Scelta dell'hardware DAQ: scheda PCI, I/O USB o I/O Ethernet

Lo stesso compito di misura può spesso essere risolto con una scheda DAQ PCI o PCI Express da inserire nel PC di prova, con un modulo I/O USB accanto a un laptop, oppure con un modulo I/O Ethernet vicino all'oggetto in prova. Le tre soluzioni si comportano in modo molto diverso per frequenza di campionamento, temporizzazione, isolamento e cablaggio. Questo articolo esamina i criteri che contano nella scelta dell'hardware DAQ per un banco di prova o un laboratorio, e mostra dove si collocano le schede e i moduli ICP DAS.

Frequenza di campionamento e campionamento simultaneo

Il teorema del campionamento richiede una frequenza di campionamento superiore al doppio della frequenza più alta del segnale. In pratica si campiona diverse volte più velocemente, e occorre un filtro anti-aliasing oppure un segnale privo di contenuto oltre la metà della frequenza di campionamento.

Verificare se una frequenza è indicata per canale o come totale. Molti ingressi multicanale condividono un solo convertitore tra i canali. L'ET-2217H, ad esempio, campiona 8 kHz complessivi: 1 kHz per canale con tutti e otto i canali attivi, oppure 8 kHz su un singolo canale. Un ingresso a scansione introduce inoltre un piccolo sfasamento temporale tra i canali, che conta quando si confrontano le fasi, ad esempio tra tensione e corrente.

Il campionamento simultaneo elimina questo sfasamento. Le schede PCIe-8620 e PCIe-8622 campionano simultaneamente 8 o 16 canali a 200 kS/s per canale con risoluzione a 16 bit. Via Ethernet, il PET-7H16M offre 8 canali a 16 bit campionati simultaneamente a 200 kS/s ciascuno, e il PET-7H24M 4 canali differenziali a 24 bit a 128 kS/s ciascuno.

Esempio: otto uscite di sensori da ±10 V con contenuto fino a 5 kHz richiedono ben oltre 10 kS/s per canale, acquisiti nello stesso istante. L'ET-2217H è troppo lento per questo caso. Una PCIe-8620 nel PC di prova o un PET-7H16M accanto all'impianto lo coprono con margine.

Latenza e trasferimento dei dati

Frequenza di campionamento e latenza sono cose diverse. Una scheda o un modulo in streaming può acquisire dati a una frequenza precisa, temporizzata via hardware, e consegnarli comunque al programma in blocchi.

• Schede PCI e PCIe bufferizzano i campioni in una FIFO a bordo, ad esempio 8.192 campioni sulla PCI-1802LU e sulla PCI-2602U, e vengono letti per polling, interrupt o DMA a seconda del modello. È il percorso più breve tra il segnale e il software di test.
• I/O USB come l'USB-2026 usano USB 2.0 full speed (12 Mbps) e sono adatti a letture dell'ordine di decine o centinaia di campioni al secondo, come la sua modalità rapida a 200 Hz, più che alla acquisizione di forme d'onda.
• I/O Ethernet lavorano di solito in modalità comando-risposta: il modulo campiona nella propria tabella registri Modbus e l'host legge gli ultimi valori quando li richiede. L'ET-2217H e i moduli PET-7H supportano anche lo streaming TCP di blocchi continui di campioni. Lo streaming offre alta portata, ma la dimensione del blocco aggiunge ritardo, quindi è più adatto alla registrazione che al controllo veloce ad anello chiuso.

Isolamento, distanza e numero di canali

L'isolamento protegge il PC e la misura da differenze di potenziale di terra e da transitori generati da motori o elettronica di potenza. Esempi sono l'isolamento di bus sulla PCIe-8620 (2500 VDC) e sulla PISO-813U (3750 Vrms), l'isolamento I/O di 3000 VDC sui moduli analogici ET-2200 come l'ET-2217H, l'isolamento tra canali di 3000 VDC sull'ET-2217CI e l'isolamento interno al modulo di 3000 VDC sull'USB-4018HS.

La distanza determina dove devono trovarsi i circuiti elettronici. Con una scheda PC, ogni cavo di sensore arriva fino al PC, che raccoglie disturbi su tratte lunghe di segnali a basso livello. I cavi USB sono limitati a circa 5 m senza estensori attivi. Ethernet consente 100 m per segmento in rame, e lo switch a 2 porte dei moduli ET-2200 permette di collegare i moduli in cascata lungo una linea di prova.

Il numero di canali è semplice su una scheda finché una sola scheda è sufficiente. La PCI-AD64SU offre 64 ingressi single-ended o 32 differenziali a 16 bit, con 1 MS/s su un canale fisso e 250 kS/s in scansione. Il suo selettore Card ID permette al software di distinguere schede identiche nello stesso PC.

Software e driver

Verificare il supporto dei driver prima di confrontare le specifiche. Schede come la PCI-1802LU e la PCI-1602U sono supportate su Windows, Linux e DOS, con una DLL, un controllo ActiveX e programmi di esempio per C++, Delphi, Visual Basic, C#.NET, VB.NET e LabVIEW. L'USB-2026 è fornito con una libreria API per Windows e Linux; l'USB-4018HS usa una porta COM virtuale e Modbus RTU. I moduli Ethernet usano Modbus TCP, e i modelli ET-2200 aggiungono MQTT e un web server. Per lo streaming TCP, l'ET-2217H e il PET-7H16M dispongono di SDK per Windows (inclusi esempi Python e un toolkit LabVIEW) e Linux.

Scelta dell'hardware DAQ: confronto affiancato

Quali famiglie di prodotti ICP DAS sono adatte

• Schede DAQ: schede multifunzione PCI universali (serie PCI-1202, PCI-1602 e PCI-1802, PCI-2602U), schede PCI Express (PEX-1202, PCIe-8620, PCIe-8622), la PCI-AD64SU a 64 canali e la PISO-813U isolata. Sceglierle per alte frequenze di campionamento e campionamento simultaneo.
• Moduli I/O USB: il modulo multifunzione USB-2026, i moduli termocoppia USB-4018HS, i moduli I/O digitali e a relè, e le unità di espansione USB-87P per i moduli I/O I-87K. Sceglierli per banchi portatili e laptop.
• Moduli I/O Ethernet: la serie ET-2200 con ingressi analogici ad alta velocità (ET-2217H), RTD (ET-2215H) e termocoppia (ET-2218HS-16), le versioni PoE con prefisso PET-, e i moduli DAQ PET-7H16M e PET-7H24M. Sceglierli quando la misura deve trovarsi vicino all'oggetto in prova.

Inviate l'elenco dei segnali, i range, le frequenze di campionamento e le distanze al nostro team di vendita tecnica, e vi suggeriremo una combinazione adatta.