Industrial Otomasyonda Delta Modulation: Duyucu Data Acquisition

Sonuncuda, basit bir bütünleme veya yeniden yapılandırmalar, küçük akışın belirttiği adım değişiklikleri ile analog sinyali yeniden yapılandırın. Düşük frekanslı filtre yüksek frekanslı ölçüm gürültüyü kaldırmak için yeniden yapılandırılır.

Pratik endüstriyel sensör modüllerinde, delta modülatörü bir hesaplama, bir saat ve bir bütünleme devresi kullanılarak uygulanabilir. Düşük bileşen sayısı doğrudan sensör konutlarına gömülmek için çekici hale getirir, ayrı ADC donanıma ve analog gerilimlerden ziyade dijital sinyalleri iletme gereksinimini azaltır.

Örnek: Bir fırında Sıcaklık İzleme

500 °C ve 1200 °C arasında çalışan bir endüstriyel fırında termo çift izleme sıcaklığı göz önünde bulundurulur. Sıcaklık yükselirken, yüksek çözünürlükte bulunan bir yüksek çözünürlükte, 100 kHz ve bir adım büyüklüğü ile birlikte, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bir yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bir yüksek çözünürlükte bulunur.

Delta Modulation

Delta modulation'ın birkaç çeşidi temel planın sınırlamalarını ele almak için geliştirildi. Her değişken, karmaşıklık, doğruluk ve bant genişliği arasında belirli bir ticaret hedefi.

Linear Delta Modulation (LDM)

Bu, yukarıda açıklanan orijinal form, sabit bir adım boyutu {{ ile, giriş sinyalinin örnekleme oranına yavaşça göre değişir ve iyi performans göstermesi basittir. Ancak LDM iki temel sınırlamadan muzdariptir: eğim aşırı ve granular gürültü.

Adaptif Delta Modulation (ADM)

ADM, uçlu modele dayanan adım boyutunu dinamik olarak ayarlar.Dört bitleri aynı olduğunda, sinyalin hızla değiştiğine işaret eder, eğimi takip etmek için adım büyüklüğü artar.Ne zaman biraz alternatif, adım büyüklüğü granular gürültüyü azaltmak için azalır. Bu adaptasyon modülatörün dinamik yelpazesini geliştirir ve çeşitli değişim oranlarıyla sinyalleri ele geçirebilmesine olanak sağlar. ADM yaygın olarak ses kodlama ve bazı endüstriyel iletişim protokollerinde kullanılır.

Sürekli olarak Değişken Slope Delta Modulation (CVSD)

CVSD, ADM'nin belirli bir uygulamadır ve bu da, kanal operatörleri için ses iletişimi gerektiren endüstriyel uygulamalar, genellikle CVSD'yi kontrol etmek için bir syllabic filtre kullanır.

Delta-Sigma Modulation ( ⁇ M)

Teknik olarak farklı bir mimari olsa da, delta-sigma modulation, yüksek çözünürlüklü endüstriyel ADC'lerin de dahil olmak üzere, ölçüm aletlerinde kullanılan yüksek çözünürlükte kullanılan sesin nicelleştirilmesi, ölçümlenmesinden önce ileriye dönük olarak kullanılan sesin yüksek frekanslara göre şekillendirilmesidir.

Her değişken performans özelliklerinin farklı bir dengesi sunar. Çoğu endüstriyel sensör veri satın alma uygulamaları için, adaptive delta modulation, özellikle sensör sinyalleri geniş bir dinamik aralığına yayılan en iyi uzlaşma sağlar.

Delta Modulation'ı kullanmanın avantajları

Delta modulation, endüstriyel otomasyon ortamları için iyi uygun hale getiren birkaç avantaj sunar:

• [[Dönetici:0)Redüklenmiş veri büyüklüğü:[Dönetici: 0,0)[Dönetici:0))Dedüklenen veri büyüklüğü:[Dönetici:[Dönlendirme için 8 ila 16 bit bir örnek için 8 ila 16 bitleri gerektiren PCM sistemleri için, depolama ve iletim bant genişliğindeki tasarruflar önemli.
• [[Düzücü donanım karmaşıklığı: [Dönetici: [Dönetici:0) Düşük donanım karmaşıklığı: [Dönetici:0)Dörtücük bir donanım karmaşıklığı: [Dönetici: 0,3|Dönetici/Fıralama veya flaş ADCs ile kıyasla, bir değiştirici ile inşa edilebilir, büyük bir ağda bir modülede herhangi bir sensörde bir bağlantı kurmak mümkün kılar.
• [[Düzg:0) Geliştirilmiş gürültü bağışıklığı:[Dönetici:0)) Yüksek çözünürlükte, elektriksel gürültüye karşı, jeneratörler ve güç malzemeleri ile ilgili olarak, bu gürültü bağışıklığı pahalı kalkan veya kablo yükseltmeleri olmadan daha güvenilir veri toplamasına neden olur.
• [FONT:0) Gerçek zamanlı işlem yeteneği: [Dönetici:[Dönetici başına bir karar tek bir saat döngüsünde yapılır, çok yüksek örnekleme oranlarına izin verir. Bu, hızlı değişen parametrelerin gerçek zamanlı izlemesini gerektiren uygulamalar, hidrolik sistemlerde dönen titreşim analizi veya basınç dalgalanmaları gibi.
• [FONT=0) Basitleştirilmiş sistem entegrasyonu:[Döneticiler, FPGAs veya çokluxing olmadan dijital sinyal işlemcileri ile doğrudan mikrokontrolcülere bağlanabilir.Bu artırılmış arayüz tasarım karmaşıklığını azaltır ve dağıtım hızlarını hızlandırır.

