智能儀器輸出通道的信號種類
智能儀器是一個測控系統(tǒng),,它不僅要解決信息的獲取,、傳輸和處理問題,,而且要將處理,? 的信息傳送給執(zhí)行機構(gòu)。將智能儀器處理后的數(shù)字信號用于控制執(zhí)行機構(gòu)時,,需要考慮輸出管 號的形式,。在實際的工程應(yīng)用中,根據(jù)不同的受控對象和具體要求,,信號輸出可以有多種,,如 模擬量、開關(guān)量,、數(shù)字量等,。所以智能儀器設(shè)計時要考慮與執(zhí)行裝置之間的接口問題,以實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換,、參數(shù)匹配及功率放大等功能,。本章將詳細介紹智能儀器輸出通道的信號種類、模擬 量輸出及D/A轉(zhuǎn)換,、開關(guān)量輸出和數(shù)字波形合成技術(shù),。
智能儀器輸出通道的信號種類
根據(jù)不同輸出對象的不同要求,智能儀器的信號輸出可分為模擬量輸出信號,、開關(guān)量輸出 信號和數(shù)字量輸出信號,。
1.1模擬量輸出信號
模擬量輸出信號是zui常見的輸出信號方式。根據(jù)不同的要求可以是直流電流或直流電壓的 輸出,。
1. 直流電流信號
當智能儀器的輸出模擬信號需要傳輸較遠的距離時,,一般采用電流信號而不是電壓信號。 因為電流信號抗干擾能力強,,信號線電阻不會導(dǎo)致信號的損失,。當智能儀器與常規(guī)儀器相配合 組成顯示或控制系統(tǒng)時,各個單元之間的信號應(yīng)規(guī)范化,。按照我國的國家標準GB3369—82 所規(guī)定的《工業(yè)自動化儀表用模擬直流電流信號》及國外標準ffiC-381所規(guī)定的《過程控制系 統(tǒng)用模擬直流電流信號》的敘述,,直流電流信號分為兩種,一種是4?20mA (負載電阻250? 750Ω),另一種是0?10mA (負載電阻0?3000Ω),。在采用4?20mA的信號標準時,,零毫 安值表示信號電路或供電故障。
2. 直流電壓信號
當智能儀器輸出的模擬信號需要傳輸給多個其他儀器時,,如果釆用直流電流信號,,為了保 證多個接收信號的設(shè)備獲得同樣的信號,,必須將他們互相串聯(lián)起來。在這種情況下,,任何一個 接收設(shè)備如果發(fā)生斷路故障,,則其他接收設(shè)備也會失去信號。同時,,互相串聯(lián)的各個接收設(shè)備 輸入端對地電位不等,,也會引起一些麻煩。所以,,在控制,、顯示等場合,智能儀器的輸出一般都采用直流電壓信號,。
輸出直流電壓信號時,,多個接收信號的設(shè)備互相并聯(lián)起來就能獲得同樣的信號。為了避專導(dǎo)線電阻形成壓降而使信號改變,,接收設(shè)備的輸入阻抗必須足夠高,。但過高的輸入阻抗嘎害引入電場耦合干擾。所以直流電壓信號一般只適用于傳輸距離較近的場合,。
此外,,對于采用4?20mA直流電流信號的系統(tǒng),只需采用250Ω電阻就可將其變換1~5V的直流電壓信號,。所以1?5V直流電壓信號是常用的模擬信號形式之一,。在采用1?5 號標準時,IV以下的電壓值表示信號電路或供電故障,。
正是由于容易判別斷線和電源故障,,直流4?20mA電流信號及1?5V電壓信號受要的推薦和普遍的采用。
1.2開關(guān)量輸出信號
開關(guān)量實質(zhì)上是一種二值型的輸出量,,即表征“開”與“關(guān)”,,或者“是”與“非”等兩 種狀態(tài)。智能儀器系統(tǒng)中的開關(guān)量輸出信號具有以下幾種基本的表現(xiàn)形式,。
1. 開關(guān)量控制
某些被控對象的自動控制采用位式執(zhí)行機構(gòu)或開關(guān)式器件,,它們的動作是由開關(guān)信號控制 的,例如,,各種按鍵,、電磁閥、電磁離合器,、繼電器或接觸器,、雙向可控硅等,它們只有“開” 和“關(guān)”兩種工作狀態(tài),,可以表示為二進制的“1”和“0”,。因此,,利用一位二進制數(shù)的輸出 就可以控制這些開關(guān)式器件的運行狀態(tài)。例如,,繼電器或接觸器的閉合和釋放,、電動機的啟動 和停止、雙位式閥門的打開和關(guān)閉,、越限聲光報警等,。
用于控制的開關(guān)信號的電氣接口形式又分為有源和無源兩類。無源是指智能儀器只提供輸 出電路的通,、斷狀態(tài),,負載電源由外電路提供,。例如,,智能儀器控制繼電器線圈的得電或失電 時,繼電器的觸點本身只是一個無源的開關(guān),,是由用戶安排的,。有源的開關(guān)量輸出信號往往表 示為電平的高低或電流的有無,由智能儀器為負載提供全部或部分的電源,。
有源和無源各有利弊,,無源的開關(guān)量輸出容易實現(xiàn)智能儀器與執(zhí)行機構(gòu)之間的電路隔離, 兩者既不共用電源也不共用接地,,這有利于克服地電位差及電磁場干擾的不利影響,。而對于有 源的開關(guān)量輸出,根據(jù)輸出電壓或電流的實際數(shù)值,,智能儀器就有可能判斷出負載斷線等故障,。
2. 越限報警
將被測參數(shù)的數(shù)值與人為預(yù)先設(shè)定的參考值進行比較,味較的結(jié)果(大于或小于)以開關(guān) 量的形式輸出,,就可以驅(qū)動聲光報警裝置來實現(xiàn)越限報警,,或者輸出給控制設(shè)備采取措施。例 如,,鍋爐水位測量值低于設(shè)定的低限值時,,必須立即報警或啟動供水泵進水。
3. 反映智能儀器本身的工作狀態(tài)
智能儀器的工作狀態(tài),,如“投入”或“后備”狀態(tài),、“自動”或“手動”狀態(tài)、“正常”或 “故障”狀態(tài)等,,都可以用開關(guān)量輸出信號來表征,,使操作人員及時了解智能儀器本身的工作 狀態(tài)。
1.3數(shù)字量輸出信號
數(shù)字量的輸出方式是計算機控制系統(tǒng)中重要的信號輸出形式,。數(shù)字量輸出信號分為串行和 并行兩種,。串行用于較遠距離的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換,,例如,智能儀器與上位計算機之間通信 多為串行,。并行方式傳輸速度快,,但所需導(dǎo)線條數(shù)多,只適合于較短距離的傳輸,,如智能儀器 與周圍的其他智能設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換,。
數(shù)字量的輸出與數(shù)字量的輸入共同構(gòu)成數(shù)據(jù)通信,是智能儀器*的信息傳遞形式,, 這一內(nèi)容將在第5章中進行介紹,。