基于組態(tài)王研華板的數(shù)據(jù)采集應用

1、第5章 基于板卡的測控系統(tǒng)及其典型應用實例 基于組態(tài)王研華板的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應用各種計算機測控系統(tǒng)中，pc插卡式是最基本最廉價的構(gòu)成形式。它充分利用了pc計算機的機箱、總線、電源及軟件資源。本章以研華（中國）公司生產(chǎn)的pci-1710hg多功能數(shù)據(jù)采集卡為例，詳細介紹數(shù)據(jù)采集卡的軟、硬件安裝過程，并以此為基礎，對基于板卡的模擬量輸入/輸出、開關(guān)量輸入/輸出程序的設計過程進行詳細的描述。5.1 基于板卡的計算機測控系統(tǒng)的組成基于板卡的計算機測控系統(tǒng)的組成如圖5-1所示，它可分為硬件和軟件兩大部分。圖5-1 基于板卡的測控系統(tǒng)組成框圖5.1.1 測控硬件子系統(tǒng)1傳感器傳感器的作用是把非電物理量（如溫

2、度、壓力、速度等）轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號。例如，使用熱電偶可以獲得隨著溫度變化而變化的電壓信號，轉(zhuǎn)速傳感器可以把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電脈沖信號。2信號調(diào)理器信號調(diào)理器（電路）的作用是對傳感器輸出的電信號進行加工和處理，轉(zhuǎn)換成便于輸送、顯示和記錄的電信號（電壓或電流）。常見的信號調(diào)理電路有電橋電路、調(diào)制/解調(diào)電路、濾波電路、放大電路、線性化電路、a/d轉(zhuǎn)換電路及隔離電路等。例如，傳感器輸出信號是微弱的，就需要放大電路將微弱信號加以放大，以滿足過程通道的要求；為了與計算機接口方便，需要a/d轉(zhuǎn)換電路將模擬信號變換成數(shù)字信號等。如果信號調(diào)理電路輸出的是規(guī)范化的標準信號（如420ma、15v等），這種信號調(diào)理電路

3、稱為變送器。在工業(yè)控制領域，常常將傳感器與變送器做成一體，統(tǒng)稱為變送器。變送器輸出的標準信號一般送往智能儀表或計算機系統(tǒng)。3輸入輸出板卡應用ipc對工業(yè)現(xiàn)場進行控制，首先要采集各種被測量，計算機對這些被測量進行一系列處理后，將結(jié)果數(shù)據(jù)輸出。計算機輸出的數(shù)字量還必須轉(zhuǎn)換成可對生產(chǎn)過程進行控制的量。因此，構(gòu)成一個工業(yè)控制系統(tǒng)，除了ipc主機外，還需要配備各種用途的i/o接口產(chǎn)品，即i/o板卡。常用的i/o板卡包括模擬量輸入/輸出（ai/ao）板卡、數(shù)字量（開關(guān)量）輸入/輸出（di/do）板卡、脈沖量輸入/輸出板卡及混合功能的接口板卡等。各種板卡是不能直接由計算機主機控制的，必須由i/o接口來傳送相

4、應的信息和命令。i/o接口是主機與板卡和外圍設備進行信息交換的紐帶。目前絕大部分i/o接口都是采用可編程接口芯片，它們的工作方式可以通過編程設置。常用的i/o接口有并行接口、串行接口等。4執(zhí)行機構(gòu)它的作用是接受計算機發(fā)出的控制信號，并把它轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機構(gòu)的動作，使被控對象按預先規(guī)定的要求進行調(diào)整，保證其正常運行。生產(chǎn)過程按預先規(guī)定的要求正常運行，即控制生產(chǎn)過程。常用的執(zhí)行機構(gòu)有各種電動、液動及氣動開關(guān)，電液伺服閥，交直流電動機，步進電機，各種有觸點和無觸點開關(guān)，電磁閥等。在系統(tǒng)設計中需根據(jù)系統(tǒng)的要求來選擇。5驅(qū)動電路要想驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，必須具有較大的輸出功率，即向執(zhí)行機構(gòu)提供大電流、高電壓驅(qū)動信號

5、，以帶動其動作。另一方面，由于各種執(zhí)行機構(gòu)的動作原理不盡相同，有的用電動，有的用氣動或液動，如何使計算機輸出的信號與之匹配，也是執(zhí)行機構(gòu)必須解決的重要問題。因此，為了實現(xiàn)與執(zhí)行機構(gòu)的功率配合，一般都要在計算機輸出板卡與執(zhí)行機構(gòu)之間配置驅(qū)動電路。6計算機主機它是整個計算機控制系統(tǒng)的核心。主機由cpu、存儲器等構(gòu)成。它通過由過程輸入通道發(fā)送來的工業(yè)對象的生產(chǎn)工況參數(shù)，按照人們預先安排的程序自動地進行信息處理、分析和計算，并作出相應的控制決策或調(diào)節(jié)，以信息的形式通過輸出通道，及時發(fā)出控制命令，實現(xiàn)良好的人機聯(lián)系。目前采用的主機有pc機及工業(yè)pc機（ipc）等。7外圍設備主要是為了擴大計算機主機的功能

6、而配置的。它用來顯示、存儲、打印、記錄各種數(shù)據(jù)，包括輸入設備、輸出設備和存儲設備。常用的外圍設備有打印機、記錄儀、圖形顯示器（crt）、外部存儲器（軟盤、硬盤、光盤等）、記錄儀、聲光報警器等。8人機聯(lián)系設備操作臺是人機對話的紐帶。計算機向生產(chǎn)過程的操作人員顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)和運行參數(shù)，發(fā)出報警信號；生產(chǎn)過程的操作人員通過操作臺向計算機輸入和修改控制參數(shù)，發(fā)出各種操作命令；程序員使用操作臺檢查程序；維修人員利用操作臺判斷故障等。9網(wǎng)絡通信接口對于復雜的生產(chǎn)過程，通過網(wǎng)絡通信接口可構(gòu)成網(wǎng)絡集成式計算機控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用多臺計算機分別執(zhí)行不同的控制功能，既能同時控制分布在不同區(qū)域的多臺設備，又能實現(xiàn)管

