計算機控制第四章

1、第第4章章 數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述4.2 模擬數(shù)據(jù)采集技術(shù)模擬數(shù)據(jù)采集技術(shù)4.3 模擬采集數(shù)據(jù)后處理技術(shù)模擬采集數(shù)據(jù)后處理技術(shù)4.4 開關(guān)量數(shù)據(jù)采集技術(shù)開關(guān)量數(shù)據(jù)采集技術(shù)4.5 虛擬儀器虛擬儀器24.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述4.1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概念數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概念 僅完成數(shù)據(jù)采集與處理功能的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)，DAS不對生產(chǎn)過程實施自動控制，不對生產(chǎn)過程產(chǎn)生直接影響。 在大型企業(yè)中，大量的過程參數(shù)需要很多的儀器儀表，往往占用較大的場地，不便于迅速觀測數(shù)據(jù)，亦不直觀。微型計算機具有靈活、方便、運算速度快、判斷能力強

2、等特點。 微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)是對生產(chǎn)現(xiàn)場的過程參數(shù)定時進行檢測 、記錄、存儲、處理、打印、制表、顯示及越限報警等。 數(shù)據(jù)采集包含了連續(xù)量和開關(guān)量兩種不同性質(zhì)的信號檢測和處理，方法不一樣。34.1.2 基本功能基本功能 1. 具有實時時鐘，該時鐘作用： （1）保證系統(tǒng)能具備定時中斷功能； （2）確定采集數(shù)據(jù)的周期； （3）顯示和打印采集時同時顯示和打印此刻的時，分，秒，操作，操作員可據(jù)此對采集結(jié)果進行時間分析，或作分析參考； 2. 具有分時，巡回檢測或指定檢測功能（多通道）； 3. 對采集的數(shù)據(jù)具有檢查和處理能力： 檢查：分有效性和越限兩種； 處理：數(shù)字濾波，線性矯正，量綱變化等。 4. 聲

3、光報警功能：提示操作人員進行人工干預(yù)； 5. 存貯采集的數(shù)據(jù)； 6. 定時或按需隨時打印采集的數(shù)據(jù)； 7. 有監(jiān)控功能：可隨時接收鍵盤輸入的命令，以達到隨時選擇采集，顯示，打印之目的。4啟動初始化開中斷延時讀鍵盤顯示讀鍵盤YN有鍵按下？數(shù)鍵處理功能1功能N功能2YYNN有鍵按下？數(shù)鍵否？ 采集系統(tǒng)基本程序體系由主程和時間中斷服務(wù)程序兩部分構(gòu)成。 主程:為監(jiān)控系統(tǒng)，實施對鍵盤與顯示器管理，流程如圖所示。5時間中斷服務(wù)程序時間中斷服務(wù)程序: 主要功能 （1）時，分，秒計時； （2）時間顯示； （3）采樣時間間隔； （4）定時功能啟動，如定時打印，定時顯示，定時接通/關(guān)斷，定時脈沖發(fā)出等； （5）由

4、于為各通道分時采樣所以要進行通道計數(shù)； （6）采集存貯當前通道的數(shù)據(jù)； （7）數(shù)據(jù)處理：濾波，非線性矯正，量綱轉(zhuǎn)變，有效性檢查，越界檢查等； (8) 報警：當數(shù)據(jù)越界后，進行聲光報警。 6定時中斷入口時，分，秒計數(shù)時間顯示采樣時間間隔計數(shù)采集存貯一個通道數(shù)據(jù)通道號計數(shù)顯示檢測結(jié)果數(shù)據(jù)處理YN最后一個通道？報警YN數(shù)據(jù)超限？打印Y返回NN打印時間到？采樣時間到？74.1.3 設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)考慮的一些問題設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)考慮的一些問題 純模擬量模擬量采集系統(tǒng)的設(shè)計重點考慮 1) 分辨率和精度：A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)要求。 2) 采集的模擬量通道數(shù)：系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案。 3) 采樣周期 ：信號處理中采

