Jednotky DataLab IO nejsou dodávány v pevných konfiguracích. Vždy je potřeba specifikovat jaké moduly mají být v jednotce přítomny. Moduly mohou být logické či analogové, vstupní či výstupní. I např. logické výstupy mohou být ve více variantách, např. výstupy s otevřeným kolektorem či reléové výstupy.

Všechny I/O moduly jsou univerzální a lze je použít ve všech slotech jednotek DataLab IO⁴, DataLab IO² i DataLab IO¹.

Představme si základní nabídku modulů pro měření a nastavování základních průmyslových signálů.

Přehled:

I/O moduly systému DataLab IO

Modul analogových vstupů AI3

Modul vstupů odporových teplotních snímačů RTD1

Modul analogových výstupů AO1

Modul analogových vstupů a digitálních vstupů/výstupů AD1

Modul analogových vstupů/výstupů a digitálních vstupů/výstupů AD2

Modul analogových vstupů/výstupů AIO1

Modul digitálních vstupů DI1

Modul digitálních vstupů se společnou zemí DI2

Modul digitálních čítačů CNT1

Modul inkrementálního čítače CNT2

Modul digitálních výstupů s relé DO1

Modul digitálních výstupů s otevřeným kolektorem DO2

Modul digitálních výstupů s otevřeným kolektorem a společnou zemí DO3

Modul digitálních výstupů s polovodičovými relé DO4

Modul digitálních vstupů/výstupů DIO1

Modul pro řízení krokových motorů SMC1

Modul analogových vstupů AI3

Modul je určen pro měření analogových veličin standardních průmyslových rozsahů s 16-bitovou digitalizací. Vstupy jsou bipolární a galvanicky oddělené.

Přednastavená hodnota rozsahu je +/-10 V.

S každým vstupním kanálem tohoto modulu je spojena propojka (jumper) na desce plošných spojů. Propojka zařazením přesného snímacího odporu 100 Ω mění napěťový vstup na proudový.

Měřicí rozsahy lze definovat pro každý kanál nezávisle a lze je měnit programově za běhu programu. Volba zda se jedná o proudový či napěťový vstup je ale dána propojkou na desce a nelze měnit za běhu aplikace.

Modul AI3 umožňuje nejen nastavovat rozsahy jednotlivých vstupů, ale i vypínat jejich měření. Vyřazení měření daného vstupu ovlivňuje rychlost, s jakou modul poskytuje měřená data.

Modul je schopen poskytnout nová data s frekvencí 50 Hz (50 vzorků za sekundu) na jeden kanál. Pokud je povoleno měření všech 8 kanálů, jsou hodnoty kanálů měřeny s frekvencí 6,25 Hz. Pokud je tedy zapotřebí měřit kanály např. minimálně 10× za sekundu, je možno použít maximálně 5 vstupních kanálů, zbylé 3 kanály musí být vypojeny.

Při použití jediného vstupního kanálu odpadá nutnost ustalování číslicového filtru a data jsou měněna 200× za sekundu. Je ale důležité upozornit, že na této frekvenci není převodník schopen reagovat na skok přivedený na vstup. Pokud se na vstupu objeví skoková změna přes celý rozsah (např. místo -10 V je přivedeno +10 V), spotřebuje převodník 4 měřicí cykly než se změna plně projeví na jeho výstupu. Frekvence měření je tedy opět 50 Hz.

Modul vstupů odporových teplotních snímačů RTD1

Modul je určen pro měření teploty pomocí odporových teplotních snímačů Pt100, Pt1000 a Ni1000.

Modul má vstupy pro připojení čtyř odporových teplotních snímačů. Na vstupy je možno připojit snímače s nejčasteji používanými teplotními koeficienty (TCR) podle norem IEC751, DIN60751, DIN43760. Připojení snímačů může být buď třívodičové nebo dvouvodičové. Teplotní rozsahy pro snímače Pt100 jsou v rozmezí od –50°C do +400°C. Teplotní rozsahy pro snímače Pt1000 a Ni1000 jsou v rozmezí od –50°C do +200°C. Každý ze vstupů může mít nastavený vlastní teplotní rozsah. Požadované rozsahy se nastavují programově pomocí dodávaného software (ovladače) a je možno je měnit i za běhu aplikace.

Modul analogových výstupů AO1

Modul analogových výstupů má 8 napěťových výstupních kanálů v rozsahu 0 až 10 V. D/A převodník má rozlišení 12 bitů, jeden krok převodníku odpovídá změně výstupního napětí o 2,5 mV.

