Diferencia entre revisiones de «DDCON USB-1000»

Revisión actual del 23:58 5 may 2013

Tarjeta DCON USB-1000 (click para ampliar)

Introducción

Manual de referencia técnica de la tarjeta DCON, desarrollada por la empresa Deutecno.

La DCON es una tarjeta Industrial de adquisición de datos y control, que incluye alarmas y un lazo PID, necesarios para el control en tareas críticas. Dispone de entradas y salidas tanto analógicas como digitales. Las entradas analógicas se pueden configurar para conectar directamente termopares. La tarjeta se comunica con el PC por medio del USB. Desde el software que corre en el pc se tiene acceso a todos los recursos de la tarjeta DCON: lectura de las entradas, activación de las salidas, configuración de los modos de funcionamiento, PID, alarmas, etc.

El sistema es escalable a través del bus DCON, que permite conectar hasta 8 tarjetas. Esto permite una fácil y rápida ampliación de los sistemas, sin más que añadir nuevos módulos.

Aplicaciones típicas:

• Control de temperatura en hornos industriales
• Adquisición de datos y supervisión
• Control y supervisión de biorreactores

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Características técnicas

• 2 entradas digitales para contactos libres de potencial (DI0, DI1)
• 2 entradas analógicas de 10 bits (AI0, AI1), configurables para trabajar en los siguientes modos:
  • 4 - 20ma
  • 0 - 20ma
  • 0 - 5v
  • Conexión de termopar tipo K
• 1 salida analógica de 12 bits (AO), configurable para trabajar en los siguientes modos:
  • 4 - 20ma
  • 0 - 20ma
  • 0 - 5v
• 4 salidas digitales:
  • 2 salidas a través de transistor (colector abierto) configurables para trabajar como:
    • Salidas digitales normales (DO0, DO1)
    • Salidas de PWM de 10 bits (PWM0, PWM1)
  • 2 salidas a través de Relé (R0, R1)
• 1 controlador PID, configurable para recibir entradas de cualquiera de las entradas analógicas y sacar por las salidas PWM ó la analógica.
• 4 Alarmas, 2 asociadas a las entradas digitales, y 2 a las entradas analógicas. Al dispararse una alarma se desconectan las salidas digitales, según configuración.
• Conexión de hasta 8 tarjetas DCON a través del Bus DCON (norma RS485)
• Conexión USB con el PC (Puerto serie virtual, velocidad de 115200 baudios)
• Alimentación a través de USB

Diagrama general

El diagrama de bloques de la tarjeta DCON se muestra en la figura 1. En él se muestran todos los recursos de la tarjeta, los terminales de conexión y todos los registros internos usados para configuración, lectura de datos desde el PC y actuación.

Fig.1: Diagrama de referencia de la DCON (Descargar PDF) (Click para ampliar)

Conectores

La tarjeta DCON tiene 5 conectores, divididos en tres tipos (Figura 2):

• Conectores de Interfaz: Son los conectores superior e inferior que permiten conectar los equipos a la DCON para controlarlos
• Conectores del bus DCON: Las tarjetas DCON se pueden conectar entre ellas mediante RS-485, a través de los conectores derecho e izquierdo
• Conexión PC: Conector USB hembra de tipo B para la conexión del PC a la DCON

Fig. 2: Conectores en la DCON (Descargar PDF) (click para ampliar)

Conectores de interfaz

Mediante los conectores de interfaz se tiene acceso a las E/S digitales y analógicas. En total hay 20 terminales, 10 en cada conector (Figura 3).

Fig. 3: Conectores de interfaz en la DCON (Descargar PDF) (click para ampliar)

Conector superior

Dispone de los siguientes terminales:

• DI0: Entrada digital 0
• DI1: Entrada digital 1

Son entradas para contactos libres de potencial. Para ello incluyen una resistencia de pull-up. Cuando no hay nada conectado o los interruptores externos no están pulsados se lee un valor digital igual a 1. Cuando se introduce masa (Terminal COM) se lee un 0.

