第5章 基于板卡的测控系统及其
典型应用实例
在各种计算机测控系统中,PC插卡式是最基本最廉价的构成形式.它充分利用了PC计算机的机箱,总线,电源及软件资源.本章以研华(中国)公司生产的PCI-1710HG多功能数据采集卡为例,详细介绍数据采集卡的软,硬件安装过程,并以此为基础,对基于板卡的模拟量输入/输出,开关量输入/输出程序的设计过程进行详细的描述.
5.1 基于板卡的计算机测控系统的组成
基于板卡的计算机测控系统的组成如图5-1所示,它可分为硬件和软件两大部分.
图5-1 基于板卡的测控系统组成框图
5.1.1 测控硬件子系统
1.传感器
传感器的作用是把非电物理量(如温度,压力,速度等)转换成电压或电流信号.例如,使用热电偶可以获得随着温度变化而变化的电压信号,转速传感器可以把转速转换为电脉冲信号.
2.信号调理器
信号调理器(电路)的作用是对传感器输出的电信号进行加工和处理,转换成便于输送,显示和记录的电信号(电压或电流).常见的信号调理电路有电桥电路,调制/解调电路,滤波电路,放大电路,线性化电路,A/D转换电路及隔离电路等.
例如,传感器输出信号是微弱的,就需要放大电路将微弱信号加以放大,以满足过程通道的要求;为了与计算机接口方便,需要A/D转换电路将模拟信号变换成数字信号等.
如果信号调理电路输出的是规范化的标准信号(如4～20mA,1～5V等),这种信号调理电路称为变送器.在工业控制领域,常常将传感器与变送器做成一体,统称为变送器.变送器输出的标准信号一般送往智能仪表或计算机系统.
3.输入输出板卡
应用IPC对工业现场进行控制,首先要采集各种被测量,计算机对这些被测量进行一系列处理后,将结果数据输出.计算机输出的数字量还必须转换成可对生产过程进行控制的量.因此,构成一个工业控制系统,除了IPC主机外,还需要配备各种用途的I/O接口产品,即I/O板卡.
常用的I/O板卡包括模拟量输入/输出(AI/AO)板卡,数字量(开关量)输入/输出(DI/DO)板卡,脉冲量输入/输出板卡及混合功能的接口板卡等.
各种板卡是不能直接由计算机主机控制的,必须由I/O接口来传送相应的信息和命令.I/O接口是主机与板卡和外围设备进行信息交换的纽带.目前绝大部分I/O接口都是采用可编程接口芯片,它们的工作方式可以通过编程设置.
常用的I/O接口有并行接口,串行接口等.
4.执行机构
它的作用是接受计算机发出的控制信号,并把它转换成执行机构的动作,使被控对象按预先规定的要求进行调整,保证其正常运行.生产过程按预先规定的要求正常运行,即控制生产过程.
常用的执行机构有各种电动,液动及气动开关,电液伺服阀,交直流电动机,步进电机,各种有触点和无触点开关,电磁阀等.在系统设计中需根据系统的要求来选择.
5.驱动电路
要想驱动执行机构,必须具有较大的输出功率,即向执行机构提供大电流,高电压驱动信号,以带动其动作.另一方面,由于各种执行机构的动作原理不尽相同,有的用电动,有的用气动或液动,如何使计算机输出的信号与之匹配,也是执行机构必须解决的重要问题.因此,为了实现与执行机构的功率配合,一般都要在计算机输出板卡与执行机构之间配置驱动电路.
6.计算机主机
它是整个计算机控制系统的核心.主机由CPU,存储器等构成.它通过由过程输入通道发送来的工业对象的生产工况参数,按照人们预先安排的程序自动地进行信息处理,分析和计算,并作出相应的控制决策或调节,以信息的形式通过输出通道,及时发出控制命令,实现良好的人机联系.目前采用的主机有PC机及工业PC机(IPC)等.
7.外围设备
主要是为了扩大计算机主机的功能而配置的.它用来显示,存储,打印,记录各种数据,包括输入设备,输出设备和存储设备.常用的外围设备有打印机,记录仪,图形显示器(CRT),外部存储器(软盘,硬盘,光盘等),记录仪,声光报警器等.
8.人机联系设备
操作台是人机对话的纽带.计算机向生产过程的操作人员显示系统运行状态和运行参数,发出报警信号;生产过程的操作人员通过操作台向计算机输入和修改控制参数,发出各种操作命令;程序员使用操作台检查程序;维修人员利用操作台判断故障等.
9.网络通信接口
对于复杂的生产过程,通过网络通信接口可构成网络集成式计算机控制系统.系统采用多台计算机分别执行不同的控制功能,既能同时控制分布在不同区域的多台设备,又能实现管理功能.

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