工业现场开关量模拟量概述―干接点/干节点概述，模拟量信号分辨率与精度的区别
随着电子技术的不断发展，依据摩尔定律，微处理器在性能上得到了翻倍的提升，而成本以及体积则成倍的缩小，使得微处理器能够集成进仪器仪表中，人们习惯将内含微型计算机及带有GPIB通信接口的仪器仪表称之为智能仪表。而智能仪表一般都是通过输入输出模拟量信号以及开关量信号来实现对工业现场中各种数据采集以及对于各种设备的控制。其中工业现场的模拟量信号包括有压力，液位，温湿度，流量，化学成分，振动量以及偏移量等各种物理量以及化学量数据，而开关量信号在广义上来讲，只要可以用两种状态来表示的量都可以称之为开关量，即表征为“开”与“关”两种状态或者“是”与“非”的两种状态，其中包括有设备的启停，开关的闭合，触点的开断以及安全与否等各种状态。
工业现场应用中，开关量模拟量具有各种概念容易混淆，我们在此梳理一下各种概念让大家对于其有个比较清楚的认识。
1.干接点（干节点）与湿接点（湿节点）：在很多文章里面经常提到干接点（干节点）以及湿结点（湿节点）的概念。开关量信号按照电源划分为有源开关（直接提供高低电平）和无源开关（提供感应器件或物理触点）。干接点（干节点）只是无源开关的俗称，无源开关指的是具有闭合与断开的两个状态，两个节点之间没有极性，可以互换。常见的干接点信号有：各种开关，按键，传感器输出以及继电器，干簧管输出等。相对应的两个节点之间有极性，不能互换，具有有电和无电的两个状态，称之为有源开关，大家相对应的称呼为湿接点（湿节点）。干接点接上电源就可以称之为湿结点。在工业现场使用中，干接点的使用要大大多于湿接点的使用，干接点具有以下几个优点：无极性问题，可以随便接入。接入容易，接口容易统一。连接干接点的导线即使长时间短路也不会影响设备。处理干接点开关量数量多。
2.模拟量信号以及数模转换器（A/D转换器）：数模转换器是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。模拟量指的是在一定范围内连续变化的量，即可以在定义域内取任意值。而数字量在时间上和数值上离散的，不管精确度的取值多少，其在定义域内都是有限的，其不能像模拟量一样取任意值。而由于计算机只能识别“0”与“1”两个数值，计算机只能识别数字信号，计算机需要读取模拟信号的数值，就需要将模拟信号数字化，即采用A/D转换器将模拟信号转换为数字信号供计算机读取。
3.模拟量信号的精度与分辨率：模拟量信号里面精度与分辨率两个概念容易混淆，精度与分辨率都是用于表示模拟量信号的精确程度，两者之间相互关联但是又有所区别，用比较通俗的解释就是分辨率是该设备的模拟量信号在理论上能够达到的最小值，而精度则是模拟量信号在实际应用中能够达到的最小值，一般分辨率是用多少位来表示，精度是用百分比来表示。
我们知道模拟量信号经由数模转换器数字化之后转换为数字信号，而数字信号则由一串二进制数据的“0”“1”构成，在规定的量程范围内，二进制数据越长所表达的数值就越精确，分辨率采用的表达方式是多少位，比如16位，12位，16位就是由16个二进制数据表达，即有16个“0”“1”组成，即其可以将该量程划分为2的16次方等份，也就是说其最小值可以达到满量程的2的16次方分之一。同样的道理，12位的最小值是可以达到满量程的2的12次方分之一。由于模拟量信号用数字表达其最小表达数值由分辨率决定（如果不考虑实用性的话，分辨率可以达到无限小，比如100位即2的100次方分之一，但是如果模拟量信号精度达不到相应的标准，超高的分辨率没有意义。）。
而精度则是受多种因素影响，比如分辨率以及外部环境影响（比如温度，外部电磁干扰，导线的电阻），上文所述，分辨率是理论上的最小值（更小的值，数字信号根本就不能表达，即限定小数点后两位数，你就不可能表达0.001的数值出来），而精度则是实际应用中的最小值，精度一般指的是模拟信号在多次测量中能够达到的精确程度（比如同样的电流，如果精确到1毫安的话，多次测量肯定都是12毫安，但是如果精确的0.1毫安的话，本次测量给出的数值是12.2毫安，下次给出的数值是12.3毫安，那该设备的测量精度就只能是1毫安，而不是0.1毫安）。
从传统集散控制系统到现场总线
模拟量信号简介以及分类可逆计数二次调节器的制作方法
