A/D D/A转换器在远程监控中的应用

摘要：本文介绍了利用模拟信号远程监控的应用方案。工业现场PLC的AO模块或SCADA、DCS系统输出的模拟量电流或电压信号直接去控制远程的执行设备，往往会因为长距离的传输造成信号的衰减、失真，有时还会因为其他外界信号干扰造成信号出错，影响整个系统的正常工作。应用ISO 4021/ISO DAO远程模拟信号输出模块的RS-485差分数字信号传输可以有效地提高系统抗干扰能力，利用RS-485的总线通讯和地址设置，在某些场合还可以减少布线，降低设备控制成本和提高系统可靠性。　　　

    引言

    随着电子产业数字化程度的不断发展，逐渐形成了以数字系统为主体的格局。A/D和D/A转换器作为模拟和数字电路的接口，正受到日益广泛的关注。随着数字技术的飞速发展，人们对A/D和D/A转换器的要求也越来越高，新型模拟/数字和数字/模拟之间的转换技术不断涌现。通过这些转换人们可以运用各种控制器进行远程监控，如控制某个空间的温度、湿度，控制液体的液位和流量，控制物体的位移、速度及压力等。在实际工作环境中，各种传感器、PLC的AO模块或DCS系统输出的模拟量电流或电压信号很弱（很多是mV或mA级），而且普遍带负载能力低。直接用来监控远程的执行设备，往往会因为长距离的传输造成信号的衰减、失真，有时还会因其它外界信号干扰而造成信号出错，影响整个系统的正常运行。

    因此，要保证监控系统的可靠性，首先需要将系统中的多种传感器、多路PLC、DCS等输出的模拟信号进行隔离、放大、转换。有些场合还需要通过各种通讯载体进行远程无失真传输。 ISO 4021(A/D转换)可以将传感器输出的模拟信号转换成数字信号，用RS232/485通讯将信号进行远程传输或采用GPRS、GMS进行无线数传，然后用远程模拟信号输出模块ISO DAO(D/A转换)将数字信号转换成模拟信号，用还原的模拟信号进行远程监测和控制。这些技术在SCADA数据采集、FCS远程监控中得到了越来越多的应用。

    一、信号A/D(模拟转数字)转换及远程传输技术

    ISO 4021信号A/D(模拟转数字)转换器可实现传感器和主机之间的信号采集，用以检测模拟信号或控制远程设备。通过软件的配置，可用于多种传感器类型，包括：模拟信号输入，模拟信号输出，和数字信号输入/输出（I/O）。广泛用在 RS-232/485总线工业自动化控制系统，4-20mA / 0-5V信号测量、监视和控制，小信号的测量以及工业现场信号隔离及长线传输等等。

    ISO 4021信号A/D(模拟转数字)转换器包括电源隔离，信号隔离、线性化，A/D转换和RS-485串行通信。每个串口最多可接256只 ISO 4021系列模块，通讯方式采用ASCII码通讯协议或MODBUS RTU通讯协议，其指令集兼容于ADAM模块，波特率可由代码设置，能与其他厂家的控制模块挂在同一RS-485总线上，便于计算机编程。

    ISO 4021信号A/D(模拟转数字)转换器是基于单片机的智能监测和控制系统，所有的用户设定的校准值，地址，波特率，数据格式，校验和状态等配置信息都储存在非易失性存储器EEPROM里。ISO 4021系列产品按工业标准设计、制造，信号输入 / 输出之间隔离，可承受3000VDC隔离电压，抗干扰能力强，可靠性高。工作温度范围- 45℃～+85℃。

    ISO 4021模拟转数字 (A/D)转换器功能简介：

    ISO 4021信号A/D(模拟转数字)转换器框图，如图1所示。

图1　　ISO 4021信号A/D(模拟转数字)转换器原理框图

    ISO 4021 信号隔离采集模块，可以用来测量一路电压或电流信号，也可以用来测量两路可以共地且不会互相干扰的电流或电压信号。

    1、模拟信号输入

    24位采集精度，产品出厂前所有信号输入范围已全部校准。在使用时，用户也可以很方便的自行编程校准。具体电流或电压输入量程请看产品选型，测量两路信号时两路输入选型必须相同。

    2、通讯协议

    通讯接口： 1路标准的RS-485通讯接口或1路标准的RS-232通讯接口，订货选型时注明。

    通讯协议：支持两种协议，命令集定义的字符协议和MODBUS　RTU通讯协议。可通过编程设定使用那种通讯协议，能实现与多种品牌的PLC、RTU或计算机监控系统进行网络通讯。

    数据格式：10位。1位起始位，8位数据位，1位停止位。

    通讯地址（0～255）和波特率（300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400bps）均可设定；通讯网络最长距离可达1200米，通过双绞屏蔽电缆连接。

    通讯接口高抗干扰设计，±15KV ESD保护，通信响应时间小于100mS。　　

    3、抗干扰

    可根据需要设置校验和。模块内部有瞬态抑制二极管，可以有效抑制各种浪涌脉冲，保护模块，内部的数字滤波，也可以很好的抑制来自电网的工频干扰。■