A/D D/A轉(zhuǎn)換器在遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用

摘要：本文介紹了利用模擬信號(hào)遠(yuǎn)程監(jiān)控的應(yīng)用方案。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)PLC的AO模塊或SCADA、DCS系統(tǒng)輸出的模擬量電流或電壓信號(hào)直接去控制遠(yuǎn)程的執(zhí)行設(shè)備，往往會(huì)因?yàn)殚L距離的傳輸造成信號(hào)的衰減、失真，有時(shí)還會(huì)因?yàn)槠渌�外界信�?hào)干擾造成信號(hào)出錯(cuò)，影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。應(yīng)用ISO 4021/ISO DAO遠(yuǎn)程模擬信號(hào)輸出模塊的RS-485差分?jǐn)?shù)字信號(hào)傳輸可以有效地提高系統(tǒng)抗干擾能力，利用RS-485的總線通訊和地址設(shè)置，在某些場(chǎng)合還可以減少布線，降低設(shè)備控制成本和提高系統(tǒng)可靠性。　　　

    引言

    隨著電子產(chǎn)業(yè)數(shù)字化程度的不斷發(fā)展，逐漸形成了以數(shù)字系統(tǒng)為主體的格局。A/D和D/A轉(zhuǎn)換器作為模擬和數(shù)字電路的接口，正受到日益廣泛的關(guān)注。隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的要求也越來越高，新型模擬/數(shù)字和數(shù)字/模擬之間的轉(zhuǎn)換技術(shù)不斷涌現(xiàn)。通過這些轉(zhuǎn)換人們可以運(yùn)用各種控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，如控制某個(gè)空間的溫度、濕度，控制液體的液位和流量，控制物體的位移、速度及壓力等。在實(shí)際工作環(huán)境中，各種傳感器、PLC的AO模塊或DCS系統(tǒng)輸出的模擬量電流或電壓信號(hào)很弱（很多是mV或mA級(jí)），而且普遍帶負(fù)載能力低。直接用來監(jiān)控遠(yuǎn)程的執(zhí)行設(shè)備，往往會(huì)因?yàn)殚L距離的傳輸造成信號(hào)的衰減、失真，有時(shí)還會(huì)因其它外界信號(hào)干擾而造成信號(hào)出錯(cuò)，影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

    因此，要保證監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，首先需要將系統(tǒng)中的多種傳感器、多路PLC、DCS等輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行隔離、放大、轉(zhuǎn)換。有些場(chǎng)合還需要通過各種通訊載體進(jìn)行遠(yuǎn)程無失真?zhèn)鬏敗?nbsp;ISO 4021(A/D轉(zhuǎn)換)可以將傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，用RS232/485通訊將信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸或采用GPRS、GMS進(jìn)行無線數(shù)傳，然后用遠(yuǎn)程模擬信號(hào)輸出模塊ISO DAO(D/A轉(zhuǎn)換)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，用還原的模擬信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。這些技術(shù)在SCADA數(shù)據(jù)采集、FCS遠(yuǎn)程監(jiān)控中得到了越來越多的應(yīng)用。

    一、信號(hào)A/D(模擬轉(zhuǎn)數(shù)字)轉(zhuǎn)換及遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)

    ISO 4021信號(hào)A/D(模擬轉(zhuǎn)數(shù)字)轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)傳感器和主機(jī)之間的信號(hào)采集，用以檢測(cè)模擬信號(hào)或控制遠(yuǎn)程設(shè)備。通過軟件的配置，可用于多種傳感器類型，包括：模擬信號(hào)輸入，模擬信號(hào)輸出，和數(shù)字信號(hào)輸入/輸出（I/O）。廣泛用在 RS-232/485總線工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，4-20mA / 0-5V信號(hào)測(cè)量、監(jiān)視和控制，小信號(hào)的測(cè)量以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)隔離及長線傳輸?shù)鹊取?

    ISO 4021信號(hào)A/D(模擬轉(zhuǎn)數(shù)字)轉(zhuǎn)換器包括電源隔離，信號(hào)隔離、線性化，A/D轉(zhuǎn)換和RS-485串行通信。每個(gè)串口最多可接256只 ISO 4021系列模塊，通訊方式采用ASCII碼通訊協(xié)議或MODBUS RTU通訊協(xié)議，其指令集兼容于ADAM模塊，波特率可由代碼設(shè)置，能與其他廠家的控制模塊掛在同一RS-485總線上，便于計(jì)算機(jī)編程。

    ISO 4021信號(hào)A/D(模擬轉(zhuǎn)數(shù)字)轉(zhuǎn)換器是基于單片機(jī)的智能監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，所有的用戶設(shè)定的校準(zhǔn)值，地址，波特率，數(shù)據(jù)格式，校驗(yàn)和狀態(tài)等配置信息都儲(chǔ)存在非易失性存儲(chǔ)器EEPROM里。ISO 4021系列產(chǎn)品按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造，信號(hào)輸入 / 輸出之間隔離，可承受3000VDC隔離電壓，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。工作溫度范圍- 45℃～+85℃。

    ISO 4021模擬轉(zhuǎn)數(shù)字 (A/D)轉(zhuǎn)換器功能簡介：

    ISO 4021信號(hào)A/D(模擬轉(zhuǎn)數(shù)字)轉(zhuǎn)換器框圖，如圖1所示。

圖1　　ISO 4021信號(hào)A/D(模擬轉(zhuǎn)數(shù)字)轉(zhuǎn)換器原理框圖

    ISO 4021 信號(hào)隔離采集模塊，可以用來測(cè)量一路電壓或電流信號(hào)，也可以用來測(cè)量兩路可以共地且不會(huì)互相干擾的電流或電壓信號(hào)。

    1、模擬信號(hào)輸入

    24位采集精度，產(chǎn)品出廠前所有信號(hào)輸入范圍已全部校準(zhǔn)。在使用時(shí)，用戶也可以很方便的自行編程校準(zhǔn)。具體電流或電壓輸入量程請(qǐng)看產(chǎn)品選型，測(cè)量兩路信號(hào)時(shí)兩路輸入選型必須相同。

    2、通訊協(xié)議

    通訊接口： 1路標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通訊接口或1路標(biāo)準(zhǔn)的RS-232通訊接口，訂貨選型時(shí)注明。

    通訊協(xié)議：支持兩種協(xié)議，命令集定義的字符協(xié)議和MODBUS　RTU通訊協(xié)議。可通過編程設(shè)定使用那種通訊協(xié)議，能實(shí)現(xiàn)與多種品牌的PLC、RTU或計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。

    數(shù)據(jù)格式：10位。1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。

    通訊地址（0～255）和波特率（300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400bps）均可設(shè)定；通訊網(wǎng)絡(luò)最長距離可達(dá)1200米，通過雙絞屏蔽電纜連接。

    通訊接口高抗干擾設(shè)計(jì)，±15KV ESD保護(hù)，通信響應(yīng)時(shí)間小于100mS。　　

    3、抗干擾

    可根據(jù)需要設(shè)置校驗(yàn)和。模塊內(nèi)部有瞬態(tài)抑制二極管，可以有效抑制各種浪涌脈沖，保護(hù)模塊，內(nèi)部的數(shù)字濾波，也可以很好的抑制來自電網(wǎng)的工頻干擾。■