5、樣周期的選取和閉環(huán)控制系統(tǒng)中采樣周期的選取。純開關(guān)量開關(guān)量采集系統(tǒng)的設(shè)計重點考慮 1）狀態(tài)電平匹配; 2）開關(guān)量數(shù)據(jù)采集的通道數(shù)：數(shù)值型開關(guān)量和狀態(tài)型開關(guān)量應(yīng)嚴格分別設(shè)置通道采集。 3）采集實施方案選擇： 定時采集：無條件定時采集和定時中斷采集。 定事件采集：狀態(tài)查詢采集和事件信號中斷采集。8 4.2 模擬數(shù)據(jù)采集技術(shù) 4.2.1模擬數(shù)據(jù)采集電路 INTXCD4051：8路集成模擬切換開關(guān)LF398： 采樣保持器AD574： 12位A/D轉(zhuǎn)換器94.2.2 模擬數(shù)據(jù)采集方式及軟件流程圖 模擬數(shù)據(jù)采樣的特點是:數(shù)據(jù)由A/D轉(zhuǎn)換器提供；CPU獲取由A/D轉(zhuǎn)換器提供的結(jié)果。CPU怎樣獲取轉(zhuǎn)換結(jié)果關(guān)鍵

6、在于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中如何對A/D轉(zhuǎn)換器進行控制，即采集軟件與采樣電路有關(guān)。 1)數(shù)據(jù)采集的控制方式 根據(jù)微機控制系統(tǒng)的接口原理及AD轉(zhuǎn)換時間的長短、系統(tǒng)工作速度的要求等，常見的采集控制方式有延時、查詢、中斷、延時、查詢、中斷、DMADMA等四種。 延時方式 當采集系統(tǒng)實時性要求不高并且已知A/D的轉(zhuǎn)換時間時，可以采用先啟動A/D轉(zhuǎn)換器然后通過程序延時最后讀轉(zhuǎn)換結(jié)果的方式。這種情況比較簡單，無需狀態(tài)信號。10 Mov dptr, #78ffh mov r0,#8 mov r1,#30h next:mov r2,#25 movx dptr,a djnz r2,$ movx a, dptr mov r

7、1,a inc r1 inc dph djnz r0,next ret 11 查詢方式 在啟動A/D后，根據(jù)A/D提供的狀態(tài)信號采用程序查詢方式進行巡回檢測。 中斷方式 延時和查詢式中，A/D轉(zhuǎn)換期間CPU一直處于等待狀態(tài)，不能進行其他操作，當A/D轉(zhuǎn)換速度較慢時，會浪費大量CPU時間，可以采用中斷的方式進行數(shù)據(jù)采集?；鵄/D轉(zhuǎn)換的時間很短，與系統(tǒng)中斷時間相當，采用中斷的意義就不大了，甚至可能 更浪費時間。 DMA方式122)數(shù)據(jù)采集軟件的流程圖 讀鍵盤啟動初始化開中斷等待開中斷打印鍵?打印其他功能鍵處理中斷返回數(shù)據(jù)采集完畢?數(shù)據(jù)處理顯示？越限 報警開中斷中斷返回NYNa) 主程序B)鍵盤中斷

8、程序C) 定時中斷圖4-7 數(shù)據(jù)采集的基本程序框圖YNY134.2.3 模擬量數(shù)據(jù)采集的預(yù)處理方法 由于工業(yè)控制對象的工作環(huán)境一般比較惡劣，干擾源較多，模擬量A/D轉(zhuǎn)換后，采集到的數(shù)字量還要作適當?shù)奶幚砗蟛拍茏饔?。處理方法主要有輸入?shù)據(jù)的有效性檢查和數(shù)字有效性檢查和數(shù)字濾波濾波等。1 有效性檢查（有效性檢查（PminPmax） （1）電路故障：如傳感器（測量元件），放大器，變速器（接口器件），通道器件等故障，將導(dǎo)致無效數(shù)據(jù)，即使A/D數(shù)據(jù)大于Pmax或小于Pmin； （2）轉(zhuǎn)送線路開路； （3）輸入端超限量輸入。 為保證系統(tǒng)的可靠性，常采用有效性檢查方法。 檢查標準：電流420mA，電壓15V

9、 經(jīng)檢查A/D數(shù)據(jù)不在上述范圍，計算機可產(chǎn)生報警或顯示故障通道號等。 檢查算法：設(shè)Pmax為有效值上限，Pmin為有效值下限，算法流程如圖所示： 14入口讀入D顯故障通道號報警置數(shù)據(jù)有效標志返回置下限標志N置上限標志NYDPmaxD CN-1 C1 0C1、C2、CN的取值根據(jù)具體情況選取，并通過調(diào)試確定。加權(quán)平均濾波能協(xié)調(diào)系統(tǒng)的平滑度和靈敏度的矛盾，提高靈敏度，適用于純滯后較大的對象。例如，某純滯后時間為的被控對象，采用m =4的加權(quán)平均濾波算式為y(k)=C1 x1+ C2 x2+ C3x3 + C4x4 ，其中kii1yxNii1011Nii且。31ReC22ReCReC3RC14123