7、理功能。數(shù)據(jù)采集硬件的選擇要根據(jù)具體的應用場合并考慮到自己現(xiàn)有的技術(shù)資源。5.1.2 測控軟件子系統(tǒng)軟件使pc和數(shù)據(jù)采集硬件形成了一個完整的數(shù)據(jù)采集、分析和顯示系統(tǒng)。沒有軟件，數(shù)據(jù)采集硬件是毫無用處的或者使用比較差的軟件，數(shù)據(jù)采集硬件也幾乎無法工作。大部分數(shù)據(jù)采集應用實例都使用了驅(qū)動軟件。軟件層中的驅(qū)動軟件可以直接對數(shù)據(jù)采集硬件的寄存器編程，管理數(shù)據(jù)采集硬件的操作并把它和處理器中斷，將dma和內(nèi)存這樣的計算機資源結(jié)合在一起。驅(qū)動軟件隱藏了復雜的硬件底層編程細節(jié)，為用戶提供了容易理解的接口。隨著數(shù)據(jù)采集硬件、計算機和軟件復雜程度的增加，好的驅(qū)動軟件就顯得尤為重要。合適的驅(qū)動軟件可以最佳地結(jié)合靈活

8、性和高性能，同時還能極大地降低開發(fā)數(shù)據(jù)采集程序所需的時間。為了開發(fā)出用于測量和控制的高質(zhì)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用戶必須了解組成系統(tǒng)的各個部分。在所有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成部分中，軟件是最重要的。這是由于插入式數(shù)據(jù)采集設備沒有顯示功能，軟件是您和系統(tǒng)的惟一接口。軟件提供了系統(tǒng)的所有信息，您也需要通過它來控制系統(tǒng)。軟件把傳感器、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集硬件和分析硬件集成為一個完整的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。組態(tài)軟件kingview（即組態(tài)王）是目前國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)、市場占有率相對較高的組態(tài)軟件。組態(tài)王運行于microsoft windows 9x/nt/xp平臺，主要特點：支持真正客戶/服務器和internet/i

9、ntranet瀏覽器技術(shù)，適應各種規(guī)模的網(wǎng)絡系統(tǒng)，支持分布式網(wǎng)絡開發(fā)；可直接插入第三方activex控件；可以導入導出odbc數(shù)據(jù)庫；組態(tài)王既是opc客戶，又是opc服務器；允許visual basic、visual c+直接訪問組態(tài)王等。組態(tài)王的應用領域幾乎囊括了大多數(shù)行業(yè)的工業(yè)控制，采用了多線程、com組件等新技術(shù)，實現(xiàn)了實時多任務，軟件運行可靠。5.1.3 測控系統(tǒng)的特點隨著計算機和總線技術(shù)的發(fā)展，越來越多的科學家和工程師采用基于pc的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來完成實驗室研究和工業(yè)控制中的測試測、量任務。基于pc的daq系統(tǒng)（簡稱pcs）的基本特點是，輸入/輸出裝置為板卡的形式，并將板卡直接與個人計

10、算機的系統(tǒng)總線相連，即直接插在計算機主機的擴展槽上。這些輸入/輸出板卡往往按照某種標準由第三方批量生產(chǎn)，開發(fā)者或用戶可以直接在市場上購買，也可以由開發(fā)者自行制作。一塊板卡的點數(shù)（指測控信號的數(shù)量）少的有幾點，多的可達24點、32點甚至更多。5.2 pci-1710hg多功能板卡的安裝5.2.1 pci-1710hg多功能板卡介紹圖5-2 pci-1710hg多功能卡pci-1710hg是一款功能強大的低成本多功能pci總線數(shù)據(jù)采集卡，如圖5-2所示。其先進的電路設計使得它具有更高的質(zhì)量和更多的功能，這其中包含5種最常用的測量和控制功能：16路單端或8路差分模擬量輸入、12位a/d轉(zhuǎn)換器（采樣速

11、率可達100khz）、2路12位模擬量輸出、16路數(shù)字量輸入、16路數(shù)字量輸出及計數(shù)器/定時器功能。pci-1710hg多功能板卡的主要特性如下。（1）單端或差分混合的模擬量輸入。pci-1710hg有一個自動通道/增益掃描電路。該電路能代替軟件控制采樣期間多路開關(guān)的切換?？ㄉ系膕ram存儲了每個通道不同的增益值及配置。這種設計能讓您對不同通道使用不同的增益，并可自由組合單端和差分輸入來完成多通道的高速采樣（可達100khz）。 （2）卡上fifo存儲器。pci-1710hg卡上有一個fifo（先入先出）緩沖器，它能存儲4kb的a/d采樣值。當fifo半滿時，pci-1710hg會產(chǎn)生一個中斷

12、。 （3）卡上可編程計數(shù)器。pci-1710hg提供了可編程的計數(shù)器，用于為a/d變換提供觸發(fā)脈沖。計數(shù)器芯片8254或與8254兼容的芯片，它包含3個16位的10mhz時鐘的計數(shù)器。 （4）支持即插即用功能。pci-1710hg完全符合pci規(guī)格rev2.1標準，支持即插即用。在安裝插卡時，用戶不需要設置任何調(diào)線和dip撥碼開關(guān)，所有與總線相關(guān)的配置，比如基地址、中斷等均由即插即用功能完成。5.2.2 用pci-1710hg多功能板卡組成的測控系統(tǒng)用pci-1710hg板卡構(gòu)成完整的測控系統(tǒng)還需要接線端子板和通信電纜，如圖5-3所示。電纜采用pcl-10168型，如圖5-4所示。是兩端針型接

