电气装备计算机控制技术.docx
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电气装备计算机控制技术
《电气装备的计算机控制技术》
实验指导书
浙江大学电气工程学院电机工程学系
二0一三年九月
第一章计算机控制技术硬件调试环境简介
工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术。
计算机控制系统中包括硬件和软件两大部分，硬件是由计算机、接口电路、外部设备组成，是计算机控制系统的基础，软件能够完成对其接口和外部设备的控制，完成对信息的处理，它包含有主机工作的系统软件和为完成控制而进行信息处理的应用软件的两大部
图1-1典型的计算机控制系统的硬件组成框图
分，软件是计算机控制系统的关键。
图1-1为典型的计算机控制系统的硬件组成框图。
控制通道是被控对象与主机进行信息交换的通道，其根据信号方向和形式可分为：
（1）模拟量输入通道（AI）：
完成模拟信号的转换，使之成为计算机能够接收的标准数字信号。
（2）模拟量输出通道（AO）：
大多数执行机构只能接收模拟信号，通过模拟量输出通道完成对数字量转换为模拟量。
（3）数字量输入通道（DI）：
数字量输入通道把过程和被控对象的开关量或通过传感器已转换的数字量传入计算机。
（4）数字量输出通道（DO）：
数字量输出通道是将数字信号输出给被控对象或外部设备。
软件部分
计算机控制系统
硬件部分
控制计算机
主机、外设、系统总线
生产过程输入输出通道
人机联系设备、通信设备
现场仪表（测量传感器、执行机构等）
操作系统
汇编或高级语言、过程控制语言
通信网络软件、诊断程序等
系统软件
应用软件
过程输入/输出程序、过程控制程序
人机接口程序、打印显示程序
各种公共子程序
历史数据库、实时数据库
图1-2计算机控制系统的组成
上图为计算机控制系统的组成示意图。
计算机技术发展异常迅速，内容更新很快，微型计算机越来广泛的深入应用到自动控制、智能仪表、数据采集等各个领域。
1.1PCI-1202数据采集卡功能描述
数据采集是以传感器、信号的测量与处理、微型计算机等先进技术为基础而形成的一门综合应用技术，其实用型很强。
作为获取信息的工具，数据采集在国民经济的各个领域，如核电、石化、冶金、航空航天、机械制造等方面有着非常重要的地位。
人们可以通过对信号的测量（数据获取）、处理、控制及管理，实现对生产过程的测、控、管自动化与一体化。
图1-3PCI-1202数据采集卡
PCI-1202为12位PCI总线数据采集卡:
16通道单端/8通道差分模拟输入，可扩展到256通道；16个数字量输入通道和16个数字量输出通道。
两通道12位D/A输出通道；16位计数/定时器。
该数据采集卡功能主要特点：
.+5VPCI总线；
.12/16位分辨率；
.110KS/s的采样频率，12位A/D输入；
.单端或差分输入；
.板载FIFO缓存，2K的数据FIFO和512字输入扫描FIFO；
.A/D触发方式：
软件触发，时钟触发，外触发；
.数据传输方式：
查询、中断、DMA；
.2个独立的可编程数摸转换器；
.16个数字量输入/16个数字量输出通道；
.16位计数/定时器。
图1-4PCI-1202数据采集卡元件布置
增益控制:
（软件可编程）
PCI-1202L:
0.5,1,2,4,8。
双极性输入信号范围：
PCI-1202L:
±10V,±5V,±2.5V,±1.25V,±0.625V。
单极性输入信号范围：
PCI-1202L:
0～10V,0～5V,0～2.5V,0～1.25V。
12-bitADC输入电压与输出数字量的对应关系：
表1-1模拟输入与数字输出对应关系
PCI-1202总线数据采集卡内部功能框图如下；
图1-5PCI-1202数据采集卡内部功能框图
PCI-1202具备"魔术扫描"（MagicScan）功能，它具有以下特点：
1.每通道可以有不同的增益
2.通道扫描可以无序
3.每通道可以有不同的采样频率
4.每通道可编程不同的数字滤波
5.可编程高/低报警功能，为每通道提供4种不同的报警监控模式
6.扫描采样率可以保持最大采样时间而不用牺牲采样速度
7.提供三种外部触发：
前触发、预触发、中触发
8.容易编程