10、eeeRu5.中值濾波:x1，x2，x3分別為三次采樣值，取其中的中間值為本次有效采樣值。u適用于偶然因素引起采樣值波動的脈沖干擾，對變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果，但不適用于快速變化的過程參數(shù)。u6.防脈沖干擾的算術(shù)平均濾波（群體裁判法）:去最大，最小，剩下的求平均值，作為本次濾波輸出。22 ：本次采樣值； ：本次濾波值； ：上次濾波值。 RC是根據(jù)干擾信號頻率來選擇的。所以值與干擾頻率相關(guān)。TRCRC其中： kxky1ky 7.慣性濾波：由于大的時間常數(shù)及高精度的RC電路不易制作，所以硬件RC 濾波器不可能對極低頻率的信號進行濾波。利用數(shù)字濾波器模擬RC低通濾波器的輸入輸出的數(shù)學(xué)關(guān)系，

11、以代替實際RC難以完成的大R，大C濾波效果。低通RC網(wǎng)絡(luò)離散化數(shù)學(xué)模型為： kkkxyy)1(123小結(jié)：數(shù)字濾波與硬件RC網(wǎng)絡(luò)濾波各有其優(yōu)缺點，可以獨用，也可合用。依據(jù)對象選擇方法如下： （1）溫度等慢變化過程的對象，可采用限幅，限速或慣性； （2）壓力，流量變化過程較快的對象，可采用算術(shù)平均法； （3）檢測精度較高的系統(tǒng)，可采用復(fù)合數(shù)字濾波法。 若方法選擇不當，有時會將有用信號濾除。244.3.1 誤差校正誤差校正在控制系統(tǒng)的模擬量輸入通道中，一般存在傳感器溫度漂移、放大器等器件的零點偏移的現(xiàn)象，這些都會造成誤差，從而影響測量數(shù)據(jù)的準確性，這些誤差稱為系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差。 特點：在一定的測量

12、條件下，其變化規(guī)律是可以掌握的，產(chǎn)生誤差的原因一般也是知道的。因此，原則上講，系統(tǒng)誤差是可以通過適當?shù)募夹g(shù)途徑來確定并加以校正的。 方法：一般采用軟件程序進行處理，對系統(tǒng)誤差進行自動校準。4.3 模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)后處理技術(shù)模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)后處理技術(shù)251 1 數(shù)字調(diào)零數(shù)字調(diào)零零點偏移是造成系統(tǒng)誤差的主要原因之一，因此零點的自動調(diào)整在實際應(yīng)用中最多，常把這種用軟件程序?qū)崿F(xiàn)零點調(diào)整的方法稱為數(shù)字調(diào)零。實現(xiàn)方法：在測量輸入通道中，計算機分時巡回采集校準電壓與n路傳感變送器送來的電壓信號。通過軟件程序進行調(diào)零。261）首先測量第0 路的校準信號（接地信號）。理論上電壓為零的信號，經(jīng)放大電路

13、、A/D轉(zhuǎn)換電路進入CPU的數(shù)值應(yīng)當為零，而實際上由于零點偏移產(chǎn)生了一個不等于零的數(shù)值，這個值就是零點偏移值N0。 2）然后依次采集1、2、 n各路的值，每次采集到的數(shù)字量N1、N2、 Nn值是實際值與零點偏移值N0之和。3）數(shù)字調(diào)零就是做減法運算，采用（Ni- N0）的差值作為本次測量的實際值。采用數(shù)字調(diào)零，可去掉放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路本身的偏移及隨時間與溫度而發(fā)生的各種漂移的影響，從而大大降低對這些電路器件的偏移值的要求，降低硬件成本。2 系統(tǒng)校準 數(shù)字調(diào)零不能校正由傳感器本身引入的誤差。為了克服這種缺點，可采用系統(tǒng)校準處理技術(shù)。實現(xiàn)方法：系統(tǒng)校準原理與數(shù)字調(diào)零相似，只是把測量擴展到現(xiàn)場