专利名称可逆计数二次调节器的制作方法
技术领域本发明涉及一种具有获得特别性能装置的自动控制器，特别是涉及一种输入信号为开关量、输出信号为模拟量的二次调节器。
某些工业控制对象，由于其受控参数只需或只能进行定性检测，所以一次检测仪表的输出信号为开关量。开关量一次信号的特点是只给出与设定值的偏差的性质(正偏差还是负偏差)，而不知其偏差的大小。传统的工业控制PID调节器，属于模拟控制器，只适合处理一次仪表输出的表示定量信息的连续信号，不能处理表示定性信息的开关信号；最新推出的模糊控制器虽然能够处理模糊的和定性的信息，但是从目前的报道来看，绝大多数模糊控制器的控制功能尚不理想，且都是借助于计算机来实现的，其结构复杂、价格昂贵；本发明人申报的CN专利(双介质模糊界面超声检测仪)的技术方案中，原则上提出了用一时间常数合适的积分电路处理一次开关信号可以改善调节特性，但是采用运算放大器构成的模拟积分器的积分常数较小，容易引起积分饱和，造成系统严重超调，且难以实现微分功能，不能满足大滞后工业控制系统的控制要求。
本发明的目的在于提供一种开关量输入、模拟量输出的可逆计数二次调节器，以改善大滞后工业控制系统的调节特性。
简要地说，本发明是这样实现的用逻辑电路构成控制开关，该控制开关分别与可进行加法和减法计数的可逆计数器、时钟振荡器、即时加减电路连接。控制开关受开关量一次信号控制，且在其作用下，可逆计数器对时钟振荡器产生的时钟脉冲或进行连续加1的加法计数或进行连续减1的减法计数。即时加减电路中设计一个能产生设定脉冲数的信号发生器，在开关量一次信号转换的同时，在控制开关的作用下，能即时从可逆计数器所计数据中减去或加上一个预先设定的数。所设计的时钟振荡器，其加法时钟振荡周期和减法时钟振荡周期要求分别可调。由逻辑门电路构成的限溢出译码电路，可用来限制可逆计数器的计数区间，并要求通过数模转换电路使计数区间的计数值与执行机构的动作量一一对应。
图1是实现本发明的逻辑方框图，其中1为控制开关，2为可逆计数器，3为时钟振荡器，4为限溢出译码电路，5为即时加减电路，6为数模转换器，7为数据显示器，8为输出电路，9为执行机构。
图2是本发明的一个实施例的具体电路图，其中与图1的对应部分用虚线大致框出。
下面将结合附图对本发明进一步加以说明。
图1中，1／0为开关量一次信号，它表示受控参数与设定值的定性的正负偏差。开关量一次信号进入控制开关(1)，控制开关(1)将依据该信号的性质(1或0)，使可逆计数器(2)对时钟振荡器(3)产生的时钟脉冲进行连续加1的加法计数或连续减1的减法计数，即进行所谓积分运算。时钟振荡器(3)包括的振荡电路，可以产生振荡周期分别可调的加法或减法时钟脉冲。计数器从00加至99或从99减至00的总时间就是本调节器的正负积分常数，由于现有技术有足够的技术手段任意加大时钟周期，从而使本发明能满足大滞后工业控制系统所需的特长积分常数的要求。即时加减电路(5)主要由能产生设定脉冲数的信号发生器构成，该信号发生器在开关量一次信号由负(正)偏差转换为正(负)偏差的同时，在控制开关(1)的作用下，即时先行发出一个或一组设定数的脉冲，由可逆计数器(2)进行加法或减法计数，即进行所谓微分运算。上述所说的信号发生器，其振荡周期远小于时钟振荡器(3)的振荡周期，且其即时发出的加法脉冲数与减法脉冲数分别可调。由于即时加减电路(5)的引进，可以提高控制系统对误差正负转换的响应速度，从而减小超调量。
本发明应用于工业控制系统中的工作原理是这样的若系统的硬件设计使可逆计数器(2)中的数据与执行机构(9)的调节量之间的对应关系为反比关系，则数据大时负向调节量大，数据小时正向调节量大。当一次检测仪表给出正偏差信号时，控制开关(1)使可逆计数器(2)对时钟脉冲进行加法计数，每隔一个加法周期即加1，如此，执行机构(9)的负向调节量就随之逐步增大，最终将导致正偏差的消除，负偏差的出现。出现负偏差后的正向调节过程则与上述过程相反。
本发明在受控系统工况趋于平衡状态时，有一个稳定工作点，在此工作点，执行机构(9)在计数值N与N＋1所对应的动作量之间作小幅度快速调节。如果设定可逆计数器(2)的计数区间为0－M，则当M设计得足够大时，可以认为输出信号是连续的。通常的开关式控制的特点是输出信号在“0”与“1”之间跳动，要么全关闭，要么全开启；而本发明在系统工况处于平衡状态时，可使执行机构(9)的动作量在“N／M”与“(N＋1)／M”之间跳动，相当于一个“微调开关”。
