电气装备计算机控制技术.docx

1、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

2、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

3、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。1.1 PCI-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

4、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1-3 PCI-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：. +5V PCI总线；. 12/16位分辨率；. 110 KS/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

5、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1-4 PCI-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: 010V, 05V, 02.5V, 01.25V。 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1-5

6、 PCI-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_fun

7、ction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

8、计算缓冲器时间，例如：PCI-1202 FIFO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 / 110K x 2K (FIFO SIZE) / 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1-2 PCI-1202L增益与输入范围对应关系模拟量输出.

9、通道：2路12位双缓冲. 线性度：0.006% FS. 建立时间：0.4S. 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. 16 TTL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 = 20A 最大. 16 TTL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 =

10、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1-6 PCI-1202L输入输出引脚定义PCI-1202 CN3引脚定义：图1-7 PCI-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1-8 DB-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-

11、1825端子板的原理图。图1-9 DB-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1-10 DB-1825端子板与PCI-1202连接 图1-11 DB-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-16P16通道双向隔离输入卡如下图示：图1-12 DB-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。

12、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1-13 DB-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1-13 DB-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.

13、2k。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1-14 DB-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1-15 DB-16R数字输

14、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0.5 A /120 VAC , 1A /24 VDC；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1-16 DB-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（010V）（弱电侧）UN电流、电压传

15、感器原边（强电侧）（付边AI10通道）VW电压传感器1500V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3500V交直流电压传感器2500V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）AI2AGNDCH10LAGNDAI4通道4AGNDAI9通道9AGNDAI8通道8AGNDAI7通道7AGNDAI6通道6AGNDAI5通道5AGNDAI3通道3通道2AGNDAI0通道0AGNDAI1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

16、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（010V）。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2.1 PCI1202各功能函数的定义功能区分函数定义Testfloat P1202_FloatSub2(float fA, float fB);short P1202_Short

17、Sub2(short nA, short nB);WORD P1202_GetDllVersion(void);WORD P1202_GetDriverVersion(WORD *wVxdVersion);DriverWORD P1202_DriverInit(WORD *wTotalBoards);void P1202_DriverClose(void);WORD P1202_GetConfigAddressSpace(WORD wBoardNo,WORD *wAddrTimer,WORD *wAddrCtrl, WORD *wAddrDio, WORD *wAddrAdda);WORD P

18、1202_ActiveBoard( WORD wBoardNo )WORD P1202_WhichBoardActive(void);Digital I/OWORD P1202_Di(WORD *wDi);WORD P1202_Di(WORD *wDi);D/AWORD P1202_Da(WORD wDaChannel, WORD wDaVal);A/DWORD P1202_SetChannelConfig(WORD wAdChannel, WORD wConfig);WORD P1202_AdPolling(float *fAdVal);WORD P1202_AdsPolling(float

19、 fAdVal, WORD wNum);WORD P1202_AdsPacer(float fAdVal, WORD wNum, WORD wSampleDiv);MagicWORD P1202_ClearScan(void);WORD P1202_StartScan(WORD wSampleRateDiv, DWORD dwNum, SHORT nPriority);WORD P1202_StartScanPostTrg(WORD wSampleRateDiv, DWORD dwNum, SHORT nPriority);WORD P1202_StartScanPreTrg(WORD wSa

20、mpleRateDiv, DWORD dwNum, SHORT nPriority);WORD P1202_StartScanMiddleTrg(WORD wSampleRateDiv, DWORD dwNum, DWORD dwN2, SHORT nPriority);WORD P1202_StartScanPreTrgVerC(WORD wSampleRateDiv, DWORD dwNum, SHORT nPriority);WORD P1202_StartScanMiddleTrgVerC(WORD wSampleRateDiv, DWORD dwNum,DWORD dwN2,SHOR

21、T nPriority);void P1202_ReadScanStatus(WORD *wStatus, DWORD *dwLowAlarm, DWORD *dwHighAlarm);WORD P1202_AddToScan(WORD wAdChannel, WORD wConfig, WORD wAverage, WORD wLowAlarm, WORD wHighAlarm, WORD wAlarmType);WORD P1202_SaveScan(WORD wAdChannel, WORD wBuf);void P1202_WaitMagicScanFinish(WORD *wStat