• COM: Masa. Conectado a la señal de masa de la DCON, que proviene del USB
• Vext: Tensión externa. Este terminal está conectado al BUS DCON, permitiendo que cualquiera de las DCON conectadas en red tenga acceso a esa tensión. Bien para inyectarla o bien para leerla. Se ha incluido en los conectores de interfaz y en el bus DCON para facilitar el cableado de los equipos en los que se instalan.
• AI0-, AI0+: Entrada analógica 0, terminales positivo y negativo.
• AI1-, AI1+: Entrada analógica 1, terminales positivo y negativo.

Cuando las entradas se configuran para lectura de termopares, por los terminales positivo y negativo se introducen los dos cables del termo par. En el resto de modos los terminales negativos están conectados a masa.

• AO-, AO+: Salida analógica. El negativo está conectado a masa.

Conector inferior

• DO0-, DO0+: Salida digital 0
• DO1-, DO1+: Salida digital 1

Salidas digitales por transistor. Son salidas de colector abierto, por lo que hay que colocar tensión externa para que funcionen

• RCM0, RNC0, RNO0: Salida por relé 0
• RCM1, RNC1, RNO1: Salida por relé 1

Salidas digitales por relé, libres de potencial. RCMx es el terminal común, que por defecto está conectada a la pata RNCx (Terminal normalmente conectado). Cuando se activa la salida, la pata común se conecta con el terminal RNOx (Terminal normalmente abierto)

Conectores Laterales

La tarjeta DCON tiene dos conectores laterales para poder conectar varias de ellas en cadena, compartiendo el mismo bus de comunicaciones (BUS DCON). Son 2 conectores de 10 vías. El derecho es macho y el izquierdo hembra (Figura 4).

Fig. 4: Diagrama de los conectores Laterales (Descargar PDF) (click para ampliar)

Registros

La DCON se controla mediante el acceso a registros internos de 16 bits, que se pueden escribir y/o leer. Se resumen en la tabla inferior. Los registros se usan bien para almacenar valores, o bien se subdividen en campos independientes. Hay dos tipos de campos, de 4 bits (denominados dígitos) y de bits individuales. Para diferenciarlos se utilizan las palabras claves BITS y DIGITOS.

Recursos de la DCON

Entradas digitales

La tarjeta DCON dispone de 2 entradas digitales para la conexión de contactos libres de potencial (Figura XX). Cada entrada incorpora una resistencia de pull-up que hace que su estado sea '1' cuando el contacto no está pulsado. Cuando se introduce COM (masa) por las entradas digitales, la lectura será de un '0'.

La lectura de las entradas digitales se hace a través del registro DINS. Los dos bits menos significativos de este registro (0 y 1) se corresponden con las entradas DI0 y DI1 respectivamente.

Diagrama de las entradas digitales (click para ampliar)

Las dos entradas se pueden configurar para usarlas como alarmas, de manera que se disparen bien cuando cada una de las entradas valga 0 ó bien 1. Cada detector de alarma tiene 3 modos de funcionamiento, según el valor almacenado en el registro CIAL. Los 4 bits menos significativos se corresponden con la entrada DI0 y los 4 siguientes (del 7 al 4) con DI1.

Entradas analógicas

La DCON dispone de 2 entradas analógicas accesibles a través de los terminales AIO+, AIO-, AI1+, AI1- del conector de interfaz superior. El diagrama se muestra en la figura inferior. Ambas entradas tienen la misma funcionalidad por lo que sólo se describirá la entrada analógica AI0.

Diagrama de las entradas analógicas (click para ampliar)

Las entradas tienen 4 modos de funcionamiento, configurables a través del registro CONA. Los 4 bits de menor peso (3-0) son para AI0 y los siguientes (7-4) para AI1. En la siguiente tabla se muestran los valores para cada configuración:

Si se ha seleccionado la configuración de termopar, las dos señales de entrada (+ y -) se introducen en un conversor A/D. Para el resto de configuraciones, AIO- se toma como la señal de referencia y la que se muestrea es la proveniente de AIO+.

A través de los registros AIN0 y AIN1 se puede leer el valor analógico (de 10 bits) desde el PC.

