USB數(shù)據(jù)采集控制器在工業(yè)控制中的應用
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LabJack U12是一個多功能USB數(shù)據(jù)采集控制器，它在同類產品中性價比最高。具有8個模擬輸入通道，2個模擬輸出通道和20個可編程數(shù)字輸入輸出通道。它已被廣泛地應用于實驗/試驗設備、自動測試設備、及其它PC-Based系統(tǒng)中。是一個理想的OEM部件。
它還越來越多地應用于工業(yè)過程控制中。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，如系統(tǒng)開發(fā)周期短，系統(tǒng)變更容易，用戶界面漂亮、易操作，可以進行過程監(jiān)視、報警、記錄、打印，可以利用計算機的計算能力實現(xiàn)各種PLC無法實現(xiàn)的控制算法來進行復雜的過程控制，以及其他等等優(yōu)點。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(tǒng)開發(fā)更為簡單、快速，其應用場合更加廣泛。
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，在其基礎上介紹如何擴展系統(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來提高系統(tǒng)的運行可靠性。
2. 系統(tǒng)的組成
2.1 單個LabJack U12系統(tǒng)
一些簡單的控制系統(tǒng)只需要一個LabJack U12。其系統(tǒng)組成如圖1所示。其中U12由計算機通過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)十分簡單，被大多數(shù)OEM設備所采用。
圖1 單個LabJack U12 系統(tǒng)
對于大多數(shù)工控系統(tǒng)來說，單個LabJack U12的輸入輸出口是不夠的，因此系統(tǒng)需要進行擴展。使用USB集線器可以十分方便地把整個系統(tǒng)擴展到一個很龐大的系統(tǒng)。一臺計算機可以連接多達80臺LabJack U12，USB的集線器可以一層層地級聯(lián)。系統(tǒng)的擴展拓撲圖如圖2所示。如果所使用的USB集線器是1出4的，擴展后的系統(tǒng)就可以連接16個LabJack U12。如果是1出8的集線器，那么擴展后的系統(tǒng)會有64個LabJack U12。
圖2 系統(tǒng)擴展拓撲圖
在工控系統(tǒng)中，數(shù)字輸出常常用來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(shù)字口輸出驅動能力有限，只能驅動TTL門電路或LED，無法直接驅動繼電器線圈；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驅動模塊OD25。
OD25 和LabJack U12的連接主要是通過一根DB25線。它為LabJack U12 所有的數(shù)字口提供了驅動，驅動電壓可達50V，驅動電流可達500毫安，可同時直接驅動多個繼電器（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。一般來說它的另一個DB25 插座連接到CB25或OI25，作為數(shù)字輸入的接線板。當數(shù)字輸入為高時，OD25上的相應數(shù)字位的LED 會點亮，該LED 顯示在系統(tǒng)調試和程序調試中十分有用。使用OD25的系統(tǒng)如圖3 所示。
圖3 使用數(shù)字驅動模塊的系統(tǒng)簡圖
CB25 只是一個接線板，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。光電隔離的應用情況比較復雜，采用怎樣的隔離完全取決于信號的來源（如是否有被雷擊的危險，是否來自不同的電系統(tǒng)）、信號的性質（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，必須對整個系統(tǒng)進行考慮，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說明了。下面我們僅介紹不需要隔離的系統(tǒng)應用，但這并不說明LabJack 組成的系統(tǒng)在隔離方面有任何問題或不方便之處。其實和其他任何系統(tǒng)都一樣，需要隔離的系統(tǒng)要增加隔離模塊，系統(tǒng)的成本會隨之大幅增加。
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