Что такое цифровой ввод
цифровой ввод
цифровой ввод
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]
Тематики
Смотреть что такое «цифровой ввод» в других словарях:
цифровой ввод — skaitmeninis įvedimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. digital input vok. Digitaleingabe, f rus. цифровой ввод, m pranc. introduction digitale, f … Radioelektronikos terminų žodynas
цифровой ввод сигнала электросвязи — цифровой ввод Процесс цифро цифрового преобразования сигнала электросвязи, при котором цифровой сигнал электросвязи приводится к виду, пригодному для передачи по цифровому каналу электросвязи. [ГОСТ 22670 77] Тематики сети передачи данных… … Справочник технического переводчика
Цифровой ввод сигнала электросвязи — 84. Цифровой ввод сигнала электросвязи Цифровой ввод Digital input Процесс цифро цифрового преобразования сигнала электросвязи, при котором цифровой сигнал электросвязи приводится к виду, пригодному для передачи по цифровому каналу электросвязи… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Цифровой ввод сигнала электросвязи — 1. Процесс цифро цифрового преобразования сигнала электросвязи, при котором цифровой сигнал электросвязи приводится к виду, пригодному для передачи по цифровому каналу электросвязи Употребляется в документе: ГОСТ 22670 77 Сеть связи цифровая… … Телекоммуникационный словарь
асинхронный цифровой ввод сигнала электросвязи — асинхронный ввод Цифровой ввод сигнала электросвязи, при котором используемые цифровые сигналы электросвязи не являются синхронными. Примечание В соответствии с видом используемых цифровых сигналов электросвязи различают гомохронный, мезохронный … Справочник технического переводчика
кодозависимый цифровой ввод сигнала электросвязи — кодозависимый ввод Цифровой ввод сигнала электросвязи, при котором может использоваться только определенный набор символов применяемого цифрового сигнала электросвязи. [ГОСТ 22670 77] Тематики сети передачи данных Синонимы кодозависимый ввод EN… … Справочник технического переводчика
кодонезависимый цифровой ввод сигнала электросвязи — кодонезависимый ввод Цифровой ввод сигнала электросвязи, при котором может использоваться любой набор символов применяемого цифрового сигнала электросвязи. [ГОСТ 22670 77] Тематики сети передачи данных Синонимы кодонезависимый ввод EN code… … Справочник технического переводчика
синхронный цифровой ввод сигнала электросвязи — синхронный ввод Цифровой ввод сигнала электросвязи, при котором используются только синхронные цифровые сигналы электросвязи. [ГОСТ 22670 77] Тематики сети передачи данных Синонимы синхронный ввод EN synchronous digital input … Справочник технического переводчика
Асинхронный цифровой ввод сигнала электросвязи — 88. Асинхронный цифровой ввод сигнала электросвязи Асинхронный ввод Asynchronous digital input Цифровой ввод сигнала электросвязи, при котором используемые цифровые сигналы электросвязи не являются синхронными. Примечание. В соответствии с видом… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Кодозависимый цифровой ввод сигнала электросвязи — 86. Кодозависимый цифровой ввод сигнала электросвязи Кодозависимый ввод Non code transparent input Цифровой ввод сигнала электросвязи, при котором может использоваться только определенный набор символов применяемого цифрового сигнала электросвязи … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Цифровое устройство ввода данных
Употребляется в документе:
Передача данных. Термины и определения
Смотреть что такое «Цифровое устройство ввода данных» в других словарях:
цифровое устройство ввода данных — цифровое устройство ввода Устройство ввода данных, в котором используется преобразование данных в цифровой сигнал. [ГОСТ 17657 79 ] Тематики передача данных Обобщающие термины основные устройства и аппаратура передачи данных Синонимы цифровое… … Справочник технического переводчика
Цифровое устройство ввода данных — 123. Цифровое устройство ввода данных Цифровое устройство ввода Е. Digital input device Устройство ввода данных, в котором используется преобразование данных в цифровой сигнал Источник: ГОСТ 17657 79: Передача данных. Термины и определения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
устройство — 2.5 устройство: Элемент или блок элементов, который выполняет одну или более функцию. Источник: ГОСТ Р 52388 2005: Мототранспортны … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 17657-79: Передача данных. Термины и определения — Терминология ГОСТ 17657 79: Передача данных. Термины и определения оригинал документа: 78. n кратная ошибка в цифровом сигнале данных n кратная ошибка Е. n fold error Группа из и ошибок в цифровом сигнале данных, при которой ошибочные единичные… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ Р ИСО/МЭК 19762-1-2011: Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных (АИСД). Гармонизированный словарь. Часть 1. Общие термины в области АИСД — Терминология ГОСТ Р ИСО/МЭК 19762 1 2011: Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных (АИСД). Гармонизированный словарь. Часть 1. Общие термины в области АИСД оригинал документа: Accredited Standards… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 30721-2000: Автоматическая идентификация. Кодирование штриховое. Термины и определения — Терминология ГОСТ 30721 2000: Автоматическая идентификация. Кодирование штриховое. Термины и определения оригинал документа: (n, k) символика : Класс символик штрихового кода, в которых ширина каждого знака символа представлена в n модулях, а сам … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Консольная программа — Текстовый интерфейс пользователя (англ. Text user interface, TUI; также Character User Interface, CUI) система средств взаимодействия пользователя с компьютером, основанная на использовании текстового (буквенно цифрового) режима дисплея или… … Википедия
