引言
隨著電子產(chǎn)業(yè)數(shù)字化程度的不斷發(fā)展，逐漸形成了以數(shù)字系統(tǒng)為主體的格局。A/D和D/A轉(zhuǎn)換器作為模擬和數(shù)字電路的接口，正受到日益廣泛的關(guān)注。隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的要求也越來越高，新型模擬/數(shù)字和數(shù)字/模擬之間的轉(zhuǎn)換技術(shù)不斷涌現(xiàn)。通過這些轉(zhuǎn)換人們可以運(yùn)用各種控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，如控制某個空間的溫度、濕度，控制液體的液位和流量，控制物體的位移、速度及壓力等。在實(shí)際工作環(huán)境中，各種傳感器、PLC的AO模塊或DCS系統(tǒng)輸出的模擬量電流或電壓信號很弱（很多是mV或mA級），而且普遍帶負(fù)載能力低。直接用來監(jiān)控遠(yuǎn)程的執(zhí)行設(shè)備，往往會因?yàn)殚L距離的傳輸造成信號的衰減、失真，有時還會因其它外界信號干擾而造成信號出錯，影響整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
因此，要保證監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，首先需要將系統(tǒng)中的多種傳感器、多路PLC、DCS等輸出的模擬信號進(jìn)行隔離、放大、轉(zhuǎn)換。有些場合還需要通過各種通訊載體進(jìn)行遠(yuǎn)程無失真?zhèn)鬏敗?ISO 4021（A/D轉(zhuǎn)換）可以將傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，用RS232/485通訊將信號進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸或采用GPRS、GMS進(jìn)行無線數(shù)傳，然后用遠(yuǎn)程模擬信號輸出模塊ISO DAO（D/A轉(zhuǎn)換）將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，用還原的模擬信號進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制。這些技術(shù)在SCADA數(shù)據(jù)采集、FCS遠(yuǎn)程監(jiān)控中得到了越來越多的應(yīng)用。
一、信號A/D（模擬轉(zhuǎn)數(shù)字）轉(zhuǎn)換及遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)
ISO 4021信號A/D（模擬轉(zhuǎn)數(shù)字）轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)傳感器和主機(jī)之間的信號采集，用以檢測模擬信號或控制遠(yuǎn)程設(shè)備。通過軟件的配置，可用于多種傳感器類型，包括：模擬信號輸入，模擬信號輸出，和數(shù)字信號輸入/輸出（I/O）。廣泛用在 RS-232/485總線工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，4-20mA / 0-5V信號測量、監(jiān)視和控制，小信號的測量以及工業(yè)現(xiàn)場信號隔離及長線傳輸?shù)鹊取?/p>
ISO 4021信號A/D（模擬轉(zhuǎn)數(shù)字）轉(zhuǎn)換器包括電源隔離，信號隔離、線性化，A/D轉(zhuǎn)換和RS-485串行通信。每個串口最多可接256只 ISO 4021系列模塊，通訊方式采用ASCII碼通訊協(xié)議或MODBUS RTU通訊協(xié)議，其指令集兼容于ADAM模塊，波特率可由代碼設(shè)置，能與其他廠家的控制模塊掛在同一RS-485總線上，便于計(jì)算機(jī)編程。
ISO 4021信號A/D（模擬轉(zhuǎn)數(shù)字）轉(zhuǎn)換器是基于單片機(jī)的智能監(jiān)測和控制系統(tǒng)，所有的用戶設(shè)定的校準(zhǔn)值，地址，波特率，數(shù)據(jù)格式，校驗(yàn)和狀態(tài)等配置信息都儲存在非易失性存儲器EEPROM里。ISO 4021系列產(chǎn)品按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造，信號輸入 / 輸出之間隔離，可承受3000VDC隔離電壓，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。工作溫度范圍- 45℃～+85℃。
ISO 4021模擬轉(zhuǎn)數(shù)字 （A/D）轉(zhuǎn)換器功能簡介：
ISO 4021信號A/D（模擬轉(zhuǎn)數(shù)字）轉(zhuǎn)換器框圖，如圖1所示。
圖1 ISO 4021信號A/D（模擬轉(zhuǎn)數(shù)字）轉(zhuǎn)換器原理框圖
ISO 4021 信號隔離采集模塊，可以用來測量一路電壓或電流信號，也可以用來測量兩路可以共地且不會互相干擾的電流或電壓信號。
1、模擬信號輸入