Protože 12 bitové rozlišení odpovídá 4096 hodnotám, při 2,5 mV na jeden krok je maximální výstupní napětí 10,24 V. Pokud napětí na výstupu nesmí překročit 10V, je nutno programově zajistit aby na výstupní kanál nebyla zapisována hodnota větší než 4000.

Pokud je ovladač konfigurován aby používal fyzikální jednotky (volty), tento problém nenastává. Pokud je například na kanál zapsána hodnota 10, na výstupu se objeví 10 V (s nejistotou asi 0,1 % způsobenou nepřesnostmi použitých součástek).

Čtyři kanály je možné pomocí propojek na desce přepnout do režimu proudových výstupů s rozsahy 0 až 20 mA. Vzhledem k vysoké přesnosti D/A převodníku je rozsah 4 až 20 mA řešen programově omezením rozsahu 0 až 20 mA.

Proudový zdroj generuje 20 mA když je v převodníku zapsána hodnota 3846 (s nejistotou asi 0,1 % způsobenou nepřesnostmi použitých součástek). Překonfigurování ovladače aby používal fyzikální jednotky (ampéry) eliminuje nutnost přepočtu zapisovaných hodnot. Například zápis hodnoty 0,02 do výstupního kanálu způsobí že proudový zdroj bude generovat proud 20 mA.

Modul analogových vstupů a digitálních vstupů/výstupů AD1

Modul AD1 obsahuje 4 analogové vstupní kanály, 4 digitální vstupní a 4 výstupní kanály.

Analogová vstupní část modulu AD1 je identická s modulem AI3, pouze počet vstupů je omezen na 4. Měřicí rozsahy jsou shodné s modulem AI3. Přednastavená hodnota rozsahu je +/-10 V. S každým vstupním kanálem tohoto modulu je spojena propojka (jumper) na desce plošných spojů. Propojka zařazením přesného snímacího odporu 100 Ω mění napěťový vstup na proudový. Měřicí rozsahy lze definovat pro každý kanál nezávisle a lze je měnit programově za běhu programu. Volba zda se jedná o proudový či napěťový vstup je ale dána propojkou na desce a nelze měnit za běhu aplikace. Modul AD1 umožňuje nejen nastavovat rozsahy jednotlivých vstupů, ale i vypínat jejich měření. Vyřazení měření daného vstupu ovlivňuje rychlost, s jakou modul poskytuje měřená data. Modul je schopen poskytnout nová data s frekvencí 50 Hz (50 vzorků za sekundu) na jeden kanál. Pokud je povoleno měření všech 4 kanálů, jsou hodnoty kanálů měřeny s frekvencí 12,5 Hz. Při použití jediného vstupního kanálu odpadá nutnost ustalování číslicového filtru a data jsou měněna 200× za sekundu. Je ale důležité upozornit, že na této frekvenci není převodník schopen reagovat na skok přivedený na vstup. Pokud se na vstupu objeví skoková změna přes celý rozsah (např. místo -10 V je přivedeno +10 V), spotřebuje převodník 4 měřicí cykly než se změna plně projeví na jeho výstupu. Frekvence měření je tedy opět 50 Hz.

U digitálních vstup/výstupů lze propojkami na desce plošných spojů modulu určit, zda budou na konektor modulu připojeny vstupní či výstupní kanály a v případě vstupních kanálů také umožňují zvolit vstupní odpor a tím i rozsahy vstupních napětí vyhodnocovaných jako logická nula a jedna. Směr i rozsahy každého kanálu je možné volit nezávisle. Digitální vstupy mohou být čteny ve dvou módech — stejnosměrném (DC) a střídavém (AC). Čtení kanálu v DC módu vrátí okamžitou logickou hodnotu vstupu podle napětí přítomného na vstupních svorkách. Vyhodnocení logické hodnoty u vstupů ve střídavém módu (AC) se provádí stejně jako je tomu u modulu samostatných logických vstupů.

Modul analogových vstupů/výstupů a digitálních vstupů/výstupů AD2

Modul AD2 obsahuje 4 analogové vstupní kanály, 2 analogové výstupní kanály, 2 digitální vstupní a 2 výstupní kanály.

