1、组态控制技术组态控制技术监控篇监控篇数据采集卡数据采集卡 数据采集系统概述数据采集系统概述 1数据采集系统的含义数据采集系统的含义 在科研、生产和日常生活中，模拟量的测量在科研、生产和日常生活中，模拟量的测量和控制是经常的。为了对温度、压力、流量、速和控制是经常的。为了对温度、压力、流量、速度、位移等物理量进行测量和控制，都要先通过度、位移等物理量进行测量和控制，都要先通过传感器把上述物理量转换成能模拟物理量的电信传感器把上述物理量转换成能模拟物理量的电信号（即模拟电信号），再将模拟电信号经过处理号（即模拟电信号），再将模拟电信号经过处理转换成计算机能识别的数字量，送入计算机，这转换成计算机能
2、识别的数字量，送入计算机，这就是数据采集。用于数据采集的成套设备称为数就是数据采集。用于数据采集的成套设备称为数据采集系统（据采集系统（DAS，Data Acquisition System）。）。数据采集系统概述数据采集系统概述 数据采集系统的任务，就是传感器从被测对数据采集系统的任务，就是传感器从被测对象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的处理，得出所需的数据。同时，将计算得到的数处理，得出所需的数据。同时，将计算得到的数据进行显示、储存或打印，以便实现对某些物
3、理据进行显示、储存或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来进行某些物理量的控制。计算机控制系统用来进行某些物理量的控制。数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下，应有尽可能精度和速度。在保证精度的条件下，应有尽可能高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求。时控制对速度的要求。数据采集系统概述数据采集系统概述 2、现代数据采集系统的特点：现代数据采集系统的特点：1）现代数据采集系统一
4、般都内含有计算机系统，）现代数据采集系统一般都内含有计算机系统，这使得数据采集的质量和效率等大为提高，同时这使得数据采集的质量和效率等大为提高，同时显著节省了硬件投资。显著节省了硬件投资。2）软件在数据采集系统中的作用越来越大，增加）软件在数据采集系统中的作用越来越大，增加了系统设计的灵活性。了系统设计的灵活性。3）数据采集与数据处理相互结合得日益紧密，形）数据采集与数据处理相互结合得日益紧密，形成了数据采集与处理相互融合的系统，可实现从成了数据采集与处理相互融合的系统，可实现从数据采集、处理到控制的全部工作。数据采集、处理到控制的全部工作。数据采集系统概述数据采集系统概述 2、现代数据采集系
5、统的特点：现代数据采集系统的特点：4）速度快，数据采集过程一般都具有）速度快，数据采集过程一般都具有“实时实时”特性。对于特性。对于通用数据采集系统一般希望有尽可能高的速度，以满足更通用数据采集系统一般希望有尽可能高的速度，以满足更多的应用环境。多的应用环境。5）随着微电子技术的发展，电路集成度的提高，数据采集）随着微电子技术的发展，电路集成度的提高，数据采集系统的体积越来越小，可靠性越来越高，甚至出现了单片系统的体积越来越小，可靠性越来越高，甚至出现了单片数据采集系统。数据采集系统。6）总线在数据采集系统中的应用越来越广泛，总线技术对）总线在数据采集系统中的应用越来越广泛，总线技术对数据采集
6、系统结构的发展起着重要作用。数据采集系统结构的发展起着重要作用。数据采集系统概述数据采集系统概述 计算机技术的发展和普及提升了数据采计算机技术的发展和普及提升了数据采集系统的技术水平。在生产过程中，应用这集系统的技术水平。在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段；在科学研究中，应用数据采供信息和手段；在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间集系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力工具。总之，不论在哪个应物理过程的有力工
