Messsystem mit 16-Bit-Auflösung für industrielle Signalpegel

Die typischen Signalpegel in der Industrie sind immer noch die sogenannten Normsignale, auch Einheitssignal genannt. Neben pneumatischen Druck- und ratiometrischen Spannungssignalen werden in diesem Beitrag zwei Signale betrachtet, das Stromsignal nach DIN IEC 60381-1 und das Spannungssignal nach DIN IEC 60381-2.

Beide Signale gibt es mit einem „Standard“ Nullpunkt und mit spannungs- bzw. stromführenden Nullpunkt (live zero). Die beiden letztgenannten haben den Vorteil der Drahtbrucherkennung integriert. Die am meisten benutzten Bereiche sind 0 bis 20 mA (4 bis 20 mA) und 0 bis 10 V (2 bis 10 V).

Bild 1: Beispiel für ein Datenerfassungssystem (Bild: ADI)
Bild 1: Beispiel für ein Datenerfassungssystem

Die Schaltung in Bild 1 zeigt ein sogenanntes DAS (Data Acquisition System; Datenerfassungssystem) mit einem Eingangsspannungsbereich bis zu ±24,576 V. Dadurch ist es möglich, ein System zu realisieren, das mit geringem Aufwand die oben erwähnten Normsignale messen kann.

Der Baustein ADAS3022 benötigt drei verschiedene Spannungen: ±15 V für das analoge Frontend sowie +5 V für die analoge und digitale Versorgung des Wandlers. Das Interface kann mit 5 V betrieben werden, bei Bedarf kann es auch mit einer eigenen Versorgung bis hinunter zu 1,8 V benutzt werden.

Zum Erzeugen der Spannung für das analoge Frontend dient im Beispiel ein ADP1613 in einer „SEPIC-CUK-Topologie“. Dadurch ist es möglich, das oben gezeigte System für Eingangsspannungen von 2,3 bis 60 V zu nutzen. Die Schaltung bedarf beim Betrieb mit höheren Spannungen einer gewissen Modifikation, was mit der kostenlosen Software „ADIsimPower“ recht einfach möglich ist.

Wird, wie im Beispiel, eine 5-V-Versorgungsspannung benutzt, entfällt ein Abwärtswandler, der sonst die Spannung für die analoge und digitale Versorgung des ADAS3022 erzeugen würde. Der ADP1613 wurde ausgewählt, weil die geringe Spannungswelligkeit der Schaltung eine hohe Genauigkeit der Wandlung von Spannungen bis ±24,576 V bei einer integralen Nichtlinearität (INL) von maximal ±2 LSB bzw. typisch ±0,5 LSB differenzieller Nichtlinearität (DNL) garantiert.

Der Baustein besitzt eine interne Referenz-Spannungsquelle, kann aber bei Bedarf auch mit einer externen Referenzspannung betrieben werden. In diesem Fall empfiehlt sich der Einsatz eines Referenz-Pufferverstärkers, im Beispiel ist dies der AD8031.

Dieser Verstärker eignet sich, weil er große kapazitive Lasten bei gleichzeitig hoher Bandbreite treiben kann. Auf den Einsatz eines Pufferverstärkers kann durch die sehr hohe Eingangsimpedanz der Eingangsstufe des Wandlers von 500 MΩ verzichtet werden. Auch die hohe Gleichtaktunterdrückung lässt die Schaltung ohne einen vorgeschalteten Instrumentenverstärker auskommen.

Flexible Konfiguration deckt viele Anwendungsbereiche ab

Bild 2: Konfiguration des PGIA für verschiedene Eingangssignale (Bild: ADI)
Bild 2: Konfiguration des PGIA für verschiedene Eingangssignale

Durch seine flexible Konfiguration der Eingänge können sehr viele Anwendungsfälle abgedeckt werden, z.B. acht massebezogene Eingänge (der Bezugspunkt ist der Pin COM), vier differentielle Eingänge oder eine Kombination aus beiden Konfigurationen. Dabei ist es natürlich möglich, für jeden Kanal eine eigene Verstärkung im PGIA (programmierbarer Instrumentenverstärker) einzustellen.

Das Beispiel in Bild 2 zeigt einen typischen Anwendungsfall aus der Industrie. Die beiden Spannungen an IN0/IN1 und IN6/IN7 werden differenziell gemessen, alle anderen Spannungen und Ströme sind bezogen auf Masse (COM).

Einen leichten Einstieg ermöglichen entsprechende Entwicklungsboards der vorgestellten Bausteine. Die mitgelieferte Benutzeroberfläche lässt den Anwender die Bausteine auf dem Labortisch vom Computer aus testen. Aber auch die Integration in eine eigene Schaltung ist durch den 96poligen Standard-Steckverbinder einfach möglich.

Tabelle 1: Beispiel für die Konfiguration aus Bild 2
Tabelle 1: Beispiel für die Konfiguration aus Bild 2

 

 

 

 

 

 

Analyse des CPU-Verbrauchs

Häufig werden CPU-Probleme auf Exchange-Servern durch fehlerhafte Planung der Exchange-Server verursacht. Microsoft gibt auf der Seite http://blogs.technet.com/b/exchange/archive/2013/05/06/ask-the-perf-guy-sizing-exchange-2013-deployments.aspx Hinweise zur optimalen Planung der Hardware für Exchange. Auch der Exchange 2013 CPU Sizing Checker hilft bei der Analyse. Sie können das PowerShell-Skript auf den Exchange-Server kopieren und danach in der Exchange-Verwaltungsshell ausführen. 

