计算机控制系统(第三章输入输出通道和接口技术)

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1、第三章输入/输出通道和接口技术第一节工业控制常用传感器第二节模拟量输入/输出通道第三节模拟量输入/输出通道的设计第四节开关量输入/输出通道学习指导和要求掌握模拟量输入/输出通道的组成；学会模拟量输入/输出通道的设计方法；掌握开关量输入/输出通道的构成和步进电机的控制方法。在工业控制过程中，被测参数一般分为模拟量和开关量。●模拟量：如温度、压力、流量、电压和电流等；由于计算机只能处理数字量，因此对于模拟量需要经过采集，放大，采样保持，A/D转换等步骤，将模拟量转换为数字量，才能送入计算机进行运算、分析和处理。同样的，经过计算机处理后数据常常需要转换成模拟量来控制执行机构的执

2、行。上述转换过程需要用模拟量输入/输出通道来实现。●开关量：如继电器的合上和断开，按钮的按下和松开等。开关量的输入/输出较模拟量简单，计算机只需判断输入信息是“0”还是“1”，即可知道开关的状态；若控制某个继电器工作，只需经过输出通道送“0”或“1”即可。工业现场存在着电、磁、震动、温度变化等干扰，各类执行器要求的开关电压、功率也不同，因此需要设置输入/输出通道进行信息的缓冲、隔离、驱动等措施。输入/输出通道和接口是计算机与被控对象进行信息交换的纽带，本章将重点介绍输入/输出通道和接口的组成和设计方法。第一节工业控制常用传感器传感器是一种能感知某一被测量，并将被测量变换为

3、相应的其它量的器件或装置。在工业控制过程中，很多被测量都是非电量，在采集这些非电量并送入计算机控制系统前，需要将非电量转换为电量，因此也称传感器是一种将被测量变换成电量的装置。传感器精度的高低会影响计算机控制系统的精度，选择合适的传感器是非常重要的。1、传感器的分类传感器的分类方法很多，但常用的有两种：一种是按被测参数分类，另一种是按转换原理进行分类.按被测参数分，传感器有以下类型：（1）热工参数温度、热量、压力、流量、真空度、液位等（2）机械量参数位移、力、速度、重量、尺寸等（3）物性参数比重、浓度、酸碱度、成分等（4）状态量参数颜色、透明度、裂纹、泄漏等按转换原理分类

4、，有电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电等传感器。2、传感器的构成传感器由敏感元件和转换元件两个基本环节组成（1）敏感元件能够敏锐感受某种不能直接测量的信息，并将其转换为可测量的非电量器件。（2）转换元件将非电量转换成电量的器件。敏感元件转换元件非电量电量3、传感器的主要技术指标在选择传感器时，要注意以下的主要技术指标：（1）输入特性l量程测量上限与下限的差l过载超出传感器测量范围的最大允许输入值（2）静态响应特性l精度测量结果与“真值”的靠近程度l分辨率对被测量相对变化的最高反应能力l灵敏性输出量变化值与相应输入量变化值之比l稳定性在一个较长时间内保持性能参数的能力（3）

5、动态特性动态特性是指被测量在变化时，传感器的输出量是否能追随输入量的变化，分为阶跃响应和频率响应两类，可根据其特性曲线的特征值来判定。主要的指标是时间常数τ，上升时间Tr，建立时间Ts，过冲量α，衰减比δ等。4、选用传感器的一般规则（1）与测量条件有关的事项测量的目的、被测量的类型、测量的范围、测量所需的时间。（2）与传感器性能有关的事项静态响应特性和动态响应特性。（3）与使用条件有的事项场所、温度、湿度、是否与其它设备相连、外界干扰、功率容量、外形尺寸、重量等。（4）其它传感器的性能价格比、生产厂家的服务、交货时间、保修时间、零配件的供应等。5、几种常用的传感器分类表5

6、-2列出了几种常用传感器的分类，在设计计算机控制系统时，可查阅有关手册，根据技术指标选择合适的传感器。AYTD-30A电流传感器采用霍尔效应、磁平衡电路设计，用于测量直流和交流电流。主要技术参数：输入IN输出IOUT精度线性度零点外形尺寸电源重量0-30A0-100MA0.5%0.2%可调45*36*42±15V50g霍尔电流传感器的工作原理：当电流通过导线时，导线周围产生磁场，可通过软磁材料收集，并用霍尔器件进行检测。根据磁平衡原理，主回路有电流IP流过时导线周围产生磁场，用聚磁环收集磁场并感应霍尔器件，经放大后获得补偿电流IA，当补偿电流IA产生的磁场与主回路电流IP

7、产生的磁场相反时会达到磁平衡，其公式为NP*IP=NA*IA，若已知NP、NA、IA，可求出IP。第二节模拟量输入/输出通道一、模拟量输入通道当被控对象的参数为模拟量时，由传感器和检测电路采集到的信号经转换后仍是模拟量，而且信号的输出比较小，不能直接送入计算机进行处理。在被控对象和计算机之间必须设置信息调理和转换的模拟量输入通道，进行信号放大，滤波、A/D转换等工作。图5-10为多路模拟量输入通道的原理框图。模拟量输入通道一般由：信号调理装置、多路开关、采样保持和A/D转换组成。它的任务是将传感器检测到的模拟信号，转换为计算机