13、口的68芯scsi-ii電纜，用于連接板卡與adam-3968接線端子板。該電纜采用雙絞線，并且模擬信號線和數(shù)字信號線是分開屏蔽的，這樣能使信號間的交叉干擾降到最小，并使emi/emc問題得到了最終的解決。接線端子板采用adam-3968型，如圖5-5所示，是din導軌安裝的68芯scsi-ii接線端子板，用于各種輸入輸出信號線的連接。 圖5-3 pci-1710hg產(chǎn)品的成套性圖5-4 pcl-10168電纜圖5-5 adam-3968接線端子板用pci-1710hg板卡構(gòu)成的控制系統(tǒng)框圖如圖5-6所示。使用時用pcl-10168電纜將pci-1710hg板卡與adam-3968接線端子板連

14、接，這樣pcl-10168的68個針腳和adam-3968的68個接線端子一一對應。pci 1710hg多功能卡圖5-6 基于pci-1710板卡的控制私系統(tǒng)框圖接線端子板各端子的位置及功能如圖5-7所示，信號描述如表5-1所示。ai0 68ai2 67ai4 66ai6 65ai8 64ai10 63ai12 62ai14 61aignd 60ao0_ref 59ao0_out 58aognd 57di0 56di2 55di4 54di6 53di8 52di10 51di12 50di14 49dgnd 48do0 47do2 46do4 45do6 44do8 43do10 42do1

15、2 41do14 40dgnd 39cnt0_clk 38cnt0_out 37cnt0_gate 36+12v 3534 ai133 ai332 ai531 ai730 ai929 ai1128 ai1327 ai1526 aignd25 ao0_ref24 ao1_out23 aognd22 di121 di320 di519 di718 di917 di1116 di1315 di1514 dgnd13 do112 do311 do510 do79 do98 do117 do136 do155 dgnd4 pacer_out3 trg_gate2 ext_trg1 +5v圖5-7 ada

16、m-3968接線端子板信號端子位置及功能表5-1adam-3968接線端子板各端子信號功能描述信 號 名 稱參 考 端方 向描 述ai aigndinput模擬量輸入通道：015aignd-模擬量輸入地ao0_refao1_refaogndinput模擬量輸出通道0/1外部基準電壓輸入端ao0_outao1_outaogndoutput模擬量輸出通道：0/1aognd-模擬量輸出地di dgndinput數(shù)字量輸入通道：015do dgndoutput數(shù)字量輸出通道：015dgnd-數(shù)字地（輸入或輸出）cnt0_clkdgndinput計數(shù)器0通道時鐘輸入端cnt0_outdgndoutput

17、計數(shù)器0通道輸出端cnt0_gatedgndinput計數(shù)器0通道門控輸入端續(xù)表信 號 名 稱參 考 端方 向描 述pacer_outdgndoutput定速時鐘輸出端trg_gatedgndinputa/d外部觸發(fā)器門控輸入端ext_trgdgndinputa/d外部觸發(fā)器輸入端+12vdgndoutput+12v直流電源輸出+5vdgndoutput+5v直流電源輸出5.2.3 pci-1710hg板卡設備的安裝首先進入研華公司官方網(wǎng)站找到并下載下列程序：pci1710.exe、devmgr.exe、portio.exe、all_examples.exe、utility.exe等。1安裝設

18、備驅(qū)動程序在測試板卡和使用研華驅(qū)動編程之前必須首先安裝研華設備管理程序device manager和32位dll驅(qū)動程序。（1）首先執(zhí)行devmgr.exe程序，根據(jù)安裝向?qū)瓿膳渲霉芾碥浖陌惭b。（2）接著執(zhí)行pci1710.exe程序，按照提示完成驅(qū)動程序的安裝。（3）安裝完device manager后，相應的設備驅(qū)動手冊device drivers manual也會自動安裝。有關(guān)研華32位dll驅(qū)動程序的函數(shù)說明、例程說明等資料在此獲取?？旖莘绞降奈恢脼椋洪_始程序advantech automationdevice managerdevice drivers manual。2安裝硬件（

19、1）關(guān)閉計算機電源，打開機箱，將pci-1710hg板卡正確地插到一空閑的pci插槽中，如圖5-8所示，檢查無誤后合上機箱。注意，在用手持板卡之前，請先釋放手上的靜電（例如，通過觸摸計算機機箱的金屬外殼釋放靜電），不要接觸易帶靜電的材料（如塑料材料），手持板卡時只能握它的邊沿，以免手上的靜電損壞面板上的集成電路或組件。圖5-8 pci-1710hg板卡安裝（2）重新開啟計算機，進入windows xp系統(tǒng)。首先出現(xiàn)“找到新的硬件向?qū)А睂υ捒颍x擇“自動安裝軟件”項，然后單擊“下一步”按鈕，計算機將自動完成advantech pci-1710hg device驅(qū)動程序的安裝。系統(tǒng)自動地為pci板

20、卡設備分配中斷和基地址，用戶無需關(guān)心。一些其他公司的pci設備一般都會提供相應的.inf文件，用戶可以在安裝板卡的時候指定相應的.inf文件給安裝程序。（3）檢查板卡是否安裝正確。右擊“我的電腦”圖標，單擊“屬性”項，彈出“系統(tǒng)屬性”對話框，選中“硬件”項，單擊“設備管理器”按鈕，進入“設備管理器”畫面。若板卡安裝成功后會在設備管理器列表中出現(xiàn)pci-1710hg的設備信息，如圖5-9所示。（4）從“資源”選項卡中，可獲得計算機分配給板卡的地址輸入輸出范圍：c000-c0ff，其中首地址為c000，分配的中斷號為22，如圖5-10所示。 圖5-9 設備管理器中的板卡信息圖5-10 板卡資源信息