PCI-1202具备M_Function功能,M_Function用于支持全速率连续平滑的A/D、D/A转换。
用户可以使用D/A通道发送预先设置的信号到外部设备，同时测量输出反馈用于分析。
M_function可以在DOS、Windows和Linux中运行。
VC/C++、BC++、VB、Delphi、Java等编程语言和LabVIEW等软件包可以调用M_function。
PCI-1202提供了不同的连续采集功能：
1、低速连续采集：
采集的数据可以被显示，不需要存储。
因此可以连续的监视数据。
2、高速连续采集：
采集的数据被存入PC的DRAM，采集的周期受内存容量大小的限制。
3、高速连续采集：
采集的数据被存入SRAM卡中，采集的周期受存储器容量大小的限制。
必须根据采样速率和采集周期计算内存的容量。
连续采集功能可以应用于DOS、Windows及Linux中。
连续采集功能支持多块板卡。
由FIFO容量可以来计算缓冲器时间，例如：
PCI-1202FIFO容量为2K字，最大的采样速率为110KS/s，那么最大的缓冲时间是：
1Sec/110Kx2K（FIFOSIZE）/2=9.3ms，这个时间在DOS和Windows上的应用是足够了。
对于一些复杂的多任务应用，用户必须知道FIFO的容量，否则有可能会丢失数据。
A/D支持多种触发模式，PCI-1202提供内部和外部触发模式。
内部触发模式包括：
软件触发和时钟（Pacer）触发。
外部触发模式包括后触发模式、前触发模式、中间触发模式三种。
PCI-1202L输入范围如下表所示：
表1-2PCI-1202L增益与输入范围对应关系
模拟量输出
.通道：
2路12位双缓冲
.线性度：
0.006%FS
.建立时间：
0.4μS
.输出范围：
-5V~+5V或-10V~+10V
.输出驱动：
±5mA
计时器
.3个独立的16位计时器，8MHz输入时钟
.Timer0：
内部步进触发时钟
.Timer1：
外部步进触发时钟
.Timer2：
用于设置延时的机器独立时钟
数字量输入/输出
.16TTL电平输入
输入低VIL=0.8V最大；IIL=-0.4mA最大
输入高VIH=2.0V最小；IIH=20μA最大
.16TTL电平输出
输出低VOL=0.5V最大；@IOL=8mA最大
输出高VOH=2.7V最小；@IOH=0.4mA最大
总线数据采集卡管脚定义：
（a）CN1数字输入引脚定义（b）CN2数字输出引脚定义
图1-6PCI-1202L输入输出引脚定义
PCI-1202CN3引脚定义：
图1-7PCI-1202L模拟输入输出引脚定义
通过选择下列扩展卡或扩展模块可实现同步采样保持、高、低通滤波、抗混滤波、隔离信号调理、差分输入/输出、声音、振动、应变的测试等。
1.2模拟输入输出端子板DB-1825
用于PCI-1202系列的37针电缆连接口的螺栓连接端子板（32通道单端，16通道差动）。
图1-8DB-1825模拟输入输出端子板外型
端子板用于断路检测、低通滤波、电流电压转换、电压分压电路。
下图为DB-1825端子板的原理图。
图1-9DB-1825模拟输入输出功能框图
端子板为32通道单端，16通道差分，该规格用于PCI1202，用ISO-AD32系列的37针电缆连接端子板，下图为DB-1825与PCI-1202的连接。
图1-10DB-1825端子板与PCI-1202连接
图1-11DB-1825端子板与PCI-1202连接（由外部电源供电）
1.3隔离数字量I/O端子板DB-16P
16通道双向隔离输入卡如下图示：
图1-12DB-16P双向隔离输入卡外型
DB-16P是一块带隔离的16通道数字输入卡，用于PCI总线的多功能卡。
DB-16P的光隔输入由双向光电偶合器带一个电流检测电阻组成。
可以用它来检测从TTL电平到24V的直流信号。
也可以用来检测宽范围的交流信号。
还可以用此卡来隔离计算机和工业环境中常发生的共模电压，地环流以及电压尖峰。
其连接如下图示。
图1-13DB-16P端子板与PCI-1202连接
DB-16P具有以下特点：
▪16个光电隔离数字输入通道，直接接到PCI总线的多功能卡。
▪AC/DC信号输入
▪AC信号输入加滤波器
▪输入缓冲带电压比较器
图1-13DB-16P端子板数字输入通道原理图
TB1输入引脚定义
TB2输入引脚定义