14、的傳感器。在需要校準時，人工接入標準信號VR進行測量，零點漂移的補償仍由數(shù)字調(diào)零來完成零點漂移的補償仍由數(shù)字調(diào)零來完成。調(diào)零后調(diào)零后標準輸入信號VR測得的數(shù)據(jù)為NR，而實際被測輸入信號V調(diào)零后測得的數(shù)據(jù)為N，則可按如下校準式來計算V。NNVVRR如果在校準時，計算并存放VRNR的值作為校準系數(shù)，則測量校準時，只需行一次乘法即可。 有時校準輸入信號VR不容易得到，這時可采用輸入信號Vi。校準時，計算機測出這時的對應(yīng)輸入Ni，而人工采用其它的高精度儀器測出這時的Vi，并輸入計算機中，然后計算機計算并存放ViNi的值，代替前面的VRNR來作校準系數(shù)。 系統(tǒng)校準主要適用于傳感器特性隨時間會發(fā)生變化的場

15、合。如電容式濕度傳感器，其輸入輸出特性會隨著時間而發(fā)生變化，一般一年以上變化會大于精度容許值，需要每隔一段時間進行一次系統(tǒng)校準。4.3.2 工程量標度變換工程量標度變換u生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)都有著不同的量綱，這些參數(shù)首先由測量儀表轉(zhuǎn)換成模擬電信號，再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后成為相應(yīng)的數(shù)字量。u這些數(shù)字量僅僅代表參數(shù)值的大小，并不一定就是原來帶有量綱的參數(shù)值。u為了能直接顯示或打印被測工程量值，必須把它們轉(zhuǎn)換成有量綱的數(shù)值，這種轉(zhuǎn)換稱為標度轉(zhuǎn)換，也稱為工程轉(zhuǎn)換。u這個標度變換的過程是由算法軟件程序來完成的，標度變換有各種不同的算法，它取決于被測參數(shù)的工程量與轉(zhuǎn)換后的無量綱數(shù)字量之間的函數(shù)關(guān)系。一般輸入通道

16、中的放大器、A/D轉(zhuǎn)換器基本上是線性的，因此，傳感器的輸入輸出特性決定了函數(shù)關(guān)系的不同形式，也就決定了不同的標度變換方法。u標度轉(zhuǎn)換有線性和非線性之分。301）線性參數(shù)標度轉(zhuǎn)換）線性參數(shù)標度轉(zhuǎn)換工 程 量圖 8 -1 2 線 性 關(guān) 系 的 標 度 變 換數(shù) 字 量A0AmAxNxNmN0N00000)(ANNNNAAAmxmx式中：N0儀表下限所對應(yīng)的數(shù)字量；Nm儀表上限所對應(yīng)的數(shù)字量；Nx實際測量值所對應(yīng)的數(shù)字量；Ax實際測量值(工程量)；A0一次測量儀表的下限（測量范圍最小值）；Am一次測量儀表的上限（測量范圍最大值）。 線性標度變換是最常用的標度變換方式，其前提條件是傳感器的輸出信號與

17、被測參數(shù)之間呈線性關(guān)系。 數(shù)字量Nx對應(yīng)的工程量Ax的線性標度變換公式為：上式為線性標度變換的通用公式，其中A0，Am，N0，Nm對某一個具體的被測參數(shù)與輸入通道來說都是常數(shù)，不同的參數(shù)有著不同的值。為使程序設(shè)計簡單，一般把一次測量儀表的下限A0所對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換值置為0，即N0=0。這樣上式可寫成：00)(ANNAAAmxmx在很多測量系統(tǒng)中，儀表下限值A(chǔ)0=0，此時進一步簡化為：mxmxNNAA 例4-1 某熱處理爐溫度測量儀表（線性）的量程為200-800，在某一時刻采樣經(jīng)數(shù)字濾波后的數(shù)字量為CDH，求此時的溫度值是多少？ u解：A0=200，Am=800，Nx=CDH=205, Nm=

18、FFH=255。 682255205)200800(200)(00mxmxNNAAAA2）非線性參數(shù)標度轉(zhuǎn)換）非線性參數(shù)標度轉(zhuǎn)換微型機從模擬量輸入通道得到的有關(guān)過程參數(shù)信號與該信號所代表的物理量不一定成線性關(guān)系，則其標度變換式應(yīng)根據(jù)具體問題具體分析。由于非線性參數(shù)的變化規(guī)律各不相同，故應(yīng)根據(jù)不同的情況建立不同的非線性變換式，但前提是它們的函數(shù)關(guān)系可用解析式來表示。例:用壓差法測量流量，從差壓傳感器來的信號P與實際流量G成平方根關(guān)系，即PKGK為比例系數(shù)，與流體的性質(zhì)及節(jié)流裝置尺寸有關(guān)。 33測量流量的標度變換公式為 Gx被測流量值； Gmax流量儀表的上限值； Gmin一流量儀表的下限值； N