Консольное приложение — Текстовый интерфейс пользователя (англ. Text user interface, TUI; также Character User Interface, CUI) система средств взаимодействия пользователя с компьютером, основанная на использовании текстового (буквенно цифрового) режима дисплея или… … Википедия
Программа текстового режима — Текстовый интерфейс пользователя (англ. Text user interface, TUI; также Character User Interface, CUI) система средств взаимодействия пользователя с компьютером, основанная на использовании текстового (буквенно цифрового) режима дисплея или… … Википедия
Простой полноэкранный интерфейс — Текстовый интерфейс пользователя (англ. Text user interface, TUI; также Character User Interface, CUI) система средств взаимодействия пользователя с компьютером, основанная на использовании текстового (буквенно цифрового) режима дисплея или… … Википедия
Промышленные цифровые (дискретные) входы — это не просто подсчет 0 или 1
Насколько сложно отслеживать бинарную электронную систему? Она может находиться только в одном из двух состояний: включено или выключено, открыто или закрыто, 0 или 1. Хотя это может быть правильным, но давайте предположим, что нет строгого определения того, какие уровни напряжения составляют «0» или «1». Давайте теперь также предположим, что уровни напряжения для 0 или 1 могут изменяться во время передачи. Это может быть по нескольким причинам — электромагнитный шум, сопротивление линии, электростатический разряд (ESD), скачки напряжения или даже их комбинация.
Как вы можете быть уверены, что то, что ранее было обозначено как 0, по-прежнему равно 0, а то, что было обозначено как 1, по-прежнему равно 1? Представьте также, что вы пытаетесь отслеживать десятки этих сигналов одновременно и быстро. То, что первоначально могло показаться относительно тривиальной задачей, поднялось на совершенно новый уровень сложности. Добро пожаловать в мир цифрового или дискретного входа (DI), подмножества модулей ввода / вывода, которые расположены между промышленными датчиками и программируемым логическим контроллером (ПЛК).
В этом конструктивном решении мы рассмотрим множество (иногда противоречивых) требований для успешной схемы цифрового входа и предложим решение, которое решает проблему успешной работы в современной промышленной среде.
Что такое цифровой вход?
Задачей схемы дискретного входа (DI) является получение двоичного сигнала, передаваемого промышленным датчиком в заводском цехе, и его «кондиционирование». Это сделано для того, чтобы ПЛК мог безопасно и надежно интерпретировать его, контролируя состояние этого датчика. Примеры таких двоичных сигналов включают в себя кнопочные переключатели, которые определяют, был ли элемент оборудования включен или выключен, и датчики, которые определяют, превышен ли порог давления или температуры. В этом и заключается ключ к первому вызову для схемы DI: нет единого определения того, как должен выглядеть сигнал, поступающий от промышленного датчика / преобразователя.
Гибкость и конфигурируемость
В настоящее время в промышленном стандарте IEC61131-2 существует три различных типа промышленных датчиков с понижающим напряжением 24 В постоянного тока.
Тип 1: Электромеханический
Тип 2: Дискретный мощный полупроводник
Тип 3: Полупроводника с малой потребляемой мощностью (ток ≤ 2 мА)
Ранние схемы цифровых входов были построены с использованием дискретных компонентов (рисунок ниже). Даже с пользовательской схемой ограничения тока этот тип схемы дискретного входа потребляет ток более 5 мА. Очевидно, что это сделало его непригодным для использования в качестве цифрового входа типа 3 (потребляя более чем вдвое больше требуемого тока)
Интеграция и масштабируемость
С ростом децентрализации и миниатюризации технологии управления производственными процессами стало необходимым «упаковать» как можно больше каналов в модули ввода-вывода, чтобы сэкономить место в шкафах управления. Это стремление к минимизации также повлияло на цифровые входы.
Сегодня обычные модули ввода / вывода содержат комбинации из 8, 16, 32 или даже 64 отдельных входных и выходных каналов в одном корпусе. Чтобы облегчить уровень интеграции, необходимо было уменьшить как физические размеры, так и потребление тока (и связанное с этим рассеяние тепла) цепей цифровых входов. Это требовало отхода от больших энергозатратных дискретных цепей. Современные многоканальные схемы цифрового входа построены с использованием технологии интегральных микросхем (IC), что позволяет достичь более низкого потребления тока, необходимого для дискретного входа типа 3, в гораздо меньшем форм-факторе.
Примером этого является восьмеричная интегральная схема цифрового входа (показанная ниже), которая работает как цифровой вход типа 1, типа 2 или типа 3. При использовании в качестве DI типа 3 он имеет программируемый ток от 0,5 мА до 3,4 мА на канал.
