Почему HPI Networks
Платы и модули сбора данных DAQ
DAQ (Data Acquisition) используется для получения физических сигналов от датчиков и оборудования, преобразования их в цифровые данные и передачи программному обеспечению компьютера. В зависимости от устройства система также может генерировать аналоговые и цифровые управляющие сигналы.
DAQ применяется в промышленной автоматизации, испытательных стендах, лабораторных измерительных системах, мониторинге оборудования, машинном зрении, контроле качества и других задачах, где требуется непосредственная работа вычислительной системы с физическими сигналами.
PCI и PCI Express DAQ
Встраиваемые DAQ-платы устанавливаются в слот промышленного или обычного компьютера и обеспечивают непосредственный доступ программного обеспечения к аналоговым, цифровым и импульсным каналам.
При выборе необходимо учитывать тип системной шины — PCI, Universal PCI, PCI Express или другой интерфейс. Совпадение механического размера разъёма PCI Express само по себе не гарантирует электрическую совместимость с конкретной платой.
USB DAQ
USB DAQ представляет собой внешний модуль сбора данных, подключаемый непосредственно к компьютеру через USB.
Такое исполнение удобно, когда установка внутренней PCI/PCIe платы невозможна или требуется переносная измерительная система.
USB-интерфейс сам по себе не определяет назначение устройства: к DAQ относятся только устройства, основной функцией которых является получение или генерация физических I/O-сигналов.
Многофункциональные DAQ-платы
Multifunction DAQ объединяет несколько типов каналов на одной плате. Например, устройство может одновременно иметь аналоговые входы AI, аналоговые выходы AO, цифровые I/O и counter/timer.
Наличие нескольких функций позволяет построить компактную систему измерения и управления, однако характеристики каждого типа каналов необходимо оценивать отдельно.
Аналоговые входы
Analog Input используется для измерения аналоговых сигналов от датчиков, преобразователей и измерительного оборудования.
Основными характеристиками являются количество каналов, входной диапазон, разрешение ADC, частота дискретизации, точность, входное сопротивление и схема подключения каналов.
Single-ended и Differential
Аналоговые входы могут использовать single-ended или differential подключение. Количество доступных каналов при этих режимах может различаться.
Например, плата, имеющая 32 single-ended канала, не обязательно обеспечивает одновременно 32 differential канала. Конфигурацию необходимо проверять по документации производителя.
Разрешение АЦП
Разрешение ADC обычно указывается в битах и определяет количество дискретных уровней преобразования входного диапазона.
Большее количество бит само по себе не гарантирует более высокую фактическую точность измерения. На результат также влияют погрешность, шум, линейность, входной тракт, опорное напряжение и другие характеристики.
Частота дискретизации
Sampling rate показывает скорость преобразования аналоговых сигналов и может указываться в S/s, kS/s или MS/s.
Необходимо различать суммарную частоту дискретизации платы и частоту на канал. В multiplexed DAQ одна АЦП может последовательно обслуживать несколько каналов, поэтому максимальная скорость преобразования не обязательно доступна одновременно каждому каналу.
Аналоговые выходы
Analog Output используется для генерации аналогового напряжения или тока, например для управления исполнительными устройствами, формирования тестовых сигналов и автоматизации испытательных систем.
При выборе необходимо учитывать количество каналов, диапазон, разрешение DAC, точность, скорость обновления и допустимую нагрузку.
Цифровые входы и выходы
Digital I/O используется для получения и формирования дискретных логических сигналов.
DAQ-платы могут иметь TTL/CMOS-compatible каналы, изолированные промышленные DI/DO, relay outputs и другие электрические исполнения.
Количество DIO не определяет электрический тип каналов. Перед подключением необходимо проверить допустимые напряжения, токи и схему входа или выхода.
Изолированные цифровые I/O
Гальваническая изоляция используется для разделения цепей компьютера и полевого оборудования и может повысить устойчивость системы к разности потенциалов и электрическим помехам.
При выборе необходимо проверять не только указанное isolation voltage, но и между какими цепями реализована изоляция.
Counter, Timer и Frequency
Счётчики и таймеры применяются для подсчёта импульсов, измерения частоты, работы с энкодерами, формирования импульсных последовательностей и других задач.
Необходимо учитывать количество каналов, разрядность счётчика, максимальную входную частоту и поддерживаемые режимы работы.
FIFO и буферизация данных
Некоторые высокоскоростные DAQ-платы имеют аппаратный FIFO-буфер, позволяющий временно хранить данные между процессом измерения и передачей в компьютер.
Размер FIFO следует рассматривать совместно с sampling rate, драйвером и архитектурой передачи данных. Наличие большого буфера само по себе не определяет максимальную устойчивую скорость записи данных.