19、x差壓變送器所測得的差壓值(數(shù)字量)； Nmax差壓變送器上限所對應(yīng)的數(shù)字量； Nmin差壓變送下限所對應(yīng)的數(shù)字量。 式(4.10)為流量測量中標度變換的通用表達式。 其中有開方運算，利用計算機進行數(shù)值開方有級數(shù)展開法、牛頓迭代法等方法，具體方法請參閱有關(guān)數(shù)值分析的文獻資料。minmaxminminmaxminNKNKNKNKGGGGxxminmaxminminmaxmin)(NNNNGGGGxx(4.10)344.3.3 線性化處理線性化處理1.查表法查表法 原理是：設(shè)有非線性關(guān)系的兩個參數(shù)A和B，現(xiàn)要根據(jù)參數(shù)A取參數(shù)B數(shù)值。過程如下 （1）造表。根據(jù)需要確立參數(shù)A的起始值A(chǔ)0及等差變化值N

20、有 Ai=A0土iN， i0，l，2，n (4.12) 確定一塊連續(xù)內(nèi)存區(qū)，設(shè)其地址為T。，T1，Tn ，Ti與Ti+1之間的關(guān)系可按某些規(guī)律算法確定，但一般為了編程方便，通常是按順序遞增或遞減的關(guān)系，即Ti+1Ti+M，M是參數(shù)B在計算機中存貯值的字節(jié)數(shù)。 將對應(yīng)參數(shù)Ai和Bi值存入相應(yīng)的Ti內(nèi)存區(qū)，當Bi為多字節(jié)時，應(yīng)先從低字節(jié)存起。 （2）查表。設(shè)有待查參數(shù)Am，由i=(Am一A0)N，有 Ti=TiM (4.13) 從內(nèi)存Ti處連續(xù)取M字節(jié)數(shù)據(jù)，即為參數(shù)Am對應(yīng)的Bm值。 352.用數(shù)學(xué)表達式換算用數(shù)學(xué)表達式換算 各種熱電偶的溫度與熱電勢的關(guān)系都可以用高次算式來表達，即 (4.14)

21、Tx溫度； Ex熱電偶的測量熱電勢； ao，a1，an系數(shù)。 實際應(yīng)用時方程所取項數(shù)和各項系數(shù)取決于熱電偶的類型和測量范圍，一般取n4。 將上式略加修改，可得到如下形式： (4.15) 上式有利于編制程序。 nxnxxxEaEaEaaT210001234)(aEaEaEaEaTxxxxx)(1111nxnnnnnxEEEETTTT3.折線近似及線性插值（用得最多最廣泛方法）折線近似及線性插值（用得最多最廣泛方法） 也叫分段線性擬合方式（逼近方式） 為了對T-E進行線性擬合，可通過實驗分段測出一些T-E值，如圖中),(),(),(662211TETETET4E1T2T5ExT1T3T6TxE2E

22、3E5E4E6ET是實驗測出的準確值，點與點之間的溫度值，可按如下三點式線性方程求得：37注意點：兩種方法的Ex，可按工程量的線性轉(zhuǎn)換法求得。取Emax=En,Emin=En-1,Nmax=Nn,Nmin=Nn-1,Nx=N(Ex),于是：400880ccc60)(1111nxnnnnnxNNNNEEEE折點號0 1 2 3 4 5 6 7 8溫度T(0C)400 460 520 580 640 700 760 820 880熱電勢E(mv)16.40 18.94 21.5025.0526.6029.1331.6434.1036.53顯然，折點取得越多越密，計算出（擬合）的精度越多。例：將上述