Чтобы уменьшить количество каналов, необходимых для взаимодействия с ПЛК, это устройство преобразует восемь токовых каналов цифрового входа 24 В в выход, совместимый с логическим последовательным периферийным интерфейсом (SPI) от 3,3 В до 5 В. Для систем с более чем восемью входами несколько устройств могут быть соединены последовательно, чтобы обеспечить доступ ко всем входам данных через один последовательный порт, обеспечивая еще более высокий уровень интеграции.
Надежность и целостность
Многоканальная интегральная микросхема цифрового входа должна быть достаточно надежной, чтобы работать в промышленных условиях — с высоким напряжением, электромагнитными шумом и импульсными наводками— чтобы измеренный сигнал датчика мог передаваться в ПЛК с высокой степенью надежности. Это требует определенной степени отказоустойчивости как на входах (на стороне поля), так и на выходах микросхемы.
В требовательных заводских условиях часто возникают переходные процессы напряжения, например, когда мощные системы электроприводов включаются и выключаются. Это может повлиять на показания датчика. Чтобы предотвратить это, каждый канал DI должен иметь фильтр подавления электромагнитных помех (ЭМП) с программируемой задержкой, который может удалять переходные пониженные / повышенные напряжения из сигнала датчика. Аналогично, другие средства диагностики на стороне входного поля включают в себя возможность обнаружения обрыва провода от датчика, состояния перегрева или сбоя в
подаче напряжения на сам датчик.
На стороне выхода, когда несколько входных каналов передаются по одному последовательному интерфейсу (SPI), возможность проверки ошибок (например, проверка циклическим избыточным кодом) последовательного битового потока гарантирует, что все показания датчика являются достоверными при передаче на ПЛК. Эта диагностика присутствует на ранее упомянутой восьмеричной интегральной схеме, которая работает непосредственно от напряжений на стороне входного поля (до 65 В) и включает надежную защиту от перенапряжений до 1 кВ.
Безопасность и надежность
Напряжения на стороне датчика, которые могут доходить до 65 В, намного выше, чем напряжения логического уровня, используемые ПЛК (обычно от 3,3 В до 5) В. Таким образом, если ПЛК случайно столкнется с более высокими напряжениями на стороне датчика, он может быть поврежден или выйдет из строя. Хуже того, такой сценарий может создать угрозу безопасности для пользователя оборудования. Чтобы этого не происходило, необходимо ввести гальваническую развязку между стороной входа сигнала (от датчика) и логической стороной. Выбранный изолятор должен работать со скоростью передачи интерфейса SPI цифровой входной ИС (в данном случае 10 Мбит / с).
Композитное решение цифрового входа с использованием изолятора, показанное на рисунке ниже, выдерживает напряжение электростатического разряда до 3,75 кВ среднеквадратичного значения. Это устройство не значительно увеличивает общее потребление тока, поскольку оно потребляет всего 3,4 мА (при 500 кГц).
Выводы
В данной статье мы рассмотрели ключевые проектные требования для компонента цифрового входа промышленного модуля ввода-вывода. Рассмотрев ограничения более старых реализаций дискретного входа, мы можем сделать вывод, что комбинированное решение, использующее многоканальный цифровой вход и изолированную интегральную схему, предлагает лучшую гарантию интеграции, масштабируемости, надежности, целостности, безопасности и надежности, необходимую для обнаружения сигналов датчиков в современной промышленной среде. Помимо промышленной автоматизации и управления электроприводами, представленные здесь примеры решений также подходят для автоматизации зданий и робототехники.
Устройства ввода и вывода информации
Компьютер является всесторонним устройством для переработки данных. Компьютеру для того чтобы переработать данные, нужно каким либо из способов ввести туда. Чтобы реализовать ввод данных, человек создал специальные устройства, первая из них была клавиатура. Оказываясь в компьютере, информация обрабатывается и после этого создается право вывода текущей информации, т.е. вы имеет право визуального понимания информации. Основными устройствами для того чтобы вывести данные стали –монитор, видеоадаптер и принтер. Жесткий диск был создан для того чтобы было куда сохранять обработанные данные после ввода, после этого были созданы магнитные диски и средства оптического хранения.
Устройства вывода информации
Устройства вывода информации – это те устройства, которые переводят информацию с компьютерного языка в формы, понятные для человека. Монитор принтер видеокарта проектор и плоттер, это именно те устройства которые следует отнести к устройствам вывода данных. Чтобы ввести информацию в компьютер нужно пользоваться устройствами ввода Главное их роль – создать воздействие на компьютер. Множества выпускаемых устройств ввода повлекли за собой целые технологии от осязаемых до голосовых. И хотя они функционируют по разному, но предназначение у них одно – дать пользователю связаться с компьютером. Именно благодаря своей компактности и наглядности представления информации человеком было создано устройства ввода графической информации. Основными сторонами использования устройств ввода графической информации являются системы автоматизированного проектирования, обработки изображений, обучения, управление процессами, мультипликации и многие другие.
Монитор
При помощи монитора между человеком и компьютером обеспечивается информационная связь. Первые микрокомпьютеры были с небольшими блоками, в которых не существовало средств представления. У человека был только набор мигающих светодиодов или право распечатки результатов на принтере. Первый компьютерные мониторы были очень примитивны в сравнении с нынешними мониторами. Когда были первые мониторы, текст отображался только в зеленом цвете, но в те годы это считалось очень большим прорывом, потому что человек приобрел возможность в режиме “life” выводить и вводить данные.
