2.2开关量输出 在计算机控制系统中，经常需要控制执行机构的开/关或启/停，某些 控制算法也需要控制执行机构在一定时间T内的全负荷工作时间(O≤T, 这些控制是通过计算机开关量输出通道来实现的。 √在计算机控制系统中，开关量输出信号用于控制各种现场设备，！ 因此要 考虑电平转换、功率放大、抗干扰及安全等问题。针对具体情况，往往采 取一些措施。 并行接口 输出处理 开关量输出 CPU 可编程序 定时计数器 (外部扩展的 或CPU内部的) 输出处理 脉冲输出 图2.9典型的开关量输出通道结构
2.2 开关量输出 在计算机控制系统中，经常需要控制执行机构的开/关或启/停，某些 控制算法也需要控制执行机构在一定时间T内的全负荷工作时间 t(0≤t≤T)， 这些控制是通过计算机开关量输出通道来实现的。 ✓ 在计算机控制系统中，开关量输出信号用于控制各种现场设备，因此要 考虑电平转换、功率放大、抗干扰及安全等问题。针对具体情况，往往采 取一些措施。 图2.9 典型的开关量输出通道结构
常用措施 隔离处理 电平转换和功率放大
常用措施 ❑ 隔离处理 ❑ 电平转换和功率放大
隔离处理 当计算机控制系统的开关量输出信号用于控制较大 功率的设备时，为防止现场设备上的强电兹干扰或高电 压通过输出通道进入计算机系统，一般需要采取光电隔 离措施隔离现场设备和计算机系统。图2.10是采用了光 电隔离的开关量输出电路。 oVcc oVcc 光电耦合器件 光电耦合器件 R 负载R 000 0C门 (a)光电隔离的0C门输出 (b)光电隔离的晶体管输出 图2.10低压小功率开关量输出
隔离处理 当计算机控制系统的开关量输出信号用于控制较大 功率的设备时，为防止现场设备上的强电磁干扰或高电 压通过输出通道进入计算机系统，一般需要采取光电隔 离措施隔离现场设备和计算机系统。图2.10是采用了光 电隔离的开关量输出电路。 图2.10 低压小功率开关量输出
电平转换和功率放大 计算机通过并行接口电路输出的开关量信号， 往往是低压直流信号。一般来说，这种信号无论是 电压等级、还是输出功率，均无法满足执行机构的 要求，所以应该进行电平转换和功率放大，再送往 执行机构。 小功率低压开关量输出 继电器输出 晶闸管输出 功率场效应管输出 口集成功率电子开关输出
电平转换和功率放大 计算机通过并行接口电路输出的开关量信号， 往往是低压直流信号。一般来说，这种信号无论是 电压等级、还是输出功率，均无法满足执行机构的 要求，所以应该进行电平转换和功率放大，再送往 执行机构 。 ❑ 小功率低压开关量输出 ❑ 继电器输出 ❑ 晶闸管输出 ❑ 功率场效应管输出 ❑ 集成功率电子开关输出
小功率低压开关量输出 对于低压小功率开关量输出，可采用晶体 管、OC门或运放等方式输出，图2.10给出的两 种电路一毁仅能提供几十毫安级的输出驱动电 流，可以驱动低压电兹阀、指示灯等。 oVcc oVcc 光电耦合器件 R2 光电耦合器件 负载R & 000 0C门 (a)光电隔离的0C门输出 (b)光电隔离的晶体管输出 图2.10低压小功率开关量输出
小功率低压开关量输出 对于低压小功率开关量输出，可采用晶体 管、OC门或运放等方式输出，图2.10给出的两 种电路一般仅能提供几十毫安级的输出驱动电 流，可以驱动低压电磁阀、指示灯等。 图2.10 低压小功率开关量输出
继电器输出 继电器经常用于计算机控制系统中的开关量输出功率放大，即 利用继电器作为计算机输出的执行机构，通过继电器的触点控制较 大功率设备或控制接触器的通断以驱动更大功率的负载，从而完成 从直流低压到交流（或直流）高压、从小功率到大功率的转换。使用继 电器输出时，为克服线圈反电势，常在继电器的线圈上并联一个反 向二极管。继电器输出也可以提供电气隔离功能，但其触点在通断 瞬间往往容易产生火花而引起干扰，还是必须子以注意的，'一般可 采用阻容电路子以吸收。 光电弄合都杆 D本 开关量输出 50-100mA 中功率 开关量输出 晶体管 ()事光电隔离的数电舞辣出 ()晶体管驱动的中功率继电器输出 图2.11继电器式开关量输出
继电器输出 继电器经常用于计算机控制系统中的开关量输出功率放大，即 利用继电器作为计算机输出的执行机构，通过继电器的触点控制较 大功率设备或控制接触器的通断以驱动更大功率的负载，从而完成 从直流低压到交流(或直流)高压、从小功率到大功率的转换。使用继 电器输出时，为克服线圈反电势，常在继电器的线圈上并联一个反 向二极管。继电器输出也可以提供电气隔离功能，但其触点在通断 瞬间往往容易产生火花而引起干扰，还是必须予以注意的，一般可 采用阻容电路予以吸收。 图2.11 继电器式开关量输出