Analogová vstupní část modulu AD2 je identická s modulem AD1. Měřicí rozsahy jsou shodné s modulem AD1. Přednastavená hodnota rozsahu je +/-10 V. S každým vstupním kanálem tohoto modulu je spojena propojka (jumper) na desce plošných spojů. Propojka zařazením přesného snímacího odporu 100 Ω mění napěťový vstup na proudový. Měřicí rozsahy lze definovat pro každý kanál nezávisle a lze je měnit programově za běhu programu. Volba zda se jedná o proudový či napěťový vstup je ale dána propojkou na desce a nelze měnit za běhu aplikace. Modul AD2 umožňuje nejen nastavovat rozsahy jednotlivých vstupů, ale i vypínat jejich měření. Vyřazení měření daného vstupu ovlivňuje rychlost, s jakou modul poskytuje měřená data. Modul je schopen poskytnout nová data s frekvencí 50 Hz (50 vzorků za sekundu) na jeden kanál. Pokud je povoleno měření všech 4 kanálů, jsou hodnoty kanálů měřeny s frekvencí 12,5 Hz. Při použití jediného vstupního kanálu odpadá nutnost ustalování číslicového filtru a data jsou měněna 200× za sekundu. Je ale důležité upozornit, že na této frekvenci není převodník schopen reagovat na skok přivedený na vstup. Pokud se na vstupu objeví skoková změna přes celý rozsah (např. místo -10 V je přivedeno +10 V), spotřebuje převodník 4 měřicí cykly než se změna plně projeví na jeho výstupu. Frekvence měření je tedy opět 50 Hz.

Analogové výstupy používají 8 bitový D/A převodník. Oba výstupy jsou pomocí propojek na desce nastavitelné jako proudové nebo napěťové . Napěťový rozsah je 0 až +10 V, proudový rozsah je 0 až 20 mA. Mezní vzorkovací kmitočet 200 Hz je limitován rychlostí komunikace mezi jednotkou DataLab IO a nadřazeným počítačem.

U digitálních vstup/výstupů lze propojkami na desce plošných spojů modulu určit, zda budou na konektor modulu připojeny vstupní či výstupní kanály a v případě vstupních kanálů také umožňují zvolit vstupní odpor a tím i rozsahy vstupních napětí vyhodnocovaných jako logická nula a jedna. Směr i rozsahy každého kanálu je možné volit nezávisle. Digitální vstupy mohou být čteny ve dvou módech — stejnosměrném (DC) a střídavém (AC). Čtení kanálu v DC módu vrátí okamžitou logickou hodnotu vstupu podle napětí přítomného na vstupních svorkách. Vyhodnocení logické hodnoty u vstupů ve střídavém módu (AC) se provádí stejně jako je tomu u modulu samostatných logických vstupů.

Modul analogových vstupů/výstupů AIO1

Modul AIO1 je kombinací modulů AI3 a AO1. Obsahuje 4 analogové vstupní kanály a 4 analogové výstupní kanály.

Analogová vstupní část modulu AIO1 je identická s modulem AI3. Měřicí rozsahy jsou shodné s modulem AI3. Přednastavená hodnota rozsahu je +/-10 V. S každým vstupním kanálem tohoto modulu je spojena propojka (jumper) na desce plošných spojů. Propojka zařazením přesného snímacího odporu 100 Ω mění napěťový vstup na proudový. Měřicí rozsahy lze definovat pro každý kanál nezávisle a lze je měnit programově za běhu programu. Volba zda se jedná o proudový či napěťový vstup je ale dána propojkou na desce a nelze měnit za běhu aplikace. Modul AIO1 umožňuje nejen nastavovat rozsahy jednotlivých vstupů, ale i vypínat jejich měření. Vyřazení měření daného vstupu ovlivňuje rychlost, s jakou modul poskytuje měřená data. Modul je schopen poskytnout nová data s frekvencí 50 Hz (50 vzorků za sekundu) na jeden kanál. Pokud je povoleno měření všech 4 kanálů, jsou hodnoty kanálů měřeny s frekvencí 12,5 Hz. Při použití jediného vstupního kanálu odpadá nutnost ustalování číslicového filtru a data jsou měněna 200× za sekundu. Je ale důležité upozornit, že na této frekvenci není převodník schopen reagovat na skok přivedený na vstup. Pokud se na vstupu objeví skoková změna přes celý rozsah (např. místo -10 V je přivedeno +10 V), spotřebuje převodník 4 měřicí cykly než se změna plně projeví na jeho výstupu. Frekvence měření je tedy opět 50 Hz.

