DAQ-hardware kiezen: PCI-kaart, USB-I/O of Ethernet-I/O

Dezelfde meettaak kan vaak worden opgelost met een inbouw-PCI- of PCI Express-DAQ-kaart in de testpc, een USB-I/O-module naast een laptop, of een Ethernet-I/O-module naast het testobject. De drie vormfactoren verschillen sterk in samplefrequentie, timing, isolatie en bekabeling. Dit artikel loopt de criteria langs die er toe doen bij het kiezen van DAQ-hardware voor een test- of labopstelling, en laat zien waar de kaarten en modules van ICP DAS passen.

Samplefrequentie en gelijktijdige bemonstering

Het bemonsteringstheorema vereist een samplefrequentie van meer dan tweemaal de hoogste frequentie in het signaal. In de praktijk bemonster je aanzienlijk sneller, en heb je ofwel een anti-aliasingfilter nodig, ofwel een signaal zonder inhoud boven de helft van de samplefrequentie.

Controleer of een frequentie per kanaal of totaal wordt opgegeven. Veel meerkanaalsingangen delen één converter over de kanalen. De ET-2217H bemonstert bijvoorbeeld 8 kHz in totaal: 1 kHz per kanaal met alle acht kanalen actief, of 8 kHz op een enkel kanaal. Een gescande ingang voegt ook een kleine tijdsverschuiving tussen kanalen toe, wat belangrijk is wanneer je fase vergelijkt, bijvoorbeeld tussen spanning en stroom.

Gelijktijdige bemonstering verwijdert die verschuiving. De PCIe-8620- en PCIe-8622-kaarten bemonsteren 8 of 16 kanalen tegelijk met 200 kS/s per kanaal bij 16-bits resolutie. Via Ethernet biedt de PET-7H16M 8 gelijktijdig bemonsterde 16-bits kanalen met elk 200 kS/s, en de PET-7H24M 4 differentiële 24-bits kanalen met elk 128 kS/s.

Voorbeeld: acht sensoruitgangen van ±10 V met inhoud tot 5 kHz vragen ruim boven 10 kS/s per kanaal, op hetzelfde moment vastgelegd. De ET-2217H is hiervoor te traag. Een PCIe-8620 in de testpc of een PET-7H16M naast de opstelling dekt dit met marge af.

Latentie en gegevensoverdracht

Samplefrequentie en latentie zijn verschillende zaken. Een kaart of streamingmodule kan gegevens vastleggen met een nauwkeurige, hardwaregestuurde snelheid en ze toch in blokken aan je programma leveren.

• PCI- en PCIe-kaarten bufferen samples in een FIFO op de kaart, bijvoorbeeld 8.192 samples op de PCI-1802LU en PCI-2602U, en worden afhankelijk van het model gelezen via polling, interrupt of DMA. Dit is de kortste route tussen het signaal en je testsoftware.
• USB-I/O, zoals de USB-2026, gebruikt USB 2.0 full speed (12 Mbps) en is geschikt voor metingen van tientallen of honderden samples per seconde, zoals de 200 Hz-snelle modus, in plaats van voor golfvormopname.
• Ethernet-I/O werkt meestal in opdracht-antwoordmodus: de module bemonstert in zijn Modbus-registertabel, en de host leest de meest recente waarden wanneer hij daarom vraagt. De ET-2217H en de PET-7H-modules ondersteunen ook TCP-streaming van continue sampleblokken. Streaming geeft een hoge doorvoer, maar de blokgrootte voegt vertraging toe, waardoor het beter geschikt is voor registratie dan voor snelle closed-loop-regeling.

Isolatie, afstand en aantal kanalen

Isolatie beschermt de pc en de meting tegen potentiaalverschillen in de aarde en transiënten van motoren of vermogenselektronica. Voorbeelden zijn busisolatie op de PCIe-8620 (2500 VDC) en PISO-813U (3750 Vrms), 3000 VDC I/O-isolatie op analoge ET-2200-modules zoals de ET-2217H, 3000 VDC kanaal-naar-kanaalisolatie op de ET-2217CI, en 3000 VDC isolatie binnen de module op de USB-4018HS.

Afstand bepaalt waar de elektronica moet staan. Bij een PC-kaart loopt elke sensorkabel terug naar de pc, die ruis oppikt op lange trajecten van laagspanningssignalen. USB-kabels zijn beperkt tot ongeveer 5 m zonder actieve verlengers. Ethernet staat 100 m per koperen segment toe, en de 2-poorts-switch op ET-2200-modules laat je modules in serie langs een testlijn aansluiten.

Aantal kanalen is eenvoudig op een kaart zolang één kaart volstaat. De PCI-AD64SU heeft 64 single-ended of 32 differentiële 16-bits ingangen, met 1 MS/s op een vast kanaal en 250 kS/s bij scannen. Zijn Card ID-schakelaar laat software identieke kaarten in één pc onderscheiden.

Software en drivers

Controleer de driverondersteuning voordat je specificaties vergelijkt. Kaarten zoals de PCI-1802LU en PCI-1602U worden ondersteund op Windows, Linux en DOS, met een DLL, een ActiveX-besturingselement en voorbeeldprogramma's voor C++, Delphi, Visual Basic, C#.NET, VB.NET en LabVIEW. De USB-2026 wordt geleverd met een API-bibliotheek voor Windows en Linux; de USB-4018HS gebruikt een virtuele COM-poort en Modbus RTU. Ethernet-modules gebruiken Modbus TCP, en ET-2200-modellen voegen MQTT en een webserver toe. Voor TCP-streaming hebben de ET-2217H en PET-7H16M SDK's voor Windows (inclusief Python-demo's en een LabVIEW-toolkit) en Linux.

DAQ-hardware kiezen: vergelijking naast elkaar

Welke productgroepen van ICP DAS passen

• DAQ-kaarten: universele PCI-multifunctionele kaarten (PCI-1202-, PCI-1602- en PCI-1802-serie, PCI-2602U), PCI Express-kaarten (PEX-1202, PCIe-8620, PCIe-8622), de 64-kanaals PCI-AD64SU en de geïsoleerde PISO-813U. Kies deze voor hoge samplefrequenties en gelijktijdige bemonstering.
• USB-I/O-modules: de multifunctionele USB-2026, de USB-4018HS-thermokoppelmodules, digitale I/O- en relaismodules, en USB-87P-uitbreidingseenheden voor I-87K I/O-modules. Kies deze voor draagbare opstellingen en laptops.
• Ethernet-I/O-modules: de ET-2200-serie met snelle analoge (ET-2217H), RTD- (ET-2215H) en thermokoppelingangen (ET-2218HS-16), PoE-versies met een PET--voorvoegsel, en de DAQ-modules PET-7H16M en PET-7H24M. Kies deze wanneer de meting dicht bij het testobject moet staan.

Stuur je signaallijst, bereiken, samplefrequenties en afstanden naar ons technische verkoopteam, dan stellen wij een passende combinatie voor.