7、具。总之，不论在哪个应用领域中，数据的采集与处理越及时，工作用领域中，数据的采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。效率就越高，取得的经济效益就越大。数据采集系统概述数据采集系统概述 3数据采集系统的功能数据采集系统的功能 由数据采集系统的任务可以知道，数据采由数据采集系统的任务可以知道，数据采集系统具有以下几方面的功能。集系统具有以下几方面的功能。1）数据采集）数据采集 计算机按照预先选定的采样周期，对输入计算机按照预先选定的采样周期，对输入到系统的模拟信号进行采样，有时还要对数到系统的模拟信号进行采样，有时还要对数字信号、开关信号进行采样。数字信号和开字信号、开关信号进行采
8、样。数字信号和开关信号不受采样周期的限制，当这类信号到关信号不受采样周期的限制，当这类信号到来时，由相应的程序负责处理。来时，由相应的程序负责处理。数据采集系统概述数据采集系统概述 3数据采集系统的功能数据采集系统的功能2）信号调理）信号调理 信号调理是对从传感器输出的信号做进一步的信号调理是对从传感器输出的信号做进一步的加工和处理，包括对信号的转换、放大、滤波、储加工和处理，包括对信号的转换、放大、滤波、储存、重放和一些专门的信号处理。另外，传感器输存、重放和一些专门的信号处理。另外，传感器输出信号往往具有机、光、电等多种形式。而对信号出信号往往具有机、光、电等多种形式。而对信号的后续处理往
9、往采取电的方式和手段，因而必须把的后续处理往往采取电的方式和手段，因而必须把传感器输出的信号进一步转化为适宜于电路处理的传感器输出的信号进一步转化为适宜于电路处理的电信号，其中包括电信号放大。通过信号的调理，电信号，其中包括电信号放大。通过信号的调理，获得最终希望的便于传输、显示和记录，以及可做获得最终希望的便于传输、显示和记录，以及可做进一步后续处理的信号。进一步后续处理的信号。数据采集系统概述数据采集系统概述 3数据采集系统的功能数据采集系统的功能3）二次数据计算）二次数据计算 通常把直接由传感器采集到的数据称为一次数据，把通通常把直接由传感器采集到的数据称为一次数据，把通过对一次数据进行
10、某种数学运算而获得的数据称为二次数据。过对一次数据进行某种数学运算而获得的数据称为二次数据。二次数据计算主要有求和、最大值、最小值、平均值、累计二次数据计算主要有求和、最大值、最小值、平均值、累计值、变化率、样本方差与标准方差统计方式等。值、变化率、样本方差与标准方差统计方式等。4）数据显示）数据显示 显示装置可把各种数据以方便于操作者观察的方式显示显示装置可把各种数据以方便于操作者观察的方式显示出来，屏幕上显示的内容一般称为画面。常见的画面有：相出来，屏幕上显示的内容一般称为画面。常见的画面有：相关画面、趋势图、模拟图、一览表等。关画面、趋势图、模拟图、一览表等。数据采集系统概述数据采集系统
11、概述 3数据采集系统的功能数据采集系统的功能5）数据存储）数据存储 数据存储就是按照一定的时间间隔，如数据存储就是按照一定的时间间隔，如1小时、小时、1天、天、1月等，定期将某些重要数据存储在外部存储器上。月等，定期将某些重要数据存储在外部存储器上。6）打印输出）打印输出 打印输出就是按照一定的时间间隔，如分钟、小时、月打印输出就是按照一定的时间间隔，如分钟、小时、月的要求，定期将各种数据以表格或图形的形式打印出来。的要求，定期将各种数据以表格或图形的形式打印出来。7）人机联系）人机联系 人机联系是指操作人员通过键盘、鼠标或触摸屏与数据人机联系是指操作人员通过键盘、鼠标或触摸屏与数据采集系统对
12、话，完成对系统的运行方式、采样周期等参数和采集系统对话，完成对系统的运行方式、采样周期等参数和一些采集设备的通信接口参数的设置。此外，还可以通过它一些采集设备的通信接口参数的设置。此外，还可以通过它选择系统功能，选择输出需要的画面等。选择系统功能，选择输出需要的画面等。数据采集卡的产生数据采集卡的产生 为了满足为了满足PCPC机用于数据采集与控制的需要，国内外机用于数据采集与控制的需要，国内外许多厂商生产了各种各样的数据采集板卡（或许多厂商生产了各种各样的数据采集板卡（或I/OI/O板板卡）。这类板卡均参照卡）。这类板卡均参照IBM-PCIBM-PC机的总线技术标准设计和机的总线技术标准设计和