23、 ，按 一段劃分成8段，經(jīng)實驗測得各折點的T-E值如表所示。38例：已知測得 ，查表知 處于7、8折點之間，即有： mVEx66.34xEcTmVEcTmVEnnnn880,53.36,820,10.3411于是相應(yīng)： cTx827.833)10.3466.34(10.3453.36820880820對照熱電耦材料查分讀表有 ，相對于誤差為： cTx834%02. 0834834827.833曲線分段的方法主要有兩種：(1)等距分段法。 (2)非等距分段法。 394.3.4 上，下限檢查上，下限檢查 為了實現(xiàn)安全生產(chǎn)，在計算機測控系統(tǒng)中，對于重要的參數(shù)和部位，都設(shè)置緊急狀態(tài)報警系統(tǒng)，以便及時提

24、醒操作人員注意或采取應(yīng)急措施，使生產(chǎn)繼續(xù)進行或在確保人身設(shè)備安全的前提下終止生產(chǎn)。 其方法就是在計算機采集數(shù)據(jù)并進行了預(yù)處理、數(shù)字濾波、標度變換之后，與該參數(shù)的設(shè)定上限、下限值進行比較，如果高于上限值或低于下限值則進行報警，否則就作為采樣的正常值，進行顯示和控制。 工作原理與有效性檢查基本相同 不同之處：有效檢查，以標準電平為上，下限；上，下限檢查以給定電平為限。 上，下限電平在有效性檢查電平以內(nèi)，如果所示，超出上，下限可輸出，報警信號及越限標志。上 ， 下限 電 平檢 查 范圍有 效性 檢查 范圍40 在控制系統(tǒng)中，報警參數(shù)可以是被控參數(shù)、被測參數(shù)、輸入偏差或控制量等，設(shè)需要判斷的報警參數(shù)為

25、XK，該參數(shù)的上、下限約束值分別為XH和XL，則越限報警有如下幾種形式： 上限報警 若XK XH，則發(fā)出上限報警，否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作。 上下限報警 若XK XH，則上限報警，否則判斷XK XL否？若是則下限報警，否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作。41在具體設(shè)計報警程序時，為了避免測量值在極限值一點處來回擺動造成頻繁報警，一般應(yīng)在極限值附近設(shè)置一個回差帶。42圖中XH、XL是上、下限約束值，2e為回差帶寬。當被測值超越XHe時，才算越過上限報警值并設(shè)置相應(yīng)的越上限標志（上限標志位置1），同時輸出越上限的聲、光報警；當被測值下降到XHe 以下時，則復(fù)位上限，撤消越上限標志（上限標志位清0）及相應(yīng)的聲光報警。

26、當被測值低于XLe點時，才算越過下限并設(shè)置相應(yīng)的越下限標志（下限標志位置1），同時輸出越下眼的聲、光報警；當被測值上升到XLe以上時，則復(fù)位下限，撤消越下限標志（下限標志位清0）及相應(yīng)的聲光報警。 這樣，回差值e避免了測量值在極限值XH或XL點處來回擺動造成頻繁報警，e值的大小可根據(jù)現(xiàn)場具體的被測參數(shù)設(shè)定。434.4 開關(guān)數(shù)據(jù)采集技術(shù)開關(guān)數(shù)據(jù)采集技術(shù) 4.4.1 開關(guān)數(shù)據(jù)采集電路模型開關(guān)數(shù)據(jù)采集電路模型 一般來說，開關(guān)量可分為主動和被動兩大類。 主動開關(guān)量用于供主機查詢或向主機發(fā)中斷請求，和主機的交流具有適時性，既可作為工業(yè)生產(chǎn)過程與主機之間進行模擬信息傳送的聯(lián)絡(luò)信號，也可作為兩者之間被動開關(guān)

27、量信息傳送的聯(lián)絡(luò)信號； 而被動開關(guān)量通常由主機讀入用作決策依據(jù)。 本質(zhì)上數(shù)值型開關(guān)量屬于被本質(zhì)上數(shù)值型開關(guān)量屬于被動開關(guān)量，但由于表達數(shù)值動開關(guān)量，但由于表達數(shù)值型開關(guān)量的各信號位是不可型開關(guān)量的各信號位是不可分割有序整體，所以在采集分割有序整體，所以在采集時必須獨立提供端口。時必須獨立提供端口。 開關(guān)量電平匹配電路主動屬性開關(guān)量信號開關(guān)量電平匹配電路被動屬性開關(guān)量信號數(shù)值屬性開關(guān)量信號主動屬性開關(guān)量端口被動屬性開關(guān)量端口數(shù)值屬性開關(guān)量端口CPU開關(guān)量接口控制邏輯圖4-10 分類開關(guān)量采集電路模型444.4.2 開關(guān)數(shù)據(jù)采集軟件的一般結(jié)構(gòu)開關(guān)數(shù)據(jù)采集軟件的一般結(jié)構(gòu) 1）無條件開關(guān)數(shù)據(jù)采樣 這是

