1. oktober, 2017

Hitro vzorčenje oz. »oversampling«

Revija logo beckhoff 300x90 - Hitro vzorčenje oz. »oversampling«Beckhoff Avtomatizacija d.o.o.
2017_256_24

Hitro vzorčenje oz. »oversampling« je poseben način vzorčenja signala, kjer lahko dosežemo zelo kratke čase vzorčenja za digitalne signale do 1 μs in za analogne signale 10 μs.

256 24 04 300x215 - Hitro vzorčenje oz. »oversampling«S hitrim vzorčenjem se signal v modulu za hitro vzorčenje zajema z večjo frekvenco, kot je frekvenca prenosa podatkov na krmilnik. Čas vzorčenja je tako krajši od komunikacijskega cikla, znotraj enega cikla pa se izvede večkratni zajem signala. Število vzorcev znotraj enega komunikacijskega cikla imenujemo faktor hitrega vzorčenja (»oversampling factor«). Da se zagotovi ustrezno kronološko zaporedje vzorcev, se celoten paket zajetih vzorcev prenese na krmilnik v naslednjem komunikacijskem ciklu.
Doseganje krajših časov cikla z visoko zmogljivimi področnimi vodili (fieldbus) in zmogljivimi procesorji je ena od možnosti izboljšanja resolucije zajema signala. Druga možnost pa je z visoko ločljivimi vhodno izhodnimi moduli. Takšen pristop k boljši časovni resoluciji zahteva zanesljivo časovno povezavo med vsemi napravami v sistemu.

256 24 01 275x300 - Hitro vzorčenje oz. »oversampling«

Slika 1: Porazdeljena ura (»distributed clock«)

Zanesljivo časovno sinhronizacijo med napravami v sistemu dosežemo s porazdeljeno uro (»distributed clock«) v EtherCAT področnem vodilu (slika 1). Lokalna ura na EtherCAT slave enoti predstavlja enoten sistemski čas. Razlika v internem delovanju EtherCAT protokola med EtherCAT slave enotami se izračuna, te mikro zakasnitve pa so kompenzirane po sinhronizaciji ure na EtherCAT slave enoti. Tako dobljen enoten čas na celotnem EtherCAT omrežju omogoča zanesljivo kronološko povezavo med posameznimi dogodki v celotnem sistemu z natančnostjo manj kot 100 ns.

256 24 02 300x125 - Hitro vzorčenje oz. »oversampling«

Slika 2: Čas vzorčenja/čas cikla

Nastavi se lahko različne frekvence hitrega vzorčenja glede na uporabljeni modul. Nastavljena frekvenca ni odvisna od hitrosti komunikacije ampak od hitrosti zajema signala v samem modulu. Digitalni vhodi in izhodi omogočajo resolucijo do 1 μs, pri analognih signalih pa je ta 10 μs. Glede na to, da je pri najhitrejših komunikacijskih protokolih čas cikla razreda 1 ms, je s tehnologijo hitrega vzorčenja pri digitalnih signalih mogoče doseči tisočkrat boljšo resolucijo, pri analognih signalih pa stokrat boljšo resolucijo.

Praktični primer uporabe

256 24 03 300x284 - Hitro vzorčenje oz. »oversampling«

Slika 3: Reduktor z IEPE senzorjem za nadzor vibracij

Pri nadzoru krogličnih ležajev z namenom detekcije poškodovanih kroglic se uporablja analiza vibracij. Za zajem signala vibracij je potreben čas vzorčenja manjši od 1 ms. Vibracije se lahko meri z IEPE senzorjem (Integrated Electronics Piezo-Electric), priklopimo ga lahko na Beckhoff IEPE modul EL3632. S tehnologijo hitrega vzorčenja lahko dosežemo frekvenco vzorčenja do 25 kHz, kar omogoča ustrezno matematično analizo signala vibracij.

Več informacij o modulu EL3632 in drugih proizvodih za avtomatizacijo najdete na www.beckhoff.si ali pri podjetju Beckhoff Avtomatizacija d.o.o.

www.beckhoff.si
Tags: