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#p#分页标题#e#电网的工频干扰。

二、信号D/A（数字转模拟）转换及还原监控技术

　　ISO DAO信号D/A（数字转模拟）转换器可实现主机RS-485/232接口数字信号隔离转换成标准模拟信号，用以控制远程设备。广泛应用在 RS-232/RS-485总线工业自动化控制系统的0-20mA/4-20mA/0-5V/0-10V等标准模拟信号还原输出，用来控制工业现场的执行设备，控制设备以及显示仪表等等。

　　ISO DAO信号D/A（数字转模拟）转换器包括电源隔离，信号隔离、线性化，D/A转换和RS-485串行通信。每个串口最多可接256只 ISODA系列模块，通讯方式采用ASCII码通讯协议或MODBUS RTU通讯协议，其指令集兼容于大多数同类模块，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 DAO信号D/A（数字转模拟）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中。

　　ISO DAO信号D/A（数字转模拟）转换器按工业标准设计、制造，信号输出 / 通讯接口之间隔离，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℃～+80℃。

　　ISO DAO数字转模拟 （D/A）转换器功能简介：

　　ISO DAO信号D/A（数字转模拟）转换器框图，如图2所示。

　　图2　　ISO DAO信号D/A（数字转模拟）转换器原理框图

　　ISO DAO 信号隔离D/A转换模块，可以用来输出一路电压或电流信号，也可以用来输出两路可以共地的电流或电压信号。

　　1、模拟信号输出和工作电源

　　12位输出精度，产品出厂前所有信号输出范围已全部校准。在使用时，用户也可以很方便的自行编程校准，因此在现场的应用更加灵活。信号输出温度漂移：±20 ppm/℃ （±30 ppm/℃， 最大）。工作电源，+8 ~ 50VDC宽供电范围，内部有防反接和过压保护电路。#p#分页标题#e#功率消耗：小于1.5W。隔离耐压：通讯接口 / 输出　之间：3KVDC，1分钟，漏电流 1mA，其中通讯接口和电源共地。

　　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。

　　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。由于支持通用的MODBUS RTU协议，所以能够在工控领域得到广泛应用。

　　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。

三、ISO DAO模块在远程控制工业烤箱上的应用

　　工业烤箱应用广泛，在电工、电子、仪表、材料、半导体等生产企业对非易燃易爆物进行干燥、烘培及其热处理试验；可用于学校、医疗、食品、化工等单位对非易燃易爆物进行干燥、保湿、烘培及其热处理等试验；特别适用于LED、LCD石英晶体电容、电阻等要求高恒精度和可靠性产品的过程烘干和老化。适用于烘烤有化学性气体及食品加工行业的欲烘烤物品、基板应力的去除、油墨的固化、漆膜等等的精密烘烤、烘干、回火、预热、定型、加工等。

　　工业烤箱由角钢、薄钢板构成，另外箱体加强，外表面复漆，外壳与内胆之间用硅酸铝纤维充填，形成可靠的保温层。工业烤箱采用电热丝加热，外加温控器控制烤箱内的温度。外部输入0-5VDC模拟电压信号到温控器，温控器根据输入的信号来控制工业烤箱的温度。由于工业烤箱距离控制中心的PLC有500多米，直接用PLC的AO模块输出0-5VDC传输到温控器后，信号出现了比较大的衰减，影响控制的精度，所以采用ISODA O4-485模块来实现信号的数字化远传。将ISODA O4-485模块安装在温控器附近，ISODA O4-485模块的模拟量输出接口连接到温控器的0-5VDC输入端，PLC的RS-485接口通过屏蔽电缆来连接到ISODA O4-485模块的RS-485接口。

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PLC和ISODA O4-485模块的通讯采用MODBUS RTU通讯协议。ISODA O4-485模块出厂的设置是：通讯协议指令集规定的ASCII协议，通讯的地址为01，波特率为9600bps。通讯的波特率和地址不用修改，通讯协议要修改为MODBUS RTU通讯协议，可以按照以下步骤，设置模块为MODBUS RTU通讯协议。1，将CONFIG引脚（第8脚）和GND引脚（第7脚）短接。2，正确连接电源线和通讯接口线。3，接通电源，模块自动进入缺省状态，通讯地址为00，波特率为9600。4，等待1分钟，模块初始化。5，发送命令$00P1（cr），检查应答，如果为！00 （cr）则设置成功。6，关闭电源，断开CONFIG引脚和GND引脚之间的连接。完成以上步骤后，模块已经成功设置为Modbus RTU通讯协议方式，直接接入PLC即可。

　　ISODA O4-485模块寄存器40001的数据为通道0的当前输出值，寄存器40002的数据为通道1的当前输出值。以寄存器的40001为例，其值为16进制数0x0FFF时，ISODA O4-485模块通道0输出5VDC的电压信号，其值为16进制数0x07FF时，ISODA O4-485模块通道0输出2.5VDC的电压信号，其值为16进制数0x0000时，ISODA O4-485模块通道0输出0VDC的电压信号。PLC通过改变ISODA O4-485模块寄存器内数据大小来达到改变模拟信号输出的目的。

　　ISO DAO信号转换器在远程控制工业烤箱上的应用框图，如图3所示。

　　图3　ISO DAO模块在远程控制工业烤箱上的应用框图