28、一種CPU 直接讀接口數(shù)據(jù)的方式，它不管數(shù)據(jù)是否準備好。 要求采集電路在CPU任何時候采樣時都應(yīng)該是保證數(shù)據(jù)是準備好并且可讀的。 主動開關(guān)量一般采用無條件方式采集。 2）有條件開關(guān)數(shù)據(jù)采樣Y圖4-11 有條件數(shù)據(jù)采集流程圖？狀態(tài)有效 讀數(shù)據(jù)端口N讀狀態(tài)端口.Y 圖4-12 開關(guān)數(shù)據(jù)采集軟件的一般結(jié)構(gòu)？所有開關(guān)量是否采集完 N處理并存儲獲得開關(guān)量8/16個開關(guān)信息開始結(jié)束454.4.3 開關(guān)采集數(shù)據(jù)的處理方法開關(guān)采集數(shù)據(jù)的處理方法 開關(guān)數(shù)據(jù)通常反映工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種狀態(tài)，如整量計數(shù)狀態(tài)、系統(tǒng)工作正常狀態(tài)、非正常工作狀態(tài)、正在處理某特殊工作狀態(tài)、局部或危急狀態(tài)及報警狀態(tài)等等， 這些狀態(tài)信息不但要分

29、類保存分類保存，而且還要進行時間登記時間登記，有益于對系統(tǒng)的狀態(tài)進行分析。 所謂分類保存是根據(jù)各開關(guān)量的性質(zhì)或功能，事先在內(nèi)存區(qū)開辟不同的區(qū)域，采集到的開關(guān)量分別存放于相應(yīng)的存儲區(qū)中。 時間登記的辦法是不僅把采集到得開關(guān)量信息存儲，還需要把采集的時刻也要記錄下來。 至于它們的存儲，可以采用分類保存，也可以按照時間順序保存，視具體情況而定。 登記的辦法要求系統(tǒng)具有日歷或計時功能。 464.5虛擬儀器及其應(yīng)用基礎(chǔ)虛擬儀器及其應(yīng)用基礎(chǔ)4.5.1虛擬儀器概述虛擬儀器概述 虛擬儀器是一種以微型計算機硬件和數(shù)據(jù)采集電路微型計算機硬件和數(shù)據(jù)采集電路為基礎(chǔ)，以微型計算機數(shù)據(jù)采集、分析、處理及可視化等軟件技術(shù)為

30、核心，利用計算機顯示器虛擬儀器面板的測量儀器計算機顯示器虛擬儀器面板的測量儀器，是儀器儀表技術(shù)與計算機虛擬技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。儀器功能方面的特征儀器功能方面的特征： （1）虛擬儀器是一種創(chuàng)新的計算機儀器，而非傳統(tǒng)意義上的具體儀器，它是一種功能意義上而非物理意義上的儀器，儀器功能可由用戶軟件定義，柔性結(jié)構(gòu)，靈活組態(tài)，給了用戶一個充分發(fā)揮自己能力和想象力的空間。 （2）一臺計算機被設(shè)計成多臺不同功能的測量儀器，能集多種功能于一體，構(gòu)成多功能和多用途的綜合儀器，極大地豐富和增強了傳統(tǒng)儀器的功能。 （3）由于計算機有極其豐富的軟件資源，極高的運算速度和龐大的存儲空間，對測量數(shù)據(jù)有強大的分析和處理能力，可

31、以進行快捷、實時的處理，也可以將數(shù)據(jù)存儲起來，以供需要時調(diào)出分析之用。這種能力所引伸出的儀器功能，在傳統(tǒng)儀器中是不可能具有的。474.5.2虛擬儀器的一般結(jié)構(gòu)虛擬儀器的一般結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線設(shè)備VXI儀器串行口儀器PLCGPIB接口儀器GPIB接口卡信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡DAQ圖像采集卡DSPPC機/工作站測控對象測量與分析軟件。Lab VIEW（VEE）。Lab Windows/CVI。Commponent work HiQ。Virtual Bench IVI傳統(tǒng)編程語言。Visual C+。Visual Basic。C+ Builder。Delphi等工業(yè)自動化軟件。Bridge VIEW。Lockout。Commponent work圖4-13