自動(dòng)裝置及其數(shù)據(jù)的采集處理演示文稿

自動(dòng)裝置及其數(shù)據(jù)的采集處理演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五（優(yōu)選）自動(dòng)裝置及其數(shù)據(jù)的采集處理現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五（一）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)定義：把簡(jiǎn)單的、借助于特定開(kāi)發(fā)平臺(tái)才能編程的系統(tǒng)定義微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成：傳感器、采樣保持器、模擬多路開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器。通信單元、中央處理單元及外設(shè)等部分組成現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五（一）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.傳感器傳感器作用是把壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等非電量或電壓、電流、功率等電量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電壓或者電流的弱電信號(hào)。電力系統(tǒng)用的較多的為模擬變送器。輸入信號(hào)為被測(cè)參數(shù)；直流接口：輸出量為與其輸入量成正比（可供微機(jī)采樣）的直流電壓或者電流信號(hào)。交流接口：輸出量為與輸入量參數(shù)成比例的、幅度較小的交流電壓?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成2.模擬多路開(kāi)關(guān)（MUX)數(shù)據(jù)采集裝置要對(duì)多路模擬量進(jìn)行采集，速度要求不高的場(chǎng)合，采用公共的A/D轉(zhuǎn)換器，分時(shí)對(duì)各路模擬量進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。在一個(gè)特定時(shí)間內(nèi)，只允許一路模擬信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器。目的是簡(jiǎn)單電路，降低成本?，F(xiàn)在是6頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成3.采樣/保持器（S/H)功能：A/D轉(zhuǎn)換器完成一路轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，保持模擬信號(hào)電壓保持不變。基本電路組成，有模擬開(kāi)關(guān)、保持電容器和緩沖放大器組成。目前采樣/保持電路大多集成在單一芯片?，F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成4.A/D轉(zhuǎn)換器功能：模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器是影響數(shù)據(jù)采集率和精度的主要因素之一。5.存儲(chǔ)器功能：存儲(chǔ)程序、參數(shù)和數(shù)據(jù)。6.通信單元通信單元與上位機(jī)通信。通信單元包括通信控制器和通信接收器兩個(gè)部分。通信控制器用來(lái)控制通信過(guò)程。通信接收器用來(lái)處理通信的物理層功能?，F(xiàn)在是9頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單2.容易實(shí)現(xiàn)3.滿足中、小規(guī)模自動(dòng)裝置的要求4.環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)5.價(jià)格低廉現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五（二）工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成：穩(wěn)壓電源、機(jī)箱、總線板、鍵盤等2.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線：STD總線、PC104總線等STD總線（工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)總線）對(duì)56根線做了合理的安排，信號(hào)之間的隔離，消除了大部分總線的干擾。單元為小模板結(jié)構(gòu)，每塊模板具有相當(dāng)?shù)莫?dú)立性，實(shí)現(xiàn)了板級(jí)功能的分散?，F(xiàn)在是11頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五STD總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖總線現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五STD總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)組成1.CPU單元STD總線的主處理單元。包括處理數(shù)據(jù)、地址和各種控制功能，并且控制其他單元的工作。負(fù)責(zé)整個(gè)工控系統(tǒng)的計(jì)算、數(shù)據(jù)處理和控制等工作一般含有高速的CPU和協(xié)處理器。能夠與計(jì)算機(jī)PC/XT總線兼容?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五STD總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)組成2.A/D單元數(shù)模轉(zhuǎn)換的接口。模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)讀取的時(shí)間可由CPU單元控制，也可由外部觸發(fā)來(lái)決定。3.存儲(chǔ)器單元作為通用存儲(chǔ)器的擴(kuò)展卡，含有STD接口、譯碼、存儲(chǔ)器、后備用電池等，可防止失電后數(shù)據(jù)丟失。現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五STD總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)組成4.系統(tǒng)支持單元為STD-PC提供系統(tǒng)支持的單元。包含設(shè)置開(kāi)關(guān)、后備電池、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、看門狗定時(shí)器、上電復(fù)位電路、交流掉電電路、總線終端網(wǎng)絡(luò)及通信口。5.定時(shí)器單元STD總線的獨(dú)立外設(shè)，具有可編程邏輯電路、選通電路和輸出信號(hào)。完成定時(shí)、記數(shù)、實(shí)現(xiàn)“看門狗”功能。現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五STD總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)組成6.I/O單元實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量輸入輸出的功能單元。電平輸出，功率輸出。各種信號(hào)均具有鎖存功能。7.鍵盤顯示板鍵盤輸入、顯示輸出、打印機(jī)接口。現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)1.系統(tǒng)功能強(qiáng)大2.可靠性和實(shí)時(shí)性強(qiáng)3.實(shí)現(xiàn)板級(jí)的分散4.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、過(guò)程中斷系統(tǒng)5.豐富的人—機(jī)界面6.眾多的軟件、硬件支持現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五（三）集散系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)