至此，已完整地叙述了本发明的技术方案。
本发明所提供的可逆计数二次调节器具有以下主要优点①可实现开关量一次信号输入、模拟量二次信号输出；②正、负积分常数，正、负微分常数皆分别可调；③积分常数可以调得足够大，从而能消除积分饱和带来的超调现象，能满足大滞后工业控制系统的要求；④当受控系统工况平衡时，有一个稳定工作点；⑤可以与计算机兼容。
下面结合图1和图2对本发明的一个具体实施例予以公开。在图2中，控制开关(1)包括两个非门电路。可逆计数器(2)由两块BCD双时钟可逆计数器级连而成，且包括一个两位数码的数据显示器(7)。时钟振荡器(3)和即时加减电路(5)主要由两块555时基振荡器构成。限溢出译码电路(4)中包括一个或门和一个与非门电路，其限定可逆计数器(2)的计数区间为00－99。输出电路(8)包括一个由运算放大器构成的电压／电流转换器，以保证计数值为“00”时输出20mA电流，计数值为“99”时输出4mA电流。输出电流接入通用Ⅲ型仪表的执行机构(9)，执行机构(9)的动作量将与计数值一一对应，例如“00”对应于阀门完全关闭，“99”对应于阀门完全开启。开关K1可将本发明由自动工作状态切换到手动工作状态，并为此设计了一个由555时基振荡器构成的计数脉冲发生器。本发明工作时，可随时利用手动按钮K2和K3对可逆计数器(2)的所存数据进行调整。在本实施例中，时钟振荡器(3)的加法时钟周期在3－30秒范围内连续可调，减法时钟周期在1－10秒范围内连续可调。为了满足实际情况的特殊需要，本实施例的两个时钟振荡器均设有“快”、“慢”档开关K4、K5，并设计快档时钟周期约为慢档时钟周期的四分之一，这样仅需操作K4、K5两个开关即可得到快加－快减、快加－慢减、慢加－快减、慢加－慢减四种不同的调节模式，增加了操作的灵活性。即时加减电路(5)在本实施例中利用了555时基振荡器的复位端的控制功能，从而简单地实现了当偏差由正变负时即时加1，偏差由负变正时即时减1。
权利要求1.可逆计数二次调节器，其特征在于-主要由控制开关(1)、可逆计数器(2)、时钟振荡器(3)、限溢出译码电路(4)、即时加减电路(5)、数模转换器(6)组合构成，开关量一次信号输入控制开关(1)，模拟量二次信号从数模转换器(6)输出，-受开关量一次信号控制的控制开关(1)，分别与可逆计数器(2)、时钟振荡器(3)、即时加减电路(5)连接，在控制开关(1)的作用下，可逆计数器(2)对时钟振荡器(3)产生的时钟脉冲进行连续加1的加法计数或连续减1的减法计数，即时加减电路(5)在开关量一次信号转换的同时，即时从可逆计数器(2)所计数据中加上或减去一个预先设定的数，-时钟振荡器(3)的加法时钟振荡周期和减法时钟振荡周期分别可调，-可逆计数器(2)由限溢出译码电路(4)限制其计数区间，其计数值与执行机构(9)的动作量一一对应。
2.根据权利要求1所述的可逆计数二次调节器，其特征在于可逆计数器(2)中包括一个数据显示器(7)，数模转换器(6)后边接一个用以驱动执行机构(9)的输出电路(8)。
3.根据权利要求1或2所述的可逆计数二次调节器，其特征在于当受控系统工况趋于平衡时，有一个稳定工作点，在此工作点，执行机构(9)在计数值N和N＋1所对应的动作量之间作小幅度快速调节。
专利摘要本实用新型涉及一种用于工业自动控制系统的输入信号为开关量、输出信号为模拟量的可逆计数二次调节器。该调节器主要由控制开关(1)、可逆计数器(2)、时钟振荡器(3)、限溢出译码电路(4)、即时加减电路(5)、数模转换器(6)构成。其特点是可以实现开关量信号输入、模拟量信号输出，正、负积分常数与正、负微分常数可调，有特长的积分常数，用于大滞后工业自动控制系统有着良好的控制特性。
文档编号G05B11/36GK20638
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者何毓宁 申请人:何毓宁数模转换器_数模转换器的意思_数模转换器是什么意思_数模转换器什么意思_数模转换器的解释_百科全书_911查询
