数据采集和控制系统设备选型问答

数据采集和控制(DA&C)系统设备选型问答ss----PC-BASED篇一、DA&C系统一般有哪几种形式？各有何优点？未来趋势是什么？二、为什么说PC-BASED系统开放性好？三、基于PC-BASED的DA&C系统有几种形式四、数据采集卡的分类？五、模拟量输入为何分单端和差分？六、数据采集卡如何与端子搭配七、A/D转换后数据传输共有几种形式？八、数据采集卡软硬件件如何整合？九、采用分布式数据采集系统有何好处？十、现场总线的分类及特点一、DA&C系统一般有哪几种形式？各有何优点？未来趋势是什么？粗略的讲，DA&C可以采用三种形式来构成：(1) 基于PLC的顺序逻辑控制系统。

(2) 基于DCS的大型控制系统(3) 基于PC-BASED的DA&C系统。

优缺点见下表。

比较项目PLC DCS PC-BASED实时性高。

可用于严格场合，如锅炉、电梯、机车高。

可用于大型严格场合，如化工、钢铁、中。

随着PC及网络技术的迅猛发展，未来的趋势是PLC及DCS逐渐向PC-BASED靠拢，如采用PC的CPU、流行的Ethernet、TCP/IP通讯协议；同时PC-BASED逐渐向PLC及DCS渗透，如采用遵循IEC-1131的软PLC。

三者会取长补短，即PLC和DCS的开放性及通讯能力逐渐加强，同时PC-BASED的实时性进一步提高。

二、为什么说PC-BASED系统开放性好？PC-BASED系统采用INTEL或兼容的硬件及微软或兼容的软件，俗称WINTEL架构。

由于WINTEL架构已经成为商业PC机的主流，其标准公开、结构公开、软件及开发工具公开，因此具有很好的开放性。

且硬件成本和开发成本相比较均很低。

因此，PC-BASED的DA&C架构受到广大用户的欢迎。

三、基于PC-BASED的DA&C系统有几种形式(1) 基于板卡的集中式数据采集系统。

基本方式是采用数据采集卡进行数据采集。

具有代表性的厂家如Advantech、NI及吉时利。

主要做法是将一块基于IAS或PCI的板卡插入工业计算机或商用机(非严格场合)上，将外部信号通过导线引至计算机的端子上然后接入数据采集卡，通过定制的软件就可以进行采集。

优点是成本较低，速度块，如1MHZ数据采集，缺点是可靠性一般，同时布线费用高(2) 基于分布式的数据采集系统。

基本方式是采用基于现场总线的数据采集智能模块，流行的现场总线如RS-485(非严格)、CAN BUS、Profibus等。

代表性的厂家如ADVANTECH ADAM系列等。

基本做法是通过现场总线将智能模块引入计算机，上位机通过定制的软件和智能模块通讯。

优点是易维护、布线简单、可靠性高，缺点是采样速度低、成本较高。

四、数据采集卡的分类？1.按照采集信号的类型分：模拟量输入输出、数字量输入输出、定时/计数等三种；2.按照采样速度可分成高速和低速；3.按照隔离方式可分成隔离和非隔离；因此用户可以根据自己的需求来选择合适的数据采集卡。

五、模拟量输入为何分单端和差分？来自现场的信号总会存在各种干扰成份，尤其是共模干扰。

模拟量的差分输入正是采用差分放大器的形式来消除模拟量的共模干扰。

如果信号源比较干净，可以采用单端输入的方式。

两个单端可以组成一个差分输入，因此，单端输入容量是双端的一倍。

六、数据采集卡如何与端子搭配研华数据采集卡与端子搭配见表。

A/D转换后数据传输共有几种形式？拟量通过采集卡送入计算机，一般分成三步：(a) 启动A/D；(b) A/D转换；(c) A/D转换结果送入计算机。

按照数据采不同第(c)步可以采用不同的形式。

1.软件查询的方式。

通过软件检查A/D完成标志，读入数据至计算机。

这种方法适合速度较慢的场合(<1KHZ)2.中断方式。

A/D完成后向PC发出中断请求，中断程序进行数据采集。

这种方式适合速度较快的场合(<30KH3.DMA方式。

利用DMA控制器来完成数据采集卡和PC间数据传输。

这种方式适合大批量的快速数据传输。

4.FIFO+INT。

为了进行高速数据采集，A/D卡上要设置先进先出(FIFO)缓冲区，容量在1K 或以上。

A/D转换后的数据先放进FIFO，当FIFO半满后，向PC发出中断信号，由中断服务程序进行数据读取。

这种方式适速数据采集，如>100KHZ的数据采集。

5.特殊高速数据采集卡。

如卡上内嵌CPU的高速数据采集卡。

数据采集卡软硬件件如何整合？正规厂家随硬件会提供如下开发工具：1.DOS下函数库及例程2.DOS下寄存器使用例程；3.WINDOWS 16/32 BIT DLL；4.VC/VB/Delpohi例程；(以上一般免费提供)；5.OCX控件(可付费获取)；6.OPC Server;7.通过组态软件实现整合。

