MINI I/O-EXPANDER BEDIENUNGSANLEITUNG

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2 Inhaltsverzeichnis 1. ÜBERSICHT Allgemeines Überprüfung der Lieferung 4 2. INSTALLATION UND SCHNITTSTELLEN Serielle Schnittstellen zum PC und Modemanschluß Serielle Schnittstellen zum Analysatoranschluß Analoge und digitale Eingänge; digitale Ausgänge Ethernet Anschluß USB Steckverbinder DC Spannungsversorgung 8 3. TECHNISCHE INFORMATIONEN Motherboard MB104MINI Jumper-Einstellungen LED D PC/104 CPU Baugruppe MOPSlcdSE Steckverbinder PC/104 COM-1270 Baugruppe Jumper Einstellungen Steckverbinder 12 ANHANG 13 A. Änderung der IP Adresse des Mini I/O-Expanders 13 B. Technische Daten 15 Mini I/O-Expander 2

3 Übersicht 1. Übersicht 1.1 Allgemeines Der Mini I/O-Expander ist ein Meßdatenerfassungssystem für Immissions Meßstationen und Meßfahrzeuge: Erfassung der Rohdaten und Steuerung der Meßgeräte. Automatische und manuell gesteuerte Kalibrierung der Meßgeräte Weiterverarbeitung zu zwei verschiedenen Mittelwerten Sichere Datenspeicherung der Kalibrierdaten und der Mittelwerte Datenkommunikation mit der Meßnetzzentrale (Analog-, GSM- oder GPRS-Modem; LAN) Protokolle zur Anbindung an UBIS 2/3 (AIP) und an IDAZRW (Gemi) Automatische Verbindungsaufnahme zur Meßnetzzentrale (Eigenmeldung) zur Übermittlung von Ereignismeldungen (z.b. Meßgerätefehler, Grenzwertüberschreitungen usw.) Fernbedienung der Meßstation durch die Meßnetzzentrale Integriertes Webinterface zum Zugriff auf die Luftgütemeßdaten Option: Stations- oder Wartungs PC Analog, GSM oder GPRS 8 x RS232 RS232 Modem Analysatoren Fischer Elektronik Kombinationsgehäuse (ca. 165(B) x 65(H) x 124(T) mm³) 11 digitale TTL Eingänge 8 digitale TTL Ausgänge RS232 Mini I/O-Expander 8 analoge Eingänge 10/100 MBit LAN: HTTP-Server, CGI-Interface, Telnet und FTP-Server Der Mini I/O-Expander basiert auf embedded PC-Baugruppen mit PC/104 Formfaktor. Diese Baugruppen sind ideal für industrielle Anwendungen geeignet: kleine Baugruppen, die auf erprobten Hardware- und Softwarestandards basieren zahlreiche Hersteller von PC/104-Baugruppen weltweit kompletter PC ohne bewegliche Teile (Lüfter, Festplatten) realisierbar Die CPU-Baugruppe des I/O-Expanders verfügt über einen mit 100 MHz getakteten 486DX Mikroprozessor, 32 MB Hauptspeicher, einem chipdisk Laufwerk mit einer Speicherkapazität von 96 MB, zwei seriellen Schnittstellen zum Anschluß eines Stations- oder Wartungsrechners und eines Modems sowie einer batteriegepufferten Echtzeituhr. Der Anschluß von Meßgeräten mit serieller Schnittstelle erfolgt über eine PC/104 Baugruppe mit acht RS232-Schnittstellen. Neben dem Bayern/Hessen-Protokoll werden gerätespezifische Protokolle verschiedener Hersteller unterstützt. Für meteorologische Sensoren und Meßgeräte mit analoger Schnittstelle wird das Motherboard MB104MINI eingesetzt. Es stehen 8 analoge Eingänge mit einer Auflösung von 12 Bit, 11 digitale TTL-Eingänge und 8 TTL-Ausgänge zur Verfügung. Mini I/O-Expander 3