Принтер
Создание напечатанной версии документа, вот одна из главных задач компьютера. Именно поэтому принтер является нужным аксессуаром. Принтеры – это устройства вывода данных из ЭВМ, изменившие информационные коды в соответствующие им графические символы и напечатанные на бумаге. Выводя результат работы на лист бумаги, принтер приумножает взаимосвязь между человеком и компьютером. Принтеры по своим скоростным возможностям создают диапазон от самой маленькой до самой большой.
Плоттер
Вывод информации, представленная в графической форме – это одна из главных задач вычислительных средств, используемых для автоматизации проектирования. Плоттер – это устройство, осуществляющие функции вывода графической информации на бумагу и на другие носители.
Проектор
Лампа перераспределяющая свет вместе с концентрацией светового потока на маленькой плоскости называется проектор. Основным элементом данного прибора является лампа, свет которой, поступает через определенные элементы, поступает на экран и создает картинку. Лампа в проекторе является самым основным элементом, свет которого проходит через определенные элементы, поступает на экран и после этого мгновенно создает картинку. На сегодняшний день лампы проектора разделяют на LCD и DLP на основе оттого через какие элементы должен проходить свет. Компактность, а также менее негативное влияние на зрение, вот главные достоинства жидкокристаллических проекторов. Их недостатком является менее насыщенный чёрный цвет. Качественная картинка – это достоинство микрозеркальных проекторов. Утомляемость зрения при продолжительном просмотре – вот главная их слабая сторона
Колонки
Колонки – устройство, которое подключается к компьютеру и служит устройством вывода звуковой информации.
Устройства ввода информации.
Устройства при помощи, которых можно ввести данные в компьютер называется устройства ввода. Осуществить воздействие на компьютер, вот одна из главных задач устройств ввода. Разнообразие выпускаемых устройств ввода повлекли за собой целые технологии от осязаемых до голосовых. И хотя они служат для разного, но предназначены лишь для одного–дать пользователю связаться с компьютером. Благодаря своей компактности и наглядности человек создал устройства ввода.
Клавиатура
Клавиатура является одним из самых основных устройств ввода данных.
MFII вот стандарт клавиатуры в современном мире. Пять групп клавиш, доставляемых свою высокую функциональную поставку, вот что можно отметить в клавиатуре MFII. Специальные клавиши для слепых с осязаемыми точками на клавишах, специальные клавиатуры для складов и магазинов, дававшие устройства для чтения штрихового кода, вот что следует отметить среди других видов клавиатур. Сенсорные клавиатуры, имеющие в своей особенности защиту от опасного влияния, специальные покрытия клавиш дополнительной сенсорной фольгой, клавиатура подходящая для медицинских учреждений со специальными устройствами считывания информации со страховой карты, называются промышленными. В настоящее время появились клавиатуры со специальными клавишами для удобства работы с той или иной операционной системой (ОС), например, клавиатура для Windows 95. Таким образом, выбор клавиатуры зависит от ОС, с которой предлагается работать.
Мышь нужна для ввода данных или одиночных команд, выбираемых из меню. Мышь является небольшой коробочкой с двумя или тремя клавишами, с легкостью передвигающийся в любом направлении. Мышь присоединяется к компьютеру благодаря шнуру и нуждается в особой программной поддержки. Мыши нужна плоская поверхность, для этого были созданы специальные коврики. Мышь – это механический манипулятор, преобразующий движения в управляющий сигнал. В частности сигнал может быть использован для позиционного курсора или прокрутки страниц
Сканеры
Для того чтобы читать графическую информацию с бумажного используется оптические сканеры. Сканируемое изображение считывается и изменяется в цифровую форму элементами дополнительного устройства: CCD – чипами. Сканеры– это устройство, которое, анализируя какой–либо объект, создает цифровую копию изображения объекта, этот процесс называется сканированием.
В данной статье была представлена довольно полная информация об механизмах вывода и ввода данных и о положениях их деятельности. Качество работы современного ПК сложно представить себе без обеспечения его устройствами о которых шла речь, так как они демонстрируют необходимую пользу при работе человека с компьютером, а понимание способов работы вышеперечисленных устройств, создают более продуктивное их пользование.
Современные средства ввода-вывода в промышленных и бортовых системах
В статье представлен обзор современных средств ввода-вывода информации в промышленных, бортовых и других системах. Описаны функции, классификация и структура систем ввода-вывода. Рассмотрены особенности устройств ввода-вывода сигналов и сбора данных различного назначения, выпускаемые ведущими мировыми компаниями.
Компьютерные системы различного назначения — промышленные, информационно-измерительные, диагностические — осуществляют связь с объектам управления с помощью специальных устройств связи с объектами (УСО). В состав УСО входят датчики, исполнительные устройства, преобразователи уровней и формы сигналов (АЦП, ЦАП и др.), устройства коммутации сигналов и управления нагрузками, а также интерфейсные схемы для сопряжения с компьютерной шиной.