13、生产，用户只要把这类板卡插入生产，用户只要把这类板卡插入PCPC机主板上相应的机主板上相应的I/OI/O扩展槽中，就可以迅速方便地构成一个数据采集与处理扩展槽中，就可以迅速方便地构成一个数据采集与处理系统，从而大大节省了硬件的研制时间和投资，又可以系统，从而大大节省了硬件的研制时间和投资，又可以充分利用充分利用PCPC机的软硬件资源，还可以使用户集中精力对机的软硬件资源，还可以使用户集中精力对数据采集与处理中的理论和方法进行研究、进行系统设数据采集与处理中的理论和方法进行研究、进行系统设计以及程序的编制等。计以及程序的编制等。数据采集卡的种类数据采集卡的种类 基于基于PC总线的板卡种类很多，其
14、分类方法也有很多总线的板卡种类很多，其分类方法也有很多种。按照板卡处理信号的不同可以分为模拟量输入板卡种。按照板卡处理信号的不同可以分为模拟量输入板卡(A/D卡卡)、模拟量输出板卡、模拟量输出板卡(D/A卡卡)、开关量输入板卡、开、开关量输入板卡、开关量输出板卡、脉冲量输入板卡、多功能板卡等。其中多关量输出板卡、脉冲量输入板卡、多功能板卡等。其中多功能板卡可以集成多个功能，如数字量输入功能板卡可以集成多个功能，如数字量输入/输出板卡将模输出板卡将模拟量输入和数字量输入拟量输入和数字量输入/输出集成在同一张卡上。根据总线输出集成在同一张卡上。根据总线的不同，可分为的不同，可分为PCI板卡和板卡和
15、ISA板卡。板卡。数据采集卡的种类数据采集卡的种类 按照板卡安装位置的不同，按照板卡安装位置的不同，DAQ板卡产品可板卡产品可以分为内插式（以分为内插式（plug-in）板卡和外挂式板卡两类；）板卡和外挂式板卡两类；内插式板卡包括基于内插式板卡包括基于ISA、PCI、PCMCIA等各种等各种计算机内总线的板卡，外挂式计算机内总线的板卡，外挂式DAQ板卡则包括板卡则包括USB、IEEEl394、RS232/RS485和并口板卡。内和并口板卡。内插式插式DAQ板卡速度快，但插拔不方便；外挂式板卡速度快，但插拔不方便；外挂式DAQ板卡连接使用方便，但速度相对交慢。板卡连接使用方便，但速度相对交慢。还
16、有其它一些专用还有其它一些专用I/O板卡，如智板卡，如智能接口卡、虚拟存储板（电子盘）、信能接口卡、虚拟存储板（电子盘）、信号调理板、专用（接线）端子板等，这号调理板、专用（接线）端子板等，这些种类齐全、性能良好的些种类齐全、性能良好的I/O板卡与板卡与IPC配合使用，使系统的构成十分容易。配合使用，使系统的构成十分容易。PCI-5121智能智能CAN接口卡接口卡 值得一提的是智能接口板卡。在多任务实时测控系统中，值得一提的是智能接口板卡。在多任务实时测控系统中，为了提高实时性，要求模拟量板卡具有更高的采集速度，通为了提高实时性，要求模拟量板卡具有更高的采集速度，通信板卡具有更高的通信速度。当
17、然可以采用多种办法来提高信板卡具有更高的通信速度。当然可以采用多种办法来提高采集和通信速度，但在实时性要求特别高的场合，则需要采采集和通信速度，但在实时性要求特别高的场合，则需要采用所谓智能接口板卡。用所谓智能接口板卡。简言之，所谓简言之，所谓“智能智能”就是在接口板卡增加了就是在接口板卡增加了CPU或控或控制器的制器的I/O板卡，使板卡，使I/O板卡与板卡与CPU具有一定的并行性。具有一定的并行性。常用的数据采集卡常用的数据采集卡 1模拟量输入卡（模拟量输入卡（A/D卡）卡）在工业测控系统中，输入信号往往是模拟量，这就需要一个装置在工业测控系统中，输入信号往往是模拟量，这就需要一个装置把模拟
18、量转换成数字量，各种把模拟量转换成数字量，各种A/DA/D芯片就是用来完成此类转换的。在实芯片就是用来完成此类转换的。在实际的计算机测控系统中，不是以际的计算机测控系统中，不是以A/DA/D芯片为基本单元，而是制成商品化芯片为基本单元，而是制成商品化的的A/DA/D板卡。板卡。模拟量输入板卡根据使用的模拟量输入板卡根据使用的A/D转换芯片和总线结构不同，性能有转换芯片和总线结构不同，性能有很大的区别。板卡通常有单端输入、差分输人以及两种方式组合输入很大的区别。板卡通常有单端输入、差分输人以及两种方式组合输入三种。板卡内部通常设置一定的采样缓冲器，对采样数据进行缓冲处三种。板卡内部通常设置一定的
19、采样缓冲器，对采样数据进行缓冲处理，缓冲器的大小也是板卡的性能指标之一。在抗干扰方面，理，缓冲器的大小也是板卡的性能指标之一。在抗干扰方面，A/D板卡板卡通常采取光电隔离技术，实现信号的隔离。板卡模拟信号采集的精度通常采取光电隔离技术，实现信号的隔离。板卡模拟信号采集的精度和速度指标通常由板卡所采用的和速度指标通常由板卡所采用的A/D转换芯片决定。转换芯片决定。例如，下图所示为研华例如，下图所示为研华PCI-1713模拟量输入卡。该板卡具有模拟量输入卡。该板卡具有32 路单端或路单端或16 路差分模拟量输入，或组合输入方式，路差分模拟量输入，或组合输入方式，12位位A/D转换分辨率，转换分辨率