21、界面3配置板卡在測試板卡和使用研華驅(qū)動編程之前必須首先對板卡進行配置，通過研華板卡配置軟件device manager來實現(xiàn)。（1）從開始菜單所有程序advantech automationdevice manager打開設備管理程序advantech device manager，如圖5-11所示。當用戶的計算機上已經(jīng)安裝好某個產(chǎn)品的驅(qū)動程序后，設備管理軟件支持的設備列表前將沒有紅色叉號，說明驅(qū)動程序已經(jīng)安裝成功。例如，圖5-11中supported devices列表的advantech pci-1710/l/hg/hgl前面就沒有紅色叉號，選中該板卡，單擊“add”按鈕，該板卡信息就會出

22、現(xiàn)在installed devices列表中。pci總線的插卡插好后計算機操作系統(tǒng)會自動識別，在device managerde的installed devices欄中my computer下會自動顯示出所插入的器件，這一點和isa總線的板卡不同。（2）單擊“setup”按鈕，彈出“pci-1710hg device setting”對話框，如圖5-12所示。在對話框中可以設置a/d通道是單端輸入還是差分輸入，可以選擇兩個d/a轉(zhuǎn)換輸出通道通用的基準電壓來自外部還是內(nèi)部，也可以設置基準電壓的大?。?5v還是010v），設置好后，單擊“ok”按鈕即可。 圖5-11 配置板卡界面圖5-12 板卡a

23、/d、d/a通道配置界面到此，pci-1710hg數(shù)據(jù)采集卡的硬件和軟件已經(jīng)安裝完畢，可以進行板卡測試了。4板卡測試可以利用板卡附帶的測試程序?qū)Π蹇ǖ母黜椆δ苓M行測試。運行設備測試程序：在研華設備管理程序advantech device manager對話框中單擊“test”按鈕，出現(xiàn)“advantech device test”對話框，通過不同選項卡可以對板卡的“analog input”、“analog output”、“digital input”、“digital output”、“counter”等功能進行測試。（1）模擬量輸入功能測試。選擇“analog input”選項卡，如圖5

24、-13所示。圖5-13 模擬量輸入功能測試界面測試界面說明。 channel no：模擬量輸入通道號（016）。 input range：輸入電壓范圍選擇。 analog input reading：模擬量輸入通道讀取的電壓數(shù)值。 channel mode：通道設定模式。 sampling period：采樣時間間隔。測試時可用pcl-10168電纜將pci-1710hg板卡與adam-3968接線端子板連接，這樣pcl-10168的68個針腳就和adam-3968的68個接線端子一一對應，可通過將輸入信號連接到接線端子來測試pci-1710hg的管腳。例如，在單端輸入模式下，測試通道1，需將

25、待測信號接至通道1所對應接線端子的34（ai1）與60（aignd）管腳，這時在通道1對應的analog input reading框中將顯示輸入信號的電壓值。（2）模擬量輸出功能測試。選擇“analog output”選項卡，如圖5-14所示。圖5-14 模擬量輸出功能測試界面兩個模擬輸出通道可以通過軟件設置選擇輸出正弦波、三角波、方波，也可以設置輸出波形頻率以及輸出電壓幅值。例如，要使通道0輸出4.5v電壓，在“manual output”中設置輸出值為4.5v，單擊“out”按鈕，即可在管腳58（ao0_out）與57（aognd）之間輸出4.5v電壓，這個值可用萬用表測得。（3）數(shù)字量

26、輸入功能測試。選擇“digital input”選項卡，如圖5-15所示。用戶可以方便地通過數(shù)字量輸入通道指示燈的顏色，得到相應數(shù)字量輸入通道輸入的是低電平還是高電平（紅色為高，綠色為低）。例如，將通道0對應管腳di0與數(shù)字地dgnd短接，則通道0對應的狀態(tài)指示燈（bit0）變綠；在di0與數(shù)字地之間接入+5v電壓，則指示燈變紅。圖5-15 數(shù)字量輸入功能測試界面（4）數(shù)字量輸出功能測試。選擇“digital output”選項卡，如圖5-16所示。用戶可以通過單擊界面中的方框?qū)妮敵鐾ǖ涝O為高電平或低電平，高電平為+5v，低電平為0v。用電壓表測試相應管腳，可以測到這個電壓。例如，圖中低

27、八位輸出98，高八位輸出09（十六進制）。圖5-16 數(shù)字量輸出功能測試界面（5）計數(shù)器功能測試。選擇“counter”選項卡，如圖5-17所示。用戶可以選擇event counting（事件計數(shù)）或者pulse out（脈沖輸出）兩種功能。選擇事件計數(shù)時，將信號發(fā)生器輸出接到管腳cnt0_clk，當cnt0_gate懸空或接+5v時，事件計數(shù)器開始計數(shù)。例如，在管腳cnt0_clk接100hz的方波信號，計數(shù)器將累加方波信號的頻率。如果選擇脈沖輸出，管腳cnt0_out將輸出頻率信號，輸出信號的頻率可以設置。如圖5-17所示，設置輸出信號的頻率為1khz。圖5-17 計數(shù)器功能測試界面5.3

28、 計算機測控系統(tǒng)的輸入與輸出信號工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)計算機測控的前提是，必須將工業(yè)生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)、工況邏輯和設備運行狀況等物理量經(jīng)過傳感器或變送器轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C可以識別的電信號（電壓或電流）或邏輯量。傳感器和變送器輸出的信號有多種規(guī)格，其中毫伏（mv）信號、05v電壓信號、15v電壓信號、010ma電流信號、420ma電流信號、電阻信號是計算機測控系統(tǒng)經(jīng)常用到的信號規(guī)格。在實際工程中，通常將這些信號分為模擬量信號、開關(guān)量信號和脈沖量信號3大類。針對某個生產(chǎn)過程設計一套計算機控制系統(tǒng)，必須了解輸入輸出信號的規(guī)格、接線方式、精度等級、量程范圍、線性關(guān)系、工程量換算等諸多要素。5.3.1 模擬量信號許