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数模转换器数模转换器的简介DAC图示DAC图示这就是一个数模转换器。数模转换器解析数模转换器解析的原理一种将二进制数字量形式的离散信号转换成以标准量（或参考量）为基准的模拟量的转换器，简称 DAC或D/A 转换器。数模转换器的常见方式最常见的数模转换器是将并行二进制的数字量转换为直流电压或直流电流，它常用作过程控制计算机系统的输出通道，与执行器相连，实现对生产过程的自动控制。数模转换器电路还用在利用反馈技术的模数转换器设计中。数模转换器的转换方式并行数模转换数模转换有两种转换方式：并行数模转换和串行数模转换。图1为典型的并行数模转换器的结构。虚线框内的数码操作开关和电阻网络是基本部件。图中装置通过一个模拟量参考电压和一个电阻梯形网络产生以参考量为基准的分数值的权电流或权电压；而用由数码输入量控制的一组开关决定哪一些电流或电压相加起来形成输出量。所谓“权”，就是二进制数的每一位所代表的值。例如三位二进制数“111“,右边第1位的“权”是 20/23=1/8；第2位是21/23=1/4；第3位是22/23=1/2。位数多的依次类推。图2为这种三位数模转换器的基本电路,参考电压VREF在R1、R2、R3中产生二进制权电流,电流通过开关。当该位的值是“0”时,与地接通；当该位的值是“1”时,与输出相加母线接通。几路电流之和经过反馈电阻Rf产生输出电压。电压极性与参考量相反。输入端的数字量每变化1，仅引起输出相对量变化1/23=1/8,此值称为数模转换器的分辨率。位数越多分辨率就越高，转换的精度也越高。工业自动控制系统采用的数模转换器大多是10位、12位，转换精度达0.5～0.1％。串行数模转换串行数模转换是将数字量转换成脉冲序列的数目，一个脉冲相当于数字量的一个单位，然后将每个脉冲变为单位模拟量，并将所有的单位模拟量相加，就得到与数字量成正比的模拟量输出，从而实现数字量与模拟量的转换。随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路--模数和数模转换器。将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器或ADC,Analog to Digital Converter）；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（简称D/A转换器或DAC,Digital to Analog Converter）；A/D转换器和D/A转换器已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。为确保系统处理结果的精确度，A/D转换器和D/A转换器必须具有足够的转换精度；如果要实现快速变化信号的实时控制与检测，A/D与D/A转换器还要求具有较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量A/D与D/A转换器的重要技术指标。 随着集成技术的发展，现已研制和生产出许多单片的和混合集成型的A/D和D/A转换器，它们具有愈来愈先进的技术指标。本章将介绍几种常用A/D与D/A转换器的电路结构、工作原理及其应用。数模转换器的转换原理转换原理数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的位权。为了将数字量转换成模拟量，必须将每1位的代码按其位权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数字—模拟转换。这就是组成D/A转换器的基本指导思想。图11.1.1表示了4位二进制数字量与经过D/A转换后输出的电压模拟量之间的对应关系。 由图11.1.1还可看出，两个相邻数码转换出的电压值是不连续的，两者的电压差由最低码位代表的位权值决定。它是信息所能分辨的最小量，也就是我们所说的用1LSB(Least Significant Bit)表示。对应于最大输入数字量的最大电压输出值（绝对值），用FSR(Full Scale Range)表示。D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。