20、，A/D转换器的转换器的采样速率可达采样速率可达100 kHz，每个输入通道的增益可编程，卡上有，每个输入通道的增益可编程，卡上有4K采样采样FIFO缓冲缓冲器，器，2500VDC 隔离保护，支持软件、内部定时器触发或外部触发。隔离保护，支持软件、内部定时器触发或外部触发。2模拟量输出卡（模拟量输出卡（D/A卡）卡）计算机内部处理采用的是数字量，而执行计算机内部处理采用的是数字量，而执行机构采用的是模拟量。计算机通过机构采用的是模拟量。计算机通过D/AD/A板卡将板卡将数字量转化为模拟量，从而通过控制执行机构数字量转化为模拟量，从而通过控制执行机构的动作去控制生产工艺过程。的动作去控制生产工艺
21、过程。D/A转换板卡同样依据其采用的转换板卡同样依据其采用的D/A转换转换芯片的不同，转换性能指标有很大的差别。芯片的不同，转换性能指标有很大的差别。例如，下图所示为研华例如，下图所示为研华PCI-1720U模拟量输出卡。该模拟量输出卡。该板卡具有四路板卡具有四路12 位位D/A 输出通道，多种输出范围。由于输出通道，多种输出范围。由于能够在输出和能够在输出和PCI总线之间提供总线之间提供2500VDC的隔离保护，的隔离保护，PCI-1720非常适合需要高电压保护的工业场合。非常适合需要高电压保护的工业场合。3数字量输入数字量输入/输出卡（输出卡（I/O卡）卡）计算机测控系统通过数字量输入板卡
22、采计算机测控系统通过数字量输入板卡采集工业生产过程的离散输入信号，并通过数集工业生产过程的离散输入信号，并通过数字量输出板卡对生产过程或控制设备进行开字量输出板卡对生产过程或控制设备进行开关式控制（二位式控制）。关式控制（二位式控制）。将数字量输入和数字量输出功能集成在将数字量输入和数字量输出功能集成在一块板卡上，就称为数字量输入一块板卡上，就称为数字量输入/输出板卡，输出板卡，简称简称I/O板卡。板卡。例如，下图所示为研华例如，下图所示为研华PCI-1730PCI-1730数字量输入数字量输入/输出卡，输出卡，它提供了它提供了16路数字量输入和路数字量输入和16路数字量输出，高输出驱动能路数
23、字量输出，高输出驱动能力和中断能力，具有力和中断能力，具有2500VDC高电压隔离高电压隔离I/O通道。通道。4脉冲量输入脉冲量输入/输出板卡输出板卡 工业控制现场有许多高速的脉冲信号，如旋转编码工业控制现场有许多高速的脉冲信号，如旋转编码器、流量检测信号等，这些都要用脉冲量输入板卡或一器、流量检测信号等，这些都要用脉冲量输入板卡或一些专用测量模块进行测量。脉冲量输入些专用测量模块进行测量。脉冲量输入/输出板卡可以输出板卡可以实现脉冲数字量的输出和采集，并可以通过跳线器选择实现脉冲数字量的输出和采集，并可以通过跳线器选择计数、定时、测频等不同工作方式，计算机可以通过该计数、定时、测频等不同工作
24、方式，计算机可以通过该板卡方便地读取脉冲计数值，也可测量脉冲的频率或产板卡方便地读取脉冲计数值，也可测量脉冲的频率或产生一定频率的脉冲。考虑到现场强电的干扰，该类型板生一定频率的脉冲。考虑到现场强电的干扰，该类型板卡多采用光电隔离技术，使计算机与现场信号之间全部卡多采用光电隔离技术，使计算机与现场信号之间全部隔离，来提高板卡测量的抗干扰能力。隔离，来提高板卡测量的抗干扰能力。例如，下图所示的研华例如，下图所示的研华PCI-1780U计数器计数器/定时器卡，是定时器卡，是基于基于PCI总线设计的接口卡。该卡使用了总线设计的接口卡。该卡使用了AM9513芯片，能够芯片，能够通过通过CPLD实现计数
25、器实现计数器/定时器功能。此外，该卡还提供定时器功能。此外，该卡还提供8个个16位计数器通道，并具有位计数器通道，并具有8通道可编程时钟资源，通道可编程时钟资源，8路路TTL数字数字量输出量输出/8路路TTL数字量输入，最高输入频率达数字量输入，最高输入频率达20MHz，有多，有多种时钟可以选择，可编程计数器输出，同时有计数器门选通种时钟可以选择，可编程计数器输出，同时有计数器门选通功能。功能。数据采集卡的选择数据采集卡的选择 对于建立一个数据采集与控制系统，数据采集对于建立一个数据采集与控制系统，数据采集卡的选择至关重要。卡的选择至关重要。在挑选数据采集卡时，用户主要进行考虑的是在挑选数据采
