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(gè)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(gè)模擬輸入通道，2個(gè)模擬輸出通道和20個(gè)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(dòng)測(cè)試設(shè)備、及其它PC-Based系統(tǒng)中。是一個(gè)理想的OEM部件。
它還越來(lái)越多地應(yīng)用于工業(yè)過(guò)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(kāi)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(guò)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(wú)法實(shí)現(xiàn)的控制算法來(lái)進(jìn)行復(fù)雜的過(guò)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(kāi)發(fā)更為簡(jiǎn)單、快速，其應(yīng)用場(chǎng)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(lái)提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。
2. 系統(tǒng)的組成
2.1 單個(gè)LabJack U12系統(tǒng)
一些簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)只需要一個(gè)LabJack U12。其系統(tǒng)組成如圖1所示。其中U12由計(jì)算機(jī)通過(guò)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(jiǎn)單，被大多數(shù)OEM設(shè)備所采用。
圖1 單個(gè)LabJack U12 系統(tǒng)
對(duì)于大多數(shù)工控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，單個(gè)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(gè)系統(tǒng)擴(kuò)展到一個(gè)很龐大的系統(tǒng)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以連接多達(dá)80臺(tái)LabJack U12，USB的集線器可以一層層地級(jí)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(gè)LabJack U12。如果是1出8的集線器，那么擴(kuò)展后的系統(tǒng)會(huì)有64個(gè)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(lái)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(dòng)能力有限，只能驅(qū)動(dòng)TTL門電路或LED，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)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(gè)驅(qū)動(dòng)模塊OD25。
OD25 和LabJack U12的連接主要是通過(guò)一根DB25線。它為L(zhǎng)abJack U12 所有的數(shù)字口提供了驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電壓可達(dá)50V，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)500毫安，可同時(shí)直接驅(qū)動(dòng)多個(gè)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(lái)說(shuō)它的另一個(gè)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(huì)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(dòng)模塊的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
CB25 只是一個(gè)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(hào)的來(lái)源（如是否有被雷擊的危險(xiǎn)，是否來(lái)自不同的電系統(tǒng)）、信號(hào)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(duì)整個(gè)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(hào)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(shuō)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(shuō)明LabJack 組成的系統(tǒng)在隔離方面有任何問(wèn)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(huì)隨之大幅增加。
評(píng)論