Ambas entradas analógicas se pueden usar como entradas del lazo de control PID, configurandolo mediante el registro CPID (ver sección sobre PID).

Las entradas analógicas también pueden disparar las alarmas si sus entradas traspasan el umbral establecido en los registros UAA0 y UAA1 respectivamente. La configuración de las alarmas se establece en el registro CIAL. Los bits 11-8 son para AI0, y 15-12 para AI1. Los modos de configuración se muestran en la siguiente tabla:

Salida Analógica

La salida analógica se puede configurar en tres modos de funcionamiento, configurados mediante los bits 11..8 del registro CONA:

Los detalles se muestran en la figura XX. La salida se realiza por los pines AO+ y AO- situados en el conector de interfaz superior (P3). El valor analógico proviene de una de las dos siguientes fuentes. La primera es el registro AOUT, accesible desde el PC por medio del USB. Una escritura en este registro saca el correspondiente valor analógico por AO+. La otra fuente es el controlador PID. Cambiando los valores del registro CPID se configura para que la salida del PID se haga a través de AO+. (Ver sección sobre PID)

Diagrama de la salida analógica (click para ampliar)

Salidas digitales

La DCON tiene 4 salidas digitales: 2 de tipo transistor (colector abierto) y 2 de relé. Se accede a ellas escribiendo en los bits 3...0 del registro DOUS. Los dos bits menos significativos (0 y 1) se corresponden con los de los terminales DO0 y DO1. Los bits 2 y 3 controlan los relés.

El registro COND configura el tipo de salida de los terminales DO0 y DO1. La salida puede ser de tipo PWM o normal. Esto se configura mediante los 2 bits de menor peso de COND (1,0) (valor 0 = Salida digital normal, valor 1 = Salida PWM).

Cuando están configuradas para PWM, se utilizan los registros PWM0 y PWM1 para establecer el valor del ancho del pulso.

Las 4 salidas tienen un dispositivo de desconexión automática activado por las alarmas (ver la sección de alarmas para su configuración)

Adicionalmente, el controlador PID se puede configurar (registro CPID) para que la salida sea PWM0, PWM1 ó la salida analógica.

Diagrama de las salidas digitales (click para ampliar)

Controlador PID

La DCON incorpora un controlador PID digital de 10 bits. Las constantes del controlador (P, I y D) se configuran escribiendo sus valores en los registros PPID, IPID y DPID respectivamente. El Setpoint se establece a través del registro SPLC.

Diagrama del controlador PID (click para ampliar)

Tanto las señales de entrada como salida del PID se toman de diferentes fuentes según la configuración establecida en el registro CPID. Las entradas posibles son las 2 analógicas (AIN0, AIN1). Las salidas posibles son 3: la analógica (Aout), y las PWM (PWM0 y PWM1), que se obtienen por los terminales DO0 y DO1 de la DCON. La selección de las señales se hace escribiendo un valor entre 0 y 6 en el registro CPID. Se detalla en la siguiente tabla:

En la configuración CPID=0, el PID está desactivado y tanto las entradas como salidas no están conectadas al PID, por lo que se pueden utilizar para otros usos.

Alarmas

Diagrama de las alarmas (click para ampliar)

La tarjeta DCON incorpora 4 alarmas configurables que actúan sobre las salidas digitales. Cada una de las entradas digitales (DI0, DI1) tiene asociada una alarma que se dispara cuando se ponen a 1 ó 0, según cómo se configure en el registro CIAL. Los bits 3-0 y 7-4 de CIAL definen la configuración de las alarmas de las entradas DI0 y DI1 respectivamente, según la siguiente tabla:

Cada entrada analógica (AIN0, AIN1) tiene una alarma que se dispara cuando su valor sobrepasa un umbral, o bien cae por debajo de ese umbral. Se configura mediante los bits 15-12 (para AIN1) y 11-8 (para AIN0) del registro CIAL, cuyos valores se muestran en la tabla:

Los umbrales se establecen en los registros UAA0 (para la entrada AI0) y UAA1 (para AI1).