29、多來自現(xiàn)場的檢測信號都是模擬信號，如液位、壓力、溫度、位置、ph值、電壓、電流等，通常都是將現(xiàn)場待檢測的物理量通過傳感器轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號；許多執(zhí)行裝置所需的控制信號也是模擬量，如調(diào)節(jié)閥、電動機、電力電子的功率器件等的控制信號。模擬信號是指隨時間連續(xù)變化的信號，這些信號在規(guī)定的一段連續(xù)時間內(nèi)，其幅值為連續(xù)值，即從一個量變到下一個量時中間沒有間斷。模擬信號有兩種類型：一種是由各種傳感器獲得的低電平信號；另一種是由儀器、變送器輸出的420ma的電流信號或15v的電壓信號。這些模擬信號經(jīng)過采樣和a/d轉(zhuǎn)換輸入計算機后，常常要進行數(shù)據(jù)正確性判斷、標度變換、線性化等處理。模擬信號非常便于傳送，但它對干

30、擾信號很敏感，容易使傳送中的信號的幅值或相位發(fā)生畸變。因此，有時還要對模擬信號做零漂修正、數(shù)字濾波等處理。模擬量輸出信號可以直接控制過程設備，而過程又可以對模擬量信號進行反饋。閉環(huán)pid控制系統(tǒng)采取的就是這種形式。模擬量輸出還可以用來產(chǎn)生波形，這種情況下d/a變換器就成了一個函數(shù)發(fā)生器。模擬信號的常用規(guī)格有如下幾種。（1）15v電壓信號。此信號規(guī)格有時稱為ddz-型儀表電壓信號規(guī)格。15v電壓信號規(guī)格通常用于計算機控制系統(tǒng)的過程通道。工程量的量程下限值對應的電壓信號為lv，工程量上限值對應的電壓信號為5v，整個工程量的變化范圍與4v的電壓變化范圍相對應。過程通道也可輸出15v電壓信號，用于控制

31、執(zhí)行機構(gòu)。（2）420ma電流信號。420ma電流信號通常用于過程通道和變送器之間的傳輸信號。工程量或變送器的量程下限值對應的電流信號為4ma，量程上限對應的電流信號為20ma，整個工程量的變化范圍與16ma的電流變化范圍相對應。過程通道也可以輸出420ma的電流信號，用于控制執(zhí)行機構(gòu)。有的傳感器的輸出信號是毫伏級的電壓信號，如k分度熱電偶在l000時輸出信號為41.296mv。這些信號要經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)換成標準信號（420ma）再送給過程通道。熱電阻傳感器的輸出信號是電阻值，一般要經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)換為標準信號（420ma），再送到過程通道。對于采用420ma電流信號的系統(tǒng)，只需采用250電阻就可將其

32、變換為15v直流電壓信號。有必要說明的是，以上兩種標準都不包括零值在內(nèi)，這是為了避免和斷電或斷線的情況混淆，使信息的傳送更為確切；這樣也同時把晶體管器件的起始非線性段避開了，使信號值與被測參數(shù)的大小更接近線性關(guān)系，所以受到國際的推薦和普遍的采用。當計算機控制系統(tǒng)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，因為電流信號在一個回路中不會衰減，因而抗干擾能力比電壓信號好。當計算機控制系統(tǒng)輸出模擬信號需要傳輸給多臺其他儀器儀表或控制對象時，一般采用直流電壓信號而不是直流電流信號。5.3.2 開關(guān)量信號有許多的現(xiàn)場設備往往只對應于兩種狀態(tài)。例如，按鈕、行程開關(guān)的閉合和斷開、馬達的啟

33、動和停止、指示燈的亮和滅、儀器儀表的bcd碼、繼電器或接觸器的釋放和吸合、晶閘管的通和斷、閥門的打開和關(guān)閉等，可以用開關(guān)輸出信號去控制或者對開關(guān)輸入信號進行檢測。開關(guān)量信號是指在有限的離散瞬時上取值間斷的信號。在二進制系統(tǒng)中，開關(guān)量信號是由有限字長的數(shù)字組成，其中每位數(shù)字不是0就是1。開關(guān)量信號的特點是，它只代表某個瞬時的量值，是不連續(xù)的信號。開關(guān)量信號的處理主要是監(jiān)測開關(guān)器件的狀態(tài)變化。開關(guān)量信號反映了生產(chǎn)過程、設備運行的現(xiàn)行狀態(tài)、邏輯關(guān)系和動作順序。例如，行程開關(guān)可以指示出某個部件是否達到規(guī)定的位置，如果已經(jīng)到位，則行程開關(guān)接通，并向工控機系統(tǒng)輸入1個開關(guān)量信號；又如工控機系統(tǒng)欲輸出報警信

34、號，則可以輸出1個開關(guān)量信號，通過繼電器或接觸器驅(qū)動報警設備，發(fā)出聲光報警。如果開關(guān)量信號的幅值為ttl/cmos電平，有時又將一組開關(guān)量信號稱之為數(shù)字量信號。開關(guān)量輸入信號有觸點輸入和電平輸入兩種方式。觸點又有常開和常閉之分，其邏輯關(guān)系正好相反，猶如數(shù)字電路中的正邏輯和負邏輯。工控機系統(tǒng)實際上是按電平進行邏輯運算和處理的，因此工控機系統(tǒng)必須為輸入觸點提供電源，將觸點輸入轉(zhuǎn)換為電平輸入。開關(guān)量輸出信號也有觸點輸出和電平輸出兩種方式。輸出觸點也有常開和常閉之分。數(shù)字（開關(guān)）信號輸入計算機后，常常需要進行碼制轉(zhuǎn)換的處理，如bcd碼轉(zhuǎn)換成ascii碼，以便顯示數(shù)字信號。對于開關(guān)量輸出信號，可以分為兩

