计算机控制专科第2章.ppt

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1、第二章开关量输入输出通道与人机接口2.1过程通道的分类2.2开关量输入输出通道2.3人机接口——键盘2.4人机接口——数字显示方法为了实现计算机对生产过程或装置的控制,需要将对象的各种测量参数按要求的方式送入计算机;经计算机运算处理后的数字信号也要变换成适合于对生产过程或装置进行控制的形式。因此,在计算机和生产过程之间必须设置信息传递和变换的装置,这种装置就称为过程输入输出通道,简称为过程通道或I/O通道。一般来说,计算机不会自主地工作,需要接收操作人员键入的指令,其运行状态和结果也需要显示或打印,在现代大规模控制系统中还应有通

2、信和数据存盘功能,所有这些都是由人与计算机之间的连接装置来完成的,我们称这种装置为人机接口。图2-1过程通道与人机接口有了过程通道与人机接口,才能将人、计算机和生产过程组成有机的整体,如图2-1所示。这一章我们主要介绍计算机控制系统中过程通道的分类、开关量输入输出通道与人机接口的设计及应用方法。2.1过程通道的分类过程通道包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道和数字量输出通道。(1)模拟量输入通道:主要功能是将随时间连续变化的模拟输入信号经检测、变换和预处理,最终变换为数字信号送入计算机。常见的模拟量有压力、温度、液

3、体流量和成分等。(2)模拟量输出通道:它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号,经功率放大后送到执行部件对生产过程或装置进行控制。(3)数字量输入通道:也称开关量输入通道。凡是以电平高低和开关通断等两位状态表示的信号统称为数字量或开关量。以若干位二进制数表示,并行输入到计算机.拨码盘开关输出的BCD码等;仅以一位二进制数表示.启停信号和限位信号等;频率信号,以串行形式进入计算机.来自转速表,涡轮流量计、感应同步器等信号。主要有三种形式:(4)数字量输出通道:有的执行部件只要求提供数字量,例如步进电机,控制电机启停和报警

4、信号等,这时应采用数字量输出通道。注意,过程通道分类是以经过通道的信号形式来划分的,并不以连续的对象来划分,如模拟对象的模拟量可以转换为频率信号(V—F变换)连接于数字输入通道;同样,数字输出通道完全可以接直流电动机,组成脉冲调宽控制(PWM)。K-75228通道开关量输入输出模块K-840ISA总线16位开关量输入输出卡2.2开关量输入输出通道CPU接口逻辑输入输出电气接口√2.2.1开关量输入输出通道的一般结构形式1.CPU接口逻辑这部分电路一般由数据总线缓冲器/驱动器、输入输出口地址译码器、读写等控制信号组成。2.输入缓冲

5、器和输出锁存器输入缓冲器是对外部输入的信号起缓冲、加强以及选通的作用,CPU通过读缓冲器读入数据。输出锁存器的作用是锁存CPU送来的输出数据,供外部设备使用。输入缓冲器和输出锁存器可以使用各种可编程的外围接口电路,也可以使用简单的中小规模集成电路。3.输入输出电气接口典型的开关量输入输出电气接口的功能主要是滤波、电平转换、隔离和功率驱动等。各种开关量输入输出通道的主要区别在于I/O电气接口。2.2.2开关量输入信号的调理开关量输入通道的基本功能是接收外部的以逻辑“1”或逻辑“0”出现的状态信号,其信号的形式可能是电压、电流或开关

6、的触点。在有些情况下,外部输入的信号可能会引起瞬时的高电压、过电压、接触抖动以及噪声等干扰。为了将外部的开关量信号输入到计算机,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接收的逻辑信号,这就是开关量输入信号调理的任务.1.信号转换电路电压电流高低电平可根据电压电流的大小选择电阻值开关通、断输入高低电平2.滤波电路由于长线传输、电路、空间等干扰的原因,输入信号常常夹杂着各种干扰信号,这些干扰信号有时可能使读入信号出错,这就需要用滤波电路来消除干扰。RC低通滤波电路高频信号输入时经过C进入地高低电平这种电路

7、的输出信号与输入信号之间会有一个延迟,可根据需要来调整RC网络的时间常数。3.保护电路为了防止因过电压、瞬态尖峰或反极性信号损坏接口电路,在开关量输入电路中,应采取适当的保护措施。齐纳二极管压敏电阻在一定电流电压范围内电阻值随电压而变将瞬态尖峰干扰箝位在安全电位反极性保护高压保护加反极性电压二极管截止断开稳压管4.消除触点抖动若开关量输入信号来自机械开关或继电器触点,由于开关触点闭合及断开时,常常会发生抖动,因此,输入信号的前沿及后沿常常是非清晰信号.双向消抖电路RS触发器利用RS触发器的状态不变消除抖动5.光电隔离技术在计算机

8、控制系统中,为了提高系统的抗干扰能力,常需将工业现场的控制对象和计算机部分在电气上隔离开来。光耦合器发光二极管光敏三极管基极为光敏材料,有光照时产生光电效应。有光时,基极导通,集电极输出低电平;无光时,基极截止,集电极输出高电平。输入和输出在电气上完全隔离电光电

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