（DCS&FCS）現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五集散系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集測(cè)控站：獨(dú)立采集數(shù)據(jù)和預(yù)處理。傳輸信號(hào)至上位機(jī)，接收上位機(jī)控制信號(hào)上位機(jī)雙機(jī)熱備用方式上傳數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)協(xié)調(diào)，確定控制策略。下達(dá)控制信號(hào)。上位機(jī)與工作站通信：串行通信方式進(jìn)行通信。介質(zhì)訪問(wèn)方式一般為令牌形式?，F(xiàn)在是19頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五集散系統(tǒng)特點(diǎn)系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)系統(tǒng)分散性并行結(jié)構(gòu)，解決大型、高速、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的需要實(shí)時(shí)性能好對(duì)上位機(jī)具有一定的技術(shù)要求“準(zhǔn)分布式控制”現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)組成：現(xiàn)場(chǎng)總線主節(jié)點(diǎn)：整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線的協(xié)調(diào)者，完成信息發(fā)起的功能。提供人機(jī)接口現(xiàn)場(chǎng)總線從節(jié)點(diǎn)：

現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)終端設(shè)備運(yùn)行的執(zhí)行者不發(fā)起通信，可以完成接收、查詢功能。所有測(cè)控的工作都可以下放到從節(jié)點(diǎn)中。路由器：路由、中繼，數(shù)據(jù)交換作用?，F(xiàn)在是22頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五二、軟件1.信號(hào)采集與處理程序：采集信息包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種。模擬信號(hào)進(jìn)行采集、標(biāo)度變換、濾波處理等。2.運(yùn)行參數(shù)設(shè)置程序：系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置。包括采樣通道信號(hào)、采樣點(diǎn)數(shù)、采樣周期、信號(hào)量程范圍等現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五二、軟件3.系統(tǒng)管理（主控制）程序：管理和調(diào)用各個(gè)功能模塊程序。管理數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)和輸出。4.通信程序：完成上位機(jī)與各個(gè)站之間的數(shù)據(jù)傳遞工作，或者主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳遞。主要功能包括：數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈省?shù)據(jù)發(fā)送的發(fā)起、數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)起的響應(yīng)、數(shù)據(jù)接收的響應(yīng)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男ｒ?yàn)，數(shù)據(jù)傳輸成功的標(biāo)志等等?，F(xiàn)在是24頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五第二節(jié)采樣、量化與編碼技術(shù)采樣量化編碼對(duì)連續(xù)的模擬信號(hào)x(t)，按一定的時(shí)間間隔Ts，抽取相應(yīng)的瞬時(shí)值把采樣信號(hào)的幅值與某個(gè)最小數(shù)量單位的一系列整數(shù)倍比較，以最接近于采樣信號(hào)幅值的最小數(shù)量單位倍數(shù)來(lái)表示該幅值。

把量化信號(hào)的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示

現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五一、采樣1.采樣過(guò)程采樣：對(duì)連續(xù)模擬信號(hào)x(t)，按照一定的時(shí)間間隔Ts，抽取相應(yīng)的瞬時(shí)值，這個(gè)過(guò)程稱為“采樣”。采樣信號(hào)：瞬時(shí)值組成的一系列脈沖信號(hào)采樣時(shí)間：采樣過(guò)程持續(xù)時(shí)間采樣周期、采樣頻率：兩脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔Tsfs現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五采樣過(guò)程采樣過(guò)程可以看作是脈沖調(diào)制過(guò)程，采樣開(kāi)關(guān)可以看作是調(diào)制器。輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的關(guān)系可以表達(dá)為采樣開(kāi)關(guān)控制信號(hào)假設(shè)采樣脈沖為理想脈沖，且考慮到時(shí)間為負(fù)值無(wú)物理意義現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五相乘現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五采樣定理采樣周期Ts決定了采樣信號(hào)的質(zhì)量和數(shù)量：