26、集卡时，用户主要进行考虑的是根据需求选取适当的总线形式，适当的采样速率，根据需求选取适当的总线形式，适当的采样速率，适当的模拟输入、模拟输出通道数量，适当的数字适当的模拟输入、模拟输出通道数量，适当的数字输入、数字输出通道数量等。并根据操作系统以及输入、数字输出通道数量等。并根据操作系统以及数据采集的需求选择适当的软件。数据采集的需求选择适当的软件。数据采集卡的选择数据采集卡的选择1）通道的类型及个数）通道的类型及个数 根据测试任务选择满足任务的通道数，选择具有足够的根据测试任务选择满足任务的通道数，选择具有足够的模拟量输入与输出通道数、足够的数字量输入与输出通道数模拟量输入与输出通道数、足够
27、的数字量输入与输出通道数的数据采集卡。的数据采集卡。2）最高采样速度）最高采样速度 数据采集卡的最高采样速度决定了能够处理信号的最高数据采集卡的最高采样速度决定了能够处理信号的最高频率。频率。根据耐奎斯特采样理论，采样频率必须是信号最高频率根据耐奎斯特采样理论，采样频率必须是信号最高频率的两倍以上，即的两倍以上，即fs2fmax，采集到的数据才可以有效地复现，采集到的数据才可以有效地复现出原始的采集信号。工程上一般选择出原始的采集信号。工程上一般选择fs=（510）fmax。一般的过程通道板卡的采样速率可以达到一般的过程通道板卡的采样速率可以达到30 100 kHz。快。快速速A/D卡可达到卡
28、可达到1000kHz或更高的采样速率。或更高的采样速率。数据采集卡的选择数据采集卡的选择3）总线标准）总线标准 数据采集卡有数据采集卡有PXI、PCI、ISA等多种类型，一般是将板等多种类型，一般是将板卡直接安装在计算机的标准总线插槽中。需根据计算机上的卡直接安装在计算机的标准总线插槽中。需根据计算机上的总线类型和数量选择相应的采集卡。总线类型和数量选择相应的采集卡。4）其它）其它 如果模拟信号是低电压信号，用户就要考虑选择采集卡如果模拟信号是低电压信号，用户就要考虑选择采集卡时需要高增益。如果信号的灵敏度比较低，则需要高的分辨时需要高增益。如果信号的灵敏度比较低，则需要高的分辨率。同时还要注
29、意最小可测的电压值和最大输入电压值。采率。同时还要注意最小可测的电压值和最大输入电压值。采集系统对同步和触发是否有要求等。集系统对同步和触发是否有要求等。数据采集卡的性能优劣对整个系统举足轻重。选购时数据采集卡的性能优劣对整个系统举足轻重。选购时不仅要考虑其价格，更要综合考虑，比较其质量、软件支持不仅要考虑其价格，更要综合考虑，比较其质量、软件支持能力、后续开发和服务能力等。能力、后续开发和服务能力等。基于板卡的计算机测控系统的组成如图所示，它可分基于板卡的计算机测控系统的组成如图所示，它可分为硬件和软件两大部分。为硬件和软件两大部分。基于数据采集卡的控制系统组成基于数据采集卡的控制系统组成1
30、计算机主机计算机主机 它是整个计算机控制系统的核心。主机由它是整个计算机控制系统的核心。主机由CPU、存储器等构成。它通过由过程输入通道发、存储器等构成。它通过由过程输入通道发送来的工业对象的生产工况参数，按照人们预先送来的工业对象的生产工况参数，按照人们预先安排的程序，自动地进行信息处理、分析和计算，安排的程序，自动地进行信息处理、分析和计算，并作出相应的控制决策或调节，以信息的形式通并作出相应的控制决策或调节，以信息的形式通过输出通道，及时发出控制命令，实现良好的人过输出通道，及时发出控制命令，实现良好的人机联系。目前采用的主机有机联系。目前采用的主机有PC机及工业机及工业PC机机（IPC
31、）等。）等。2传感器与变送器传感器与变送器 传感器的作用是把非电物理量（如温度、传感器的作用是把非电物理量（如温度、压力、速度等）转换成电压或电流信号。压力、速度等）转换成电压或电流信号。例如，使用热电偶可以获得随着温度变化例如，使用热电偶可以获得随着温度变化而变化的电压信号；转速传感器可以把转而变化的电压信号；转速传感器可以把转速转换为电脉冲信号。速转换为电脉冲信号。3信号调理器信号调理器 信号调理器（电路）的作用是对传感器信号调理器（电路）的作用是对传感器输出的电信号进行加工和处理，转换成便于输出的电信号进行加工和处理，转换成便于输送、显示和记录的电信号（电压或电流）。输送、显示和记录的电
