Выбор средств измерений зависит от многих факторов. От правильного выбора средств автоматизации измерений зависит, прежде всего, их цена. Например, произвести измерения физических параметров установки в лабораторных условиях, где нет высоких измеряемых напряжений можно с помощь самых дешевых и эффективных средств. В то время как измерение на установке, расположенной в цеховых условиях требуются специальные индустриальные системы, которые могут, отличаются по цене на порядок.
Во время ввода информации в технические средства измерения, измерительные цепи
подвергаются воздействию рабочих и кратковременных переходных (бросков) напряжений со стороны проверяемого устройства. Категории измерений определяют допустимые амплитуды напряжений, которые возникают в системах подачи питания.
Категорию измерений называют также категорией установки (Installation Category).
Под рабочим напряжением понимается – максимальное эффективное значение постоянного или переменного напряжения, возникающего между частями изоляции.
Ниже приводится описание категорий в соответствии со стандартом электрической безопасности IEC 61010-1:
• Категория I предназначена для измерения цепей, непосредственно не присоединенных к
системам подачи питания с опасным для жизни напряжением. Объектами измерений
являются специально защищенные вторичные цепи: специальное оборудование, части
оборудования с ограниченным питанием, схемы с питанием от стабилизированных
низковольтных источников, а также электронные схемы.
• Категория II предназначена для измерения цепей, непосредственно присоединенных к
системе подачи питания. К этой категории относятся локальные системы питания, например, те, которые обеспечиваются настенными розетками. Объектами измерений, попадающих под эту категорию, могут быть, например, бытовые электроприборы, портативные инструменты и похожие устройства E серии.
• Категория III предназначена для измерения цепей систем подачи питания. К этой категории относится оборудование с постоянным монтажом проводов, такое как стационарные установки, распределительные щиты, рубильники. Другими примерами такого оборудования являются силовые провода (кабели), шины, распределительные коробки, переключатели, ответвительные розетки, стационарные двигатели с постоянным подключением к установкам.
• Категория IV предназначена для выполнения измерений на электроподстанциях с
напряжением <1 кВ. Примерами могут служить электросчетчики.
Фирма National Instruments предлагает следующие разновидности средств ввода/вывода данных:
PCI. Самый дешевый вариант ввода/вывода аналоговой и цифровой информации является специализированная плата PCI, которая вставляется в компьютер.
Рис.1.10 – Компьютерная плата PCI.
На базе компьютерных плат ввода/вывода можно построить достаточно сложные системы, если использовать специальные планки, в котором размещаются модули согласования и коммутаторы сигналов.
Интерфейс связи шасси с компьютером осуществляется с помощью многожильного кабеля длиной до 2-х метров.
Комплекс такой системы сбора данных ограничен ресурсами и производительностью компьютерной платы. Для расширения возможностей применяется модульные системы сбора данных.
SCXI.
Модульная система согласования сигналов это высокопроизводительная многоканальная система согласования и коммутации сигналов, используемая как внешний интерфейс для встраивания устройств ввода/вывода сигналов и модульных приборов. Система SCXI включает в себя одну или несколько промышленных шасси с установленными в него согласующими модулями. Вид такого комплекса изображен на рис. 1.9.
Система SCXI, это экономичный вариант создания автоматизированной сложной лабораторной установки. Количественно и качественно такая система позволяет построить очень сложные автоматизированные лабораторные установки, благодаря возможности расположения плат ввода вывода непосредственно на шасси.
USB устройства ввода вывода.
Тенденция развития интерфейсов связи между отдельными устройствами заключается в упрощении, и одновременном повышении производительности. Это достигается заменой, многожильных кабелей параллельных интерфейсов, достигающих сотен жил, на двухжильные витые пары последовательных интерфейсов. Быстродействие достигается применением высокоскоростных чипов. По этому в последнее время получает распространение чрезвычайно удобная связь устройств ввода/вывода аналоговой и цифровой информации, через последовательный интерфейс Full-Speed USB. Особенностью этого интерфейса является передача данных по двум проводам, возможность осуществить питание устройств напряжением +5 вольт и током до 0,5 А, кроме этого, существует возможность горячего включения и выключения устройств, без опасности выхода из строя. В компьютерной технике интерфейс USB используется в популярных запоминающих устройствах, типа Flash, для переноса информации.
Рис.1.11 – USB устройства ввода/вывода.
Типичная блок-схема USB устройства изображена на рис.1.12.
Рис.1.12 – Блок-схема USB устройства ввода/вывода.
CompactPIO.
Промежуточным вариантом между простыми средствами сбора данных и индустриальными системами является комплекс средств CompactPIO. В этом комплексе используется USB интерфейс для связи с компьютером. Модульная конструкция позволяет обеспечить ввод/вывод сигналов в сложных комплексах с измерением множества параметров от различных датчиков физических полей. Номенклатура модулей позволяет обеспечить достаточно высокую защиту устройств сбора данных. По этому система CompactPIO может использоваться вплоть до индустриальных систем, но значительно ниже стоимостью.
Рис.1.13 – Система CompactRIO и принципы программирования в LabVIEW.
Промежуточный контроллер реального времени позволяет обеспечить высокое быстродействие при гарантийных временных параметрах опроса датчиков.
Рис.1.14 – Контроллер реального времени для системы CompactRIO
Рис.1.15 – Структура измерения параметров датчиков и управления устройствами в системе CompactPIO.
FieldPoint.
FieldPoint – это система распределенного ввода/вывода и промышленного управления.
Рис.1.16 – Распределенная система ввода/вывода FieldPoint.
Рис.1.17 – Оборудование системы FieldPoint.
Если необходимо автоматизировать сбор данных в условиях заводского цеха, где объекты находятся на большом удалении друг от друга, а условия работы в корне неподходящие для офисного и лабораторного оборудования, то применяется система FieldPoint.
Стоимость такого оборудования значительно выше лабораторного. В качестве связи используется либо специальный последовательный интерфейс RS-485, с возможностью работать на дистанции до 1,2 километра, либо последовательный интерфейс Ethernet на дистанции до 90 метров.
Промышленный компьютер стандарта PXI.
Промышленный компьютер стандарта PXI – это компьютер и оборудование ввода/вывода, которые имеет специальное шасси, выполненное в индустриальном стандарте. Такое исполнение позволяет его использовать в жестких цеховых условиях.
Интерфейс связи с другими компьютерами осуществляется по специализированному последовательному интерфейсу MXI-4.
