Когда-то давно была подборка физических интерфейсов и модулей расширения, а сейчас мы узнаем некие подробности об аналоговых модулях (как входных, так и выходных). Также можно ознакомиться с флаером Extremely accurate, fast and robust: High-end measurement technology from Beckhoff, где есть более-менее подробное изложение вебинара (правда, на английском языке).
Программная часть
Программная часть, отвечающая за обработку и настройку аналоговых модулей, условно делится на несколько частей:
- Scope View|Server — цифровой осциллограф клиент/сервер, бесплатный в базовой поставке.
- Bode Plot — ЛАФЧХ, диаграммы Боде.
- Analytics — более комплексный анализ данных в совокупности и за большой промежуток времени, со сбором данных в "облаке" и т. п.
- Configuration — настройка модулей.
- Filter Designer — настройка цифровых фильтров Баттерворта, Чебышева, НЧ, ВЧ, и т. п. Можно настраивать параметры и рисовать кривые фильтров, затем загружать их в модули.
Ниже и ближе к железу, лежит слой обеспечения реального времени, про который мы должны помнить, что он работает с заданной цикличностью и ни микросекундой больше или меньше. Это важно помнить и знать, особенно, относительно измерительной аналоговой техники, где придется много раз делать преобразования из аналога в цифру и обратно.
Аналоговые величины существуют как бы в двух измерениях — это дискретизация по времени (TwinCAT обеспечивает синхронизацию между устройствами с точностью до ±100нс) и значение измеряемой величины. Важно помнить об этом, так как точность измерения определяется по двум координатам.
Еще ниже (но не всегда) есть дополнительные библиотеки-драйверы, которые обеспечивают работоспособность специализированных модулей. Например, библиотеки Energy Library для модулей измерения параметров электроэнергии (Energy Measurement) — модули серии EL3xxx, KL3xxx или библиотека CM library контроля состояния (Condition Monitoring) — IEPE акселерометры и другие датчики.
Пошаговый выбор модулей
Сейчас в каталоге доступно порядка 100 модулей. Чтобы не потеряться среди них, предлагается пошаговый подход к выбору.
После определения какой функционал требуется от модуля, можно выбрать тип защиты корпуса:
- IP20 — для установки в шкафах автоматизации. Серии BK, BC, EL, KL, EM, KM, ES, JS, IPC|CX|CP.
- IP67 — для установки под открытым небом, дождем и снегом. Серии: EP, EPP, EQ, ER, IP.
Дальше интересней, так как Beckhoff по сути не настаивает на обязательном использовании EtherCAT для подключения модулей, а предлагает на выбор различные полевые шины: Profibus, Profinet, Sercos II, много еще чего, ну и EtherCAT конечно же. Для всего этого зоопарка шин существуют соответствующие коплеры (coupler), объединяющие модули в удаленные или локальные группы.
Дальше необходимо определиться с аккуратностью или погрешностью измерения (±%) и пропускной способностью (100Гц..100кГц).
Также важным параметром являются тайминги и частота дискретизации:
- XFC — модули умеют делать оверсамплинг, что повышает точность, за счет интерполяции дополнительных отсчетов между тиками системы реального времени. Только для шины EtherCAT.
- DC — поддержка синхронизации распределенных часов.
- Timestamp — фиксируется ли отпечаток времени события (важно, так как измерение может произойти в произвольный момент длительности цикла).
Также, при необходимости, можно посмотреть на:
- фильтры входных сигналов;
- выбор в пользу многофункциональных модулей, умеющих измерять разные величины. В настройках можно выбрать, что именно модуль будет измерять: напряжение, ток, мощность, и т. п.;
- требуемые сертификаты на калибровку, допуски и другую технику безопасности и бюрократию.
Быстродействие и точность
Не стоит считать высокоточными — модули с высокой разрядностью оцифровки величины (hi resolution). 16 или 24 бит вовсе не означает, что эти модули точнее. Просто не имеет смысл проводить точные измерения, а затем терять эту точность из-за малой разрядности оцифровки. Выбирая модули, учитывайте обе величины — и разрядность, и погрешность измерения.
Во втором квартале 2017 года должна выйти новая серия модулей ELM в железном корпусе и для сверхточных измерений:
- 24 разряда;
- до 50 000 отсчетов в секунду;
- синхронизация с точностью до ±100нс;
- интегрированная диагностика подключений и работы функционала.
Серия модулей для шины K-bus пока еще существует — это модули KL3xxx. Следует учитывать, что из-за ограничений шины K-bus, эти модули не могут обеспечить высокое быстродействие.