Датчики и исполнительные устройства находятся непосредственно на объекте. Преобразователи, устройства коммутации и управления нагрузками, а также интерфейсные схемы встраиваются в специальные модули или платы, которые называются устройствами ввода-вывода (УВВ). Иногда с целью обеспечения гибкости и возможности работы УВВ с различными датчиками и исполнительными устройствами преобразователи и устройства управления нагрузками реализуют в виде отдельных самостоятельных модулей, конструктивно вынесенных за пределы УВВ.
Устройства ввода-вывода являются ключевыми элементами УСО, обеспечивающими информационное взаимодействие датчиков, исполнительных устройств и компьютера.
Классифицировать устройства ввода-вывода можно по различным критериям. По особенностям применения их разделяют на общепромышленные и бортовые. Для последних характерно низкое энергопотребление, высокая надежность, возможность работы в расширенном температурном диапазоне и малые габариты.
По количеству обрабатываемых данных различают недорогие (low-cost) устройства ввода-вывода, устройства общего назначения и специальные устройства ввода-вывода (многоканальные, высокоскоростные, имеющие высокое разрешение и работающие в граничных режимах).
По типу обрабатываемых сигналов УВВ можно разделить на аналоговые, цифровые и многофункциональные, т.е. сочетающие аналоговые и цифровые сигналы.
По функциональному назначению УВВ могут быть предназначены только для ввода сигналов или только для вывода, или же сочетать обе функции, а также обеспечивать прием и передачу специальных сигналов (например, контроллеры движения, обработки видео и звука и др.). Конструктивно УВВ представляют собой PC-платы различных форматов или отдельные модули, реализующие прием и передачу данных через внешние компьютерные интерфейсы.
В зависимости от топологии структурной схемы УВВ разделяются на две группы: централизованные и распределенные.
Централизованные УВВ используются для создания несложных автономных компьютерных систем управления небольшими объектами, поэтому такие УВВ иногда называют локальными. В таких системах каждый датчик или исполнительное устройство подключаются к УВВ компьютерной системы с помощью индивидуальной линии связи, т.е. по радиальной схеме. Учитывая высокую стоимость работ по прокладке линий связи, применение централизованных УВВ для сопряжения с протяженными и сложными объектами экономически нецелесообразно. Как правило, централизованные УВВ подключаются с помощью интерфейсной схемы к системной шине (либо к одной из внешних шин) компьютера, поэтому эти УВВ размещают в корпусе компьютера или рядом с ним. Обычно управление работой УВВ этой группы производится компьютером, поэтому наличие собственных процессоров у этих УВВ не является обязательным, хотя современные УВВ нередко содержат встроенные DSP или FPGA.
Распределенные УВВ используются для создания компьютерных систем управления сложными и протяженными (сотни или тысячи метров) в пространстве объектами. Распределенное УВВ, структурная схема которого изображена на рисунке 1, реализуется на основе локальных УВВ, объединяемых, например, с помощью промышленной сети Fieldbus.
Структурные схемы локальных и централизованных УВВ во многом подобны, но имеется и ряд отличий. В локальных УВВ распределенных систем вместо шинных интерфейсных схем применяются сетевые адаптеры, с помощью которых УВВ подключаются к промышленной локальной сети. Такое подключение позволяет расположить локальные УВВ рядом с объектом управления. Каждое из локальных УВВ имеет сравнительно небольшое число входов и выходов, к которым подключаются только близко расположенные датчики и исполнительные устройства, что сокращает стоимости линий связи и работ по их прокладке. С другой стороны из-за удаленности локальных УВВ от компьютера, централизованное оперативное управление их работой практически трудно осуществимо.
Кроме того, каждое локальное УВВ должно поддерживать тот или иной сетевой протокол обмена, принятый в распределенном УВВ. Поэтому каждое локальное УВВ обязательно содержит встроенный процессор, выполняющий функции управления УВВ и сетевой поддержки. В современных локальных УВВ на встроенный процессор дополнительно возлагают некоторые функции управления объектом, выполняющиеся в режиме жесткого реального времени, что позволяет частично разгрузить основной компьютер. Таким образом, современные распределенные УВВ трансформируются в распределенные системы управления, которые по сравнению с централизованными системами являются более производительными, гибкими, легко масштабируемыми и надежными.
На практике возможны случаи использования в системе одновременного двух видов УВВ: близко расположенные датчики и исполнительные устройства подключаются с помощью централизованных УВВ, а удаленные — с помощью распределенных УВВ.
Далее рассмотрим наиболее распространенные виды современных устройств ввода-вывода для бортовых и общепромышленных систем.
Одним из наиболее популярных стандартов для бортовых и промышленных систем является PC/104. Широкое распространение этого формата в области бортовых встраиваемых компьютеров объясняется рядом факторов.
Модули этого формата имеют компактные размеры (90 x 96 мм) и надежную 4-точечную систему крепления, что обеспечивает повышенную стойкость к механическим воздействиям. В настоящее время на рынке имеется большой выбор компонентов этого формата от различных производителей.
Кроме того, PC/104 использует стандартные шины PC, что дополнительно снижает их стоимость и время разработки конечного продукта.
