PC IO 选型指导

1. PC IO功能简介
PC IO是通过PCI-104接口和堆叠方式安装于Microbox ，用于高速数据采集的一系列I/O模块。共有五种组件，分别为PC IO BASE 400、PC IO MOD DIGITAL 010、PC IO MOD ANALOG 020、PC IO KIT 030、PC IO KIT 040。PC IO BASE 400为基板模块，如图1所示，基板上有一个微处理器按预设的参数和模式（用户程序通过PCI-104总线来更改）来扫描和处理来自I/O模块和传感器的信号，并将结果存放在Microbox CPU通过PCI-104总线访问得到的存储区。

图1

PC IO MOD DIGITAL 010和PC IO MOD ANALOG 020分别是24DI/16DO数字量和8AI/8AO/4PT100模拟量接口电路模块，如图2所示。数字量和模拟量模块安装在PC IO KIT 030安装框架（如图3所示）上，与IO BASE模块通过扁平电缆连接。每个PC IO KIT 030安装框架可安装2个IO模块（2个数字量模块或2个模拟量模块或1个数字量模块与1个模拟量模块）。每个IO BASE模块最多可连接4个IO模块，其中连接数字量模块的最大数目为4个，连接模拟量模块的最大数目为2个。

图2

图3

PC IO KIT 040是一个安装框架（如图4所示），上面安装有4个连接编码器/计数器信号的15针D型接头和1个9针D型接头（包括编码器电源和4个高速数字量输入通道）。15针和9针D型接头均通过扁平电缆与IO BASE模块连接。

图4

PC IO 模块的安装方式为如图5左侧所示的堆叠式安装（详细安装步骤及注意事项参见PC IO使用手册，可通过链接32622838 下载），安装后如图5右侧所示。

图5

PC IO模块不能通过Step 7 进行硬件组态, SIEMENS提供PC IO在Windows下的驱动即IMCEA 驱动程序，安装该驱动程序后可在安装目录下找到访问PC IO模块的头文件和库文件以及三个用于测试的可执行程序。由于Windows操作系统不具有实时性，故多数情况下不会在Windows下使用PC IO模块。SIEMENS提供在RTX实时子系统下使用PC IO模块的PC IO Driver（提供一个rtdll和几个在Step 7 编程时使用的FB，通过这些FB块设置PC IO模块的参数、读取PC IO模块的状态）。也可以使用RTX SDK来编程访问PC IO模块。
2. PC IO选型注意事项
PC IO 选型时有许多限制条件，为了方便选型可通过SIEMENS销售人员索取最新版的SIEMENS IPC选型工具ipc_konfigurator.xls。使用EXCEL打开ipc_konfigurator.xls，如果提示“启用宏”或“禁用宏”，则选择“启用宏”。打开后界面如图6所示。

图6

由于界面默认语言为德语，所以先选择图6底部红色矩形框所示“Language”页，出现如图7所示画面，在左上角的下拉列表框中选择“English”，从而将界面语言切换为英文。

图7

点击图7左下角向右箭头直到显示出如图8底部红色矩形框所示“PC IO”页，点击“PC IO”页标签出现如图9所示PC IO选型界面。

图8

图9

在图9所示的PC IO选型界面中，黄色背景框为可输入区域，在此输入所需IO通道的数量。输入完所需IO通道的数量后，下面的列表中会列出所需各种IO模块的数量，同时蓝色背景区域提示在满足要求后所剩余的IO通道的数量。
对于DI的选型，如图10所示，按DI的输入滤波时间分成三类：1毫秒、0.1毫秒和0.01毫秒。输入滤波时间越短则信号采集时间越短，利于高速信号的处理。每一块DI模块上有24个通道，其中通道0 - 7共8个通道的输入滤波时间为0.1毫秒、通道8 - 23共16个通道的输入滤波时间为1毫秒（其中通道8和9同时具有输入滤波时间为0.01毫秒的输入滤波电路，可用作编码器的触发信号）。选型时在黄色背景框内输入所需要的不同滤波时间的通道数量（“Number of DI, which can be faster than 0.1ms”输入框暂时不用）。下面的表格会显示所需不同类型模块的数量。蓝色背景框区域显示剩余可用的通道数量。

图10

对于DO的选型，如图11所示，按输出电流和负载系数（同时输出的通道的比例）分三类：输出电流0.5A、负载系数50%，输出电流0.5A、负载系数100%，输出电流1A、负载系数100%。一个数字量模块有16个DO通道，分成两组，每组8个通道（0-7和8-15）。每个通道的额定电流为0.5A，每组的最大负载电流为2A。输出通道的最大切换频率为2KHz。选型时在黄色背景框内输入所需要的不同输出电流和负载系数的通道数量，下面的表格会显示所需不同类型模块的数量。蓝色背景框区域显示剩余可用的通道数量。

图11

对于AI/AO的选型，如图12所示。一个模拟量模块有8个AI通道（0-5V/0-10V/±5V/±10V,12位精度包括符号位），4个PT100温度测量通道，8个AO通道（±10V,最大负载电流2mA，16位精度包括符号位）。选型时在黄色背景框内输入所需要的模拟量输入输出通道数量，下面的表格会显示所需不同类型模块的数量。蓝色背景框区域显示剩余可用的通道数量。

图12

对于编码器/计数器选型，如图13所示，每个IO BASE模块（配合一个IO KIT 040）最多可连接4个编码器。对编码器信号的要求为:供电可以是5V或24V DC, 输出信号为RS422信号（即5V差分信号A/B/R/A-/B-/R-）。支持的功能有计数、门时间（脉宽）测量和频率测量，计数频率≤2MHz、定时器或脉宽测量的采样时间为1MHz或4MHz、频率测量的门时间可在如下值中选择：8μs，32 μs，128 μs，512 μs，2048 μs，8192 μs，16384μs，32768 μs，131072 μs，262144 μs，524288 μs，1048576 μs，2097152 μs，4194304 μs，8388608 μs，1677216 μs。

图13

如果要使用除PC IO外的模块，如来自第三方的PCI-104接口的CAN通信模块，来扩展更多的功能，就需要在图14所示黄色背景框内输入所使用的模块数目。由于Microbox只能提供3个独立中断号，所以Microbox的PCI-104扩展上所能扩展的模块（PCI-104或PC/104 Plus 接口）的最大数目为3个。即PC IO BASE 与图14中所输入的模块数目之和最大为3。

图14

为了保持Microbox在堆叠安装扩展模块后的抗震稳定性，PC IO 扩展安装框架（IO KIT 030和 IO KIT 040）及图14中所输入的模块数目之和最大为4。
表1给出了在以上限制条件下Microbox的PC IO扩展的最大配置情况。

表1 Microbox PC IO 的最大配置

在输入的数目超出限制范围时，会在PC IO模块材料列表上方显示红色背景的错误消息，如图15所示。

图15

关键词
PC IO 选型

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