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智能仪器输出通道的信号种类

更新时间:2014-08-11      浏览次数:1237

智能仪器是一个测控系统,它不仅要解决信息的获取、传输和处理问题,而且要将处理? 的信息传送给执行机构。将智能仪器处理后的数字信号用于控制执行机构时,需要考虑输出管 号的形式。在实际的工程应用中,根据不同的受控对象和具体要求,信号输出可以有多种,如 模拟量、开关量、数字量等。所以智能仪器设计时要考虑与执行装置之间的接口问题,以实现信号转换、参数匹配及功率放大等功能。本章将详细介绍智能仪器输出通道的信号种类、模拟 量输出及D/A转换、开关量输出和数字波形合成技术。

智能仪器输出通道的信号种类

根据不同输出对象的不同要求,智能仪器的信号输出可分为模拟量输出信号、开关量输出 信号和数字量输出信号。

1.1模拟量输出信号

模拟量输出信号是zui常见的输出信号方式。根据不同的要求可以是直流电流或直流电压的 输出。

1. 直流电流信号

当智能仪器的输出模拟信号需要传输较远的距离时,一般采用电流信号而不是电压信号。 因为电流信号抗干扰能力强,信号线电阻不会导致信号的损失。当智能仪器与常规仪器相配合 组成显示或控制系统时,各个单元之间的信号应规范化。按照我国的国家标准GB3369—82 所规定的《工业自动化仪表用模拟直流电流信号》及国外标准ffiC-381所规定的《过程控制系 统用模拟直流电流信号》的叙述,直流电流信号分为两种,一种是4〜20mA (负载电阻250〜 750Ω),另一种是0〜10mA (负载电阻0〜3000Ω)。在采用4〜20mA的信号标准时,零毫 安值表示信号电路或供电故障。

2. 直流电压信号

当智能仪器输出的模拟信号需要传输给多个其他仪器时,如果釆用直流电流信号,为了保 证多个接收信号的设备获得同样的信号,必须将他们互相串联起来。在这种情况下,任何一个 接收设备如果发生断路故障,则其他接收设备也会失去信号。同时,互相串联的各个接收设备 输入端对地电位不等,也会引起一些麻烦。所以,在控制、显示等场合,智能仪器的输出一般都采用直流电压信号。

输出直流电压信号时,多个接收信号的设备互相并联起来就能获得同样的信号。为了避专导线电阻形成压降而使信号改变,接收设备的输入阻抗必须足够高。但过高的输入阻抗嘎害引入电场耦合干扰。所以直流电压信号一般只适用于传输距离较近的场合。

此外,对于采用4〜20mA直流电流信号的系统,只需采用250Ω电阻就可将其变换1~5V的直流电压信号。所以1〜5V直流电压信号是常用的模拟信号形式之一。在采用1〜5 号标准时,IV以下的电压值表示信号电路或供电故障。

正是由于容易判别断线和电源故障,直流4〜20mA电流信号及1〜5V电压信号受要的推荐和普遍的采用。

1.2开关量输出信号

开关量实质上是一种二值型的输出量,即表征“开”与“关”,或者“是”与“非”等两 种状态。智能仪器系统中的开关量输出信号具有以下几种基本的表现形式。

1. 开关量控制

某些被控对象的自动控制采用位式执行机构或开关式器件,它们的动作是由开关信号控制 的,例如,各种按键、电磁阀、电磁离合器、继电器或接触器、双向可控硅等,它们只有“开” 和“关”两种工作状态,可以表示为二进制的“1”和“0”。因此,利用一位二进制数的输出 就可以控制这些开关式器件的运行状态。例如,继电器或接触器的闭合和释放、电动机的启动 和停止、双位式阀门的打开和关闭、越限声光报警等。

用于控制的开关信号的电气接口形式又分为有源和无源两类。无源是指智能仪器只提供输 出电路的通、断状态,负载电源由外电路提供。例如,智能仪器控制继电器线圈的得电或失电 时,继电器的触点本身只是一个无源的开关,是由用户安排的。有源的开关量输出信号往往表 示为电平的高低或电流的有无,由智能仪器为负载提供全部或部分的电源。

有源和无源各有利弊,无源的开关量输出容易实现智能仪器与执行机构之间的电路隔离, 两者既不共用电源也不共用接地,这有利于克服地电位差及电磁场干扰的不利影响。而对于有 源的开关量输出,根据输出电压或电流的实际数值,智能仪器就有可能判断出负载断线等故障。

2. 越限报警

将被测参数的数值与人为预先设定的参考值进行比较,味较的结果(大于或小于)以开关 量的形式输出,就可以驱动声光报警装置来实现越限报警,或者输出给控制设备采取措施。例 如,锅炉水位测量值低于设定的低限值时,必须立即报警或启动供水泵进水。

3. 反映智能仪器本身的工作状态

智能仪器的工作状态,如“投入”或“后备”状态、“自动”或“手动”状态、“正常”或 “故障”状态等,都可以用开关量输出信号来表征,使操作人员及时了解智能仪器本身的工作 状态。

1.3数字量输出信号

数字量的输出方式是计算机控制系统中重要的信号输出形式。数字量输出信号分为串行和 并行两种。串行用于较远距离的数据传输和信息交换,例如,智能仪器与上位计算机之间通信 多为串行。并行方式传输速度快,但所需导线条数多,只适合于较短距离的传输,如智能仪器 与周围的其他智能设备之间的数据交换。

数字量的输出与数字量的输入共同构成数据通信,是智能仪器*的信息传递形式, 这一内容将在第5章中进行介绍。

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