A/D D/A轉換器在遠程監控中的應用

摘要：本文介紹了利用模擬信號遠程監控的應用方案。工業現場PLC的AO模塊或SCADA、DCS系統輸出的模擬量電流或電壓信號直接去控制遠程的執行設備，往往會因為長距離的傳輸造成信號的衰減、失真，有時還會因為其他外界信號干擾造成信號出錯，影響整個系統的正常工作。應用ISO 4021/ISO DAO遠程模擬信號輸出模塊的RS-485差分數字信號傳輸可以有效地提高系統抗干擾能力，利用RS-485的總線通訊和地址設置，在某些場合還可以減少布線，降低設備控制成本和提高系統可靠性�！　　�

    引言

    隨著電子產業數字化程度的不斷發展，逐漸形成了以數字系統為主體的格局。A/D和D/A轉換器作為模擬和數字電路的接口，正受到日益廣泛的關注。隨著數字技術的飛速發展，人們對A/D和D/A轉換器的要求也越來越高，新型模擬/數字和數字/模擬之間的轉換技術不斷涌現。通過這些轉換人們可以運用各種控制器進行遠程監控，如控制某個空間的溫度、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。在實際工作環境中，各種傳感器、PLC的AO模塊或DCS系統輸出的模擬量電流或電壓信號很弱（很多是mV或mA級），而且普遍帶負載能力低。直接用來監控遠程的執行設備，往往會因為長距離的傳輸造成信號的衰減、失真，有時還會因其它外界信號干擾而造成信號出錯，影響整個系統的正常運行。

    因此，要保證監控系統的可靠性，首先需要將系統中的多種傳感器、多路PLC、DCS等輸出的模擬信號進行隔離、放大、轉換。有些場合還需要通過各種通訊載體進行遠程無失真傳輸。 ISO 4021(A/D轉換)可以將傳感器輸出的模擬信號轉換成數字信號，用RS232/485通訊將信號進行遠程傳輸或采用GPRS、GMS進行無線數傳，然后用遠程模擬信號輸出模塊ISO DAO(D/A轉換)將數字信號轉換成模擬信號，用還原的模擬信號進行遠程監測和控制。這些技術在SCADA數據采集、FCS遠程監控中得到了越來越多的應用。

    一、信號A/D(模擬轉數字)轉換及遠程傳輸技術

    ISO 4021信號A/D(模擬轉數字)轉換器可實現傳感器和主機之間的信號采集，用以檢測模擬信號或控制遠程設備。通過軟件的配置，可用于多種傳感器類型，包括：模擬信號輸入，模擬信號輸出，和數字信號輸入/輸出（I/O）。廣泛用在 RS-232/485總線工業自動化控制系統，4-20mA / 0-5V信號測量、監視和控制，小信號的測量以及工業現場信號隔離及長線傳輸等等。

    ISO 4021信號A/D(模擬轉數字)轉換器包括電源隔離，信號隔離、線性化，A/D轉換和RS-485串行通信。每個串口最多可接256只 ISO 4021系列模塊，通訊方式采用ASCII碼通訊協議或MODBUS RTU通訊協議，其指令集兼容于ADAM模塊，波特率可由代碼設置，能與其他廠家的控制模塊掛在同一RS-485總線上，便于計算機編程。

    ISO 4021信號A/D(模擬轉數字)轉換器是基于單片機的智能監測和控制系統，所有的用戶設定的校準值，地址，波特率，數據格式，校驗和狀態等配置信息都儲存在非易失性存儲器EEPROM里。ISO 4021系列產品按工業標準設計、制造，信號輸入 / 輸出之間隔離，可承受3000VDC隔離電壓，抗干擾能力強，可靠性高。工作溫度范圍- 45℃～+85℃。

    ISO 4021模擬轉數字 (A/D)轉換器功能簡介：

    ISO 4021信號A/D(模擬轉數字)轉換器框圖，如圖1所示。

圖1　　ISO 4021信號A/D(模擬轉數字)轉換器原理框圖

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

    1、模擬信號輸入

    24位采集精度，產品出廠前所有信號輸入范圍已全部校準。在使用時，用戶也可以很方便的自行編程校準。具體電流或電壓輸入量程請看產品選型，測量兩路信號時兩路輸入選型必須相同。

    2、通訊協議

    通訊接口： 1路標準的RS-485通訊接口或1路標準的RS-232通訊接口，訂貨選型時注明。

    通訊協議：支持兩種協議，命令集定義的字符協議和MODBUS　RTU通訊協議。可通過編程設定使用那種通訊協議，能實現與多種品牌的PLC、RTU或計算機監控系統進行網絡通訊。

    數據格式：10位。1位起始位，8位數據位，1位停止位。

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

    通訊接口高抗干擾設計，±15KV ESD保護，通信響應時間小于100mS。　　

    3、抗干擾

    可根據需要設置校驗和。模塊內部有瞬態抑制二極管，可以有效抑制各種浪涌脈沖，保護模塊，內部的數字濾波，也可以很好的抑制來自電網的工頻干擾�！