SCADA系统培训IO接口与数据采集技术

监督控制与数据采集技术华东理工大学自动化系王华忠

hzwang@Ch3I/O接口与数据采集技术一、SCADA系统I／O接口概述

过程输入／输出通道是SCADA系统上、下位机与被控过程现场测控设备之间的物理信息通道。过程输入／输出通道除了有A／D、D／A、DI、DO等I／O设备外，通常还包括一些辅助的部件，如多路转换开关、放大器、采样保持器、热电偶冷端温度补偿装置等。SCADA系统的I／O接口，不仅实现了计算机与监控过程的信号传输，而且还解决了计算机与外部设备连接时存在的各种矛盾，如输入／输出信号形式的不同、速度的不匹配、串／并连转换以及信号隔离等。

二、过程I/O通道AIAODIDO1、数字信号及其调理开关信号连续脉冲信号Input:ReadanopticalencoderOutput:Generateasquarewave分辨率时钟频率Input:SenseaswitchclosureOutput:Closeavalve驱动程序的功能通道数DAQ卡需要考虑的指标onofft1-0-t（1）数字信号调理LoadsRequiringACSwitchingorLargeCurrentFlowProductionMonitoringorProcessControlCommon-ModeVoltagesorHighVoltagesElectromechanicalRelaysorSolid-StateRelaysOpticalIsolationSolenoidsValvesMotorsHeatersLampsPumpsElectromechanicalRelaysorSolid-StateRelaysProximitySwitchesLimitSwitchesThermostatsManualSwitches数字I/O图3.1数字信号调理示意图2、模拟信号及其调理时域信号VibrationSpeechSonar分辨率采样率AC精度触发滤波器TemperaturePressureFlowStrainDC精度频域信号直流信号ECGBloodpressureSingle-shoteventsChromatograph分辨率采样率AC和DC精度触发DAQ卡需要考虑的指标参数0.985ttf各种模拟信号调理低电压信号电流输入/输出RTDs和热敏电阻热电偶应变仪隔离放大噪声滤波电流与电压的转换;隔离，放大，噪声滤波隔离，放大，噪声滤波冷端补偿激励电源隔离，放大，噪声滤波激励电压全桥和半桥设置隔离，放大，噪声滤波多功能I/O图3.2模拟信号调理示意图3、模数转换设备A/D把外部电压信号转成计算机能够识别的数字信号，主要性能参数：采样频率MaxSamplingRate(S/s),SamplingFrequency(Hz)精度(Resolution)：8bit12bit14bit16bit输入范围(InputRange)(增益)：同步采样(Simultaneousanaloginput)轮询采样(Multiplexanaloginput)突发模式采样(Burstmode)触发模式(Triggermode)隔离(Isolation)FIFO……（1）A/D分辩率Codewidth=smallestdetectablechangeinvoltage=AD的输入范围增益*2nn=#ofADCbits

16-bitADC3-bitADCAmplitudecodewidthTime02010012014040608010.009.757.506.255.003.752.501.250111110100011010001000（2）A/D采样速率香浓定律

采样率

>2倍的最高频率AdequatelysampledAliasedduetoundersampling图3.3采用频域确定（3）多通道采集采集模式通道设置扫描顺序增益范围单端/差分输入单极/双极连续扫描间隔扫描Straingauge1Straingauge2Battery1Battery2TempPressure同步采样图形示例（4）触发软件触发STARTTRIG*InputofMIOBoardEdgeInitiatesAcquisitionTTLSignalLevelandSlopeofAnalogSignalInitiatesAcquisition

LevelandSlopeofAnalogSignalRetrievesAcquisition条件获取

(软件)由AIBufferRead设定AIRead调用

AIBufferRead模拟触发数字触发图3.4NI信号调理模块4、SCXI设备SCXI功能传感器和信号热电偶RTDs热敏电阻应变仪电压信号

微伏，毫伏，伏电流信号

4—20mA,0—20mA数字信号信号调理多路复用放大隔离滤波传感器激励冷端补偿三、基于PC的数据采集技术利用嵌入式装置的数据采集网络化数据采集利用虚拟仪器技术的数据采集利用PLC等进行数据采集1、数据采集系统类型2、数据采集中的I/O控制方式数据采集就是在CPU的控制下将I／O卡的输入、输出数据作转换，把计算机内存中的数据输出，或将外部的模拟数据转换为数字量后再送入内存。根据采样定理，如果信号的截止频率很高时，采样频率必须相应提高，才能保证频率不失真，而采样频率的最大值是由A／D转换器的转换时间决定的。图3.5A／D转换过程四、基于PC的数据采集系统编程

图3.6各种数据采集软件模式几种数据采集编程方式直接对寄存器编程进行数据采集基于DLL的数据采集基于ActiveX的数