35、種形式：一種是電壓輸出，另一種是繼電器輸出。電壓輸出一般是通過晶體管的通斷來直接對外部提供電壓信號，繼電器輸出則是通過繼電器觸點的通斷來提供信號。電壓輸出方式的速度比較快且外部接線簡單，但帶負載能力弱；繼電器輸出方式則與之相反。對于電壓輸入，又可分為直流電壓和交流電壓，相應的電壓幅值可以有5v、12v、24v和48v等。 5.3.3 脈沖量信號脈沖量信號和電平形式的開關(guān)量類似，當開關(guān)量按一定頻率變化時，則該開關(guān)量就可以視為脈沖量，也就是說脈沖量具有周期性。測量頻率、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的傳感器都是以脈沖頻率的方式反映被測值的，有一些測流量的傳感器或變送器，也是以脈沖頻率為輸出信號。在運動控制中，編碼器送

36、出的信號也是脈沖信號，根據(jù)脈沖的數(shù)目，可以獲得電動機角位移以及轉(zhuǎn)速的信息。另外，也可以通過輸出脈沖來控制步進電機轉(zhuǎn)角或速度。脈沖量信號的幅值通常有ttl電平、cmos電平、24v直流電平和任意電平等幾種規(guī)格。實際上，數(shù)據(jù)采集卡的邏輯部件都是ttl/cmos規(guī)格，其中的過程通道將不同幅值的脈沖量信號轉(zhuǎn)換成了ttl/cmos電平。脈沖量通道或脈沖輸入/輸出板卡對脈沖量的上升時間和下降時間有一定的要求，對于上升時間和下降時間較長的脈沖信號，必須增加整形電路，改善脈沖信號的邊沿，以確保脈沖量通道能有效識別所輸入的脈沖量信號。5.4 模擬量輸入（ai）程序設計5.4.1 模擬量輸入（ai）程序設計目的（

37、1）掌握利用數(shù)據(jù)采集板卡進行模擬信號計算機采集的硬件線路連接方法。（2）掌握利用kingview編寫板卡模擬量輸入（ai）程序的方法。5.4.2 模擬量輸入（ai）程序設計用軟、硬件本設計用到的硬件和軟件清單如表5-2所示。表5-2設計用軟、硬件序 號名 稱數(shù) 量1pc或ipc1續(xù)表序 號名 稱數(shù) 量2pci-1710hg多功能板卡+ pcl-10168數(shù)據(jù)線纜+ adam-3968接線端子（使用模擬量輸入ai通道）13電位器（10k）14指示燈（dc5v）15直流電源（輸出：dc5v）16kingview 6.515.4.3 模擬量輸入（ai）程序硬件線路圖5-18中，通過電位器產(chǎn)生一個模擬

38、變化電壓（范圍是05v），送入板卡模擬量輸入0通道（管腳68），同時在電位器電壓輸出端接一信號指示燈，用以顯示電壓變化情況。多功能板卡圖5-18 計算機模擬電壓輸入線路圖5.4.4 模擬量輸入（ai）程序設計任務利用kingview編寫應用程序來實現(xiàn)pci-1710hg多功能板卡模擬量輸入。任務要求如下。首先以間隔或連續(xù)方式讀取電壓測量值，并以數(shù)值或曲線形式顯示電壓測量變化值；其次是，當測量電壓小于或大于設定下限或上限值時，程序畫面中相應指示燈變換顏色。5.4.5 任務實現(xiàn)1建立新工程項目運行組態(tài)王程序，出現(xiàn)組態(tài)王工程管理器畫面。為建立一個新工程，請執(zhí)行以下操作步驟。（1）在工程管理器中選擇菜

39、單“文件新建工程”或單擊快捷工具欄“新建”命令，出現(xiàn)“新建工程向?qū)е粴g迎使用本向?qū)А睂υ捒?。?）單擊“下一步”按鈕，出現(xiàn)“新建工程向?qū)еx擇工程所在路徑”對話框。在此對話框中選擇或指定工程所在路徑。如果用戶需要更改工程路徑，請單擊“瀏覽”按鈕。如果路徑或文件夾不存在，請創(chuàng)建。（3）單擊“下一步”按鈕，出現(xiàn)“新建工程向?qū)еこ堂Q和描述”對話框。在對話框中輸入工程名稱：ai（必需，可以任意指定）；在工程描述中輸入：模擬電壓輸入（可選），如圖5-19所示。圖5-19 創(chuàng)建工程界面（4）單擊“完成”按鈕，新工程建立，單擊“是”按鈕，確認將新建的工程設為組態(tài)王當前工程，此時組態(tài)王工程管理器中出

40、現(xiàn)新建的工程。（5）雙擊新建的工程名，出現(xiàn)加密狗未找到“提示”對話框，選擇“忽略”項，出現(xiàn)演示方式“提示”對話框，單擊“確定”按鈕，進入工程瀏覽器對話框。2制作圖形畫面畫面名稱：模擬量輸入。執(zhí)行菜單“圖庫打開圖庫”命令，為圖形畫面添加一個儀表對象，2個指示燈對象。利用開發(fā)系統(tǒng)工具箱為圖形畫面添加一個“實時趨勢曲線”控件。利用開發(fā)系統(tǒng)工具箱為圖形畫面添加4個文本對象：標簽“當前電壓值”、當前電壓值顯示文本“000”，標簽“上限指示燈”和“下限指示燈”。設計的畫面如圖5-20所示。圖5-20 圖形畫面3定義板卡設備8 在組態(tài)王工程瀏覽器的左側(cè)選擇“設備”中的“板卡”，在右側(cè)雙擊“新建”，運行“設備

