4-20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬量傳輸是工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用最普遍的一種模擬量傳輸方式，目前大多數(shù)傳感器或變送器的二次信號(hào)基本都采用4-20mA輸出，因此基于4-20mA的各種信號(hào)采集器五花八門且各有所長，令人難以取舍。那么有沒有一種方式可以兼顧測量通道多、抗干擾性能強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率高等眾多特性呢?本文介紹一種高性能的多通道標(biāo)準(zhǔn)模擬量采集系統(tǒng)。

一多通道標(biāo)準(zhǔn)模擬量采集系統(tǒng)構(gòu)成

　　多通道標(biāo)準(zhǔn)模擬量采集系統(tǒng)由湖南銀河電氣有限公司自主研發(fā)的12通道模擬量采集模塊、DH2000數(shù)字主機(jī)及上位機(jī)軟件組成，系統(tǒng)原理圖如下圖1所示：

圖1 多通道標(biāo)準(zhǔn)模擬量采集系統(tǒng)原理圖

　　12通道模擬量測試模塊主要完成4-20mA模擬量信號(hào)的信號(hào)調(diào)理及前端采樣，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過RS485轉(zhuǎn)光纖總線傳輸至DH2000數(shù)字主機(jī)，每個(gè)測試模塊具備12個(gè)輸入信號(hào)通道，單通道采樣速率達(dá)4kSa/S。

　　DH2000數(shù)字主機(jī)具備7對光纖接口，其中6對光纖接口用于連接模擬量測試模塊，一對光纖接口用于數(shù)字主機(jī)間的同步級聯(lián)，以便擴(kuò)展更多測試通道。每對光纖接口采用ID輪詢的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與讀取，目前數(shù)字主機(jī)單個(gè)光纖接口輪詢的最大ID為61，因此理論最大測試通道數(shù)量為：61*6=366通道。數(shù)字主機(jī)與上位機(jī)軟件通過USB2.0接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　DH2000數(shù)字主機(jī)實(shí)物圖如下圖2所示：

圖2 DH2000數(shù)字主機(jī)

　　上位機(jī)軟件安裝于電腦中，通過USB2.0接口獲取所有模塊的測試數(shù)據(jù)，再進(jìn)行集中顯示、算法處理、繪制曲線、數(shù)據(jù)保存、報(bào)警提示、生成報(bào)表等數(shù)據(jù)處理。

二多通道標(biāo)準(zhǔn)模擬量采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)量分析

　　每個(gè)測試通道按4kSa/S的采樣率來計(jì)算，每個(gè)數(shù)據(jù)以4Byte浮點(diǎn)數(shù)表示，那么每個(gè)模塊的數(shù)據(jù)量為：4kSa/Sx4Bytex12通道=192kB/S，30個(gè)模塊數(shù)據(jù)量約為5.6MB/S，USB2.0的最高傳輸速率為480Mbps，即60MB/S，完全滿足數(shù)據(jù)傳輸要求。

三多通道標(biāo)準(zhǔn)模擬量采集系統(tǒng)單通道采樣率分析

　　系統(tǒng)測試采用ID輪詢的方式，每個(gè)通道輪詢時(shí)間為4uS，按最大ID數(shù)計(jì)算(一對光纖接口的全部通道都接入)，每對光纖接口的輪詢最長時(shí)間為4uS*61=244uS，每個(gè)通道最低采樣率都能保證4kSa/S。

四 多通道標(biāo)準(zhǔn)模擬量采集系統(tǒng)其他參數(shù)分析

01光纖傳輸

　　總線傳輸介質(zhì)采用高速光纖，光纖傳輸具有頻帶寬、性能可靠、抗電磁干擾能力強(qiáng)、損耗低和不受傳輸距離影響等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于電磁環(huán)境復(fù)雜、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性要求高、傳輸數(shù)據(jù)量大的測試場合。

02測試通道數(shù)

　　單個(gè)測試模塊的測試通道為12個(gè)，1臺(tái)DH2000數(shù)字主機(jī)最多能連接30個(gè)測試模塊，數(shù)字主機(jī)之間還可以通過同步光纖接口進(jìn)行多臺(tái)級聯(lián)，達(dá)到360*N通道的標(biāo)準(zhǔn)模擬量采集系統(tǒng)。

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