32、信号（电压或电流）。常见的信号调理电路有：电桥电路、调制、常见的信号调理电路有：电桥电路、调制、解调电路、滤波电路、放大电路、线性化电解调电路、滤波电路、放大电路、线性化电路、路、A/DA/D转换电路、隔离电路等。转换电路、隔离电路等。如：传感器输出信号是微弱的，就需要如：传感器输出信号是微弱的，就需要放大电路将微弱信号加以放大，以满足过程放大电路将微弱信号加以放大，以满足过程通道的要求；为了与计算机接口方便，需要通道的要求；为了与计算机接口方便，需要A/D转换电路将模拟信号变换成数字信号等。转换电路将模拟信号变换成数字信号等。如果信号调理电路输出的是规范化如果信号调理电路输出的是规范化的标准
33、信号（如的标准信号（如420mA、15V等），等），这种信号调理电路称为变送器。这种信号调理电路称为变送器。在工业控制领域，常常将传感器与在工业控制领域，常常将传感器与变送器做成一体，统称为变送器。变送变送器做成一体，统称为变送器。变送器输出的标准信号一般送往智能仪表或器输出的标准信号一般送往智能仪表或计算机系统。计算机系统。4输入输出板卡输入输出板卡 应用应用IPC对工业现场进行控制，首先要采对工业现场进行控制，首先要采集各种被测量，计算机对这些被测量进行一系集各种被测量，计算机对这些被测量进行一系列处理后，将结果数据输出。计算机输出的数列处理后，将结果数据输出。计算机输出的数字量还必须转换
34、成可对生产过程进行控制的量。字量还必须转换成可对生产过程进行控制的量。因此，构成一个工业控制系统，除了因此，构成一个工业控制系统，除了IPC主机主机外，还需要配备各种用途的外，还需要配备各种用途的I/O接口产品，即接口产品，即I/O板卡。板卡。各种板卡是不能直接由计算机主机控制的，各种板卡是不能直接由计算机主机控制的，必须由必须由“I/O”接口来传送相应的信息和命令。接口来传送相应的信息和命令。I/O接口是主机和板卡、外围设备进行信息交换接口是主机和板卡、外围设备进行信息交换的纽带。的纽带。目前绝大部分目前绝大部分I/O接口都是采用可编程接口接口都是采用可编程接口芯片，它们的工作方式可以通过编
35、程设置。芯片，它们的工作方式可以通过编程设置。要想驱动执行机构，必须具有较大的输要想驱动执行机构，必须具有较大的输出功率，即向执行机构提供大电流、高电压出功率，即向执行机构提供大电流、高电压驱动信号，以带动其动作；另一方面，由于驱动信号，以带动其动作；另一方面，由于各种执行机构的动作原理不尽相同，有的用各种执行机构的动作原理不尽相同，有的用电动，有的用气动或液动，如何使计算机输电动，有的用气动或液动，如何使计算机输出的信号与之匹配，也是执行机构必须解决出的信号与之匹配，也是执行机构必须解决的重要问题。因此为了实现与执行机构的功的重要问题。因此为了实现与执行机构的功率配合，一般都要在计算机输出板
36、卡与执行率配合，一般都要在计算机输出板卡与执行机构之间配置驱动电路。机构之间配置驱动电路。5.5.驱动电路驱动电路 6执行机构执行机构 它的作用是接受计算机发出的控制信号，它的作用是接受计算机发出的控制信号，并把它转换成执行机构的动作，使被控对象并把它转换成执行机构的动作，使被控对象按预先规定的要求进行调整，保证其正常运按预先规定的要求进行调整，保证其正常运行。生产过程按预先规定的要求正常运行，行。生产过程按预先规定的要求正常运行，即控制生产过程。即控制生产过程。7外围设备外围设备 主要是为了扩大计算机主机的功能而配置主要是为了扩大计算机主机的功能而配置的。它用来显示、存储、打印、记录各种数据
37、。的。它用来显示、存储、打印、记录各种数据。包括输入设备、输出设备和存储设备。包括输入设备、输出设备和存储设备。常用的外围设备有：打印机、记录仪、图常用的外围设备有：打印机、记录仪、图形显示器（形显示器（CRT）、外部存储器（软盘、硬盘、）、外部存储器（软盘、硬盘、光盘等）、记录仪、声光报警器等。光盘等）、记录仪、声光报警器等。8人机联系设备人机联系设备 操作台是人机对话的联系纽带。计算操作台是人机对话的联系纽带。计算机向生产过程的操作人员显示系统运行状机向生产过程的操作人员显示系统运行状态、运行参数，发出报警信号；生产过程态、运行参数，发出报警信号；生产过程的操作人员通过操作台向计算机输入和
