智能儀器輸出通道的信號種類

智能儀器是一個測控系統，它不僅要解決信息的獲取、傳輸和處理問題，而且要將處理？ 的信息傳送給執行機構。將智能儀器處理后的數字信號用于控制執行機構時，需要考慮輸出管 號的形式。在實際的工程應用中，根據不同的受控對象和具體要求，信號輸出可以有多種，如 模擬量、開關量、數字量等。所以智能儀器設計時要考慮與執行裝置之間的接口問題，以實現信號轉換、參數匹配及功率放大等功能。本章將詳細介紹智能儀器輸出通道的信號種類、模擬 量輸出及D/A轉換、開關量輸出和數字波形合成技術。

智能儀器輸出通道的信號種類

根據不同輸出對象的不同要求，智能儀器的信號輸出可分為模擬量輸出信號、開關量輸出 信號和數字量輸出信號。

1.1模擬量輸出信號

模擬量輸出信號是zui常見的輸出信號方式。根據不同的要求可以是直流電流或直流電壓的 輸出。

1. 直流電流信號

當智能儀器的輸出模擬信號需要傳輸較遠的距離時，一般采用電流信號而不是電壓信號。 因為電流信號抗干擾能力強，信號線電阻不會導致信號的損失。當智能儀器與常規儀器相配合 組成顯示或控制系統時，各個單元之間的信號應規范化。按照我國的國家標準GB3369—82 所規定的《工業自動化儀表用模擬直流電流信號》及國外標準ffiC-381所規定的《過程控制系 統用模擬直流電流信號》的敘述，直流電流信號分為兩種，一種是4?20mA (負載電阻250? 750Ω),另一種是0?10mA (負載電阻0?3000Ω)。在采用4?20mA的信號標準時，零毫 安值表示信號電路或供電故障。

2. 直流電壓信號

當智能儀器輸出的模擬信號需要傳輸給多個其他儀器時，如果釆用直流電流信號，為了保 證多個接收信號的設備獲得同樣的信號，必須將他們互相串聯起來。在這種情況下，任何一個 接收設備如果發生斷路故障，則其他接收設備也會失去信號。同時，互相串聯的各個接收設備 輸入端對地電位不等，也會引起一些麻煩。所以，在控制、顯示等場合，智能儀器的輸出一般都采用直流電壓信號。

輸出直流電壓信號時，多個接收信號的設備互相并聯起來就能獲得同樣的信號。為了避專導線電阻形成壓降而使信號改變，接收設備的輸入阻抗必須足夠高。但過高的輸入阻抗嘎害引入電場耦合干擾。所以直流電壓信號一般只適用于傳輸距離較近的場合。

此外，對于采用4?20mA直流電流信號的系統，只需采用250Ω電阻就可將其變換1~5V的直流電壓信號。所以1?5V直流電壓信號是常用的模擬信號形式之一。在采用1?5 號標準時，IV以下的電壓值表示信號電路或供電故障。

正是由于容易判別斷線和電源故障，直流4?20mA電流信號及1?5V電壓信號受要的推薦和普遍的采用。

1.2開關量輸出信號

開關量實質上是一種二值型的輸出量，即表征“開”與“關”，或者“是”與“非”等兩 種狀態。智能儀器系統中的開關量輸出信號具有以下幾種基本的表現形式。

1. 開關量控制

某些被控對象的自動控制采用位式執行機構或開關式器件，它們的動作是由開關信號控制 的，例如，各種按鍵、電磁閥、電磁離合器、繼電器或接觸器、雙向可控硅等，它們只有“開” 和“關”兩種工作狀態，可以表示為二進制的“1”和“0”。因此，利用一位二進制數的輸出 就可以控制這些開關式器件的運行狀態。例如，繼電器或接觸器的閉合和釋放、電動機的啟動 和停止、雙位式閥門的打開和關閉、越限聲光報警等。

用于控制的開關信號的電氣接口形式又分為有源和無源兩類。無源是指智能儀器只提供輸 出電路的通、斷狀態，負載電源由外電路提供。例如，智能儀器控制繼電器線圈的得電或失電 時，繼電器的觸點本身只是一個無源的開關，是由用戶安排的。有源的開關量輸出信號往往表 示為電平的高低或電流的有無，由智能儀器為負載提供全部或部分的電源。

有源和無源各有利弊，無源的開關量輸出容易實現智能儀器與執行機構之間的電路隔離， 兩者既不共用電源也不共用接地，這有利于克服地電位差及電磁場干擾的不利影響。而對于有 源的開關量輸出，根據輸出電壓或電流的實際數值，智能儀器就有可能判斷出負載斷線等故障。

2. 越限報警

將被測參數的數值與人為預先設定的參考值進行比較，味較的結果（大于或小于）以開關 量的形式輸出，就可以驅動聲光報警裝置來實現越限報警，或者輸出給控制設備采取措施。例 如，鍋爐水位測量值低于設定的低限值時，必須立即報警或啟動供水泵進水。

3. 反映智能儀器本身的工作狀態

智能儀器的工作狀態，如“投入”或“后備”狀態、“自動”或“手動”狀態、“正常”或 “故障”狀態等，都可以用開關量輸出信號來表征，使操作人員及時了解智能儀器本身的工作 狀態。

1.3數字量輸出信號

數字量的輸出方式是計算機控制系統中重要的信號輸出形式。數字量輸出信號分為串行和 并行兩種。串行用于較遠距離的數據傳輸和信息交換，例如，智能儀器與上位計算機之間通信 多為串行。并行方式傳輸速度快，但所需導線條數多，只適合于較短距離的傳輸，如智能儀器 與周圍的其他智能設備之間的數據交換。

數字量的輸出與數字量的輸入共同構成數據通信，是智能儀器*的信息傳遞形式， 這一內容將在第5章中進行介紹。