过程通道与数据采集系统：模拟量输入与转换技术解析

"过程通道和数据采集系统是计算机控制系统中不可或缺的部分，主要涉及模拟量输入通道、D/A和A/D转换技术、数据采集系统、模拟量输出通道以及抗干扰措施。文档作者为杨根科，来自上海交通大学自动化系。内容包括对过程通道的基本概念、模拟量输入通道的构成、D/A和A/D转换的工作原理及其应用，以及数据采集系统和模拟量输出通道的介绍，并讨论了如何提高过程通道的抗干扰能力。" 在计算机控制系统中，过程通道扮演着桥梁的角色，它连接计算机与实际生产过程，传输和转换信息。这一系统包括模拟量输入（AI）和输出（AO）通道、数字量输入（DI）和输出（DO）通道。例如，传感器和变送器用于检测生产对象的状态，通过过程通道将这些模拟信号转化为数字信号，供计算机处理；反之，计算机的控制指令则通过D/A转换器转变为模拟信号，作用于执行机构。 模拟量输入通道通常由信号处理、多路转换器、放大器、采样/保持器和A/D转换器组成。A/D转换器是关键部件，其功能是将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。D/A转换器则负责相反的操作，将数字信号转换为模拟信号，如0~10mA或4~20mA的标准电流信号，适用于工业控制系统的通信。 D/A转换器通常由基准电压、位切换开关、精细电阻网络和运算放大器等部分构成。转换原理基于按权展开和相加，即根据二进制位的权重生成对应的电压或电流，通过解码网络实现。解码网络有二进制加权电阻网络和T型电阻网络两种常见形式。例如，一个简单的4位D/A转换器，其工作时会根据输入的二进制数，通过开关控制对应的权电阻网络，形成与输入数字对应的模拟电压。 数据采集系统（DAQ）是获取、测量和记录模拟或数字信号的装置，广泛应用于实验、监测和控制领域。它包括硬件和软件两部分，硬件通常包含信号调理电路、A/D转换器、存储器和接口，而软件则负责数据处理、分析和显示。 模拟量输出通道设计也十分重要，因为它直接影响到执行机构的动作。为了提高过程通道的抗干扰能力，通常采取隔离、滤波、屏蔽等措施，以确保数据传输的准确性和稳定性。 过程通道和数据采集系统是现代自动化技术的基础，它们不仅涉及到信号的转换，还涉及到数据的可靠传输和系统性能的优化。理解和掌握这些知识对于设计和维护高效、可靠的控制系统至关重要。