38、修的操作人员通过操作台向计算机输入和修改控制参数，发出各种操作命令；程序员改控制参数，发出各种操作命令；程序员使用操作台检查程序；维修人员利用操作使用操作台检查程序；维修人员利用操作台判断故障等。台判断故障等。9网络通信接口网络通信接口 对于复杂的生产过程，通过网络通信接口对于复杂的生产过程，通过网络通信接口可构成网络集成式计算机控制系统。系统采用可构成网络集成式计算机控制系统。系统采用多台计算机分别执行不同的控制功能，既能同多台计算机分别执行不同的控制功能，既能同时控制分布在不同区域的多台设备，同时又能时控制分布在不同区域的多台设备，同时又能实现管理功能。实现管理功能。软件使软件使PCPC和
39、数据采集硬件形成了一个完整的数和数据采集硬件形成了一个完整的数据采集、分析和显示系统。没有软件，数据采集硬据采集、分析和显示系统。没有软件，数据采集硬件是毫无用处的。件是毫无用处的。大部分数据采集应用实例都使用了驱动软件。软大部分数据采集应用实例都使用了驱动软件。软件层中的驱动软件可以直接对数据采集件的寄存器件层中的驱动软件可以直接对数据采集件的寄存器编程，管理数据采集硬件的操作并把它和处理器中编程，管理数据采集硬件的操作并把它和处理器中断，断，DMA和内存这样的计算机资源结合在一起。驱和内存这样的计算机资源结合在一起。驱动软件隐藏了复杂的硬件底层编程细节，为用户提动软件隐藏了复杂的硬件底层编
40、程细节，为用户提供容易理解的接口。供容易理解的接口。软件子系统软件子系统 随着数据采集硬件、计算机和软件复杂程度的增加，性随着数据采集硬件、计算机和软件复杂程度的增加，性能良好的驱动软件就显得尤为重要。合适的驱动软件可以最能良好的驱动软件就显得尤为重要。合适的驱动软件可以最佳地结合灵活性和高性能，同时还能极大地降低开发数据采佳地结合灵活性和高性能，同时还能极大地降低开发数据采集程序所需的时间。集程序所需的时间。为了开发出用于测量和控制的高质量数据采集系统，用为了开发出用于测量和控制的高质量数据采集系统，用户必须了解组成系统的各个部分。在所有数据采集系统的组户必须了解组成系统的各个部分。在所有数
41、据采集系统的组成部分中，软件是最重要的。这是由于插入式数据采集设备成部分中，软件是最重要的。这是由于插入式数据采集设备没有显示功能，软件是您和系统的唯一接口。软件提供了系没有显示功能，软件是您和系统的唯一接口。软件提供了系统的所有信息，您也需要通过它来控制系统。软件把传感器、统的所有信息，您也需要通过它来控制系统。软件把传感器、信号调理、数据采集硬件和分析硬件集成为一个完整的多功信号调理、数据采集硬件和分析硬件集成为一个完整的多功能数据采集系统。能数据采集系统。软件子系统软件子系统 基于基于PC的的DAQ系统（简称系统（简称PCs）的基本特）的基本特点是，输入输出装置为板卡的形式，并将板卡直点
42、是，输入输出装置为板卡的形式，并将板卡直接与个人计算机的系统总线相连，即直接插在计接与个人计算机的系统总线相连，即直接插在计算机主机的扩展槽上。这些输入输出板卡往往按算机主机的扩展槽上。这些输入输出板卡往往按照某种标准由第三方批量生产，开发者或用户可照某种标准由第三方批量生产，开发者或用户可以直接在市场上购买，也可以由开发者自行制作。以直接在市场上购买，也可以由开发者自行制作。一块板卡的点数（指测控信号的数量）少的有几一块板卡的点数（指测控信号的数量）少的有几点，多的可达点，多的可达64点甚至更多。点甚至更多。系统特点系统特点 早期的早期的PCs的最大问题就是其性的最大问题就是其性能不够可靠。
43、能不够可靠。20世纪世纪90年代中期后，年代中期后，随着计算机软硬件技术的发展，随着计算机软硬件技术的发展，PCs的可靠性已越来越高，特别是工控机，的可靠性已越来越高，特别是工控机，其机箱、电源、主板等都进行了强化，其机箱、电源、主板等都进行了强化，可靠性直逼可靠性直逼PLC。由于由于PCs价格低廉、组成灵活、价格低廉、组成灵活、标准化程度高、结构开放、配件供标准化程度高、结构开放、配件供应来源广泛、应用软件丰富等特点，应来源广泛、应用软件丰富等特点，PCs是一种很有应用前景的计算机是一种很有应用前景的计算机测控系统。测控系统。PCI-1710HG多功能数据采集卡介绍多功能数据采集卡介绍 PC
44、I-1710HG是研华公司生产是研华公司生产的一款功能强大的低成本多功能的一款功能强大的低成本多功能PCI总线数据采集卡，如图所示。总线数据采集卡，如图所示。其先进的电路设计使得它具有更其先进的电路设计使得它具有更高的质量和更多的功能，这其中高的质量和更多的功能，这其中包含五种最常用的测量和控制功包含五种最常用的测量和控制功能：能：16路单端或路单端或8路差分模拟量输路差分模拟量输入、入、12位位A/D转换器（采样速率可转换器（采样速率可达达100kHz）、）、2路路12位模拟量输出、位模拟量输出、16路数字量输入、路数字量输入、16路数字量输路数字量输出及计数器出及计数器/定时器功能。定时器