DMA и передача данных
Высокоскоростные платы могут использовать DMA для передачи данных между DAQ и памятью компьютера с меньшим участием CPU.
Фактическая производительность системы зависит от DAQ-платы, системной шины, драйвера, операционной системы, программного обеспечения и характеристик компьютера.
Синхронизация каналов
Для многоканальных измерений может быть важна синхронность получения сигналов.
DAQ может использовать multiplexed ADC либо отдельные преобразователи для simultaneous sampling. Эти архитектуры нельзя считать эквивалентными при анализе быстроменяющихся сигналов и фазовых соотношений.
Trigger
Аппаратный или программный trigger позволяет начать измерение при наступлении определённого события.
Типы источников trigger, поддерживаемые режимы и временные характеристики зависят от конкретной DAQ-платы.
DAQ и системы удаленного ввода-вывода
Remote I/O обычно является самостоятельным распределённым узлом, который передаёт физические I/O-сигналы PLC, SCADA или компьютеру через Ethernet, RS-485 или промышленную сеть.
DAQ подключается непосредственно к вычислительной платформе через PCI, PCI Express, USB или другой host-интерфейс.
Граница определяется архитектурой и основным назначением конкретного устройства, а не только типом физического разъёма.
DAQ и платы промышленной связи
DAQ-плата работает с физическими аналоговыми, дискретными или импульсными сигналами.
Плата промышленной связи предназначена для подключения компьютера к коммуникационной сети или интерфейсу, например RS-232/422/485, CAN, PROFIBUS или другой промышленной сети.
Наличие PCI или PCI Express не делает communication card устройством DAQ.
DAQ и терминальные платы
DAQ выполняет активное измерение или генерацию сигналов, тогда как терминальная плата используется для удобного подключения полевой проводки к разъёму DAQ и может выполнять дополнительные функции согласования сигналов.
Терминальные платы и модули подключения необходимо подбирать с учётом совместимости с конкретной DAQ-платой и кабелем.
Поддержка Windows и Linux
Для PC-based DAQ критически важна поддержка операционной системы драйвером производителя.
Физическая совместимость PCI/PCIe платы с компьютером не гарантирует наличие драйвера для используемой версии Windows или Linux.
Перед применением в новом или модернизируемом компьютере необходимо проверить актуальную поддержку ОС и архитектуры 32/64-bit.
SDK и программные интерфейсы
Производители DAQ предоставляют драйверы, SDK, библиотеки и примеры программ для интеграции оборудования с пользовательским программным обеспечением.
В зависимости от производителя могут поддерживаться C/C++, C#, .NET, Python, LabVIEW и другие среды. Набор поддерживаемых API необходимо проверять для конкретной серии и версии драйвера.
LabVIEW и DAQ
DAQ часто применяется совместно с измерительным и испытательным программным обеспечением, включая LabVIEW.
Однако наличие DAQ-функции не означает автоматическую совместимость с LabVIEW. Необходимо проверить наличие официального драйвера, библиотеки или поддерживаемого API для конкретного устройства.
Как выбрать DAQ
Подбор начинается с определения типов измеряемых и формируемых сигналов, требуемого количества каналов, диапазонов, точности и скорости измерения.
Затем выбираются интерфейс подключения к компьютеру, требования к изоляции, синхронизации и trigger, а также проверяется поддержка операционной системы и программной среды.
Основные параметры при подборе
- тип устройства — DAQ card или external DAQ module;
- интерфейс — PCI, PCI Express, USB, PC/104 или другой;
- количество AI;
- single-ended и differential AI;
- диапазоны аналогового входа;
- разрешение ADC;
- частота дискретизации;
- simultaneous или multiplexed sampling;
- количество AO;
- диапазоны аналогового выхода;
- разрешение DAC;
- количество DI и DO;
- электрический тип цифровых каналов;
- гальваническая изоляция;
- counter/timer/frequency channels;
- FIFO;
- DMA;
- trigger;
- синхронизация нескольких плат;
- тип внешних разъёмов;
- совместимые кабели и terminal boards;
- поддерживаемые операционные системы;
- драйвер и SDK;
- поддерживаемые программные среды.
Подбор DAQ под измерительную систему
Для точного подбора желательно предоставить перечень сигналов, диапазоны напряжения или тока, требуемую частоту и точность измерения, количество каналов, модель промышленного компьютера и используемую операционную систему.
HPI Networks поможет подобрать DAQ-плату или внешний модуль, совместимые терминальные платы и кабели, проверить электрические параметры, пропускную способность, драйверы и программные интерфейсы по документации производителя.