Cuando se dispara una alarma se actúa sobre el grupo de salidas digitales configurado mediante el registro COAL. A cada alarma de entrada se le asigna las acciones mostradas en la siguiente tabla:

El sistema de alarmas se puede conectar/desconectar mediante los bits 3-0 del registro ALMO. Un valor de 0 hace que las alarmas estén paradas (modo STOP) y con 1 activadas (modo RUN). Cuando se dispara una alarma, los bits 7-4 del registro ALMO indican cual de las 4 alarmas es la que se ha producido, según la siguiente tabla:

Comunicaciones

Nivel físico

Formato de las tramas

La comunicación con la DCON se realiza mediante tramas. Todas ellas tienen el mismo formato, tanto las de envío (del PC a la DCON) como las de recepción (Del DCON al PC). Los detalles se dan a continuación:

Formato de las tramas (click para ampliar)

• Longitud: Tramas fijas de 10 caracteres (10 bytes)
• Caracteres: Todos los caracteres de la trama (exceptuando el de cabecera) son dígitos ASCII hexadecimales: '0','1','2'...'9','A','B','C',...,'F' (¡¡SIEMPRE EN MAYÚSCULAS!!)
• Cabecera: Todas las tramas comienza por le carácter :
• Campos: Todas las tramas se dividen en 4 campos, además de la cabecera
  • Dirección del DCON: 8-bits que indican la dirección del DCON destino, con el que se quiere comunicar
  • Tipo de tramas: Las tramas que se envían al DCON son de dos tipos:
    • SET. Tramas de escritura. Se escribe el dato enviado en el registro indicado. Identificador: '3'
    • GET. Tramas de lectura. Se solicita la lectura del registro indicado. Identificador: '6'
  • Número de registro: Dato de 8-bits que indica el registro al que se quiere escribir, o del que se quiere leer
  • Valor: Dato de 16-bits para escribir en el registro (o valor leído en caso de lectura).

Tramas de ejemplo

• Lectura de la dirección del DCON: Para conocer la dirección de una DCON hay que leer su registro DIRC (0x00). Utilizaremos como dirección la 00 (Broadcast) para generar la trama (porque no se conoce su dirección).
  • Trama enviada: :003000000
  • Trama recibida: :003000001

En este ejemplo la dirección de la DCON leída es la 0x01

• Configuración de la dirección del DCON: El registro DIRC es de lectura/escritura por lo que podemos cambiar la dirección de un DCON escribiendo en este registro. Esto es muy útil para conectar varios DCON en red, configurando cada uno con una dirección diferente. La nueva dirección quedará almacenada en la memoria no volátil de la DCON. Cada vez que se alimente, se tomará ese valor como su dirección.
  • Trama enviada: :006000002
  • Trama recibida: :006000002

Si ahora, con esta nueva configuración, enviamos la trama del ejemplo anterior para leer la dirección, el DCON responderá con la trama: :003000002

En los siguientes ejemplos se supondrá que el DCON tiene asignada la dirección 0x01, por lo que todas las tramas comenzarán por :01

• Lectura de las entradas digitales. Se leen a través del registro DINS (0x01). Los 4 caracteres correspondientes al campo valor no se usan en la trama enviada, y se han puesto a '0'
  • Trama enviada: :013010000
  • Trama recibida: :013010003

Si no hay nada conectado a las entradas digitales, o bien hay pulsadores conectados pero sin apretar, los bits correspondientes a las entradas estarán a 1 DI0 = 1, DI1 = 1, por lo que el último carácter del campo valor es '3'.

