Сетевой регистратор ЛА-5 - Электроника: Наука, Технология, Бизнес 4/2006.

Сетевой регистратор ЛА-5: большие возможности компактного прибора

Рис. 1 Автономный сетевой регистратор ЛА-5

Для развития распределительных систем сейчас наиболее перспективны устройства сбора данных с интерфейсами семейства Ethernet и IEE 802.11. Откликнувшись на потребность рынка, компания ЗАО «Руднев-Шиляев» выпускает устройство сбора данных для промышленных применений ЛА-5 именно с такими интерфейсами.

Сетевой регистратор ЛА-5 предназначен для записи аналоговых и цифровых входных сигналов, например от различных датчиков, и внутреннюю энергонезависимую память (NAND flash-память) c возможностью последующего копирования в ПК или непосредственно в персональный компьютер в режиме реального времени. Для связи с компьютером предусмотрен сетевой интерфейс, позволяющий ЛА-5 устанавливать соединение через сеть со стандартным набором протоколов с коммутацией пакетов TCP/IP, например через Интернет.

Интерфейс внешних сигналов

Для ввода и первичной обработки входных сигналов служит аналого-цифровой канал (АЦК). Его основное назначение — преобразование входящего аналогового сигнала в цифровую форму для дальнейшей передачи в ПК. Устройство оснащено 16 однополюсными входными аналоговыми каналами (могут объединяться в 8 дифференциальных каналов). Аналоговый сигнал с одного из входных каналов поступает на усилители (инструментальный и с программно задаваемым коэффициентом усиления), а затем через мультиплексор на вход АЦП. 12-разрядный АЦП с программно задаваемой частотой дискретизации (максимальная 4кГц) преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму. Цифровые данные от АЦП поступают в ОЗУ контроллера, после чего могут записываться во flash-память или передаваться непосредственно в ПК. Помимо аналогового входного интерфейса ЛА-5 оснащен входным портом для записи цифровых данных. Цифровой порт ввода включает 16 каналов, каждый с гальванической развязкой 4 кВ.

Запись цифровых данных во flash-память производится пословно. Одно слово включает 16 бит. Младшие 12 бит содержат отчет АЦП, старшие 4 бита — значения четырех каналов цифрового порта. Таким образом, значения цифрового порта записываются в виде четырех последовательных тетрад. Каждая тетрада записывается синхронно с одним из аналоговых каналов, причем номер тетрады (от 0 до 3) определяется как остаток от деления на 4 номер аналогового канала (от 0 до 15).

Устройство ЛА-5 может не только записывать, но и выдавать аналоговые сигналы. Для этого предназначен цифроаналоговый канал. Он имеет два аналоговых входа, и, соответственно, два 12-разрядных АЦП с временем преобразования 10 мкс. Данные ЦАП передаются из ПК.

Энергонезависимая память данных объемом 8 Мбайт (может расширяться до 32 Мбайт) разбита на страницы объемом по 512 + 16 байт. Из них 512 байт предназначены для записи отсчетов (два байта на отсчет), остальные 16 байт — служебная информация файла (номер файла, коэффициент деления частоты выборки АЦП, число каналов, время, дата и т. п.). Существует и служебная энергонезависимая память контроллера. Она предназначена для хранения параметров устройства, которые восстанавливаются в случае временного пропадания напряжения питания.

Контроллер согласует работу АЦП, ЦАП, цифрового порта и flash-памяти, а также обеспечивает связь с ПК. Запуск/останов АЦП возможен по внутреннему таймеру, по команде из ПК или по появлению на входе цифрового порта значения, совпадающего с заданной маской. Память данных может быть сконфигурирована как линейный либо как циклический массивы. В первом случае при заполнении память произойдет остановка записи. В случае циклического массива запись не остановится, старые данные будут заменяться более новыми. Причем можно задать условия, при которых отдельные файлы станут нестираемыми (например, при появлении определенного значения на цифровом порту или если аналоговый сигнал оказывается в определенном заданном диапазоне).

Управление устройством

Устройство управляется посредством набора пакетов по протоколу TCP, передаваемых из ПК в ЛА-5. Всего предусмотрено 15 управляющих пакетов длинной 16 байт каждый. С их помощью задаются конфигурация устройства и все рабочие параметры, инициируется запись и т. п. Форма пакетов: первые 8 байт — преамбула, затем 8 байт управляющей информации, причем первый из них — байт номера (типа) пакета. Регистратор может передать ПК пакеты состояния (статуса) длиной 27 байт, причем первые 7 байт — преамбула, остальные 20 — информация. Данные с АЦП передаются по словам (2 байта), где в 12 старших битах передается код АЦП, а в 4 младших — биты цифрового порта.

В условиях постоянной нехватки квалифицированного персонала особую остроту приобретает обслуживание диагностических систем, особенно если парк оборудованных ими объектов постоянно расширяется. Но процесс обслуживания ЛА-5 значительно облегчен благодаря радиоинтерферометру Wi-Fi. Как только объект появляется в зоне радиовидимости центрального сервера, данные могут быть считаны из энергонезависимой памяти и архивированы без участия оператора. При возникновении неполадок запрашиваются данные за последний период эксплуатации исследуемого объекта и прослеживания процесс развития и проявления дефекта.