2.2.3 Модуль аналогового ввода-вывода с гальванической развязкой ai16-5a-1
Модуль AI16-5A-1 позволяет контролировать до 16 каналов аналогового ввода с точностью 14 бит. Наличие гальванической изоляции позволяет защитить управляющую систему от помех. Благодаря наличию на плате каналов DIO и АО с помощью AIC120 (AI16-5A) можно создавать полноценные системы управления технологическими объектами с обратной связью. Каналы модуля AI165A могут быть программно настроены на прием 16 аналоговых сигналов с использованием однопроводной схемы подключения или 8 с использованием дифференциальной схемы подключения. Разрешающая способность АЦП модуля составляет 14 разрядов. Максимальное быстродействие модуля при использовании коэффициентов усиления 1, 2, 4, 8 составляет 100000 выборок в секунду. Если используется модуль с коэффициентами усиления 1, 10, 100, 1000, то скорость опроса каждого канала составляет 40000, 33000, 7500, 800 выборок в секунду соответственно.
Рисунок 2.2.3.1 - Внешний вид платы аналогового ввода-вывода
Модуль AI16-5A-1 выполнен в формате MicroPC и предназначен для преобразования 16 сигналов напряжения или 8 токовых сигналов в 14 разрядный дополнительный код. Каналы аналогового ввода и вывода имеют групповую гальваническую развязку от цифровой части модуля с напряжением изоляции 1000 В. Для увеличения количества каналов аналогового ввода, опрашиваемых с помощью модуля AI16-5A-1, имеется возможность включения в состав системы до 16 коммутаторов аналоговых сигналов типа AIMUX32A.
При этом две группы по 8 коммутаторов в каждой подключаются к двум аналоговым входам модуля. Управление коммутаторами осуществляется при помощи 8 каналов дискретного вывода с гальванической развязкой.
Технические характеристики аналоговых входов модуля AI16-5A-1:
16 однопроводных или 8 дифференциальных входов (программируемый тип подключения входов);
14-разрядный АЦП (AD7894-10);
программируемый коэффициент усиления по любому входу (хранится в регистре): 1, 2, 4, 8;
диапазоны входных напряжений/токов (с учетом усиления):
o ±10 В; ±5 В; ±2,5 В; ±1,25 В;
o ±80 мА; ±40 мА; ±20 мА; ±10 мА;
защита от перенапряжения: -35/+50В;
пропускная способность (по DMA или при работе с FIFO): 100000 выборок в секунду;
входное сопротивление: >10 МОм (напряжение); 125 Ом (ток);
аппаратное усреднение 2, 4, 8, 16 выборок;
случайная погрешность измерения без усреднения: ±2 МЗР;
случайная погрешность измерения с усреднением: ±0,5 МЗР;
FIFO (CY7C429): 1 Кслов (программируемая верхняя граница);
автосканирование входов;
точность измерения составляет ±2 МЗР; при использовании аппаратного усреднения точность измерения до ±0,5 МЗР.
Режимы работы модуля:
программный запуск преобразования со считыванием результата программным опросом;
запуск преобразования от встроенного таймера со считыванием результата по установке бита готовности;
запуск преобразования от встроенного таймера с последующим считыванием результата по прерыванию. Номер прерывания IRQ 3, 4, 5, 6 или 7 выбирается при помощи перемычек;
запуск преобразования от встроенного таймера с последующим считыванием результата по каналу прямого доступа к памяти (DMA). Номер канала DMA1 или DMA3 устанавливается программно.
Переключение каналов в процессе опроса может выполняться программно или автоматически. Формирование сигнала прерывания может происходить при завершении одного преобразования, по окончании усреднения
или по заполнению встроенного буфера типа FIFO (Firs-tInFirst-Out, очередь) с программно настраиваемой глубиной от 512 до992 слов.
Точность измерения составляет ±2 МЗР. При использовании аппаратного усреднения точность измерения до ±0,5 МЗР.
Технические характеристики аналоговых выходов модуля AI16- 5A-1:
2 однопроводных выхода (AD7249 + AD6941), 12-разрядная точность;
диапазон (устанавливается перемычками): 0…5 В; ±5 В; 0…10 В; 0…20 мА; 4…20 мА;
максимальное время нарастания/убывания выходного сигнала в пределах полной шкалы не превышает 10 мкс.
Технические характеристики дополнительных элементов:
таймер: 16-бит (1 µs или 10 µs);
цифровые выходы: 8 (время установки 1.6 µs);
разделяемые линии прерываний (5) и каналы DMA (2);
напряжение изоляции: 1000 В (все входы-выходы от системы).
Напряжение питания модуля: +5 В ±5 %. Потребляемый ток не более 350 мА.
Диапазон рабочих температур: -40…+85 °C. Относительная влажность модуля: 5…95 % при температуре +25 °C.
В системе управления следящими электроприводами данный модуль используется для аналогового управления двумя РЭП «Кемек» посредством встроенных ЦАП. Используемый диапазон напряжений ±5 В. Коэффициент передачи ЦАП для выбранного диапазона напряжений приведен в таблице 2.1. Программно работа с ЦАП осуществляется с помощью регистров управления, выделенных в адресном пространстве шины ISA, которые жестко установлены относительно базового адреса модуля. 12-ти разрядному коду соответствует диапазон заданий на ЦАП от 0 до 4096. Тогда значению N=0 соответствует величина выходного напряжения -5 В. Значению N=4096 соответствует величина выходного напряжения +5 В.