智能数据采集系统的研究直流电焊机

智能数据采集系统的研究

智能数据采集系统的研究 2011年12月09日 来源： 1　引　言

随着信息技术的发展，热工量的测量、补偿、校正以及监测分析的自动化变得非常重要。根据用户的要求，我们选用研祥工控机做为系统主机，在系统设计时，充分考虑可扩展性，每一通道均可接入任意物理信号，一块采集卡可接三十二路模拟信号。我们通过优化电路设计来实现系统功能，对热电偶(K型、J型、T型等)、压力、流量以及频率信号完成自动检测，该系统具有良好人机交互界面，方便查询与处理，并具有很强的通讯功能。

2 系统硬件设计

2.1　系统组成框图　　该系统由模拟信号输入，程控放大，A/D转换，总线驱动及光电耦合等部分组成。硬件系统组成框图如图1所示。

图1 硬件系统组成框图

2.2　系统特点　　由于PC机电源、数字量控制信号以及外部的扰动信号可能对模拟通道产生不良影响，模拟信号通道与PC数字量信号均通过光电桐合器相互分开；电源采用DC—DC隔离，提高了采集卡的抗干扰性。　　考虑到系统应尽量减少通道间信号互扰，本系统选用了四片八选一CD4051多路模拟开关。　　为优化系统设计，采用程控放大的思想。程控放大器由软件控制，其中单级放大器或两级放大器，以满足每一通道都可以接入标准信号或微弱的嘿电偶信号。放大器选用高增益、低漂移的OP37，第一级放大倍数固定为两倍，第二级为采用多路开关组成可编程放大器，由软件切换出八种放大倍率，以满足不同传感器的要求。两级放大器可组合出十六种不同的放大倍率。　　A/D转换部分选用了12位逐次逼近式A/D转换芯片AD1674，其内部带有数据采样保持器，其转换时间为2Ous，转换误差≤0.05%，满足系统设计要求。

3　软件系统的设计

系统软件选用C++Builder作为编程语言，其主要特点是对底层操作简单，界面友好。

3.1　软件系统框图　　根据用户要求，软件系统框图如图2所示。

图2 软件系统框图

图3　典型误差曲线

3.2　软件模块　　对于温度信号考虑了各种型号热电偶的冷端补偿程序模块，热电阻信号的外线电阻补偿程序模块，以及非线性校正程序模块。压力、流量信号程序处理模块。　　下面以气体流量积算为例，说明系统工作过程。 　　气体在不同的压力和温度条件下，其密度变化是相当大的，因此在使用气体流量计测量气体流量时，必须对工况压力、工况温度下所测得的流量按照气态方程转换成标准体积流量，其计量才具有实际意义。　　用速度式仪表的数学模型，对流量频率信号(该信号从脉冲量输入通道进入PC机)进行处理，即：　　Q=(f/K)×3600(m3×h)　　　　　　　　　　　(1)　　式中：Q：未修正流量　　　　　K：流量计仪表系数　　　　　f：流量信号频率　　考虑到温压补偿(由现场温度和压力传感器输入模拟通道取得)，在公式(1)数学模型的基础上，依据气态方程增加温度、压力、压缩因子修正，将工况流量转换成标准状态下的流量。按(2)式计算：　　Qn=Q·(Pa+Pg)/Pn·Tn/Tg·Zn/Zg　　　　　　(2)　　式中：Q：为补偿前气体体积流量　　　　　Qn：为标准体积流量　　　　　Pa：为当地平均大气压　　　　　Pg：为流量测量点管线表压　　　　　Tn、Tg：为绝对温度和被测介质温度　　　　　Zn：为标准状态下的压缩系数　　　　　Zg：为工作状态下的压缩系数　　　　　Zn/Zg：称超压缩因子，可按中国天然气总公司的行业标准SY/T6143-1996的公式进行计算　　在实际应用中，因为流量计在不同的流量中呈现不同的流量损失，如图3所示。　　(1)式中K的确定可以采用分段式非线性补偿。在计算时，首先用K粗算补偿前的气体流量，根据其范围，确定应使用的流量系数，通过流量计标准检测仪检测结果中所得到的相对误差，可以修正K值，再将本系统所测温度、压力值代入(2)式，使得流量计精度满足所要求的计量精度。

4　结束语

该系统已达到用户提出的技术要求，并已交付用户。在PC扩展槽中，如增加一块采集卡，该系统即变为六十四路数据采集系统。并可向上、下位机传送数据，实现集散功能。该仪器测试精度高，性能稳定，抗干扰性能强，参数调整简便，为工业生产过程的自动化提供了一种较理想的仪器。

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