一般国内的组态软件均支持板卡，如组态王等九、采用分布式数据采集系统有何好处？在众多PC-BASED厂家中，以研华的ADAM系列分布式数据采集系统最具有代表性。

十、现场总线的分类及特点。

（1）CAN。

最初由Robert Bosch设计，以提供车辆内电子面板控制单元（Electronic Control Units, ECUs）的串行通信。

其特点为实时、高传输可靠性和数据安全性，CAN产品广泛、成本低，从而超出汽车工业应用至工业自动化领域，如移动机床。

CAN面向消息，多主、广播协议，被ISO11898标准化为高速通信，（只定义了数据链路层和部分物理层）。

CAN采用带非破坏性位判断的CSMA或冲突避免（CSMA/CA）以解决潜在的总线访问冲突，不丢失数据和带宽。

识别符的长度（判断域）为11位标准ID和29位扩展ID（CAN Kingdom）。

(2)HART。

是为了满足过程控制应用中，在不中断4-20mA信号情况下，实现智能现场设备与主设备之间的双向数字通信，最初由Rosemount开发，得到了HART通信基金会（HCF）的支持。

HART协议符合OSI-RM的1、2、7层。

物理层使用基于FSK技术的Bell 202。

HART可以点对点模式运行在已有的4-20mA信号线上，过程值以模拟方式传送，HART用来组态和测试；或者通过双绞线以多点组态模式运行，满足本安要求时，单个电源最多可远程供电15台设备；如果本地供电，可连接更多数量的设备。

（2) LonWorksLonworks是对等控制网络，适用于分散控制和楼宇自动化中连接智能设备，由美国Echelon公司开发。

LonWorks提供多种传输介质，柔性拓扑结构，传输速率可达2.5Mbps。

介质访问分散争用。

应用层提供4类36种服务，更新网络变量（隐式报文）和显式报文。

变量类型为预定义类型或C语言定义。

报文的发送为点对点或多点方式，带或不带确认。

(3) Modbus PlusModbus Plus是为工业控制应用（如过程控制和监控信息传递）设计的局域网，由AEG Modicon开发。

网络总线采用单/双电缆布局，可连接至多64个可寻址节点，1Mbps传输速率。

信息格式为HDLC，介质访问采用令牌方式。

(4) Profibus: PROcess Field BUSProfibus由Siemens领导开发，共有3种版本：·Profibus-FMS（Fieldbus Message Specification）：针对单元控制，主要是为了解决控制器与智能现场设备之间的大容量信息的传送。

采用令牌与主从方式相结合的办法，实现总线访问控制。

FMS包括两个基本组件：FMS，MMS子集，在面向对象、client/server体系结构下提供服务给用户应用，其重要特性为虚拟现场设备（Virtual Field Device, VFD）和低层接口（Lowe Layer Interface, LLI），使应用功能适应数据链路层的众多特性。

FMS有39种服务，包括环境管理、变量访问、域管理、程序调用管理、事件管理、虚拟现场设备支持、对象字典（Object Dictionary, OD）管理等。

不支持实时服务，规约在用户层定义。

是MiniMAP的有力竞争者。

·Profibus-DP（Decentralised Peripherals）：针对自动化系统中的实时循环I/O通信。

省略了OSI模型的第7层，通过直接数据连结映像器直接将用户接口连结到第2层。

·Profibus-PA（Process Automation）：面向过程控制应用。

物理层满足IEC 1158-2本安传送标准，“电压模式，31.25kbps?或RS485；数据链路层为DIN 19245的功能集合；应用层与Profibus-FMS相同。

仪表A和B的规约在用户层定义，已确保设备的可互操作性和互换性。

FMS和DP主要服务于离散制造应用，使用RS485接口。

实际上，可在同一系统甚至同一设备中同时使用FMS和DP。

不同功能和10种传输速率（9.6kbps~12Mbps）的芯片和开发工具可选。

Profibus是一个从现场到单元层的系统方案，在Siemens的极力推荐下，已被工业界广泛接受，安装数量很多。

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