Wybór sprzętu DAQ: karta PCI, moduł I/O USB czy Ethernet

To samo zadanie pomiarowe często można rozwiązać kartą DAQ PCI lub PCI Express montowaną w komputerze testowym, modułem I/O USB podłączonym do laptopa albo modułem I/O Ethernet umieszczonym przy obiekcie badanym. Te trzy formy bardzo różnią się częstotliwością próbkowania, taktowaniem, izolacją i okablowaniem. Ten artykuł omawia kryteria, które mają znaczenie przy wyborze sprzętu DAQ do stanowiska testowego lub laboratoryjnego, i pokazuje, gdzie sprawdzają się karty i moduły ICP DAS.

Częstotliwość próbkowania i próbkowanie jednoczesne

Twierdzenie o próbkowaniu wymaga częstotliwości próbkowania większej niż dwukrotność najwyższej częstotliwości sygnału. W praktyce próbkuje się kilka razy szybciej i potrzebny jest albo filtr antyaliasingowy, albo sygnał bez składowych powyżej połowy częstotliwości próbkowania.

Sprawdź, czy podana częstotliwość dotyczy pojedynczego kanału, czy sumy kanałów. Wiele wejść wielokanałowych dzieli jeden przetwornik między kanałami. Na przykład ET-2217H próbkuje z sumaryczną częstotliwością 8 kHz: 1 kHz na kanał przy aktywnych wszystkich ośmiu kanałach albo 8 kHz na jednym kanale. Wejście skanowane wprowadza też niewielkie przesunięcie czasowe między kanałami, co ma znaczenie przy porównywaniu fazy, na przykład napięcia i prądu.

Próbkowanie jednoczesne eliminuje to przesunięcie. Karty PCIe-8620 i PCIe-8622 próbkują jednocześnie 8 lub 16 kanałów z szybkością 200 kS/s na kanał i rozdzielczością 16 bitów. Przez Ethernet moduł PET-7H16M oferuje 8 jednocześnie próbkowanych kanałów 16-bitowych po 200 kS/s każdy, a PET-7H24M 4 kanały różnicowe 24-bitowe po 128 kS/s każdy.

Przykład: osiem wyjść czujników ±10 V z treścią sygnału do 5 kHz wymaga znacznie więcej niż 10 kS/s na kanał, zarejestrowanych w tym samym momencie. ET-2217H jest w tym przypadku za wolny. Karta PCIe-8620 w komputerze testowym lub PET-7H16M przy stanowisku spełni wymagania z zapasem.

Opóźnienie i transfer danych

Częstotliwość próbkowania i opóźnienie to dwie różne rzeczy. Karta lub moduł strumieniujący może rejestrować dane z precyzyjnie taktowaną częstotliwością sprzętową, a mimo to przekazywać je programowi w blokach.

• Karty PCI i PCIe buforują próbki w pamięci FIFO na płycie, na przykład 8192 próbki w PCI-1802LU i PCI-2602U, i są odczytywane przez odpytywanie, przerwania lub DMA, w zależności od modelu. Jest to najkrótsza droga między sygnałem a oprogramowaniem testowym.
• Moduły I/O USB, takie jak USB-2026, korzystają z USB 2.0 full speed (12 Mb/s) i nadają się do odczytów rzędu dziesiątek lub setek próbek na sekundę, na przykład w szybkim trybie 200 Hz, a nie do rejestracji przebiegów.
• Moduły I/O Ethernet zwykle pracują w trybie polecenie-odpowiedź: moduł próbkuje do swojej tablicy rejestrów Modbus, a host odczytuje najnowsze wartości na żądanie. ET-2217H i moduły PET-7H obsługują także strumieniowanie TCP ciągłych bloków próbek. Strumieniowanie daje dużą przepustowość, ale rozmiar bloku dodaje opóźnienie, dlatego lepiej nadaje się do rejestracji niż do szybkiej regulacji w pętli zamkniętej.

Izolacja, odległość i liczba kanałów

Izolacja chroni komputer i pomiar przed różnicami potencjałów masy oraz stanami przejściowymi od silników lub energoelektroniki. Przykłady to izolacja magistrali na PCIe-8620 (2500 VDC) i PISO-813U (3750 Vrms), izolacja wejść I/O 3000 VDC w modułach analogowych ET-2200, takich jak ET-2217H, izolacja między kanałami 3000 VDC w ET-2217CI oraz izolacja wewnątrz modułu 3000 VDC w USB-4018HS.

Odległość decyduje o tym, gdzie powinna znajdować się elektronika. W przypadku karty PC każdy kabel czujnika biegnie z powrotem do komputera, a na długich odcinkach sygnałów niskiego poziomu zbiera zakłócenia. Kable USB są ograniczone do około 5 m bez aktywnych przedłużaczy. Ethernet dopuszcza 100 m na segment miedziany, a 2-portowy przełącznik w modułach ET-2200 pozwala łańcuchowo łączyć moduły wzdłuż linii pomiarowej.

Liczba kanałów jest prosta w przypadku karty, o ile jedna karta wystarcza. PCI-AD64SU oferuje 64 wejścia pojedyncze lub 32 różnicowe, 16-bitowe, z 1 MS/s na stałym kanale i 250 kS/s przy skanowaniu. Przełącznik Card ID pozwala oprogramowaniu rozróżnić identyczne karty w jednym komputerze.

Oprogramowanie i sterowniki

Przed porównaniem specyfikacji sprawdź obsługę sterowników. Karty takie jak PCI-1802LU i PCI-1602U są obsługiwane w systemach Windows, Linux i DOS, z biblioteką DLL, kontrolką ActiveX i programami przykładowymi dla C++, Delphi, Visual Basic, C#.NET, VB.NET i LabVIEW. USB-2026 dostarczany jest z biblioteką API dla Windows i Linux; USB-4018HS korzysta z wirtualnego portu COM i Modbus RTU. Moduły Ethernet używają Modbus TCP, a modele ET-2200 dodatkowo MQTT i serwera WWW. Do strumieniowania TCP ET-2217H i PET-7H16M mają zestawy SDK dla Windows (w tym dema w Pythonie i zestaw narzędzi LabVIEW) oraz Linux.

Wybór sprzętu DAQ: zestawienie porównawcze

Które grupy produktów ICP DAS się sprawdzą

• Karty DAQ: uniwersalne wielofunkcyjne karty PCI (serie PCI-1202, PCI-1602 i PCI-1802, PCI-2602U), karty PCI Express (PEX-1202, PCIe-8620, PCIe-8622), 64-kanałowa PCI-AD64SU oraz izolowana PISO-813U. Wybierz je przy wysokich częstotliwościach próbkowania i próbkowaniu jednoczesnym.
• Moduły I/O USB: wielofunkcyjny USB-2026, moduły termoparowe USB-4018HS, moduły wejść/wyjść cyfrowych i przekaźników oraz jednostki rozszerzeń USB-87P dla modułów I/O I-87K. Wybierz je do przenośnych stanowisk i laptopów.
• Moduły I/O Ethernet: seria ET-2200 z szybkimi wejściami analogowymi (ET-2217H), RTD (ET-2215H) i termoparowymi (ET-2218HS-16), wersje PoE z prefiksem PET- oraz moduły DAQ PET-7H16M i PET-7H24M. Wybierz je, gdy pomiar musi znajdować się blisko obiektu badanego.

Prześlij listę sygnałów, zakresy, częstotliwości próbkowania i odległości do naszego zespołu sprzedaży technicznej, a zaproponujemy odpowiednie zestawienie.