IO模块更换:查看物理位置，测量，处理需求

今天的I/O系统是单板计算机、信号调理电路和坚固机械的混合体。当需要更换一台时，有很多因素需要考虑。在所有这些讨论中，灵活性是关键。灵活性延长了升级所需的时间。在购买或指定I/O系统时，请考虑:

1.物理位置。I/O系统通常围绕特定部署的标准进行设计。您想在哪里安装您的系统?

• 在一个面板或盒子里，在墙上，还是在测试台上?确保查看安装选项。
• 室内还是室外?天气或IP(入侵保护)评级?对于系统来说，使用IP/NEMA评级的外壳通常比寻找“防风雨”I/O模块更容易，也更经济。
• 靠近工业设备?来自电机、照明和电源的电磁辐射(EMI)会降低信号性能。建议将I/O模块安装在离传感器更近的地方，以帮助缩短信号线的运行时间，使用屏蔽电缆，并寻找具有隔离功能的模块。
• 可用的电源是什么?这在决策中并不是很重要，但是从一个电源驱动多个设备更方便。此外，检查被观测测控系统的输入范围也很重要。
• 您希望如何连接到I/O?有许多连接解决方案可用。有些可以直接安装到模块上，有些可以连接到终端，还有一些可以轻松地为系统创建自定义电缆。检查线规。I/O系统很少需要大规格的电线，因为它们不会移动很多电流，但如果电缆已经到位，那么重新布线工厂、地板或机器可能会很昂贵。
• 什么标准对你来说是重要的?这些可能包括UL, CE, C-tick, RoHS和NIST校准?你需要保形涂层吗?

这些物理特征是首先要考虑的。机械设计可以影响精度，可能是1%或10%的故障率的差异。并非所有系统都是为所有环境设计的。例如，NI CompactRIO嵌入式I/O系统设计用于恶劣环境，经过50g/5g操作冲击/振动的测试，并在-40 C至70 C的温度范围内保持最大精度规格。

2.I/O需求:市场上有许多模块化I/O系统(pac / plc)。为了做出合理的决定，考虑整个可用的I/O目录是很重要的。

您现在需要什么类型的测量或应用程序，将来可能需要什么类型的测量或应用程序?

• 对于工业需求，确保有良好的“工业型”I/O选择，如0-5 V, 0-10 V, 4-20 mA, 24 V DIO和四控/速/计数器。
• 对于“测试”类型的测量，寻找可以从广泛的传感器阵列进行测量的I/O，如热电偶、RTD、应变计、负载/压力/扭矩单元和加速度计。

模块和机箱涵盖哪些通道计数?

• 对于更高通道数的系统，请寻找密度(每个模块有更多通道)，因为这些将更具成本效益。
• 对于通道数量较少但通道类型混合较多的系统需求，请寻找提供较少通道/模块的系统，或提供更好粒度的“通用”模块。

尽管不存在“面向未来”的系统，但大量的I/O模块选择对系统增长是有利的。确定备份计划是一个很好的做法，以防需要的I/O无法从系统供应商那里获得，因为自定义电路并不总是容易与现成的平台集成。一些系统试图通过发布用于定制模块开发的开发工具包来解决这个问题。例如，NI CompactRIO系列硬件有超过50个现成的I/O模块，以及一个用于自定义、第三方模块创建的模块开发工具包(MDK)。这些定制模块适用于与现有模块相同的机械和底盘，为定制电路或连接提供更好的集成。

3.通信和数据可访问性:消费者“电子和信息”领域推动了围绕数据传播方式的新技术。

• 谁将使用这些数据?他们是坐在办公桌前的电脑前吗?他们是否带着iOS或Android设备?系统是无头运行的吗?
• 您的I/O系统需要与哪些其他设备通信?OPC服务器连通性?总线/协议，如串行，Modbus，以太网(TCP/IP)，基金会现场总线，DeviceNet, CAN, EtherCAT?更灵活的系统将有多种选择。
• 是否需要本地数据存储?FTP站点?当地盘吗?

通信协议和数据可访问性的重要性随着您所使用的不同系统的数量而变化。与I/O非常相似，通信和数据存储的多种选项将使将新的替换系统与现有遗留系统集成起来变得更加容易。由于网络技术和智能设备的发展，这个问题既是一个软件挑战，也是一个硬件挑战。例如，在CompactRIO上运行的LabVIEW可以通过MODBUS (DB9)与现有设备通信，并将数据发布到web上，这有助于工程师设计控制和监控系统，从而无需进行全面改造就能提高功能。

4.I/O数据处理需求:即使您只关心“愚蠢的”I/O测量传输，数据处理也可能很重要。

• 您的I/O系统将用于控制吗?许多旧系统都配置了中央情报。来自整个网络的传感器数据被传送回中央处理器。建立分布式智能的新系统可以提高决策速度，降低数据通信带宽。如今，pac上的处理通常发生在两个位置之一:系统的实时主机端(标准浮点处理器)和专用的可编程FPGA，以实现低延迟和高速闭环控制速率(100 kHz)。
• 如果您的I/O系统将用于简单的数据通信，您是否需要“数据预处理”以减少通过网络发送的数据?
  • 本地计算波形的RMS、峰值和频率值，而不是通过网络传输完整的波形数据。
  • 仅就值更改进行通信，而不是多次广播相同的数据。
  • 过采样和平均以提高直流信号的精度。这有助于减少数据和信号噪声。
  • 在模块位置缩放数据，并以实际工程单元而不是原始值传输数据。这不会减少数据流量，但会提高易用性。

处理能力超出了处理器上有多少个核心或FPGA上有多少个查找表(lut)。I/O系统的开发环境对性能和部署时间有很大的影响。阶梯逻辑是围绕数字/中继风格逻辑设计的，不太适合更高级的控制算法，如无模型自适应控制。许多标准的基于文本的语言可以在非常低的水平上编程，但结果会增加开发时间。NI CompactRIO和LabVIEW旨在帮助编程简单或高级的控制方案，使用图形代码，可以部署到基于处理器的实时目标或fpga。

正如您所看到的，当涉及到替换模块化系统时，除了模块本身之外，还有几个考虑因素。

Brett Burger是美国国家仪器公司嵌入式I/O高级产品经理。由Mark T. Hoske编辑，CFE媒体，控制工程，www.globalelove.com。

另见渠道:

系统集成

机控制

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