45、功能。用用PCI-1710HG板卡构成完整的控制系统还需要：接线板卡构成完整的控制系统还需要：接线端子板、通信电缆和驱动光盘。端子板、通信电缆和驱动光盘。板卡板卡产品产品的成套性的成套性PCI1710HG板卡的成套性板卡的成套性 电缆采用电缆采用PCL-10168型，是两端针型接口的型，是两端针型接口的68芯芯SCSI-II电缆，用于连接板卡与电缆，用于连接板卡与ADAM-3968接线端子板。接线端子板。PCL-10168电缆电缆 接线端子板采用接线端子板采用ADAM-3968型，是型，是DIN导轨安装的导轨安装的68芯芯SCSI-II接线端子板，用于各种输入输出信号线的连接。接线端子板，用于
46、各种输入输出信号线的连接。使用时用使用时用PCL-10168电缆将电缆将PCI-1710HG板卡与板卡与ADAM-3968接线端子板连接，这样接线端子板连接，这样PCL-10168的的68个针脚和个针脚和ADAM-3968的的68个接线端子一一对应。个接线端子一一对应。ADAM-3968接线端子板接线端子板接线端子板各端接线端子板各端子的位置及功能子的位置及功能 用用PCI-1710HG板卡构成的控制系统框图如图所示。板卡构成的控制系统框图如图所示。利用板卡开发测控系统的开发步骤利用板卡开发测控系统的开发步骤PCI-1710HG数据采集卡数据采集卡的安装的安装 首先进入研华公司官方网站找到并下
47、载下列程序：首先进入研华公司官方网站找到并下载下列程序：PCI1710.exe、DevMgr.exe、PortIO.exe、All_Examples.exe、Utility.exe等；等；1 1安装设备驱动程序安装设备驱动程序 在测试板卡和使用研华驱动编程之前必须首先安装研华在测试板卡和使用研华驱动编程之前必须首先安装研华设备管理程序设备管理程序Device ManagerDevice Manager和和32bitDLL32bitDLL驱动程序。驱动程序。首先执行首先执行DevMgr.exeDevMgr.exe程序，根据安装向导完成配置管程序，根据安装向导完成配置管理软件的安装；理软件的安装；
48、接着执行接着执行PCI1710.exe程序，按照提示完成驱动程序的程序，按照提示完成驱动程序的安装。安装。2 2安装硬件安装硬件 关闭计算机电源，打开机箱，将关闭计算机电源，打开机箱，将PCI-1710HG板卡正确板卡正确地插到一空闲的地插到一空闲的PCI插槽中，如图插槽中，如图6-8所示，检查无误后合上所示，检查无误后合上机箱。机箱。图6-8 PCI-1710HG板卡安装 注意：在用手持板卡之前，请先释放手上的静电（例注意：在用手持板卡之前，请先释放手上的静电（例如：通过触摸电脑机箱的金属外壳释放静电），不要接触如：通过触摸电脑机箱的金属外壳释放静电），不要接触易带静电的材料（如塑料材料），
49、手持板卡时只能握它的易带静电的材料（如塑料材料），手持板卡时只能握它的边沿，以免手上的静电损坏面板上的集成电路或组件。边沿，以免手上的静电损坏面板上的集成电路或组件。重新开启计算机，进入重新开启计算机，进入WindowsXP系统，首先出现系统，首先出现“找到新的硬件向导找到新的硬件向导”对话框，选择对话框，选择“自动安装软件自动安装软件”项，点项，点击击“下一步下一步”按钮，计算机将自动完成按钮，计算机将自动完成Advantech PCI-1710HG Device驱动程序驱动程序的安装。的安装。系统自动地为系统自动地为PCI板卡设备分配中断板卡设备分配中断和基地址，用户无需关心。和基地址，用
50、户无需关心。检查板卡是否安装正确：检查板卡是否安装正确：右击右击“我的电脑我的电脑”，点击，点击“属性属性”项，弹出项，弹出“系统属性系统属性”对对话框，话框，选中选中“硬件硬件”项，点击项，点击“设备管理器设备管理器”按钮，进入按钮，进入“设备管理器设备管理器”画面，若板卡安装成功后会在设备管理器列表中出现画面，若板卡安装成功后会在设备管理器列表中出现PCI-1710HG的的设备信息，如图所示。设备信息，如图所示。设备管理器中的板卡信息设备管理器中的板卡信息 查看板卡属性查看板卡属性“资源资源”选项中，可获得计算机分配给板卡选项中，可获得计算机分配给板卡的地址输入输出范围：的地址输入输出范围
