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开关量信号输入通道

2015-4-1 07:36| 发布者: admin| 查看: 3029| 评论: 0

摘要:   图1是开关量输入通道的典型结构,具体接口电路应综合考虑实际信号、选用的计算机等进行设计。          图1 开关量输入通道的典型结构   几种常用的预处理方法:  (1) 信号转换处理  从工业现场 ...
  图1是开关量输入通道的典型结构,具体接口电路应综合考虑实际信号、选用的计算机等进行设计。

          图1 开关量输入通道的典型结构
   几种常用的预处理方法:
  (1) 信号转换处理
  从工业现场获取的开关量或数字量,在逻辑上表现为逻辑“1”或逻辑“0”,信号形式则可能是电压、电流信号或开关的通断,其幅值范围也往往不符合数字电路的电平范围要求,因此必须进行转换处理。图2是电压或电流开关量输入的转换电路,分压电阻R1和R2的阻值应根据输入信号是电压还是电流信号以及信号的幅值选取。图3是开关触点信号输入电路,它把开关的通断转换为0或+5V信号。

    图2 电压或电流输入电路          图3 开关触点输入电路
  (2) 安全保护措施
  在设计一个计算机控制系统时,必须针对可能出现的输入过电压、瞬间尖峰或极性接反的情况,预先采取安全保护措施,图4给出了一些常用的保护电路。

            图4 输入保护电路
  (3) 消除机械抖动影响
  操作按钮、继电器触点、行程开关等机械装置在接通或断开时均要产生机械抖动,体现在计算机的输入上就是输入信号在逻辑0和1之间多次振荡,如不适当处理就会导致计算机的错误控制。图5是常用的R-S触发器消除开关抖动的电路,它可以消除开关的抖动信号。
   
          图5 RS触发器消除开关抖动的电路
  (4) 滤波处理
  由于长线传输、电路内部干扰影响,使得输入信号带有噪声信号,这有可能导致误读信号而出错。图6给出一种用RC滤波电路去除接口噪声的方法,它同样可以消除开关的抖动信号。
       
            图6 RC滤波电路
  (5) 隔离处理
  从工业现场获取的开关量或数字量的信号电平往往高于计算机系统的逻辑电平,即使输入开关量电压本身不高,也有可能从现场引入意外的高压信号,因此必须采取电隔离措施,以保障计算机系统的安全。常用的隔离措施是采用光电耦合器件实现的。图7给出了两种开关量光电耦合输入电路,它们除了实现电气隔离之外,还具有电平转换功能。

            图7 开关量光电耦合输入电路
   (6) 光电耦合器件原理与使用
  光电耦合器件是一种常用且非常有效的电隔离手段,由于它价格低廉、可靠性好,被广泛地用于现场设备与计算机系统之间的隔离保护。根据输入级的不同,用于开关量隔离的光电隔离器件可分为三极管型、可控硅型等几种,但其工作原理都是采用光作为传输信号的媒介,实现电气隔离。
  此处以图8所示的三极管输出型的光电隔离器件为例介绍隔离原理。当输入侧(即发光二极管)流过一定的电流IF时,发光二极管开始发光,它触发光敏三极管使其导通;当撤去该电流时,发光二极管熄灭、三极管截止。这样,就实现了以光路来传递信号,保证了两侧电路没有电气联系,从而达到了隔离的目的。
              
            图8 晶体管输出型光电隔离器件原理图

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