Ts太小：數(shù)據(jù)劇增，占用大量的內(nèi)存單元

Ts太大：模擬信號(hào)的某些信息丟失，信號(hào)失真采樣定理：指出了重新恢復(fù)連續(xù)信號(hào)所必須的最低采樣頻率，以保證能不失真地恢復(fù)原信號(hào)x(t)選擇采樣周期必須有一個(gè)依據(jù)，以保證采樣信號(hào)能不失真地恢復(fù)原信號(hào)，這個(gè)依據(jù)就是采樣定理?，F(xiàn)在是29頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五傅立葉級(jí)數(shù)：預(yù)備知識(shí)現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五相乘相卷時(shí)域抽樣頻域周期重復(fù)現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五采樣定理香農(nóng)采樣定理采樣頻率必須大于原模擬信號(hào)頻譜中最高頻率的兩倍，基帶頻譜以及各次諧波調(diào)制頻譜彼此不重疊，模擬信號(hào)可由采樣信號(hào)唯一表示。不滿足采樣定理時(shí)產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象

現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五不滿足采樣定理時(shí)產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五二量化量化定義：采樣信號(hào)的幅值與某個(gè)最小數(shù)量單位的一系列整數(shù)倍比較，以最接近于采樣信號(hào)幅值的最小數(shù)量單位倍數(shù)來(lái)表示該幅值。設(shè)N為數(shù)字量的二進(jìn)制代碼位數(shù)，量化單位定義為量化器滿量程電壓值VFSR（FullScaleRange）與2N的比值，用q表示，即N＝3：UFSR=16Vq=2VN＝4：UFSR=16Vq=1V現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五量化的方法有舍有入將信號(hào)幅值分為若干層，各層的間隔相等，且等于量化單位q。當(dāng)信號(hào)幅值小于量化單位q/2時(shí)，舍去；當(dāng)信號(hào)幅值大于等于量化單位q/2但小于量化單位q時(shí)，進(jìn)一個(gè)量化單位。N＝3：q=2V，設(shè)采樣值u=8.5V，n＝4(0.5V)→100N＝4：q=1V，設(shè)采樣值u=8.5V，n＝8(0.5V)→1001現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五有舍有入的量化過(guò)程現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五編碼定義：量化信號(hào)的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示，稱為“編碼”。最高有效位（MSB）、最低有效位（LSB）最大誤差?LSB量化和編碼都由A/D轉(zhuǎn)化器完成。一般為逐次逼近式ADC。三編碼現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五第三節(jié)交流采樣的電量計(jì)算和前置算法交流采樣：

不再采用各種以整流為基礎(chǔ)的變送器，僅將交流電壓、電流信號(hào)經(jīng)過(guò)起隔離和降低幅值作用的中間PT后，仍以交流模擬信號(hào)供A/D進(jìn)行采樣，然后通過(guò)計(jì)算得到被測(cè)量的有效值等需要的參數(shù)。交流采樣算法全周波傅立葉算法現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五全周波傅立葉算法采樣定理（香農(nóng)）對(duì)于電力系統(tǒng)交流采樣，一般每周波采樣12，16，20，24，為分析高次諧波甚至需要128點(diǎn).

即：采樣頻率必須大于等于原模擬信號(hào)頻譜中最高頻率的兩倍?，F(xiàn)在是41頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五電量計(jì)算傅氏算法（基于傅立葉級(jí)數(shù)理論）其中：一個(gè)周期性函數(shù)可以分解為直流分量、基波、各次諧波的無(wú)窮級(jí)數(shù)1.電壓/電流量計(jì)算現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五基波分量（n=1)可表示為：電量標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式基波分量有效值基波分量相角現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五對(duì)于得到的采樣離散化數(shù)據(jù)，a1、b1可用梯形積分法近似求得：設(shè)每周波采樣N點(diǎn)積分公式離散化方法：

T->Nt->k->現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五對(duì)于基波分量，若每周波采樣12點(diǎn)（N=12)，則：N=12n=1現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有50頁(yè)\編輯于星期五設(shè)：對(duì)電壓信號(hào)，實(shí)測(cè)基波數(shù)據(jù)：