USB数据采集卡,Labjack U12 在工业控制中的用

Posted 2021-01-16

摘要：USB 数据采集控制器使用于 PC-Based 的系统，由于其使用方便性和高性 价比，它已经占领了原来数据采集控制卡的一大部分市场，不但在 OEM 设备中 得以广泛应用，而且在很多场合取代传统的 PLC 系统，应用于工业控制。本文 将以 LabJack U12 为例，介绍如何正确地在工业过程控制中使用 USB 数据采集 控制器。

其它LabJack 数据采集卡也适用：

labjack U12 数据采集卡

1. USB 数据采集控制器简介
   LabJack U12 是一个多功能 USB 数据采集控制器，它在同类产品中性价比最高。 具有 8 个模拟输入通道，2 个模拟输出通道和 20 个可编程数字输入输出通道。 它已被广泛地应用于实验/试验设备、自动测试设备、及其它 PC-Based 系统中。 是一个理想的 OEM 部件。

它还越来越多地应用于工业过程控制中。由它组成的 PC-Based 系统有所有 PC-Based 系统所固有的优点，如系统开发周期短，系统变更容易，用户界面漂 亮、易操作，可以进行过程监视、报警、记录、打印，可以利用计算机的计算能 力实现各种 PLC 无法实现的控制算法来进行复杂的过程控制，以及其他等等优 点。结合本公司为其配置了其它各种外围设备和组态软件，系统开发更为简单、 快速，其应用场合更加广泛。

本文将介绍以 LabJack U12 组成的控制系统以及所需要注意的方面，在其基础上 介绍如何扩展系统的规模和需要的模块，然后着重介绍如何使用冗余技术来提高 系统的运行可靠性。

2. 系统的组成
   2.1 单个 LabJack U12 系统
   一些简单的控制系统只需要一个 LabJack U12。其系统组成如图 1 所示。其中 U12
   由计算机通过 USB 供电，所有的输入输出口都可以在 U12 本身和 CB25 板上接入和接出。这样的系统十分简单，被大多数 OEM 设备所采用。
   

图 1：单个 LabJack U12 系统

2.2 系统扩展
对于大多数工控系统来说，单个 LabJack U12 的输入输出口是不够的，因此系统 需要进行扩展。使用 USB 集线器可以十分方便地把整个系统扩展到一个很庞大 的系统。一台计算机可以连接多达 80 台 LabJack U12，USB 的集线器可以一层 层地级联。系统的扩展拓扑图如图 2 所示。如果所使用的 USB 集线器是 1 出 4 的，扩展后的系统就可以连接 16 个 LabJack U12。如果是 1 出 8 的集线器，那么 扩展后的系统会有 64 个 LabJack U12。

图 2：系统扩展拓扑图

2.3 数字口的驱动模块
在工控系统中，数字输出常常用来控制继电器或中间继电器，而中间继电器再控 制接触器以控制电气设备。LabJack U12 的数字口输出驱动能力有限，只能驱动 TTL 门电路或 LED，无法直接驱动继电器线圈；而且其输出的电平是 5V 和工控 上常用的 24V 不兼容。因此数字输出需要接到一个驱动模块 OD25。

OD25 和 LabJack U12 的连接主要是通过一根 DB25 线。它为 LabJack U12 所有 的数字口提供了驱动，驱动电压可达 50V，驱动电流可达 500 毫安，可同时直接驱动多个继电器（如果有必要的话）。因此 OD25 在工控系统中一般是必不可少 的。

OD25 还提供了其它模块和 LabJack U12 的连接。一般来说它的另一个 DB25 插 座连接到 CB25 或 OI25，作为数字输入的接线板。当数字输入为高时，OD25 上 的相应数字位的 LED 会点亮，该 LED 显示在系统调试和程序调试中十分有用。 使用 OD25 的系统如图 3 所示。

图 3：使用数字驱动模块的系统简图

2.4 CB25 和 OI25 模块
CB25 只是一个接线板，提供了 D0-D15 的数字口的接线柱，数字口的输入输出 方向是由软件决定的，因此如果数字输入口不需要隔离的话，用 CB25 即可。

OI25 是数字输入口光电隔离模块。光电隔离的应用情况比较复杂，采用怎样的 隔离完全取决于信号的来源（如是否有被雷击的危险，是否来自不同的电系统）、 信号的性质（交流或直流），以及系统在这方面的要求。而且必须指出的是如果 采用隔离，必须对整个系统进行考虑，而不该仅仅考虑数字口的隔离，如 485 通讯口是否有隔离，模拟信号是否有隔离等等。在这方面常常存在一些误区，但 在这里我们就不做详细说明了。下面我们仅介绍不需要隔离的系统应用，但这并 不说明 LabJack 组成的系统在隔离方面有任何问题或不方便之处。其实和其他任 何系统都一样，需要隔离的系统要增加隔离模块，系统的成本会随之大幅增加。
2.5 其它设备的使用
在工控系统中常有其它设备，如变频器和其他仪表。它们和计算机的连接大多数 是通过 485 接口的，是独立于 LabJack U12 之外的。PC-Based 系统在结构上是单 个处理器的，即所有的数据处理和控制都依赖于 PC 上的处理器，因此在某些对 象的控制上需要引入 DCS 系统的概念，即局部控制采用单独的仪表。实时的控 制由仪表或控制器来完成，而 PC 只是在宏观上调整仪表的参数、控制目标值等。

LabJack U12 上有计数器，可以用来检测频率信号。如果有许多频率信号，可以 采用频率-电压变换电路，输出到模拟输入口上。对于旋转编码器的信号，可以使用专用仪表，也可以采用本公司的 DSS-FC2 模块。该模块利用声卡的处理器， 对 PC 的主 CPU 负担极小，因此效率较高。
2.6 系统软件
LabJack U12 提供了通用的动态链接库，所以用户可以使用任何编程语言。本公 司提供的组态软件 DAQFactory 却应该是首选软件开发平台，因为该组态软件包 括了所有免费的 LabJack U12 的驱动程序，用户在使用该组态软件时不需要知道 如何对 LabJack U12 进行编程，只要在屏幕上进行一些简单的设置即可，开发周 期会大幅度缩短。www.pc17.com.cn 更详细