24位采集精度，產(chǎn)品出廠前所有信號輸入范圍已全部校準(zhǔn)。在使用時，用戶也可以很方便的自行編程校準(zhǔn)。具體電流或電壓輸入量程請看產(chǎn)品選型，測量兩路信號時兩路輸入選型必須相同。
2、通訊協(xié)議
通訊接口： 1路標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通訊接口或1路標(biāo)準(zhǔn)的RS-232通訊接口，訂貨選型時注明。
通訊協(xié)議：支持兩種協(xié)議，命令集定義的字符協(xié)議和MODBUS RTU通訊協(xié)議。可通過編程設(shè)定使用那種通訊協(xié)議，能實(shí)現(xiàn)與多種品牌的PLC、RTU或計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。
數(shù)據(jù)格式：10位。1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。
通訊地址（0～255）和波特率（300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400bps）均可設(shè)定；通訊網(wǎng)絡(luò)最長距離可達(dá)1200米，通過雙絞屏蔽電纜連接。
通訊接口高抗干擾設(shè)計(jì)，±15KV ESD保護(hù)，通信響應(yīng)時間小于100mS。
3、抗干擾
可根據(jù)需要設(shè)置校驗(yàn)和。模塊內(nèi)部有瞬態(tài)抑制二極管，可以有效抑制各種浪涌脈沖，保護(hù)模塊，內(nèi)部的數(shù)字濾波，也可以很好的抑制來自#p#分頁標(biāo)題#e#電網(wǎng)的工頻干擾。
二、信號D/A（數(shù)字轉(zhuǎn)模擬）轉(zhuǎn)換及還原監(jiān)控技術(shù)
ISO DAO信號D/A（數(shù)字轉(zhuǎn)模擬）轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)主機(jī)RS-485/232接口數(shù)字信號隔離轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號，用以控制遠(yuǎn)程設(shè)備。廣泛應(yīng)用在 RS-232/RS-485總線工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的0-20mA/4-20mA/0-5V/0-10V等標(biāo)準(zhǔn)模擬信號還原輸出，用來控制工業(yè)現(xiàn)場的執(zhí)行設(shè)備，控制設(shè)備以及顯示儀表等等。
ISO DAO信號D/A（數(shù)字轉(zhuǎn)模擬）轉(zhuǎn)換器包括電源隔離，信號隔離、線性化，D/A轉(zhuǎn)換和RS-485串行通信。每個串口最多可接256只 ISODA系列模塊，通訊方式采用ASCII碼通訊協(xié)議或MODBUS RTU通訊協(xié)議，其指令集兼容于大多數(shù)同類模塊，波特率可由代碼設(shè)置，能與其他廠家的控制模塊掛在同一RS-485總線上，便于計(jì)算機(jī)編程。
ISO DAO信號D/A（數(shù)字轉(zhuǎn)模擬）轉(zhuǎn)換器是基于單片機(jī)的智能監(jiān)測和控制系統(tǒng)，所有的用戶設(shè)定的校準(zhǔn)值，地址，波特率，數(shù)據(jù)格式，校驗(yàn)和狀態(tài)等配置信息都儲存在非易失性存儲器EEPROM中。
ISO DAO信號D/A（數(shù)字轉(zhuǎn)模擬）轉(zhuǎn)換器按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造，信號輸出 / 通訊接口之間隔離，可承受3000VDC隔離電壓，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。工作溫度范圍- 45℃～+80℃。
ISO DAO數(shù)字轉(zhuǎn)模擬 （D/A）轉(zhuǎn)換器功能簡介：
ISO DAO信號D/A（數(shù)字轉(zhuǎn)模擬）轉(zhuǎn)換器框圖，如圖2所示。
圖2 ISO DAO信號D/A（數(shù)字轉(zhuǎn)模擬）轉(zhuǎn)換器原理框圖
ISO DAO 信號隔離D/A轉(zhuǎn)換模塊，可以用來輸出一路電壓或電流信號，也可以用來輸出兩路可以共地的電流或電壓信號。
1、模擬信號輸出和工作電源
12位輸出精度，產(chǎn)品出廠前所有信號輸出范圍已全部校準(zhǔn)。在使用時，用戶也可以很方便的自行編程校準(zhǔn)，因此在現(xiàn)場的應(yīng)用更加靈活。信號輸出溫度漂移：±20 ppm/℃ （±30 ppm/℃， 最大）。工作電源，+8 ~ 50VDC寬供電范圍，內(nèi)部有防反接和過壓保護(hù)電路。#p#分頁標(biāo)題#e#功率消耗：小于1.5W。隔離耐壓：通訊接口 / 輸出 之間：3KVDC，1分鐘，漏電流 1mA，其中通訊接口和電源共地。
2、通訊協(xié)議
通訊接口： 1路標(biāo)準(zhǔn)的RS-485通訊接口或1路標(biāo)準(zhǔn)的RS-232通訊接口。