晶闸管输出 作为一种大功率半导体无触点开关器件，晶闸管具有以较小的 功率来控制大功率的特点，因此在计算机控制系统中被广泛地用作 功率执行元件，一般是由计算机发出数字触发脉冲信号实现其通断 控制。图2.12是采用晶闸管输出型光电隔离器驱动双向晶闸管的电 路图，图中与晶闸管并联的RC网络用于吸收带感性负载时产生的与 电流不同步的过压，晶闸管门极电阻则用于提高抗干扰能力，以防 误触发。 6 180 1.2k2 MOC 3011 4 0.2uF ~110V (a)110V交流负载控制 51Ω MOC 3041 392 220V 3302 0.01uF (b)220V交流负截控制 图2.12光电隔离的双向晶闸管输出
晶闸管输出 作为一种大功率半导体无触点开关器件，晶闸管具有以较小的 功率来控制大功率的特点，因此在计算机控制系统中被广泛地用作 功率执行元件，一般是由计算机发出数字触发脉冲信号实现其通断 控制。图2.12是采用晶闸管输出型光电隔离器驱动双向晶闸管的电 路图，图中与晶闸管并联的RC网络用于吸收带感性负载时产生的与 电流不同步的过压，晶闸管门极电阻则用于提高抗干扰能力，以防 误触发。 图2.12 光电隔离的双向晶闸管输出
功率场效应管输出 功率场效应管(MOSFET)是压控电子开关，只要在其 栅极G和源极S之间加上足够的控制电压，漏极D和源极S 之间即可导通。MOSFET的栅极控制电流为微安级，而 导通后漏极D和源极S之间允许通过较大的电流，如 IRF640导通时，D、S间允许通过的最大电流可达18A。 oy. 负载 CMOS门 D & MOSFET 控制输出 图2.13功率场效应管的典型使用方法
功率场效应管输出 功率场效应管(MOSFET)是压控电子开关，只要在其 栅极G和源极S之间加上足够的控制电压，漏极D和源极S 之间即可导通。MOSFET的栅极控制电流为微安级，而 导通后漏极D和源极S之间允许通过较大的电流，如 IRF640导通时，D、S间允许通过的最大电流可达18A。 图2.13 功率场效应管的典型使用方法
集成功率电子开关输出 集成功率电子开关是一种可由数字电路直接驱动的直流电子逻辑 开关，具有开关速度快、无触点、无噪声、寿命长等特点，一般用于 直流负载且电流不大（几安培以下)的场合，有时也可在交流场合使用， 常用于微电机、电兹阀的驱动或取代机械触点或继电器作为开关量输 出器件。常用的集成功率电子开关有TWH8751、TWH8728等。 图2.14是TWH8751的3引脚图，其中V和V是外接电源的正端和地、 是输入端、S是控制端、V0是输出端，当输入端的电平高于控制 端的电平时，输出端导通。图2.15是TWH8751作为直流输出开关的接 线方法，当ST为低电平时，负载得电。 +12V 1k2 3902 TWH 8751 5 4 TWH8751 VIN ST V Vo V 图2.14TWH8751的1脚图 图2.15TWH8751作为直流输出开关
集成功率电子开关输出 集成功率电子开关是一种可由数字电路直接驱动的直流电子逻辑 开关，具有开关速度快、无触点、无噪声、寿命长等特点，一般用于 直流负载且电流不大(几安培以下)的场合，有时也可在交流场合使用， 常用于微电机、电磁阀的驱动或取代机械触点或继电器作为开关量输 出器件。常用的集成功率电子开关有TWH8751、TWH8728等。 图2.14是TWH8751的引脚图，其中V+和V-是外接电源的正端和地、 VIN 是输入端、ST 是控制端、VO 是输出端，当输入端的电平高于控制 端的电平时，输出端导通。图2.15是TWH8751作为直流输出开关的接 线方法，当ST为低电平时，负载得电。 图2.14 TWH8751的引脚图 图2.15 TWH8751作为直流输出开关
2.3模拟量输入 生产过程中的随时间连续变化的物理量，如温度、 压力、流量、液位、湿度等，由传感器检侧并转换为 模拟的电信号，通过模拟量输入通道送至计算机系统， 最终经AD转换器转化为数字量，才能交由计算机处理。 ☐多路A/D转换技术 采样-保持器 模拟量输入的隔离 模拟输入信号的放大 ☐模拟量输入信号滤波
2.3 模拟量输入 生产过程中的随时间连续变化的物理量，如温度、 压力、流量、液位、湿度等，由传感器检测并转换为 模拟的电信号，通过模拟量输入通道送至计算机系统， 最终经A/D转换器转化为数字量，才能交由计算机处理。 ❑ 多路A/D转换技术 ❑ 采样-保持器 ❑ 模拟量输入的隔离 ❑ 模拟输入信号的放大 ❑ 模拟量输入信号滤波