16个光隔数字输入通道，TTL电平兼容，每一个都有自己的参考地，与其他通道相隔离。
最大输入电压为24VDC或24VAC，输入阻抗为1.2kΩ。
用来隔离数字输入带来的干扰。
1.4隔离数字量I/O端子板DB-16R
16通道继电器输出板
图1-14DB-16R数字输出端子板外型
DB-16R是一块由16个C型继电器组成的继电器输出板，用于可编程控制的有效的负载切换。
其插头定义和板卡性能与785系列完全兼容，只是使用了工业型的接线端子块。
DB-16R能与PCI1202板卡配合使用。
通过20芯扁平电缆接头传过来的5伏电压信号会使对应的继电器处于工作状态。
16个表明状态的LED与16个继电器一一对应，当它所对应的继电器工作时，该LED就会发光。
为了避免你的PC机电源过载，该卡还提供螺钉端子用于外接电源。
图1-15DB-16R数字输出端子板与PCI-1202连接
CN3输出引脚定义（NO-常开，NC-常闭，CM-公共点）
CN4输出引脚定义（NO-常开，NC-常闭，CM-公共点）
DB-16R额定负载为0.5A/120VAC,1A/24VDC；最大切换功率为60VA,24W；最大切换电压：
120VAC,60VDC；最大切换电流：
1A；控制逻辑：
输入TTL高（+5V），继电器通电工作。
主要用来输出通断控制。
DB-16P、DB-16R与PCI-1202的连接如下图。
图1-16DB-16P、DB-16R与PCI-1202的连接
1.5实验有关挂箱介绍
电流、电压信号（0～±10V）（弱电侧）
U
N
电流、电压传感器原边（强电侧）
（付边AI10通道）
V
W
电压传感器1
500V交直流
（付边AI11通道）
（付边AI12通道）
（付边AI13通道）
（付边AI14通道）
（付边AI15通道）
电压传感器3
500V交直流
电压传感器2
500V交直流
电流传感器3（5A交直流）
电流传感器2（5A交直流）
电流传感器1（5A交直流）
AI2
AGND
CH10L
AGND
AI4
通道4
AGND
AI9
通道9
AGND
AI8
通道8
AGND
AI7
通道7
AGND
AI6
通道6
AGND
AI5
通道5
AGND
AI3
通道3
通道2
AGND
AI0
通道0
AGND
AI1
通道1
（1）数据采集实验箱：
包含三个交直流电压传感器、三个交直流电流传感器及DB-1825接线端子板，面板上分别引出电流、电压传感器原边及弱电侧电流、电压信号（0～±10V）。
图1-17数据采集实验箱面板及实物图
（2）继电接触控制实验挂箱：
包含两个主接触器（交流220V）及对应的三对个主触点及四对辅助触点，一个中间继电器（直流24V）及对应的触点，热继电器及时间继电器各一个，还有三个按钮开关及指示灯。
图1-18继电接触控制实验挂箱
实验最简接线图如下图：
图1-19数据采集控制电路接线图
第二章数据采集软件调试环境
2.1PCI1202各功能函数的定义
功能区分
函数定义
Test
floatP1202_FloatSub2（floatfA,floatfB）;
shortP1202_ShortSub2（shortnA,shortnB）;
WORDP1202_GetDllVersion（void）;
WORDP1202_GetDriverVersion（WORD*wVxdVersion）;
Driver
WORDP1202_DriverInit（WORD*wTotalBoards）;
voidP1202_DriverClose（void）;
WORDP1202_GetConfigAddressSpace（WORDwBoardNo,
WORD*wAddrTimer,WORD*wAddrCtrl,WORD*wAddrDio,WORD*wAddrAdda）;
WORDP1202_ActiveBoard（WORDwBoardNo）
WORDP1202_WhichBoardActive（void）;
DigitalI/O
WORDP1202_Di（WORD*wDi）;
WORDP1202_Di（WORD*wDi）;
D/A
WORDP1202_Da（WORDwDaChannel,WORDwDaVal）;
A/D
WORDP1202_SetChannelConfig（WORDwAdChannel,WORDwConfig）;