Mit einem Zusatztool analysieren Sie den CPU-Verbrauch des Servers

Das Tool erstellt eine Protokolldatei und hilft bei der Suche des Flaschenhalses.

Messen ist die Kernkompetenz im Internet der Dinge

Das Internet der Dinge bedeutet letztlich, die Unmenge der Informationen, die die physikalische Welt liefert, zu sammeln, zu filtern, auszuwerten und zu verwalten Letzten Endes geht es im IoT also um das Messen und mithilfe dieser Messdaten bessere und intelligentere Produkte und Systeme zu kreieren.

Ein Schlüssel zu besseren und intelligenteren Systemen liegt in „Big Analog Data“, also der Unmenge von Informationen, die die physikalische Welt liefert, sagte James Truchard, der Mitbegründer und CEO von National Instruments bei seiner Eröffnungsansprache der diesjährigen NIWeek in Austin/Texas. Die Instrumentierung dieser analogen Datenwelt liefere die Grundlage für die nächste industrielle Revolution.

Eric Starkloff, Executive Vice President bei NI, präzisierte: Mithilfe von NI-Werkzeugen seien seit dem Jahr 1986 etwa 22 Exabyte an Engineering-Daten erfasst worden. Das sei die Datenmenge, die anfalle, wenn eine Million Jahre lang Videodaten im HD-Format gestreamt werden. Diese Datenmenge steigt zudem sprunghaft an: Das Kernforschungszentrum CERN in Genf habe, so Starkloff, in den vergangenen 20 Jahren etwa 100 Petabytes an physikalischen Daten erfasst und gespeichert – drei Viertel davon in den letzten drei Jahren.

Diese Datenexplosion wird in den kommenden Jahren ungebremst weitergehen, prognostizierte Starkloff. Der Vice President von NI verglich diese Datenexplosion mit der sogenannten kambrischen Explosion, die vor rund 535 Millionen Jahren zum ersten Mal eine Vielfalt von tierischen Lebensformen hervorbrachte. Ähnlich wie die Revolution im Kambrium das Leben auf der Erde für immer verändert habe, werde die Datenexplosion gewaltige Veränderungen mit sich bringen.

Ein wichtiges Anwendungsfeld des Internets der Dinge sieht NI-Vize Starkloff darin, bestehende Industrieanlagen intelligenter zu machen, um zum Beispiel die Systemzustände von Elektrizitätswerken zu überwachen.

Eine hohe Bedeutung kommt dabei Mess- und Testsystemen zu, die die Entwicklung intelligenter Systeme unterstützen oder die selbst Teil von mit dem Internet verbundenen Systemen sind. Ein aktuelles Messsystem dieser Art stellte NI mit den CompactDAQ-Controllern vor, die mit einem Atom-Prozessor mit Vier Kernen und 1,91 Gigahertz Taktfrequenz ausgestattet sind.

Die Bedeutung dieser Controller unterstrich Bob Koslowitz, der Chef der Medizintechnikfirma Berlin Heart. Berlin Heart stellt Systeme her, die herzkranke Kinder unterstützen, die auf ein spenderherz warten. „Wir können den Übergang zu den neuen CompactDAQ-Controllern gar nicht erwarten, um die Geräte unserer nächsten Produktgeneration testen zu können. Sie werden die Art und Weise verändern, wie Kindern geholfen werden kann, die auf eine Herztransplantation warten“, sagte Koslowitz.

Ein Herzstück bei der Interaktion zwischen der physikalischen und der digitalen Welt stellt aus Sicht von NI die RIO-Architektur dar. Sie kombiniert eine klassische CPU mit einem FPGA-Baustein. Wie wegweisend diese Kombination sei, habe nicht zuletzt die Übernahme des FPGA-Herstellers Altera durch den Chipkönig Intel gezeigt, so NI-Vize Eric Starkloff.

„Diese Architektur wird das Gehirn der kommenden Industriesysteme sein“, sagte Starkloff im Rahmen einer Pressekonferenz, in der er die diesjährigen Produktankündigungen im Rahmen der NIWeek erläuterte. Die Leistungsfähigkeit der RIO-Bausteine zeigte unter anderem eine Rasen-Erntemaschine der amerikanischen Firma Firefly Equipment, die in der Konferenzhalle aufgebaut war.

Die Maschine kann unter einer Vielzahl von Umgebungsbedingungen eingesetzt werden und arbeitet besonders effizient. Diese Vielseitigkeit und Effizienz sei vor allem dem Einsatz der RIO-Module zu verdanken, sagte der Cheftechniker von Firefly Equipment, Steve Aposhian.

Softwareseitig stand der Launch der Entwicklungsumgebung LabView 2015 im Vordergrund. Die aktuelle Version weist zahlreiche Verbesserungen der Ausführungsgeschwindigkeit durch optimierte Compiler auf und bietet zusätzliche Tastenkombinationen für schnelleren Zugriff auf Funktionen der Entwicklungsumgebung und erweiterte Funktionen zur Fehlersuche. Im Vergleich zur Version 2013 wartet die aktuelle Variante mit einer um den Faktor 8,7 schnelleren Ladezeit auf, zudem zeigt sich die Entzwicklungslösung als wesentlich sparsamer beim Verbrauch von Systemressourcen.