41、配置向?qū)А?。?）選擇智能模塊研華yhpci1710yhpci1710，如圖5-21所示。（2）單擊“下一步”按鈕，給要安裝的設備指定唯一的邏輯名稱，如：pci-1710hg。（3）單擊“下一步”按鈕，給要安裝的設備指定地址：c000（與板卡所在插槽的位置有關(guān)）。圖5-21 選擇板卡設備界面（4）單擊“下一步”按鈕，不改變通信參數(shù)。（5）單擊“下一步”，顯示所安裝設備的所有信息。（6）請檢查各項設置是否正確，確認無誤后，單擊“完成”按鈕。設備定義完成后，用戶可以在工程瀏覽器的右側(cè)看到新建的外部設備 “pci1710”。在左側(cè)看到設備邏輯名稱“pci1710hg”。在定義數(shù)據(jù)庫變量時，用戶只要把

42、i/o變量連接到這臺設備上，它就可以和組態(tài)王交換數(shù)據(jù)了。4定義變量8 在工程瀏覽器的左側(cè)樹形菜單中選擇“數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)詞典”，在右側(cè)雙擊“新建”圖標，彈出“定義變量”對話框。（1）定義變量“模擬量輸入”。變量類型選i/o實數(shù)，變量的最小值為0、最大值為5（按輸入電壓范圍05v確定）。定義i/o實數(shù)變量時，最小原始值、最大原始值的設置是關(guān)鍵。它們是根據(jù)采集板卡的電壓輸入范圍和a/d轉(zhuǎn)換位數(shù)確定的。因采用的pci-1710hg板卡模擬電壓輸入范圍是-5+5v，a/d是12位，因此計算機采樣值為212-1=4095，即-5v對應0，+5v對應4095。電壓與采樣值成線性關(guān)系，因為電位器的輸出電壓范圍是0

43、5v，那么變量屬性中的最小原始值應為2048，最大原始值為4095。連接設備選pci-1710hg（前面已定義），電位器的輸出電壓接板卡ai0通道，故寄存器為ad0；數(shù)據(jù)類型選ushort（注：kingview 6.0版數(shù)據(jù)類型選uint）；讀寫屬性選只讀。變量“模擬量輸入”的定義如圖5-22所示。圖5-22 定義模擬量輸入i/o實數(shù)變量界面（2）定義變量“上限燈”、“下限燈”。變量類型選內(nèi)存離散，初始值選關(guān)，如圖5-23所示。圖5-23 定義內(nèi)存離散變量界面5建立動畫連接（1）建立儀表對象的動畫連接。雙擊畫面中儀表對象，彈出“儀表向?qū)А睂υ捒?，單擊變量名文本框右邊的？號按鈕，出現(xiàn)“選擇變量名

44、”對話框。選擇已定義好的變量名“模擬量輸入”，單擊“確定”按鈕，儀表向?qū)υ捒蜃兞棵谋究蛑谐霈F(xiàn)“本站點模擬量輸入”，儀表表盤標簽改為（v），填充顏色設為白色，其他默認，如圖5-24所示。（2）建立實時趨勢曲線對象的動畫連接。雙擊畫面中實時趨勢曲線對象。在曲線定義選項中，單擊曲線1文本框右邊的？號按鈕，選擇已定義好的變量“模擬量輸入”，并設置其他參數(shù)值，如圖5-25所示。圖5-24 儀表對象動畫連接界面圖5-25 實時趨勢曲線對象動畫連接曲線定義界面在“標識定義”選項卡中，去掉“標識y軸”項的選取，設置時間軸長度為2min，如圖5-26所示。 圖5-26 實時趨勢曲線對象動畫連接標識定義界面（

45、3）建立當前電壓值顯示文本對象動畫連接。雙擊畫面中當前電壓值顯示文本對象“000”，出現(xiàn)動畫連接對話框。將“模擬值輸出”屬性與變量“模擬量輸入”連接，輸出格式：整數(shù)1位，小數(shù)1位，如圖5-27所示。圖5-27 當前電壓值顯示文本對象動畫連接界面（4）建立上限燈、下限燈對象動畫連接。分別雙擊畫面中指示燈對象，將其與變量“上限燈”、“下限燈”連接并設置閃爍條件：大于等于3.5v上限燈閃爍，小于等于0.5v下限燈閃爍，如圖5-28所示。（5）建立按鈕對象的動畫連接。雙擊按鈕對象“關(guān)閉”，出現(xiàn)動畫連接對話框，如圖5-29所示。選擇命令語言連接功能，單擊“彈起時”按鈕，在“命令語言”編輯欄中輸入以下命令

46、：“exit(0)；”。 圖5-28 儀表對象動畫連接界面 圖5-29 “關(guān)閉”按鈕對象動畫連接界面6編寫命令語言8 在工程瀏覽器左側(cè)樹形菜單中雙擊命令語言“應用程序命令語言”項，出現(xiàn)“應用程序命令語言”編輯對話框，在“運行”時選項卡編輯框中輸入報警程序，如圖5-30所示。圖5-30 編寫應用程序命令語言界面7調(diào)試與運行8 存儲：設計完成后，在開發(fā)系統(tǒng)“文件”菜單中執(zhí)行“全部存”命令將設計的畫面和程序全部存儲。8 配置主畫面：在工程瀏覽器中，單擊快捷工具欄上“運行”按鈕，出現(xiàn)“運行系統(tǒng)設置”對話框。單擊“主畫面配置”選項卡，選中制作的圖形畫面名稱“模擬量輸入”，單擊“確定”按鈕即將其配置成主畫

