USB數據采集控制器在工業(yè)控制中的應用
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LabJack U12是一個(gè)多功能USB數據采集控制器，它在同類(lèi)產(chǎn)品中性?xún)r(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)可編程數字輸入輸出通道。它已被廣泛地應用于實(shí)驗/試驗設備、自動(dòng)測試設備、及其它PC-Based系統中。是一個(gè)理想的OEM部件。
它還越來(lái)越多地應用于工業(yè)過(guò)程控制中。由它組成的PC-Based系統有所有PC-Based系統所固有的優(yōu)點(diǎn)，如系統開(kāi)發(fā)周期短，系統變更容易，用戶(hù)界面漂亮、易操作，可以進(jìn)行過(guò)程監視、報警、記錄、打印，可以利用計算機的計算能力實(shí)現各種PLC無(wú)法實(shí)現的控制算法來(lái)進(jìn)行復雜的過(guò)程控制，以及其他等等優(yōu)點(diǎn)。結合本公司為其配置了其它各種外圍設備和組態(tài)軟件，系統開(kāi)發(fā)更為簡(jiǎn)單、快速，其應用場(chǎng)合更加廣泛。
本文將介紹以L(fǎng)abJack U12組成的控制系統以及所需要注意的方面，在其基礎上介紹如何擴展系統的規模和需要的模塊，然后著(zhù)重介紹如何使用冗余技術(shù)來(lái)提高系統的運行可靠性。
2. 系統的組成
2.1 單個(gè)LabJack U12系統
一些簡(jiǎn)單的控制系統只需要一個(gè)LabJack U12。其系統組成如圖1所示。其中U12由計算機通過(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。這樣的系統十分簡(jiǎn)單，被大多數OEM設備所采用。
圖1 單個(gè)LabJack U12 系統
對于大多數工控系統來(lái)說(shuō)，單個(gè)LabJack U12的輸入輸出口是不夠的，因此系統需要進(jìn)行擴展。使用USB集線(xiàn)器可以十分方便地把整個(gè)系統擴展到一個(gè)很龐大的系統。一臺計算機可以連接多達80臺LabJack U12，USB的集線(xiàn)器可以一層層地級聯(lián)。系統的擴展拓撲圖如圖2所示。如果所使用的USB集線(xiàn)器是1出4的，擴展后的系統就可以連接16個(gè)LabJack U12。如果是1出8的集線(xiàn)器，那么擴展后的系統會(huì )有64個(gè)LabJack U12。
圖2 系統擴展拓撲圖
在工控系統中，數字輸出常常用來(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備。LabJack U12 的數字口輸出驅動(dòng)能力有限，只能驅動(dòng)TTL門(mén)電路或LED，無(wú)法直接驅動(dòng)繼電器線(xiàn)圈；而且其輸出的電平是5V 和工控上常用的24V 不兼容。因此數字輸出需要接到一個(gè)驅動(dòng)模塊OD25。
OD25 和LabJack U12的連接主要是通過(guò)一根DB25線(xiàn)。它為L(cháng)abJack U12 所有的數字口提供了驅動(dòng)，驅動(dòng)電壓可達50V，驅動(dòng)電流可達500毫安，可同時(shí)直接驅動(dòng)多個(gè)繼電器（如果有必要的話(huà)）。因此OD25 在工控系統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，作為數字輸入的接線(xiàn)板。當數字輸入為高時(shí)，OD25上的相應數字位的LED 會(huì )點(diǎn)亮，該LED 顯示在系統調試和程序調試中十分有用。使用OD25的系統如圖3 所示。
圖3 使用數字驅動(dòng)模塊的系統簡(jiǎn)圖
CB25 只是一個(gè)接線(xiàn)板，提供了D0-D15的數字口的接線(xiàn)柱，數字口的輸入輸出方向是由軟件決定的，因此如果數字輸入口不需要隔離的話(huà)，用CB25 即可。
OI25 是數字輸入口光電隔離模塊。光電隔離的應用情況比較復雜，采用怎樣的隔離完全取決于信號的來(lái)源（如是否有被雷擊的危險，是否來(lái)自不同的電系統）、信號的性質(zhì)（交流或直流），以及系統在這方面的要求。而且必須指出的是如果采用隔離，必須對整個(gè)系統進(jìn)行考慮，而不該僅僅考慮數字口的隔離，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，但在這里我們就不做詳細說(shuō)明了。下面我們僅介紹不需要隔離的系統應用，但這并不說(shuō)明LabJack 組成的系統在隔離方面有任何問(wèn)題或不方便之處。其實(shí)和其他任何系統都一樣，需要隔離的系統要增加隔離模塊，系統的成本會(huì )隨之大幅增加。
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