Платы в формате PC/104 позволяют организовывать компактные высоконадежные системы сбора данных, предназначенные для работы в жестких условиях.
Американская компания RTD Embedded Technologies является одним из мировых лидеров в разработке и производстве встраиваемых и бортовых компьютеров формата РС/104 для экстремальных условий эксплуатации. Компания предлагает широкую номенклатуру модулей аналогового и цифрового ввода-вывода стандарта РС/104, способные функционировать при высоких механических нагрузках и температурах от –40 до 85°C.
Примером такого рода устройств служит16-канальная высокоскоростная плата аналогового ввода/вывода DM6430 (см. рис. 2). Эта плата обеспечивает 16 несимметричных/8 дифференциальных каналов аналогового ввода и содержит 16-разрядное АЦП с частотой выборки 100 кГц и временем преобразования 10 мкс. Диапазон входного сигнала составляет 0…10 В. Плата содержит буфер FIFO на 1К или 8К отсчетов и 2-канальный 16-разрядный счетчик-таймер (8 МГц). Программируемый коэффициент усиления составляет 1, 2, 4 или 8. На плате реализовано 2 канала аналогового вывода и 16 каналов дискретного ввода/вывода. Напряжение питания платы составляет 5 В, потребляемая мощность 3,5 Вт.
На плате SDM7540 (см. рис. 3), выполненной в формате PC/104-Plus, реализована программно независимая автокалибровка SmartCal™ на DSP Texas Instruments TMS320F2812. Плата содержит 16 каналов дискретного ввода/вывода, 2 канала аналогового вывода. В плату встроен 12-разрядный АЦП с частотой выборки 1,25 МГц и временем преобразования 0,8 мкс. Диапазоны напряжений входного сигнала: ±5, ±10 и 0…10 В, программируемый коэффициент усиления: 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64. В устройстве реализован многоканальный буферизованный последовательный порт (McBSP). Напряжение питания 5 В, потребляемая мощность 4 Вт.
В настоящее время в промышленности широко распространены платы ввода-вывода, встраиваемые в PC. Эти платы выпускаются в различных форматах: PCI, ISA, низкопрофильные PCI, PCI Express, cPCI, PXI и др. К компьютерным платам ввода-вывода относятся платы обработки аналоговых сигналов, многофункциональные аналого-цифровые платы сбора данных, цифровые платы ввода-вывода и высокоскоростные платы ввода-вывода.
Такие платы поддерживаются программным обеспечением, работающим под управлением ОС Windows Vista/XP/2000/2003 и Linux.
Одним из ведущих мировых производителей многофункциональных устройств сбора данных, высокопроизводительных плат цифрового и аналогового ввода/вывода и программного обеспечения к ним является компания ADLINK Technology. Продукция ADLINK широко используется в ответственном оборудовании промышленной автоматизации, медицине, авиации, обороне и науке, в различных специальных системах сбора и обработки информации. В основном, это системы CompactPCI, PXI, а также платы стандартных форматов с шинами PCI/PCI express.
Все продукты поставляются в комплексе с драйверами под ОС Windows,Linux, а также поддерживаются разработанным ADLINK Technology специальным программным обеспечением или программным обеспечением, предназначенным для таких инструментальных систем как LabVIEWи MATLAB.
Компания предлагает широкую номенклатуру модулей аналоговых входов, например, PCI-9113. Эта 32-канальная плата с частотой опроса до 100 Квыб./с имеет 12-разрядное разрешение. В ней предусмотрено 3 программируемых диапазона входных сигналов для однополярных и биполярных сигналов, а также оптоизоляция входных сигналов (напряжение изоляции 2500 В). Плата применяется для мониторинга датчиков, систем распознавания данных, систем передачи энергии, а также в промышленных измерительных системах.
4-канальная 16-разрядная плата высокоскоростного аналогового вывода PCI-6202 (см. рис. 4) с частотой опроса 1 Мвыб./с содержит аппаратный генератор сигналов, 16 изолированных цифровых входов с диапазоном 0…24 B, 16 изолированных цифровых выходов (с выходным током до 500 мА), 8 TTL дискретных входов и выходов, 2 32-битных счетчика/таймера с базовой частотой до 80 МГц, 4-канала ШИМ-выходов, 3-входных канала энкодеров. На плате предусмотрена возможность межмодульной синхронизации посредством специальной шины SSI.
Компания ADLINK Technology предлагает также многофункциональные аналоговые модули с входом для энкодера, высокоскоростные платы цифрового ввода-вывода, а также специализированные модули для управления движением (например, высокоточная плата для управления движением с 24-битным входом PCI-9524).
Кроме того, компания предлагает высокоскоростные аналого-цифровые преобразователи (дигитайзеры) формата PXI и PCI. Например, плата PXI-9816/9826/9846 имеет разрешение 16 разрядов, 4 канала непрерывного опроса со скоростями 10/20/40 Мвыб/с., программно устанавливаемое входное сопротивление 50 Ом или 1 MОм и диапазон входных напряжений ±0,2 В или ±1 В. На платы установлена память объемом 512 Мбайт.
