Zakázkový vývoj - modulární DA&C systém EU-3000
V průběhu roku 2007 byl zahájen vývoj modulárního DA&C systému EU-3000. Společnost TEDIA® zajišťovala vývoj hardwarové části celého systému včetně vývoje a odladění komunikačního protokolu a firmware jednotlivých desek; softwarovou podporu na straně počítačů řešil zadavatel vývoje, společnost INOVA Praha s.r.o.
První etapa, koncepce systému
DA&C systém EU-3000 je tvořen sestavou I/O jednotek vestavěných do průmyslových 19" skříní a datovým koncentrátorem připojeným k jednomu nebo více počítačům zajišťujícím zpracování dat.
Jádrem celého systému je datový koncentrátor koncipovaný jako centrální jednotka zajišťující časování celého systému a přenosy mezi všemi I/O jednotkami a všemi počítači. Pro komunikaci s jednotkami bylo zvoleno rychlé synchronní sériové rozhraní s datovou propustností 25,6 MB/s, pro komunikaci s počítači pak standardní gigabitový ethernet. Všechna rozhraní koncentrátoru pracují synchronně se vzorkovací frekvencí až 10 kHz.
Vnitřní řešení koncentrátoru je koncipováno pro osm sériových a osm ethernet rozhraní. Vezmeme-li pro představu sestavu osmi skříní osazených 15 jednotkami čtyřnásobných analogových vstupů, systém nabídne měření 480 analogových signálů. Analogickou úvahou lze se stávajícími typy I/O jednotek dospět k omezením na 960 analogových výstupů nebo 1920 digitálních výstupů. Pro zpracování takového množství signálů lze datový tok rozložit až na osm počítačů; každý z počítačů může mít k dispozici kterákoliv vstupní a výstupní data (celkový objem I/O dat dostupných každému počítači je limitován délkou jednoho ethernet paketu).
Koncentrátor pracuje zjednodušeně jako 16portová paměť s datovou propustností více než 200 MB/s zajišťující ...
- přenos dat ze vstupních jednotek; všechna rozhraní přenášejí data paralelně s pevným rámcem 10 kHz
- přenos dat do výstupních jednotek; všechna rozhraní přenášejí data paralelně s pevným rámcem 10 kHz
- přenos zvolených dat do počítačů; ačkoliv paket pro každé ethernet rozhraní obsahuje libovolnou sestavu vstupních i výstupních dat, atypické řešení této části umožňuje vytvářet pakety pro všechna rozhraní paralelně a zásadně tak zvýšit celkovou datovou propustnost systému (pakety pro všechna rozhraní jsou vytvořena v čase kratším než 5 µs); vytvořené pakety jsou do počítačů odesílány synchronně s volitelným rámcem v rozsahu 1 kHz až 10 kHz
Asynchronně ke zmíněným přenosům časovaných koncentrátorem probíhá zpracování ethernet paketů přenášených z nadřízených počítačů.
Nezávisle na uvedených datových přenosech systém nabízí servisní ethernet rozhraní pro monitorování funkce systému na pozadí měření. Rozhraní zpřístupňuje stavové registry nejen datového koncentrátoru, ale rovněž všech I/O jednotek. Rozhraní je současně určeno pro servisní rekonfiguraci jednotek (update firmware FPGA, konfigurace koeficientů FIR filtrů apod.).
Zatímco koncentrátor definuje svojí datovou propustností výkon celého systému, I/O jednotky specifikují vlastnosti systému z hlediska kvality zpracování a generování signálů.
I/O jednotky byly realizovány v mechanickém provedení standardních eurokaret (100x160 mm) a jsou s řídicí jednotkou skříně (zajišťuje komunikaci s koncentrátorem a směrování dat z/do I/O jednotek) propojeny pomocí speciální pasivní sběrnice obsahující patnáct samostatných sériových kanálů (tzn. jeden pro každou I/O jednotku) s propustností 6,4 Mbit/s.
Současný sortiment I/O jednotek zahrnuje ...
- analogové vstupy pro stejnosměrně můstky
- analogové vstupy pro střídavé můstky a LVDT
- analogové vstupy pro akcelerometry
- analogové vstupy pro resolvery
- univerzální napěťové analogové vstupy
- univerzální napěťové analogové výstupy
- analogové výstupy s proudovými rozsahy do 200mA
- obousměrné čítače pro IRC snímače
- interface pro SSI snímače
- izolované digitální vstupy
- výkonové reléové výstupy
Jednotky analogových vstupů jsou osazeny 24bitovými A/D převodníky s antialiasing filtry vzorkující vstupní signály pevnou frekvencí 100 kHz. Výstupní datová frekvence konfigurovatelná v rozsahu 1-10 kHz je vytvářena FIR filtry integrovanými spolu se všemi kalibračními konverzemi v hradlovém poli. Pro update firmware hradlového pole, koeficientů FIR filtrů i kalibračních konstant jsou jednotky vybaveny nezávislým servisním rozhraním.
Ostatní typy jednotek jsou právě jako jednotky analogových vstupů vystavěny na analogickém řídicím jádře obsahujícím hradlové pole, mikropočítač, servisní a datové rozhraní. Podle typu jsou pak jednotky vybaveny 16bitovými izolovanými D/A převodníky, izolovanými digitálními vstupy, výkonovými relé, izolovanými RS-422 vstupními obvody s navazujícími 32bitovými obousměrnými čítači a programovatelnou vstupní logikou pro IRC čítače.
Kompletní zpracování dat v počítači řešil zadavatel vývoje, společnost INOVA Praha s.r.o., v rámci vlastního softwarového balíku určeného pro měření, řízení a vizualizaci procesů. Společnost TEDIA® jako výrobce koncentrátoru a I/O jednotek zajistila software pro konfiguraci jednotek.
Zadavatel: INOVA Praha s.r.o., Inova GmbH
Realizace: 2007
Rozšiřování sortimentu I/O jednotek
V průběhu let 2009 až 2016 byl systém EU-3000 rozšířen mj. o novou dvoukanálovou jednotku určenou především pro přesná měření pomocí akcelerometrů nebo čtyřkanálovou jednotku určenou pro stejnosměrné můstky.
Právě jako ostatní analogové jednotky tohoto systému využívají nové jednotky 24bitové A/D převodníky se vzorkovací frekvencí 100 kHz doplněné o FIR filtry implementované v FPGA. Vstupy využívají moderní "zero-drift" přístrojové zesilovače a nabízejí rozsahy od desítek mV do ±10 V. Jednotky rovněž obsahují proudové zdroje pro buzení akcelerometrů, resp. čtyři nezávisle programovatelné referenční zdroje symetrického napětí pro buzení můstků.
Inovace se dočkala jednotka také pro zpracování signálů LVDT snímačů; zatímco první verze využívala speciální integrované obvody, u nové verze řeší FPGA kompletní zpracování signálů pomocí komplexní DFT včetně generování budicích harmonických signálů s přesně konfigurovatelnou frekvencí i výstupním napětím.
Další rozvoj systému
Na rozvoji systému se průběžně pracuje, aktuálně je připravováno rozšíření systému pro vzorkovací frekvence až do 50 kHz (pracovní frekvence 24bitových A/D převodníků až 400 kHz) a s tím související navýšení propustnosti ethernet rozhraní.