WORDP1202_AdPolling（float*fAdVal）;
WORDP1202_AdsPolling（floatfAdVal[],WORDwNum）;
WORDP1202_AdsPacer（floatfAdVal[],WORDwNum,WORDwSampleDiv）;
Magic
WORDP1202_ClearScan（void）;
WORDP1202_StartScan（WORDwSampleRateDiv,DWORDdwNum,SHORTnPriority）;
WORDP1202_StartScanPostTrg（WORDwSampleRateDiv,DWORDdwNum,SHORTnPriority）;
WORDP1202_StartScanPreTrg（WORDwSampleRateDiv,DWORDdwNum,SHORTnPriority）;
WORDP1202_StartScanMiddleTrg（WORDwSampleRateDiv,DWORDdwNum,DWORDdwN2,SHORTnPriority）;
WORDP1202_StartScanPreTrgVerC（WORDwSampleRateDiv,DWORDdwNum,SHORTnPriority）;
WORDP1202_StartScanMiddleTrgVerC（WORDwSampleRateDiv,DWORDdwNum,DWORDdwN2,SHORTnPriority）;
voidP1202_ReadScanStatus（WORD*wStatus,DWORD*dwLowAlarm,DWORD*dwHighAlarm）;
WORDP1202_AddToScan（WORDwAdChannel,WORDwConfig,WORDwAverage,WORDwLowAlarm,WORDwHighAlarm,WORDwAlarmType）;
WORDP1202_SaveScan（WORDwAdChannel,WORDwBuf[]）;
voidP1202_WaitMagicScanFinish（WORD*wStatus,DWORD*dwLowAlarm,DWORD*dwHighAlarm）;
WORDP1202_StopMagicScan（）;
M_Function
WORDP1202_M_FUN_1（WORDwDaNumber,WORDwDaWave,floatfDaAmplitude,WORDwAdSampleRateDiv,WORDwAdNumber,WORDwAdConfig,floatfAdBuf[],floatfLowAlarm,floatHighAlarm）;
WORDP1202_M_FUN_2（WORDwDaNumber,WORDwDaWave,WORDwDaBuf[],WORDwAdSampleRateDiv,WORDwAdNumber,WORDwAdConfig,WORDwAdBuf[]）;
WORDP1202_M_FUN_3（WORDwDaNumber,WORDwDaWave,floatfDaAmplitude,WORDwAdSampleRateDiv,WORDwAdNumber,WORDwChannelStatus[],WORDwAdConfig[],floatfAdBuf[],floatfLowAlarm,floatfHighAlarm）;
WORDP1202_M_FUN_4（WORDwType,WORDwDaNumber,WORDwDaWave,floatfDaAmplitude,WORDwAdSampleRateDiv,WORDwAdNumber,WORDwChannelStatus[],WORDwAdConfig[],floatfAdBuf[],floatfLowAlarm,floatfHighAlarm）;
Continuous
Capture
WORDP1202_Card0_StartScan（WORDwSampleRate,WORDwChannelStatus[],WORDwChannelConfig[],WORDwCount）;
WORDP1202_Card0_ReadStatus（WORDwBuf[],WORDwBuf2[],DWORD*dwP1,DWORD*dwP2,WORD*wStatus）;
