智能模拟信号采集卡的设计与实现

摘要

分布式控制系统DCS(Distributed Control System)问世于1975年,至今已经发展为电力、石化、化工等行业中成熟的控制系统,其2005年国内市场规模62亿元,增速19.20,6,至2010年,预测增速将下降到13％。同时,加入市场的竞争者越来越多,比如刚刚上市的科远股份。在市场增长率总体逐年下降、竞争日趋激烈的背景下,很多品牌都开始进行产品优化,以稳固和抢占市场。一般来说,产品优化的目标就是提高质量,降低成本。
　　GE新华公司的DCS系统卡件已经在市场上使用多年,硬件成本高,生产、测试自动化程度不足,存在很大的优化空间。同时,原有产品在故障定位、升级方法上存在不足,难于进行现场固件升级,出了问题只能回厂返修,出现故障难以准确快速定位,维修难度大。这些都是增加卡件综合成本的因素。同时测试、校准方法多为人工,无法很好地控制质量。
　　在此背景下迫切需要对原有DCS所用的I/O卡件进行升级,除降低成本和提高性能外更要加入对远程更新的支持,同时提供对自动校准、自动测试的支持和卡件运行监测等功能。
　　本文讨论模拟信号(主要针对温度信号)采集卡的设计与实现。与旧的卡件相比,新设计的卡件硬件成本较原有卡件降低30％以上,提供了对远程更新、自动校准、自动测试的支持,提高卡件的整体生产效率11％。同时,采用了AD7794模数转换电路片载的对称恒流源进行热电阻测量,提高了可靠性和精度。本文中所研究使用的方法包括在单片机上实现在线升级固件等具有普遍意义,方法适用于其他类型卡件的设计,同样可以应用于其他项目。
　　经过一年多的研制开发,本文研制的模拟信号采集卡已经正式投产,在国内外多个电厂DCS系统中得到成功应用,经受住了时间的考验和用户的检验,圆满解决了旧卡件所面临的问题。在公司后续的DCS项目实施中,,将全部替换原有卡件,并将在此经验基础上,开发结构更新,功能更强的DCS产品。