Si por ejemplo el pulsador conectado a DI1 se aprieta, la lectura será:

• Trama enviada: :013010000
• Trama recibida: :013010001

En este caso DI1=0, DI0=1, por lo que el último dígito del campo valor es '1'

• Lectura de las entradas Analógicas. Se leen a través de los registros AIN0 (0x02) y AIN1 (0x03), que se corresponden con las entradas AI0 y AI1 del conector superior. En este ejemplo ambas entradas están configuradas (registro CONFA) como entradas de 0 - 5v. Se ha conectado un potenciómetro de 100ohm para las pruebas
  • Trama enviada: :013020000
  • Trama recibida: :013020000

Lectura de la entrada AIN0. Si no hay nada conectado (y está en la configuración 0-5v) se leerá el valor 0x000)

• Trama enviada: :013020000
• Trama recibida: :0130201E4

Cuando el potenciómetro está en la posición central, el valor leído es 0x1E4 (aprox.). Repitiendo la misma lectura pero con el potenciómetro en ambos extremos se leen los valores 0x002 y 0x3FE

• Trama enviada: :013030000
• Trama recibida: :013030000

Lectura de AIN1 (cuando no hay nada conectado y está configurado en el modo 0-5v)

• Escritura en salidas digitales. Se controlan con el registro DOUS (0x04). Los 4 bits menos significativos se corresponden con R1 R2 DO1 DO0, siendo DO0 el de menor peso.

• Trama enviada: :016040001
• Trama recibida: :016040001

Con esto se activa la salida DO0, y el resto permanecen a 0

• Trama enviada: :016040002
• Trama recibida: :016040002

Activación del Relé 0, dejando el resto de salidas desactivadas (a 0)

• Trama enviada: :016040004
• Trama recibida: :016040004

• Escritura en la salida analógica. Se controla con el registro AOUT (0x05) De 10-bits
  • Trama enviada: :0160503FF
  • Trama recibida: :0160503FF

Si la salida analógica está configurada en el modo 0-5v, con esta trama se obtendrán por la salida AO+ una tensión de 5v

• Trama enviada: :0160501FF
• Trama recibida: :0160501FF

Con esta trama la tensión sacada es la mitad: 2.5v

• Salidas de PWM. Se controlan con los registros PWM0 y PWM1, de 10 bits
  • Trama enviada: :0160603FF
  • Trama recibida: :0160603FF

Se envía por DO0 una señal PWM con ciclo de trabajo del 100% (NOTA: previamente se ha tenido que configurar la salida DO0 en modo PWM)

• Trama enviada: :0160701FF
• Trama recibida: :0160701FF

Se envía por DO1 una señal PWM con ciclo de trabajo del 50%

• Configuración salidas digitales. Se cambia mediante el registro COND (0x08). Cada salida puede estar en modo normal o pwm

• Trama enviada: :016080000
• Trama recibida: :016080000

Con esta trama se configuran las dos salidas (DO0 y DO1) en modo digital normal

• Trama enviada: :016080003
• Trama recibida: :016080003

Con esta trama se configuran las dos salidas (DO0 y DO1) en modo PWM

• Configuración E/S analógicas. Se cambia con el registro CONA (0x09). Los dos salidas analógicas y la entrada pueden estar configuradas para: 0-20ma, 4-20ma ó 0-5v. Las entradas además tienen el modo termopar

• Trama enviada: :016090000
• Trama recibida: :016090000

Configurar tanto las entradas como las salidas analógicas en modo 0-20ma

• Trama enviada: :016090213
• Trama recibida: :016090213

Establecer la siguiente configuración: Salida analógica: 0-5v, Entrada analógica 1: 4-20ma, Entrada analógica 2: Termopar

• Configuración del PID. Registro CPID

• Trama enviada: :0160A0002
• Trama recibida: :0160A0002

Configurar el PID para que la entrada sea por AI1 y la salida por AOUT (CPID=2)

Para establecer las constantes del PID enviar estas tramas (se omiten las tramas recibidas, que son iguales a las enviadas)

•  :0160B000C (P=12)
•  :0160C0000 (I=0)
•  :0160D0000 (D=0)

Tramas especiales

• Lectura de la version del firmware. Es una trama de pruebas. La trama de respuesta NO sigue el formato habitual. Contiene la version del firmware
  • Trama enviada: :0131A0000
  • Trama recibida: :DEU_v2.00

Dimensiones

Repositorios

• Público: Github: https://github.com/Obijuan/DCON : Figuras y software
• Privado: SVN: http://svn.iearobotics.com/DCON_private
• Privado Nanoinnova: http://svn.iearobotics.com/nanoinnova_cvd/