voidP1202_Card0_Stop（void）;
WORDP1202_Card1_StartScan（WORDwSampleRate,
WORDwChannelStatus[],WORDwChannelConfig[],WORDwCount）;
WORDP1202_Card1_ReadStatus（WORDwBuf[],WORDwBuf2[],DWORD*dwP1,DWORD*dwP2,WORD*wStatus）;
voidP1202_Card1_Stop（void）;
Batch
Capture
WORDP1202_FunA_Start（WORDwClock0Div,WORDwChannel0[],WORDwConfig0[],WORDBuffer0,DWORDdwMaxCount0,WORDwClock1Div,WORDwChannel1[],WORDwConfig1[],WORD*Buffer1,DWORDdwMaxCount1,SHORTnPriority）;
WORDP1202_FunA_ReadStatus（void）;
WORDP1202_FunA_Stop（void）;
WORDP1202_FunA_Get（DWORD*P0,DWORD*P1）;
WORDP1202_FunB_Start（WORDwClock0Div,WORDwChannel0[],
WORDwConfig0[],WORD*Buffer0,DWORDdwMaxCount0,SHORTnPriority）;
WORDP1202_FunB_ReadStatus（void）;
WORDP1202_FunB_Stop（void）;
WORDP1202_FunB_Get（DWORD*P0）;
1.错误码定义（ErrorCodeDefine）
回传值
0NoError正常
1DriverHandleError无效的VxD/SYS处理。
2DriverCallErrorVxD/SYS函数呼叫错误。
3AdControllerError嵌入的控制器发生处理错误.可能是硬件发生损坏。
4M_FunExecErrorM_Functions传回错误码
5ConfigCodeErrorwAdConfig参数设定码错误
7HighAlarmfAdBuf[?
]>fHighAlarm报警
8LowAlarmfAdBuf[?
]9AdPollingTimeOut硬件计时超时
10AlarmTypeError仅有0/1/2/3/4是有效的验证值
11FindBoardError找不到板卡
12AdChannelError无效的A/D通道
13DaChannelErrorD/A通道必须为通道0或是通道1
14InvalidateDelaydwDelayUs>8191
15DelayTimeOut延时发生超时
16InvalidateData无效的资料
17FifoOverflowFIFO溢出
18TimeOut超时
19ExceedBoardNumber无效的板卡顺序号。
（第一张板卡号码为0）
20NotFoundBoard检测不到板卡.
22FindTwoBoardError找不到第二张板卡。
23ThreadCreateError无法执行
24StopError停止错误
25AllocateMemoryErrorMemory分配失败。
2.配置码（ConfigurationCode）
PCI-1202L配置码
Bipolar/Unipolar
输入信号范围
放大倍率
SettlingTime
配置码
Bipolar
+/-5V
1
3us
0x00
Bipolar
+/-2.5V
2
3us
0x01
Bipolar
+/-1.25V
4
3us
0x02
Bipolar
+/-0.625V
8
3us
0x03
Bipolar
+/-10V
0.5
3us
0x04
Bipolar
+/-5V
1
3us
0x05
Bipolar
+/-2.5V
2
3us
0x06
Bipolar
+/-1.25V
4
3us
0x07
Unipolar
0V~10V
1
3us
0x08
Unipolar
0V~5V
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