USB數(shù)據(jù)采集控制器在工業(yè)控制中的應(yīng)用
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LabJack U12是一個多功能USB數(shù)據(jù)采集控制器，它在同類產(chǎn)品中性價(jià)比最高。具有8個模擬輸入通道，2個模擬輸出通道和20個可編程數(shù)字輸入輸出通道。它已被廣泛地應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)/試驗(yàn)設(shè)備、自動測試設(shè)備、及其它PC-Based系統(tǒng)中。是一個理想的OEM部件。
它還越來越多地應(yīng)用于工業(yè)過程控制中。由它組成的PC-Based系統(tǒng)有所有PC-Based系統(tǒng)所固有的優(yōu)點(diǎn)，如系統(tǒng)開發(fā)周期短，系統(tǒng)變更容易，用戶界面漂亮、易操作，可以進(jìn)行過程監(jiān)視、報(bào)警、記錄、打印，可以利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)各種PLC無法實(shí)現(xiàn)的控制算法來進(jìn)行復(fù)雜的過程控制，以及其他等等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合本公司為其配置了其它各種外圍設(shè)備和組態(tài)軟件，系統(tǒng)開發(fā)更為簡單、快速，其應(yīng)用場合更加廣泛。
本文將介紹以LabJack U12組成的控制系統(tǒng)以及所需要注意的方面，在其基礎(chǔ)上介紹如何擴(kuò)展系統(tǒng)的規(guī)模和需要的模塊，然后著重介紹如何使用冗余技術(shù)來提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。
2. 系統(tǒng)的組成
2.1 單個LabJack U12系統(tǒng)
一些簡單的控制系統(tǒng)只需要一個LabJack U12。其系統(tǒng)組成如圖1所示。其中U12由計(jì)算機(jī)通過USB供電，所有的輸入輸出口都可以在U12本身和CB25板上接入和接出。這樣的系統(tǒng)十分簡單，被大多數(shù)OEM設(shè)備所采用。
圖1 單個LabJack U12 系統(tǒng)
對于大多數(shù)工控系統(tǒng)來說，單個LabJack U12的輸入輸出口是不夠的，因此系統(tǒng)需要進(jìn)行擴(kuò)展。使用USB集線器可以十分方便地把整個系統(tǒng)擴(kuò)展到一個很龐大的系統(tǒng)。一臺計(jì)算機(jī)可以連接多達(dá)80臺LabJack U12，USB的集線器可以一層層地級聯(lián)。系統(tǒng)的擴(kuò)展拓?fù)鋱D如圖2所示。如果所使用的USB集線器是1出4的，擴(kuò)展后的系統(tǒng)就可以連接16個LabJack U12。如果是1出8的集線器，那么擴(kuò)展后的系統(tǒng)會有64個LabJack U12。
圖2 系統(tǒng)擴(kuò)展拓?fù)鋱D
在工控系統(tǒng)中，數(shù)字輸出常常用來控制繼電器或中間繼電器，而中間繼電器再控制接觸器以控制電氣設(shè)備。LabJack U12 的數(shù)字口輸出驅(qū)動能力有限，只能驅(qū)動TTL門電路或LED，無法直接驅(qū)動繼電器線圈；而且其輸出的電平是5V 和工控上常用的24V 不兼容。因此數(shù)字輸出需要接到一個驅(qū)動模塊OD25。
OD25 和LabJack U12的連接主要是通過一根DB25線。它為LabJack U12 所有的數(shù)字口提供了驅(qū)動，驅(qū)動電壓可達(dá)50V，驅(qū)動電流可達(dá)500毫安，可同時(shí)直接驅(qū)動多個繼電器（如果有必要的話）。因此OD25 在工控系統(tǒng)中一般是必不可少的。
OD25 還提供了其它模塊和LabJack U12的連接。一般來說它的另一個DB25 插座連接到CB25或OI25，作為數(shù)字輸入的接線板。當(dāng)數(shù)字輸入為高時(shí)，OD25上的相應(yīng)數(shù)字位的LED 會點(diǎn)亮，該LED 顯示在系統(tǒng)調(diào)試和程序調(diào)試中十分有用。使用OD25的系統(tǒng)如圖3 所示。
圖3 使用數(shù)字驅(qū)動模塊的系統(tǒng)簡圖
CB25 只是一個接線板，提供了D0-D15的數(shù)字口的接線柱，數(shù)字口的輸入輸出方向是由軟件決定的，因此如果數(shù)字輸入口不需要隔離的話，用CB25 即可。
OI25 是數(shù)字輸入口光電隔離模塊。光電隔離的應(yīng)用情況比較復(fù)雜，采用怎樣的隔離完全取決于信號的來源（如是否有被雷擊的危險(xiǎn)，是否來自不同的電系統(tǒng)）、信號的性質(zhì)（交流或直流），以及系統(tǒng)在這方面的要求。而且必須指出的是如果采用隔離，必須對整個系統(tǒng)進(jìn)行考慮，而不該僅僅考慮數(shù)字口的隔離，如485 通訊口是否有隔離，模擬信號是否有隔離等等。在這方面常常存在一些誤區(qū)，但在這里我們就不做詳細(xì)說明了。下面我們僅介紹不需要隔離的系統(tǒng)應(yīng)用，但這并不說明LabJack 組成的系統(tǒng)在隔離方面有任何問題或不方便之處。其實(shí)和其他任何系統(tǒng)都一樣，需要隔離的系統(tǒng)要增加隔離模塊，系統(tǒng)的成本會隨之大幅增加。
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