在许多工业控制场合，由传感器输出的电信号不一定满足A/D转换和数字量输入的要求，如信号为电流信号，而我们采集的是电压信号，那么就需要I/v变换;有些信号虽是电压信号，但由于其幅值较低(如毫伏级)，那么就需对其进行变换(放大)，以形成标准号电平;再如有些信号受到干扰较大，就需对其进行滤波处理等。为了将外部开关量信号输入到计算机，必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤披、隔离等措施转换成计算机能接收的逻辑信号。

　　控制系统的输出通道也存在着同样问题。如果输出驱动力不足，输出信号形式不正确，需对其进行变换(如输出应为电流，而实际D/A输出为电压信号，因而需ViI转换)，还有为防止输出通道干扰影响本控制系统，需增加隔离装置(如光电耦合器/隔离器等)，同样要输出信号进行变换，以使其能够满足工业现场的需求。对输入通道信号或输出通道信号的变换通称为信号的处理，也称信号调理。这是实际工业控制系统中重要的环节，其处理机制设计的优劣会直接影响工控系统的质量。下面就开关信号的模拟信号处理原理和方法进行讨论和说明。

　　信号处理原理和方法

　　通常，工业用输入、输出信号均为0~5V， +5V， ± 10V，士2.5V等电压信号，而工业传感器、变送器分别采用0~10mA (0~5V)和4~20mA， 1~5V(标准信号)，但这些传感器的输出值并不理想，如输出为毫伏级，为了对这些工业设备进行有效监控，就必须对其信号进行处理。据估计，信号处理部分的成本占整个测控系统硬件总成本的40%左右。

　　在第二章中给出了典型工控系统结构，由此也可看出处理的信号有两种类型:开关或数字量信号处理和模拟量信号处理。输出通道以驱动、隔离和保护为主要特征，而输入通道处理则以滤波、补偿、放大隔离、保护为主要特征。显然两者的目的是不完全相同的。从定义上来说，所谓处理实际上就是对某种信号进行调整、变换以使其满足工业控制需求方法。这些方法可以通过硬件也可以通过软件实现。下面按照处理信号种类分别加以说明。

　　1.开关量处理

　　工业设备输出的开关量可能存在的问题主要有以下几种情况:

　　(1)瞬时高电压干扰和过电压。这些干扰信号极易损坏采集系统，甚至损坏生产设备，工业常出现的现象有:芯片爆裂，电路短路以及非高温导线熔断脱皮等。因此，对这种情况的处理措施常为隔离、过压保护、防爆保护等。

　　(2)接口噪声。这是常见的干扰情况，可通过滤波，隔离等措施消除。 3)开关触点抖动。可用RS触发器形式的双向消抖动电路等消除。

　　(4)若工业设备输出的是电流信号、电流/电压变换。

　　(5)若电压幅度过高、过低或反相等不符合TTL标准电平，则需采用电压变换电路使其 降压、升压或反相以满足系统要求。

　　图7-1给出了消除这些干扰信号的典型调理电路。该电路具有过压、过流、反压保护和RC滤波等功能，稳压管飞把过压或瞬态尖峰电压嵌位在安全电压上，串联二极管防止反向电压输入，由RI、C，构成滤波器，电阻R，也是输入限流电阻及过流熔断保护电阻。

　　常见的隔离技术有:光电隔离和变压器隔离。目前，光电隔离应用比较广泛，它不仅可完成电气隔离，还可同时完成电压转换、拉形等。光电隔离采用的器件是光电搞合器，其种类丰富，性能各异。

　　2.模拟信号调理

　　常用的模拟信号处理电路包括信号放大电路(运算放大器和仪表放大器)、滤波限幅电路、浮空技术、共模电压抑制和隔离等。

　　(D电流电压信号转换。信号转换电路有电流一电压(νV)信号转换、电阻电压 (W)信号转换。图7-2为一个电流一电压信号转换电路，它可把标准4~20mA电流信号通过 串接一个2500的电阻转换成1~5V的电压信号。图中的R"凡， C，是对输入信号的滤波。

　　图7-2电流一电压信号转换

　　(2)电阻电压信号转换。电阻电压信号转换主要用于标准热电阻，即将热电阻受温 度影响而引起的电阻变化转换为电压信号。

　　电阻电压信号转换原理就是利用电流流过电阻来产生电压，常见的方法有两种:电桥法和恒电流法。

　　电桥法的特点是电路简单，能有效地抑制电源电压波动的影响，并且可用三线连接方法减弱长距离连接导线引人的误差。

　　恒电流法的特点是精度高，可使用四线连接方法减弱长距离连接导线引人的误差。

　　(3)信号的放大。

　　大部分传感器产生的信号都比较微弱，需经过放大才能满足A/D转换器输入信号的幅度需求。要完成这类信号放大功能的放大器，必须是低噪声、低漂移、高增益、高输入阻抗和高共模抑制比的直流放大器，这类放大器常用的有测量放大器、可编程放大器和隔离放大器。

　　(4)模拟信号的隔离技术。

　　由于输入通道存在干扰和噪声，造成来自生产现场的测量信号不准确、不稳定。特别是当存在强电干扰时，会直接影响系统的安全。为此，在输入通道中，常常采用信号隔离措施，放大器一般采用隔离放大器。

　　隔离放大器适用于:

　　①消除由于信号源接地网络的干扰所引起的测量误差;

　　②测量处于高共模电压下的低电压信号;

　　③不需要对偏置电流提供返回通路;

　　④保护应用系统电路不致因大的共模电压造成损坏。

　　隔离放大器可分为光电隔离和变压器隔离放大器。

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