Для визуального контроля производственных процессов и применения в охранных системах используются платы видеозахвата. Эти платы предназначены для создания высококачественного компьютерного видео и работают совместно ос с миниатюрными камерами. Например, PCI Express плата видеозахвата PCIe-CPL64 компании ADLINK поддерживает технологию PoCL (Power over Camera Link ® ), т.е. данные и питание подаются по одному кабелю. На этой плате используется 2-х канальный интерфейс PoCL и 64-битная адресация памяти видео приложений до 16 Гбайт. Скорость передачи данных достигает 4 Гбит/с. Два порта RS-232 реализуют связь между камерами и платой. На плате установлена память DDR объемом 128 Мбайт. Предусмотрена поддержка ОС Microsoft Windows XP и Windows Vista.
В качестве современного решения для распределенных систем ввода-вывода в настоящее время применяется высокоскоростная технология HSL (High Speed Link). Данная технология базируется на интерфейсе RS-485 и обеспечивает полнодуплексную многоточечную последовательную передачу данных в режиме реального времени. Технология HSL позволяет строить системы для управления тысячами точек ввода/вывода с помощью любого имеющегося в наличии компьютера (PC или IPC). Причем для соединения используются только недорогие кабели категории 5.
Система ввода/вывода HSL, предлагаемая компанией ADLINK Technology, построена по следующей схеме: мастер-плата (Single Master), установленная в PCI-слот компьютера, последовательно соединена с подчиненными устройствами с помощью кабеля категории 5. Подчиненное устройство состоит из одного или двух модулей ввода/вывода, установленных на плате клеммников (Terminal Base). Такая архитектура позволяет устанавливать подчиненные устройства непосредственно вблизи точек ввода/вывода, что значительно сокращает длину проводных соединений и снижает вероятность помех и потерь сигнала. Кроме того, при таком построении системы не требуются сетевые адаптеры.
Использование высокоскоростного многоточечного, последовательного протокола обеспечивает системе HSL функции исправления ошибок и самодиагностики. Имея скорость сканирования 1000 точек/мс и скорость передачи данных 6 Мбод, система HSL является наиболее экономичным, быстрым и гибким решением по сравнению с предыдущими системами ввода/вывода.
При использовании системы HSL один PC может поддерживать до 32000 точек ввода/вывода, при этом интервал сканирования составляет менее 2 мс без дополнительной нагрузки на основной компьютер. Среднее время опроса 32 каналов ввода-вывода составляет около 15 мкс.
Система HSL компании ADLINK состоит из следующих компонентов: мастер-контроллера PCI-7853/PCI-7854, HSL-повторителя HSL-HUB3, контроллера движения HSL-4XM0, релейного модуля, модуля входов/выходов HSL-DI16DO16, релейного модуля и модуль аналоговых входов/выходов HSL-AO4-U.
Кроме того, компании ADLINK предлагает аналоговые и цифровые модули удаленного ввода-вывода для распределенных систем семейства NuDAM (см. рис. 5). В данное семейство входят модули термосопротивлений, модули термопар, модули цифровых изолированных и неизолированных входов/выходов, аналоговые входные модули, модули программируемых входов/выходов, модули релейных выходов, модули счетчиков и др.
Существуют и другие варианты конструктивной реализации распределенных систем ввода-вывода. Некоторые компании предлагают модули ввода-вывода для монтажа на DIN-рейку. Например, компания Fastwel выпускает набор блоков для построения промышленной ЭВМ для монтажа на DIN-рейку: процессорные модули, модули дискретного ввода-вывода, модули аналогового ввода-вывода, коммуникационные модули и терминальные платы.
Аналоговый мультиплексор AIB920 (AIMUX-32C) является электронным коммутатором, который предназначен для приема аналоговых сигналов от 16 дифференциальных или 32 однопроводных источников с помощью одного канала модуля аналогового ввода (см. рис. 6). Переключение каналов осуществляется по 8 линиям дискретного входа коммутатора. Имеется возможность наращивания количества входов до 256 путем каскадирования коммутаторов. Диапазоны входного сигнала ±10 B, ±80 мA.
Существуют также промышленные системы ввода-вывода с интерфейсом Ethernet. Интеллектуальные Ethernet-модули ввода-вывода компании ADDI-DATA предназначены для использования в тяжелых промышленных условиях. Благодаря исполнению с высокой степенью защиты IP66 и расширенному температурному диапазону (–40…85˚C) нет необходимости применения дополнительных дорогостоящих корпусов. Модули снабжены оптоизоляцией входных и выходных каналов, защитой от перенапряжения, контурами подавления высокочастотных помех. Дополнительную надежность изделиям ADDI-DATA придает использование промышленных соединителей и экранированных интерфейсных кабелей. Поддержка шин PCI, Compact PCI и PCI Express дает возможность применения плат ADDI-DATA в любых измерительных системах. Платы снабжены полным комплектом драйверов под популярные ОС, имеется поддержка программного инструмента LabVIEW.