Analogové výstupy používají 12 bitový D/A převodník. Všechny výstupy jsou pomocí propojek na desce nastavitelné jako proudové nebo napěťové . Napěťový rozsah je 0 až +10 V, proudový rozsah je 0 až 20 mA. Mezní vzorkovací kmitočet 200 Hz je limitován rychlostí komunikace mezi jednotkou DataLab IO a nadřazeným počítačem.

Modul digitálních vstupů DI1

Obsahuje 8 galvanicky oddělených digitálních vstupů. Modul je k dispozici ve dvou variantách, lišících se úrovněmi vstupních signálů. Varianta DL-DI1L pracuje se vstupním napětím 0 až 18 V při vstupním odporu 1 000 Ω. Varianta DL-DI1H je určena pro vstupní napětí 0 až 35 V při vstupním odporu 4 700 Ω. Napěťové úrovně pro vyhodnocování pravdy (logická 1) a nepravdy (logická 0) jsou:

• Vstupní parametry modulu DL-DI1L

  • 0 až 1 V je logická nula (false)

  • 3 až 18 V je logická jednička (true)

  • Hodnota mezi napětími 1až 3 V je neurčitá

• Vstupní parametry modulu DL-DI1H

  • 0 až 3 V je logická nula (false)

  • 8 až 35 V je logická jednička (true)

  • Hodnota mezi napětími 3 až 8 V je neurčitá

Mezní vzorkovací kmitočet je dán dobou komunikace mezi jednotkou DataLab IO a nadřazeným počítačem. Doba jediné komunikace je kolem 3ms¹, tedy vzorkovací frekvence je asi 500 Hz. Tato doba ale závisí na použitém počítači, jeho USB rozhraní a také na vytíženosti USB sběrnice – pokud je jednotka zapojena přes rozbočovač a jiné zařízení se také snaží komunikovat s počítačem, doba odezvy se může zvýšit. Na druhé straně odezva systému se nezvyšuje při manipulaci s více kanály jediného modulu – odezva je stejná bez ohledu na to zda je zapisován jediný bit nebo všech 8 bitů.

Optické oddělení vstupů je nezávislé na polaritě, takže modul může číst také střídavé (AC) vstupy. Pravidla pro vyhodnocování logických úrovní střídavých vstupů jsou uvedena v popisu ovladače modulů DataLab IO.

Modul digitálních vstupů se společnou zemí DI2

Tento modul funkčně odpovídá modulu digitálních vstupů včetně všech parametrů (rozsahů apod.). Na svorkovnici je ale vyvedena společná zem pro všech 8 vstupů. Modul může být osazen zdrojem (DC/DC konvertorem), který umožní snímání beznapěťových vstupů (pouze kontaktů).

Modul digitálních čítačů CNT1

Modul obsahuje 4 digitální galvanicky oddělené čítače.

• Rozsah čítačů 24 bitů (0 až 16 777 215)

• Maximální vstupní frekvence je 25 kHz při střídě 1:1

• Dva čítače jsou vybaveny alarmovým výstupem indikujícím překročení přednastavené hodnoty

• Dva čítače mají možnost vnějšího řízení čítání (vstup „gate“)

• Logika vstupů i výstupů (zda jsou aktivní v 0 nebo 1) je nastavitelná programově

Mezní kmitočet vstupního signálu zaručující bezchybné čítání je 25 kHz při střídě 1:1. Pokud střída vstupního signálu není 1:1, je mezní kmitočet snížen tak, aby vstupní signál setrvával v každém logickém stavu minimálně 20 μs. Např. při střídě 1:4 je tedy mezní kmitočet 10 kHz.

Modul inkrementálního čítače CNT2

Modul obsahuje 1 galvanicky oddělený inkrementální čítač.

• Modul obsahuje dekodér kvadraturní modulace pro poziční/úhlová čidla s kvadraturním výstupem

• Modul může čítat v režimech nahoru/dolů a krok/směr

• Rozsah čítače 32 bitů (-2 147 483 648 až 2 147 483 647)

• Maximální vstupní frekvence je 25 kHz při střídě 1:1

• Dva logické výstupy signalizující podtečení a přetečení zadaných hodnot

• Logický vstup pro nastavení hodnoty čítače na zadanou hodnotu

• Logický vstup pro zachycení okamžité hodnoty čítače

Mezní kmitočet vstupního signálu zaručující bezchybné čítání je 25 kHz při střídě 1:1. Pokud střída vstupního signálu není 1:1, je mezní kmitočet snížen tak, aby vstupní signál setrvával v každém logickém stavu minimálně 20 μs. Např. při střídě 1:4 je tedy mezní kmitočet 10 kHz.

