一个控制系统可能会产生不良影响。

1.4 推荐的组态软件:组态王 5.0 

2. 主机的选择
   
主机可供选择的品种很多,从机型分有工控机和普通台式机,从性能分386/486/586/PII/PIII等,但用户一定要根据实际使用情况来选择。
    平均无故障时间MFT是一个理想条件下的理论值,不能表明它在实际工控场所使用的可靠性有多高。
    PCI总线的主板是新一代的总线,其特点是适于办公环境,但是不太适于环境比较恶劣的工业现场,由于PCI总线比IESA总线多了许多脚,插脚密度很大,因此故障率比IESA总线主板高的多,主要是接触不良。建议用户选用IESA总线的主板。

3. AD/DA/IO卡的选择
   
接口卡有多种功能,不同厂家,不同型号的品种可供选择。用户主要考虑的是AD/DA的转换速度、精度;IO口的驱动能力等。不同厂家的同类产品的实际指标可能会有较大的差异,这一点对用于精密测量的用户非常重要!

3.1 模拟量输入:AD转换板
    采样速度与用途范围表:

采样速度分档 采样率(Hz) 测量用途范围
低 速 DC~100Hz 温度、压力、位移量
中 低 速 100Hz~5KHz 成分分析、速度、电生理信号
中 高 速 5K~80KHz 语音、振动、通迅
高 速 80KHz~200KHz 高速反应、断裂、超声
超 高 速 200KHz~1MHz 爆炸、瞬时信号
甚 高 速 >1MHz 图象扫描、雷达

  在PC总线配套的OEM模板中,A/D转换板应包括多路转换器MUX,前置放大器AMP,(采样保持器S/H)与接口电路I/O等部分,所以手册中给出的特性指标应为模板软、硬件的综合性参数。

         通过对全部采集时间的换算可获得任何数据采集系统的吐纳率(通过率)。全部采集时间由四部分组成:A/D转换时间、多路器建立时间、 放大器建立时间和数据传输时间。虽然不同增益的放大器的建立时间不同,但全部采集时间约为:

20% 10% 55% 15%
        ├───────┼────┼──────────────------------┼─────┤   全部采集时间
        多路器和
        放大器建立
采保器
建立
A/D转换    数据传输

3.2 模拟量输出:D/A
  D/A板上的模拟输出功能比模拟输入要求更严格,一般是每个通道需要一个D/A转换器。由于每个通道用一个D/A会占去大量的板空间而且造价高,所以多数D/A板提供小数目的输出。在信号分离技术中,可以利用多路采样保持器保持输出信号不变。这时需要不断地刷新各路电压信号,以达到实现多路输出的目地。PC-1612N多路12位DA板就是一个典型的应用。

    许多数据采集系统也为象闭环控制、给定点的形成或驱动图形记录仪那样的功能提供模拟量输出能力。多数商品化的D/A转换板都提供输出电压0~5V 或者±5V,最大2~5mA电流。如果需要电流输出的话,可以使用信号调理模块把电压转换成电流并且隔离信号。

3.3 数字I/O
    在启动开关或在检测阀门或开关的启闭状态时常需要不连续的输入和输出信号。具有TTL电平的数字I/O通道能够实现这些功能。大多数数据采集系统都有8位以上的数字I/O通道,在数据位超过8bit时,可将I/O线分为并行8bit一组,每次8bit进行传送。一个128bit的数字输出板由16片8bit并行缓冲器组成。

3.4 定时/计数功能
   
有许多应用都需要定时/计数功能。如实时钟、事件统计/频率测量、可编程比率发生和脉冲输出。
   
通常定时/计数功能是由数据采集板上的一块专门的定时/计数芯片提供。 如,8253 定时/计数芯片有3个独立的16位计数器,可支持5MHz 的频率。另外,为支持与数字I/O相关的定时,这些定时/计数通道可准确地控制数据采集的运行。

4. 信号变换设备的选择
    A/D转换过程需要净化的电压输入给A/D转换器。然而,大多数应用都不会产生这种净化的电压信号。例如,许多工业应用都产生大范围的常伴有高共模电压和噪声的过程输入。因此这些应用就需要外部信号调理辅助系统来处理输入信号,使它们能适合数据采集板的数字化需要。
   
一般的信号调理包括放大、滤波和隔离。放大指把输入电压放大到A/D所需的±5V 或±10V 范围;滤波就是消除通常寄生在电压信号上的不需要的信号:如高频噪声、AC线性噪声、无线电波干扰等等;隔离是用于保护硬卡不受任何输入信号可能携带的高压(共模电压)的损坏,有时这个电压高达2500V伏以上。
  在前级中使用隔离放大器可使信号源与输出端承受>1000V的共模电压,因此在工业检测与控制及医疗电子设备等方面得到广泛的应用。

4.1 信号变换设备的用途:
    将传感器送来的微弱(mV级)模拟信号,放大到标准信号(0~5V/0~20mA),供AD使用;
   
将频率(脉冲)信号转换为标准模拟信号;
   
将DA输出的信号放大,驱动执行机构;
   
将高压电平信号转换为TTL电平;
   
将TTL电平信号转换,驱动继电器;
   
信号隔离/变换(配电器)等。

4.2 信号变换设备的种类:
   
模拟电压信号放大;
    温度信号放大(热电偶,热电阻,半导体);
   
应变仪(桥)信号放大;
   
信号变换(频率/电压,电压/频率,电流/电压等);
   
变送器信号隔离/变换。

4.3 信号变换设备的安装形式:
   
电路板式;
   
底板安装式模块;
   
面板/架装式模块;
   
导轨安装式模块。

5. 如何选择需要的硬件和软件
   
在决定哪种系统或结构最适于你的需要之前,对照一下下面的十个问题是有帮助的,它能保证所选的方法在你的应用中解决问题:
    ① 测量什么参数?(温度、压力、流量、震动等)
    ② 需要什么样的精度、分辨率和可重复性?(对重复结果的绝对精度)
    ③ 需要什么样的传感器?(考虑价格、精度、接口)
    ④ 需要隔离吗?(高电压存在?或远距离测量?)
    ⑤ 采样频率(每通道)是多少?(是间断的还是连续的?)
    ⑥ 传感器具有怎样的物理分布?(远距离信号调节经济吗?)
    ⑦ 劣质的实域信号如何影响整个结果?(要获得你期望的结果值得去做什么?)
    ⑧ 如何控制?用二位(开关)控制还是线性控制?(对控制精度的要求是什么?)
    ⑨ 测量控制算法的复杂程度对系统性能的影响有多少?
    ⑩ 是使用商品软件?还是自行开发软件?(有适用的商品软件吗?)


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