数字量以串行或并行方式输入、存储于数码寄存器中，数字寄存器输出的各位数码，分别控制对应位的模拟电子开关，使数码为１的位在位权网络上产生与其权值成正比的电流值，再由求和电路将各种权值相加，即得到数字量对应的模拟量。D/A转换器分类按解码网络结构不同 T型电阻网络D/A转换器 倒T型电阻网络D/A转换器 权电流D/A转换器 权电阻网络D/A转换器 按模拟电子开关电路的不同 CMOS开关型D/A转换器（速度要求不高) CMOS开关型D/A转换器（速度要求不高）双极型开关D/A转换器 电流开关型（速度要求较高） ECL电流开关型（转换速度更高）数模转换器的位数如果CCD的质量能够满足一定色彩位数的要求，为了获得相应的输出效果，就要求有相应位数的数模转换实现数据采样，才能获得满意的效果，如果CCD可以实现36位精度，却使用了三个8位的数模转换器，结果输出出来就只剩下24位的数据精度了，这对于CCD是一种浪费，而如果使用三个16位的数模转换器，是实现了48位的数据输出，但效果与36位比较并无改善，对数模转换器就是一种浪费了。 1. 数模转换器是将数字信号转换为模拟信号的系统，一般用低通滤波即可以实现。数字信号先进行解码，即把数字码转换成与之对应的电平，形成阶梯状信号，然后进行低通滤波。 根据信号与系统的理论，数字阶梯状信号可以看作理想冲激采样信号和矩形脉冲信号的卷积，那么由卷积定理，数字信号的频谱就是冲激采样信号的频谱与矩形脉冲频谱（即Sa函数）的乘积。这样，用Sa函数的倒数作为频谱特性补偿，由数字信号便可恢复为采样信号。由采样定理，采样信号的频谱经理想低通滤波便得到原来模拟信号的频谱。 一般实现时，不是直接依据这些原理，因为尖锐的采样信号很难获得，因此，这两次滤波（Sa函数和理想低通）可以合并（级联），并且由于这各系统的滤波特性是物理不可实现的，所以在真实的系统中只能近似完成。 2. 模数转换器是将模拟信号转换成数字信号的系统，是一个滤波、采样保持和编码的过程。 模拟信号经带限滤波，采样保持电路，变为阶梯形状信号，然后通过编码器， 使得阶梯状信号中的各个电平变为二进制码。 3. 比较器是将两个相差不是很小的电压进行比较的系统。最简单的比较器就是运算放大器。 我们知道，运算放大器在连有深度负反馈的条件下，会在线性区工作，有着增益很大的放大特性，在计算时往往认为它放大的倍数是无穷大。而在没有反馈的条件下，运算放大器在线性区的输入动态范围很小，即两个输入电压有一定差距就会使运算放大器达到饱和。如果同相端电压较大，则输出最大电压，一般是+12V；如果反相端电压较大，则输出最小电压，一般是-12V。这样，就实现了电压比较功能。 真正的电压比较器还会增加一些外围辅助电路，加强性能。
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开关量信号转485方法哪位知道？
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开关量信号转485方法哪位知道？
提问者：康弘雅|
时间： 23:49:25
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所有回答：&13454
您好，485信号要经过一个解析判断再输出开关量。 &&这可以由一台智能仪表来完成，或者就是485信号读入到上位机然后-软件-输出控制
回答数：33201|被采纳数：30
所有回答：&33201
开关量信号转485方法: &&
脉冲信号是数字信号，开关信号是模拟信号，因此是需要一个数模转换的芯片。 &&
模拟信号一般都会转化为数字信号再进行传输，避免传输途中的noise影响。 &&
因此需要ADC/DAC，可集成在芯片中，也可单独买ADC/DAC的转换芯片。（希望能帮到你！望采纳！谢谢！）
回答数：4382|被采纳数：2
纤指十三弦
所有回答：&4382
将0-5伏的电压信号转换为开关量信号,用比较器加继电器就可将0-5伏的电压信号转换为开关量信号，用单片机加继电器也行。将0-5伏的电压信号转换为485信号用带AD的单片机加MAX485就可。用DSP也可。
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