Industrial Otomasyon Uygulamaları

Delta modulation geniş bir endüstri sektörü çapında dağıtılır ve vakaları kullanır. Aşağıdaki uygulamalar pratik değerini vurgulamaktadır.

Sıcaklık, Baskı ve Akış İzleme

Kimyasal üretim, petrol ve gaz gibi proses endüstrileri ve gıda işleme, dağıtılmış sensör ağları monitör sıcaklığı, baskı ve birden fazla noktada akış. Bu sensörlerin çoğu, paylaşılan bir alanbus ağı üzerinde yavaş yavaş farklı sinyalleri üretir.Adaptive delta modlators hala hızlı değişiklikler ele geçirebiliyorken, ısıyı ele geçirebilirler.

Robotik Kontrol Sistemleri

Endüstriyel robotlar, kapalı-loop kontrolü için geri bildirim sağlamak için pozisyona, güçlere ve tork sensörlerine güveniyor. Kontrol döngüsü, hassas hareket tutmak için yüksek güncelleme oranlarında çalışmalıdır. Delta modulation, düşük çözünürlükte sayısallaştırma sağlar, kontrol edilebilirliği minimum gecikme ile geri bildirim alma sağlar. Basit dijital arayüz aynı zamanda robot kolunda gerekli olan tel sayısını azaltır, güvenilirlik ve basit bakım bakımı sağlar.

Büyük robot üreticileri, ortak pozisyon algılayıcıları için delta-modated encoders'ı kabul etti. Bu kodlayıcılar doğrudan motor sürücüsü tarafından kodlanabilir, ayrı ADC modüllerine ihtiyaç ortadan kaldırır. Bu yaklaşım, geleneksel analog kodlayıcılardan daha yüksek çözünürlük ve daha hızlı güncelleme oranları destekler.

Uzak Sensör Ağları Çevre İzleme Ağı

Hava kalitesi izleme, hava istasyonları ve tarımsal otomasyon gibi uygulamalarda, sensörler genellikle uzak veya sert erişimli yerlerde dağıtılır. Güç ve bant kısıtlamaları kritiktir. Delta modulation, veri toplama devrelerinin gücünü azaltır ve kablosuz olarak aktarılmalıdır.

Delta modulation kullanan kablosuz sensör ağları, boru hattı bütünlüğünü, su kaynakları yönetimini ve köprülerin yapısal sağlığını izlemek için dağıtılır. Düşük veri oranı batarya ömrünü genişletir ve büyük antenler veya yüksek güç vericiler için gerekli olanı azaltır.

Makine İzlemesi

Predictive bakım programları, sabit adımlı modülatör ile meydana gelen eğimli ekipman sürekli olarak izlenmesine güveniyor. Titreşim sensörleri birkaç tondan birkaç kilohertz. Delta modulation with adaptive step levels can catch these sinyalleri without the slope-step modlator.The digital çıktı can be processed in real-time to detectating errorss, dengesizlik, or yanlışment.

Uygulamada, bir tepişif algoritma ile 500 kHz'de bir delta modülatörü örnekleme, titreşim spektralini 250 kHz'ye kadar yakalayabilir ve en endüstriyel makine izleme için yeterlidir. Elde edilen bitek, belirli hataları gösteren harmonikler ve yanbandlar için analiz edilir ve analiz edilir.Bu yaklaşım erken planlanmamış kesinti süresi azaltır.

Dağıtılmış Kontrol Sistemleri (DCS) ve programlanabilir Mantık kontrolörleri (PLC)

Modern dağıtılmış kontrol sistemleri, Profibus, Modbus ve EtherCAT gibi endüstriyel ağlarda yüzlerce sensör ve eylemciyi birbirine bağlar, ancak veri toplamasında fayda sağlar.Aynı sensör kullanarak aynı şekilde ayarlanabilir bir modülasyon oluşturabilir ve diğer cihazlar için ücretsiz ağ bant genişliği oluşturabilir.