Modul digitálních výstupů s relé DO1

Modul obsahuje 8 relé s mezními hodnotami:

• Mezní napětí 230 V AC pří zátěži 3 A.

• Mezní napětí 30 V DC pří zátěži 3 A.

Očekávaná mechanická životnost relé je 100 000 sepnutí a elektrická životnost je 20 000 000 sepnutí. Mezní rychlost je dána limity použitých relé a přesahuje 50 Hz.

Modul digitálních výstupů s otevřeným kolektorem DO2

Modul obsahuje 8 galvanicky oddělených digitálních výstupů s otevřeným kolektorem. Maximální hodnoty jsou:

• Mezní napětí 60 V.

• Maximální proud na jeden výstup 250 mA.

Pro maximální frekvenci zápisů platí stejné údaje jako u modulu digitálních vstupů.

Modul digitálních výstupů s otevřeným kolektorem a společnou zemí DO3

Modul obsahuje 8 digitálních spínacích výstupů s otevřeným kolektorem. Výstupy mají společný pól. Maximální hodnoty jsou:

• Mezní napětí 50 V DC.

• Maximální proud všemi výstupy je 800 mA a nebo 500 mA jediným výstupem.

Pro maximální frekvenci zápisů platí stejné údaje jako u modulu digitálních vstupů.

Modul digitálních výstupů s polovodičovými relé DO4

Modul obsahuje osm digitálních výstupů s tranzistory MOSFET. Tyto výstupy se vyznačují malým vnitřním odporem v sepnutém stavu a tím pádem nízkým ztrátovým výkonem na spínacím prvku. Velkou výhodou je možnost spínat napětí obou polarit. Výstupy jsou navzájem galvanicky odděleny. Sepnutý výstup je indikován LED.

Modul digitálních vstupů/výstupů DIO1

Modul DIO1 obsahuje osm galvanicky oddělených digitálních vstupů/výstupů. Zda na konektor modulu budou vyvedeny vstupní či výstupní obvody lze určit pomocí propojek na desce plošných spojů modulu. U vstupních obvodů lze navíc zvolit vstupní odpor a tím i rozsahy vstupních napětí vyhodnocovaných jako logická nula a jedna. Směr i rozsahy každého vstupu je možné volit nezávisle. K indikaci aktivní úrovně signálu na vstupu slouží LED (zelená).

Výstupní obvody modulu jsou tvořeny tranzistory MOSFET. Tyto výstupy se vyznačují malým vnitřním odporem v sepnutém stavu a tím pádem nízkým ztrátovým výkonem na spínacím prvku. Velkou výhodou je také možnost spínat napětí obou polarit. Výstupy jsou navzájem galvanicky odděleny. Sepnutý výstup je indikován LED (žlutá). Základní vlastnosti shrnuje následující přehled:

Vlastnosti modulu DIO1:

• 8 digitálních vstupů/výstupů

• Směr volitelný propojkami na desce

• Vzájemné galvanické oddělení vstupů/výstupů

• Libovolná polarita signálů na vstupech i výstupech

• Polovodičová relé s MOSFET výstupem

Modul pro řízení krokových motorů SMC1

Modul SMC1 je určen pro proudové řízení jednoho nebo dvou dvoufázových krokových motorů. Budicí napětí může být v rozsahu 8 až 30V. Modul se vyrábí ve třech různých provedeních podle požadovaného budicího proudu. Proudové rozsahy jsou 50 až 500 mA, 500 až 1000 mA a 1000 až 1500 mA, přičemž přesná velikost budicího proudu v daném rozsahu se nastavuje programově prostřednictvím ovladače. Programově lze nastavovat také mikrokrokování (1/2, 1/4, 1/8 kroku), rychlost a rampy pro zrychlování a zpomalování. Kromě obvodů pro řízení krokových motorů je modul vybaven rovněž digitálními vstupy, ke kterým je možno připojit kontakty pro detekci krajních poloh. Pro každý motor jsou určeny dva vstupy. Pokud aplikace nevyžaduje detekci krajních poloh, lze kontakty použít jako nezávislé digitální vstupy.