Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Sběrnice PCI pro oblast měření a řízení v průmyslu

Automa 3/2000

(Bk)

Sběrnice PCI pro oblast měření a řízení v průmyslu

Sběrnice PCI se v současné době v podstatě stává standardem a postupně vytlačuje starší technologie založené na sběrnici ISA, a to i v oblasti průmyslových počítačů. Důvody jsou zřejmé: sběrnice ISA je zastaralá, vzhledem k vysokým nárokům současného aplikačního softwaru značně pomalá a není schopna podporovat nové moderní technologie.

Obr. 1.

Sběrnice PCI však nepřináší jen výhody z hlediska kvantity (např. vyšší přenosovou rychlost), ale i zcela novou kvalitu. Zmínit lze např. plnou podporu technologie plug and play, tj. automatické rozpoznání karty v systému a přidělení požadovaných systémových zdrojů, dále sdílení jedné linky několika zařízeními pro současné žádosti o přerušení, přenos dat v blocích a v neposlední řadě i možnost, aby libovolné zařízení převzalo řízení sběrnice.

Firma Advantech nabízí pro systémy se sběrnicí PCI ucelenou řadu měřicích a řídicích kart průmyslového standardu. Jde o karty s D/A a A/D převodníky, s digitálními vstupy a výstupy, s čítači, časovači a reléovými výstupy. Aplikovat tyto karty je možné v jednoduchých měřicích aplikacích, laboratorních systémech nebo náročných řízeních průmyslových procesů.

Velká pozornost byla věnována pečlivému výběru vhodné kombinace a počtu funkcí integrovaných vždy na jedné kartě. Podle toho lze jednotlivé modely rozdělit do těchto skupin:

  • multifunkční karty s analogovými i digitálními vstupy a výstupy, včetně dalších funkcí,
  • analogové vstupní a výstupní karty,
  • digitální vstupní a výstupní karty,
  • reléové karty.

Stručná charakteristika a vlastnosti všech modelů měřicích kart pro sběrnici PCI jsou uvedeny v tabulce. Analogové převodníky jsou vždy doplněny vyrovnávací pamětí FIFO o kapacitě čtyři tisíce vzorků, což zajišťuje plynulost čtení dat a současně snižuje riziko jejich nežádoucí ztráty. Všechny karty jsou plně kompatibilní s technologií plug and play a se specifikací sběrnice PCI verze 2.1. Standardně jsou dodávány ovládače s jednotným aplikačním rozhraním v podobě dynamické knihovny (DLL) pro všechny systémy Windows. Tyto ovládače využívají všech předností jednotlivých kart, včetně velmi rychlého čtení s využitím přerušení nebo DMA (direct memory access, přímý přístup k paměti). Pro rychlý vývoj aplikací je možné zakoupit komponenty ActiveX. Pouhým vložením komponenty ActiveX do odpovídajícího projektu a nastavením jejích vlastností lze do vyvíjené aplikace přidat potřebné funkce pro plné ovládání kart, aniž by bylo nutné psát jakýkoliv kód.

V následujících odstavcích se zaměříme na důležité vlastnosti jednotlivých měřicích kart.

Analogové vstupy (A/D převodníky)
Všechny analogové převodníky jsou dvanáctibitové s dobou převodu 8 µs, maximální vzorkovací frekvence je 100 kHz. Analogové vstupy lze využít v zapojení se společnou zemí (S.E.) i jako diferenciální signály. Oba typy lze přitom i na jedné kartě libovolně kombinovat. Na hardwarové úrovni je k dispozici funkce postupného čtení jednotlivých vstupních kanálů s následným převodem na digitální data a uložením do vyrovnávací paměti FIFO. Zisk analogového převodníku je programově nastavitelný v rozmezí od 1 do 8 (nejmenší vstupní rozsah je ±0,625 V při bipolárním, resp. 0 až +1,25 V při unipolárním měření). U karty PCI-1710HG (High-Gain) je dokonce v rozmezí 0,5 až 1 000, takže lze spolehlivě měřit i napětí o hodnotách v řádově desítkách µV. Vlastní převod lze spouštět programově, pomocí interního 32bitového časovače nebo externím spouštěcím signálem.

Analogové výstupy (D/A převodníky)
Využívají dvanáctibitové D/A převodníky s možností volit interní nebo externí referenční napětí. Maximální obnovovací rychlost je 100 kHz s maximální strmostí výstupního signálu 10 V/µs. Všechny karty s těmito převodníky jsou vybaveny schopností zachovat napěťové hodnoty na všech výstupních kanálech i při systémovém resetu nebo je nastavit na předem definované výchozí hodnoty. Tato funkce minimalizuje rizika způsobená náhodnými poruchami na analogových výstupech při nežádoucím resetu hostitelského počítače.

Digitální vstupy a výstupy
Obvody digitálních vstupů jsou vybaveny speciální logikou, která umožňuje vyvolat přerušení na základě změny určitých vstupních signálů nebo na základě jejich shody s předem daným vzorkem. Tato vlastnost může znatelně snížit zatížení CPU a dovoluje spolehlivě obsluhovat velké množství vstupních signálů. Tak jako u analogových výstupů, jsou i obvody digitálních výstupů vybaveny funkcí zajišťující definovanou výstupní hodnotu při nežádoucím resetu počítače.

Speciální funkce
Některé karty jsou vybaveny obvodem se třemi nezávislými čítači. Čítače mají speciální funkci (např. ke generování spouštěcího signálu pro A/D převodník u analogových kart) nebo jsou volně použitelné a mohou plnit funkci časovače nebo čítače externích událostí. Registry obvodu jsou mapovány do I/O prostoru hostitelského počítače (jsou volně programovatelné) a většina jejich signálů je vyvedena na externí konektor, což dává mnoho možností pro jejich využití.

Tabulka měřicích kart PCI

  A/D (12bitová) D/A (12bitová) DI/O relé čítač/časovač
MULTIFUNKČNÍ
PCI-1710/HG 16 S.E. nebo 8. dif 2 AO 16 DI, 16 DO - ano
PCI-1711/31 16 S.E. 2 AO/- 16 DI, 16 DO - ano
ANALOGOVÉ VSTUPNÍ
PCI-1713 32 S.E. nebo 16 dif., izol. (2500 VDC) - - - ano
DIGITÁLNÍ VÝSTUPNÍ
PCI-1720 - 4 AO izol. (2500 V DC) - - -
DIGITÁLNÍ VSTUPNÍ A VÝSTUPNÍ
PCI-1750 - - 16 DI, izol. (2500 V DC), 16 DO izol. (2500 V DC) - ano (2500 V DC)
PCI-1751 - - 48 DI/0, po osmi bitech - ano
PCI-1753/E - - 96/192 DI/O - -
RELÉOVÉ
PCI-1760 - - 8 DI, izol. (2500 V DC) nastavitelný digitální filtr 8 typ C, kontrolní LED 8 čítačů připojených k D/I

Další informace o uvedených produktech lze získat na internetové stránce www.future.cz nebo na adrese:

FUTURE ICS a. s.
Šumavská 15
602 00 Brno
tel.: (05) 41 21 88 84
fax: (05) 74 72 45
e-mail: ICS@future.cz