22、us, DWORD *dwLowAlarm, DWORD *dwHighAlarm);WORD P1202_StopMagicScan();M_FunctionWORD P1202_M_FUN_1(WORD wDaNumber, WORD wDaWave, float fDaAmplitude,WORD wAdSampleRateDiv, WORD wAdNumber, WORD wAdConfig, float fAdBuf, float fLowAlarm, float HighAlarm);WORD P1202_M_FUN_2(WORD wDaNumber, WORD wDaWave,

23、WORD wDaBuf,WORD wAdSampleRateDiv, WORD wAdNumber, WORD wAdConfig, WORD wAdBuf);WORD P1202_M_FUN_3(WORD wDaNumber, WORD wDaWave, float fDaAmplitude,WORD wAdSampleRateDiv, WORD wAdNumber, WORD wChannelStatus, WORD wAdConfig, float fAdBuf, float fLowAlarm, float fHighAlarm);WORD P1202_M_FUN_4(WORD wTy

24、pe, WORD wDaNumber, WORD wDaWave, float fDaAmplitude, WORD wAdSampleRateDiv, WORD wAdNumber, WORD wChannelStatus, WORD wAdConfig, float fAdBuf, float fLowAlarm, float fHighAlarm);ContinuousCaptureWORD P1202_Card0_StartScan(WORD wSampleRate, WORD wChannelStatus, WORD wChannelConfig,WORD wCount);WORD

25、P1202_Card0_ReadStatus(WORD wBuf, WORD wBuf2, DWORD *dwP1, DWORD*dwP2, WORD *wStatus);void P1202_Card0_Stop(void);WORD P1202_Card1_StartScan(WORD wSampleRate,WORD wChannelStatus,WORD wChannelConfig,WORD wCount);WORD P1202_Card1_ReadStatus(WORD wBuf, WORD wBuf2, DWORD *dwP1, DWORD*dwP2,WORD *wStatus)

26、;void P1202_Card1_Stop(void);BatchCaptureWORD P1202_FunA_Start(WORD wClock0Div, WORD wChannel0, WORD wConfig0,WORD Buffer0, DWORD dwMaxCount0, WORD wClock1Div, WORD wChannel1,WORD wConfig1, WORD *Buffer1, DWORD dwMaxCount1, SHORT nPriority);WORD P1202_FunA_ReadStatus(void);WORD P1202_FunA_Stop(void)

27、;WORD P1202_FunA_Get(DWORD *P0, DWORD *P1);WORD P1202_FunB_Start(WORD wClock0Div, WORD wChannel0,WORD wConfig0, WORD *Buffer0, DWORD dwMaxCount0, SHORT nPriority);WORD P1202_FunB_ReadStatus(void);WORD P1202_FunB_Stop(void);WORD P1202_FunB_Get(DWORD *P0); 1. 错误码定义(Error Code Define)回传值0 NoError 正常1 D

28、riverHandleError 无效的 VxD/SYS 处理。2 DriverCallError VxD/SYS 函数呼叫错误。3 AdControllerError嵌入的控制器发生处理错误. 可能是硬件发生损坏。4 M_FunExecError M_Functions 传回错误码5 ConfigCodeError wAdConfig 参数设定码错误7 HighAlarm fAdBuf?fHighAlarm报警8 LowAlarm fAdBuf? 819115 DelayTimeOut 延时发生超时16 InvalidateData 无效的资料17 FifoOverflow FIFO 溢出1

29、8 TimeOut 超时19 ExceedBoardNumber 无效的板卡顺序号。(第一张板卡号码为0)20 NotFoundBoard 检测不到板卡. 22 FindTwoBoardError 找不到第二张板卡。23 ThreadCreateError 无法执行24 StopError 停止错误25 AllocateMemoryError Memory分配失败。2. 配置码 (Configuration Code)PCI-1202L 配置码Bipolar/Unipolar输入信号范围放大倍率Settling Time配置码Bipolar+/- 5V1 3 us0x00Bipolar+/- 2.5V23 us0x01Bipolar+/- 1.25V43 us0x02Bipolar+/- 0.625V83 us0x03Bipolar+/- 10V0.53 us0x04Bipolar+/- 5V13 us0x05Bipolar+/- 2.5V23 us0x06Bipolar+/- 1.25V43 us0x07Unipolar0V 10V13 us0x08Unipolar0V 5V