通訊協(xié)議：支持兩種協(xié)議，命令集定義的字符協(xié)議和MODBUS RTU通訊協(xié)議。可通過編程設(shè)定使用那種通訊協(xié)議，能實(shí)現(xiàn)與多種品牌的PLC、RTU或計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。由于支持通用的MODBUS RTU協(xié)議，所以能夠在工控領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
數(shù)據(jù)格式：10位。1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。
通訊地址（0～255）和波特率（300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400bps）均可設(shè)定；通訊網(wǎng)絡(luò)最長距離可達(dá)1200米，通過雙絞屏蔽電纜連接。
通訊接口高抗干擾設(shè)計(jì)，±15KV ESD保護(hù)，通信響應(yīng)時間小于100mS。
3、抗干擾
可根據(jù)需要設(shè)置校驗(yàn)和。模塊內(nèi)部有瞬態(tài)抑制二極管，可以有效抑制各種浪涌脈沖，保護(hù)模塊，內(nèi)部的數(shù)字濾波，也可以很好的抑制來自電網(wǎng)的工頻干擾。
三、ISO DAO模塊在遠(yuǎn)程控制工業(yè)烤箱上的應(yīng)用
工業(yè)烤箱應(yīng)用廣泛，在電工、電子、儀表、材料、半導(dǎo)體等生產(chǎn)企業(yè)對非易燃易爆物進(jìn)行干燥、烘培及其熱處理試驗(yàn)；可用于學(xué)校、醫(yī)療、食品、化工等單位對非易燃易爆物進(jìn)行干燥、保濕、烘培及其熱處理等試驗(yàn)；特別適用于LED、LCD石英晶體電容、電阻等要求高恒精度和可靠性產(chǎn)品的過程烘干和老化。適用于烘烤有化學(xué)性氣體及食品加工行業(yè)的欲烘烤物品、基板應(yīng)力的去除、油墨的固化、漆膜等等的精密烘烤、烘干、回火、預(yù)熱、定型、加工等。
工業(yè)烤箱由角鋼、薄鋼板構(gòu)成，另外箱體加強(qiáng)，外表面復(fù)漆，外殼與內(nèi)膽之間用硅酸鋁纖維充填，形成可靠的保溫層。工業(yè)烤箱采用電熱絲加熱，外加溫控器控制烤箱內(nèi)的溫度。外部輸入0-5VDC模擬電壓信號到溫控器，溫控器根據(jù)輸入的信號來控制工業(yè)烤箱的溫度。由于工業(yè)烤箱距離控制中心的PLC有500多米，直接用PLC的AO模塊輸出0-5VDC傳輸?shù)綔乜仄骱螅盘柍霈F(xiàn)了比較大的衰減，影響控制的精度，所以采用ISODA O4-485模塊來實(shí)現(xiàn)信號的數(shù)字化遠(yuǎn)傳。將ISODA O4-485模塊安裝在溫控器附近，ISODA O4-485模塊的模擬量輸出接口連接到溫控器的0-5VDC輸入端，PLC的RS-485接口通過屏蔽電纜來連接到ISODA O4-485模塊的RS-485接口。
#p#分頁標(biāo)題#e#
PLC和ISODA O4-485模塊的通訊采用MODBUS RTU通訊協(xié)議。ISODA O4-485模塊出廠的設(shè)置是：通訊協(xié)議指令集規(guī)定的ASCII協(xié)議，通訊的地址為01，波特率為9600bps。通訊的波特率和地址不用修改，通訊協(xié)議要修改為MODBUS RTU通訊協(xié)議，可以按照以下步驟，設(shè)置模塊為MODBUS RTU通訊協(xié)議。1，將CONFIG引腳（第8腳）和GND引腳（第7腳）短接。2，正確連接電源線和通訊接口線。3，接通電源，模塊自動進(jìn)入缺省狀態(tài)，通訊地址為00，波特率為9600。4，等待1分鐘，模塊初始化。5，發(fā)送命令$00P1（cr），檢查應(yīng)答，如果為！00 （cr）則設(shè)置成功。6，關(guān)閉電源，斷開CONFIG引腳和GND引腳之間的連接。完成以上步驟后，模塊已經(jīng)成功設(shè)置為Modbus RTU通訊協(xié)議方式，直接接入PLC即可。
ISODA O4-485模塊寄存器40001的數(shù)據(jù)為通道0的當(dāng)前輸出值，寄存器40002的數(shù)據(jù)為通道1的當(dāng)前輸出值。以寄存器的40001為例，其值為16進(jìn)制數(shù)0x0FFF時，ISODA O4-485模塊通道0輸出5VDC的電壓信號，其值為16進(jìn)制數(shù)0x07FF時，ISODA O4-485模塊通道0輸出2.5VDC的電壓信號，其值為16進(jìn)制數(shù)0x0000時，ISODA O4-485模塊通道0輸出0VDC的電壓信號。PLC通過改變ISODA O4-485模塊寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)大小來達(dá)到改變模擬信號輸出的目的。
ISO DAO信號轉(zhuǎn)換器在遠(yuǎn)程控制工業(yè)烤箱上的應(yīng)用框圖，如圖3所示。
圖3 ISO DAO模塊在遠(yuǎn)程控制工業(yè)烤箱上的應(yīng)用框圖
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