Birkaç PLC üreticileri şimdi, delta-modated bitstream için tasarlanmış giriş modüllerini sunar. Bu modüller yeniden yapılandırma filtresini birleştirir ve programcıdan düşük seviyeli ayrıntıları soyutlayın.Bu, işlem yükünü PLC CPU'ya azaltır ve basitleştirilmiş sistem yapılandırması sağlar.

Meydanlar ve Mitigation Strategies

Avantajlarına rağmen, delta modulation güvenilir endüstriyel kullanım için ele alınması gereken sınırlamalara sahiptir.

Slope Overload

Slope aşırı yükleme, giriş sinyalinin modülatörden daha hızlı değiştiğinde sabit adım büyüklüğü ile takip edilebilir. Yeniden inşa edilen sinyal girdinin gerisinde kalır, sinyal eğim azalırına kadar devam eden büyük bir hataya neden olur. Bu, özellikle yüksek frekanslı veya yüksek hacimli bileşenler için bozulma olarak ortaya çıkar.

[FONT=0]Mitigation stratejileri:[Dönetici:[Dönetici:0) Adaptive delta modulation doğrudan üst üste bitler aynı olduğunda adım boyutunu artırmak için eğime tıkır. Donanım uygulamaları, adaptasyon algoritması biraz daha fazla hız verir ve bütünleme oranını azaltır. Alternatif olarak, örnekleme oranını azaltır, ancak yüksek veri oranı ve güç tüketimi maliyetinin maliyetine göre.

Granular Gürültü

Giriş sinyali neredeyse sabit olduğunda, yeniden inşa edilmiş sinyal, sistemin yavaş yavaş çeşitli sinyalleri için etkili bir şekilde çözümünü azaltır.

[FONT=0]Mitigation stratejileri:[Döneticileri azaltmak, yüksek çözünürlükte gürültüyü azaltmak, ancak gürültü şekillendirme ile ilgili bir delta değiştirici performansı daha basit delta modulation sağlar.

Sayılama Hatası

Tüm dijital dönüşüm yöntemleri gibi, delta modulation, sonlu aşama büyüklüğü nedeniyle ölçüm hatası getirir. Hata her örnek için ⁇ /2 tarafından sınırlandırılır, ancak zamanla uzlaşıcı hata, sinyal özelliklerine ve yeniden yapılandırma filtresine bağlıdır.

[FONT=0]Mitigation stratejileri: [Dönetici:[Dönlendirmeler) Aşırı uçlu bir aradaki ölçüm gürültüyü daha geniş bir frekans aralığından çıkarır, SNR'yi sinyal bandında geliştirir.En endüstriyel sensörler için 12bit veya 16-bit çözünürlük, yeterince yüksek aşırı aşırı uçlu bir modülasyon oranı ile birleştirin.

Delta Modulation to Other ADC Techniques

Uygun dönüşüm yönteminin seçilmesi, uygulamanın belirli gereksinimlerine bağlıdır. Aşağıdaki karşılaştırma pratik rehberlik sağlar.

Delta Modulation vs. Successive-Approximation Register (SAR) ADC

SAR ADCs orta hızlı endüstriyel uygulamalarda yaygındır, girişte 8 ila 18 bit çözünürlükte örnekleme oranlarına kadar çeşitli megahertz'a kadar uzanır ve daha düşük devrelerde bulunan otomatik veya paralel bir tamponlama gerektirir.Fort ADCs isteğe bağlı olarak, delta modulation is avantajlıdır.For API'ler, tek bir dijital çizgiye arayüzü basitleştirir ve daha yüksek örnek oranlarında daha düşük devreler olarak çalışabilirler.For more results.Fortualifier is avantajlıdır.Fortual default and well-ent applicationsing absolute reliable.

Delta Modulation vs. Flash ADC

Flash ADCs, en yüksek dönüşüm hızlarını sağlar, gigahertz oranlarında çalışır, ancak önemli bir güç kullanır ve 1 inçlik çözünürlük için yeterli hız sağlar. Yüksek hızlı uygulamalar için radar ve oscilloskoplar gibi kullanılır. endüstriyel otomasyonda, flaş ADCs nadiren gereklidir çünkü sensör sinyalleri tipik olarak 1 MHz'in altındaki bant genişliğine sahiptir. Delta modulationları çok daha düşük güç ve maliyetle en endüstriyel sensörler için yeterli hız sunar.

Delta Modulation vs. Delta-Sigma ( ⁇ ) ADC

Delta-sigma ADCs, hassas ölçüm aletlerinde yaygın olarak kullanılır, süreç kontrolü ve ağırlık ölçekleri.Onlar çok yüksek çözünürlükte (16 ila 24 bit) aşırı doğruluk gerektiren uygulamalar için aşırı doğruluk gerektiren uygulamalar için, bir ⁇ ADC daha iyi bir seçimdir.

Pratik Seçim Kılavuzları