Модули ввода-вывода ADDI-DATA выпускаются в различных вариантах конфигурации. Например, инкрементный счетчик и модуль цифрового ввода-вывода с Ethernet-интерфейсом MSX-E1701 (см. рис. 7) имеет входы для 4-х 32-битовых инкрементных счетчиков. Уровень входных сигналов соответствует стандарту RS-422 или 24 В. Частота прямого счета составляет до 5 МГц. Питание для энкодеров равно 24 или 5 В. Кроме того, модуль содержит 16 каналов цифровых входов и выходов, цифровой триггерный вход, встроенную память 64 Мбайт. Напряжение оптоизоляция входных и выходных каналов достигает 1000 В.
Ряд компаний предлагает архитектуру построения промышленных систем сбора данных на основе модулей с интерфейсом USB. К преимуществам такого решения относятся компактность, простота сборки и отсутствие необходимости в дополнительных источниках питания, адаптерах и сетевых кабелей.
Компания Advantech выпускает модули ввода-вывода серии USB-4700 (см. рис. 8). Эти модули имеют компактный размер и обладают широким набором функций. Устройства совместимы с PCI-платами и предусматривают различные варианты монтажа. Компания Advantech предлагает готовое к использованию программное обеспечение и драйверы. Модули серии USB-4700 являются в 20000 раз более быстродействующими, чем традиционные устройства ввода-вывода с интерфейсом RS-485. Модули имеют встроенные клеммные соединители и не требуют для подключения дополнительных аксессуаров.
Для систем, требующих обработки большого объема информации в режиме реального времени применяют устройства высокоскоростного ввода-вывода. Эти системы применяются в таких приложениях, как радары, неразрушающий контроль, спектроскопия, диагностическое ультразвуковое медицинское оборудование, экспериментальные установки для исследований в области физики элементарных частиц и др.
Одной из фирм, специализирующихся на разработке систем высокоскоростного ввода-вывода, является компания Signatec. Пропускная способность плат серии PDA достигает 1 ГГц, а параллельное применение нескольких плат делает интегральную производительность системы практически неограниченной. Кроме плат, устанавливаемых в любой РС-совместимый компьютер, компания Signatec поставляет готовые измерительные комплексы IC1000D с объемом памяти для хранения данных до 18 Тбайт.
В своих устройствах Signatec применяет дополнительные параллельные шины передачи данных SAB и SEB. Благодаря высокой скорости обмена данными по этим шинам исключаются все узкие места, связанные с ограниченной пропускной способностью системной шины. С помощью SAB и SEB реализуются параллельная обработка данных на нескольких платах, связь с платами массовой памяти и др. Эти системы способны в реальном времени обрабатывать потоки данных и телеметрии объемом до 2 Гбайт/с.
Компания Signatec предлагает широкую линейку высокоскоростных и прецизионных устройств ввода-вывода. Например, плата высокоскоростного широкодиапазонного 2-канальный 16-разрядного АЦП PDA-16 имеет 64-битную PCI-шину. Частота опроса каждого канала составляет 160 МГц. Возможно объединение для совместного функционирования до 4 плат, т.е. реализуется 8-канальный режим. Плата содержит встроенную память объемом 512 Мбайт. Скорость передачи данных по шине SAB 500 Мбайт/с. Скорость передачи данных по 64-битной шине PCI-X 500 Мбайт/с. Плата содержит встроенный синтезатор временных интервалов с точной подстройкой от 0 до 125 МГц и Гигабитный Ethernet- порт. На плате размещены 4 микросхемы FPGA Xilinx Virtex.
Другим высокопроизводительным устройством компании Signatec является 2-канальный АЦП реального времени PX14400 (см. рис. 9). АЦП имеет скорость записи данных более 1,2 Гбайт/с и разрешение 14 бит. Устройство способно захватывать сигналы полосой до 400 МГц. Плата содержит встроенную память объемом 1 Гбайт. Запись данных производится по шине PCI Express со скоростью 1200 МБайт/с или по шине SAB со скоростью 1600 МБайт/с.
В PX14400 используются две микросхемы FPGA Xilinx Virtex-5, одна из которых используется для потребительских задач. Программируемый усилитель позволяет с шагом в 1 дБ настраиваться на входной сигнал в диапазоне от 200 мВ до 3 В. Возможно объединение и синхронизация до 5 плат в конфигурации master/slave.
Одной из новинок компании Signatec является промышленный высокоскоростной дигитайзер формата ExpressCard EC14150 (см. рис. 10). Это устройство выполнено в компактном форм-факторе стандарта ExpressCard 54 мм и обладает очень низким энергопотреблением (всего 4,5 Вт). Оно обеспечивает прием данных одновременно по 2-м каналам с частотой опроса 150 МГц и разрешением 14-бит. Память объемом 512 Мбайт может быть использована как FIFO значительного объема и предназначена для непрерывного сбора и передачи данных по шине ExpressCard. Полоса входных частот от 200 кГц до 200 МГц. Модуль был разработан для максимально качественного захвата сигналов в условиях паразитных помех широкого диапазона частот и обеспечения оптимального соотношения сигнал/шум. Устройство поставляется с полным комплектом драйверов под Windows 2000/XP/Vista, библиотекой С-функций и прикладным программным обеспечением для записи сигналов.