47、面。8 運行：在工程瀏覽器中，單擊快捷工具欄上“view”按鈕啟動運行系統(tǒng)。轉(zhuǎn)動電位器旋鈕，改變其輸出電壓（范圍是05v），線路中ai指示燈亮度隨之變化。同時，程序畫面文本對象中的數(shù)字、儀表對象中的指針、實時趨勢曲線控件中的曲線都將隨電位器輸出電壓變化而變化。當測量電壓小于等于或大于等于設定下限電壓值（0.5v）或上限電壓值（3.5v）時，程序畫面中相應指示燈變換顏色并閃爍。程序運行畫面如圖5-31所示。圖5-31 程序運行畫面5.4.6 kingview與visual basic之間動態(tài)數(shù)據(jù)交換1kingview作為服務程序向visual basic應用程序提供數(shù)據(jù)kingview通過板卡驅(qū)

48、動程序從下位機采集數(shù)據(jù)，visual basic應用程序又向kingview請求數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)流向如圖5-32所示。圖5-32 數(shù)據(jù)流向圖建立kingview工程項目的步驟如下。（1）建立新項目。工程名稱：vbdde1；工程描述：kingeiew向visual basic應用程序傳遞數(shù)據(jù)。（2）定義板卡設備。選擇設備板卡新建智能模塊研華yhpci-1710yhpci-1710。設備邏輯名稱為pci-1710hg；設備地址為c000。（3）定義i/o變量fromviewtovb，變量類型選i/o實數(shù)，寄存器設為ad0，數(shù)據(jù)類型選ushort，讀寫屬性選“只讀”；選中“允許dde訪問”，如圖5-33所

49、示。圖5-33 定義io變量界面（4）制作圖形畫面。畫面名稱：數(shù)據(jù)交換；圖形畫面中有一個文本對象“#”。（5）建立動畫連接。將文本對象“#”的“模擬值輸出”屬性與i/o變量“fromviewtovb”連接；輸出格式為：整數(shù)位數(shù)設為1，小數(shù)位數(shù)設為2。將設計的畫面全部存儲并配置成主畫面。建立visual basic工程項目的步驟如下。（1）建立visual basic工程。運行可視化編程工具visual basic，新建窗體form1。在窗體中加入兩個text控件：text1和text2。以“vbdde1.frm”及“vbdde1.vbp”存儲工程。（2）編寫visual basic應用程序。雙

50、擊form1窗體中任何沒有控件的區(qū)域，在代碼編輯窗口內(nèi)編寫form_load子程序，同時編寫text1_change子程序，如下所示。private sub text1_change() k = (4095 - 4095 / 2) / 5 data = (val(text1.text) - 4095 / 2) / k text2.text = format$(data, 0.00)end subprivate sub form_load() text1.linktopic = view|tagname text1.linkitem = pci1710hg.ad0 text1.linkmode

51、= 1 end sub當kingview工程項目與vb工程項目建立完成后，先運行kingview 畫面程序；再啟動visual basic應用程序。旋轉(zhuǎn)電位器旋鈕，改變組態(tài)王畫面中測量電壓值，這時就可在visual basic應用程序窗口form1的文本框text2中看到從kingview傳遞過來的電壓測量值，如圖5-34所示。 組態(tài)王畫 visual basic窗體圖5-34 kingview向visual basic傳遞數(shù)據(jù)2kingview作為顧客程序從visual basic應用程序得到數(shù)據(jù)visual basic應用程序向kingview傳遞數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流向如圖5-35所示。圖5-35

52、 數(shù)據(jù)流向建立visual basic工程項目的步驟如下。（1）建立visual basic工程。運行可視化編程工具visual basic，新建窗體form1，在窗體中加入一個text控件text1。 （2）屬性設置。將窗體form1的linkmode屬性設置為1，linktopic屬性設置為formtoview。將控件text1的名稱設為：texttoview。以窗體名“vbdde2.frm”及工程名“vbdde2.vbp”存儲工程。建立kingview工程項目的步驟如下。（1）建立新項目。工程名稱：vbdde2；工程描述：kingview與visual basic應用程序動態(tài)交換數(shù)據(jù)。（

53、2）定義dde設備。在工程瀏覽器中，從左邊的工程目錄顯示區(qū)中選擇“設備dde”，然后在右邊的內(nèi)容顯示區(qū)中雙擊“新建”圖標，則彈出“設備配置向?qū)А保聪旅媾渲眠M行：選擇“dde”設備。dde設備邏輯名稱為pcidde（用戶自己定義）。服務程序名為vbdde2（必須與visual basic應用程序的工程名一致）。主題名為formtoview（必須與visual basic應用程序窗體的linktopic屬性值一致）。數(shù)據(jù)交換方式為選擇“標準的windows項目交換”。（3）定義變量。變量名為fromvbtoview（用戶自己定義，在“組態(tài)王”內(nèi)部使用）。變量類型為i/o字符串。連接設備為pcid

54、de（用來定義服務器程序的信息，已在前面定義）。項目名為texttoview（必須與visual basic應用程序中提供數(shù)據(jù)的文本框控件名一致）。（4）制作圖形畫面。畫面名稱：數(shù)據(jù)交換；圖形畫面中有一個文本對象“#”。（5）建立動畫連接。將文本對象“#”的“字符串輸出”屬性與i/o字符串變量“fromvbtoview”連接：將設計的畫面全部存儲并配置成主畫面。當visual basic工程項目與kingview工程項目建立完成后，先啟動visual basic應用程序；再運行kingview畫面程序。改變 visual basic畫面文本框中的數(shù)字，這時就可在kingview畫面文本框中看到從visual basic應用程序傳遞過來的數(shù)值，如圖5-36所示。 visual basic窗體 組態(tài)王畫面圖5-36 visual basic應用程序向kingview傳遞數(shù)據(jù)5.5 模擬量輸出（ao）程序設計5.5.1 模擬量輸出（ao）程序設計目的（1）掌握利用數(shù)據(jù)采集板卡進行