4 Übersicht Datenerfassung im Mini I/O-Expander Die Abfrage der Momentanwerte von den konfigurierten Meßgeräten erfolgt alle 5 Sekunden. Die Rohdaten (5-Sekunden-Meßwerte) werden gleichzeitig zu zwei verschiedenen Mittelwerten aggregiert. Neben dem arithmetischen Mittelwert wird über jedes Mittelungsintervall Minimum, Maximum und Standardabweichung berechnet und gespeichert. Die Zusammenfassung von digitalen Statusinformationen bei der Mittelwertberechnung erfolgt durch bitweises verodern. Die Zeitangaben der einzelnen Datensätze beziehen sich dabei immer auf das Ende des entsprechenden Zeitintervalls. Die Prozedur zur Berechnung der Mittelwerte 2. Stufe beinhaltet zusätzlich eine Plausibilitätskontrolle und eine zeitliche Synchronisation, so daß die Intervallendzeiten auf feste Zeitmarken, z.b. 30 Minuten fallen. Bei der Berechnung der Mittelwerte 2. Stufe gehen nur diejenigen Rohwerte mit in die Berechnung ein, deren Fehler- und Betriebsstatuskennungen dem Normalzustand entsprechen. Es werden z.b. alle Werte ausgeschlossen, denen ein Betriebsstatus oder ein Fehlerstatus zugeordnet ist. Falls nicht genügend gültige Rohwerte vorhanden sind, wird der Mittelwert als ungültig gekennzeichnet. Die Kalibrierung der Meßgeräte wird automatisch nach einem vordefinierten Zeitschema für Nullgas, Prüfgas und Einschwingen auf Meßgas ausgeführt. Eine zyklisch automatische Kalibrierung erfolgt z.b. in einem Abstand von 25 Stunden. Wenn nicht alle Meßgeräte gleichzeitig kalibriert werden sollen, kann jedem Meßgerät eine zusätzliche Verzögerungszeit zugeordnet werden. Zur Speicherung der Mittelwerte erster- und zweiter Stufe sowie der Kalbrierdaten wird eine 24 MB große Datei des chipdisk-moduls (FLASH Speicher) verwendet. Die maximal speicherbare Anzahl Datensätze für die einzelnen Meßdaten ist in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt: Meßdaten Anzahl Datensätze 1. Stufe: Stufe: 8640 Kalibrierdaten: 1200 Meldungen: 400 Bei einer Mittelungszeit 2-ter Stufe von 30 Minuten reicht dies für die Speicherung der Meßdaten über knapp ein halbes Jahr (180 Tage). Die Datenspeicher sind als Ringspeicher ausgelegt, so daß bei nicht rechtzeitigem Datenabruf nur die ältesten Werte überschrieben werden. Parametrierung und Konfigurierung Sämtliche für die Meßaufgabe erforderlichen Parameter sind einer Konfiguration zusammengefaßt. Für den Mini I/O-Expander können maximal 16 Meßgeräte mit insgesamt max. 40 Komponenten konfiguriert werden. Zur Bearbeitung und Erstellung der Konfiguration ist die Visualisierungssoftware IOVIS oder das Konfigurations- und Wartungsprogramm IDA95MNT erforderlich. 1.1 Überprüfung der Lieferung Die Lieferung besteht aus: Mini I/O-Expander im Aluminium Kombinationsgehäuse Serielles Kabel (5 m) zur Verbindung des I/O-Expander mit einem PC Netzteil: Eingang VAC; Ausgang 12 VDC / 1.25 A Mini I/O-Expander 4

5 Installation und Schnittstellen 2. Installation und Schnittstellen Steckverbinder auf der Frontseite des I/O-Expanders: Steckverbinder auf der Rückseite des I/O-Expanders: Mini I/O-Expander 5

6 Installation und Schnittstellen 2.1 Serielle Schnittstellen zum PC und Modemanschluß Die serielle Schnittstelle COM1 der CPU-Baugruppe wird üblicherweise zur Kommunikation mit einem PC verwendet. Die Schnittstelle COM2 dient zum Anschluß eines Analog- oder GSM-Modems. Ein GPRS- Modem wird standardmäßig an die Schnittstelle COM10 angeschlossen. Übertragungsrate und Datenformat COM1: COM2: Baud, 8 Datenbits, keine Parität und 1 Stoppbit 9600 oder Baud, 8 Datenbits, keine Parität und 1 Stoppbit. Der I/O-Expander verwendet Baud, falls die Option "Hohe Übertragungsrate verwenden in den Modemparametern aktiviert ist. Hinweis: Falls ein Initialisierungsstring für das Modem konfiguriert ist, verwendet der I/O-Expander RTS/CTS-Handshake für die Schnittstelle COM2. COM10: Baud, 8 Datenbits, keine Parität und 1 Stoppbit, falls ein GPRS-Modem an dieser Schnittstelle angeschlossen ist. Steckverbinder: SUB-D, 9 pin, Stift (PC Standard) Pin Signal Bedeutung 1 DCD Data Carrier Detect in 2 RxD Receive Data in 3 TxD Transmit Data out 4 DTR Data Terminal Ready out 5 GND Signalmasse 6 DSR Data Set Ready in 7 RTS Request to Send out 8 CTS Clear to Send in 9 RI Ring Indicator in 2.2 Serielle Schnittstellen zum Analysatoranschluß Der Anschluß von bis zu acht Analysatoren mit serieller Schnittstelle erfolgt über die PC/104 Baugruppe COM-1270 (Schnittstellen COM3 bis COM10). Steckverbinder: SUB-D, 9 pin, Stift (PC Standard) Pin Signal Bedeutung 1 DCD Data Carrier Detect in 2 RxD Receive Data in 3 TxD Transmit Data out 4 DTR Data Terminal Ready out 5 GND Signalmasse 6 DSR Data Set Ready in 7 RTS Request to Send out 8 CTS Clear to Send in 9 RI Ring Indicator in Zum Anschluß eines Analysators ist es gewöhnlich ausreichend, die Signale TxD, RxD und GND zu verwenden. Übertragungsrate und Datenformat sowie das zu verwendende gerätespezifische Protokoll für diese Schnittstellen wird mittels der Visualisierungssoftware IOVIS oder des Konfigurations- und Wartungsprogramm IDA95MNT festgelegt. Mini I/O-Expander 6

7 Installation und Schnittstellen 2.3 Analoge und digitale Eingänge; digitale Ausgänge Zum Anschluß von meteorologischen Sensoren und von analogen wird das Motherboard MB104MINI eingesetzt: 8 potentialgetrennte analoge Eingänge mit 12 bit Auflösung. Für jeden Eingang ist der Eingangsbereich 0 2,5 V, 0 10 V oder 0 (4) - 20mA (125 O Shunt) einstellbar. Für einen 10 V Spannungseingang müssen die zugehörigen Jumper J3-x (x: 1 8) und J4-x geöffnet sein. Bei einem 2,5 V Spannungseingang muß J3-x geschlossen und J4-x offen sein. Für einen 20 ma Stromeingang müssen beide Jumper J3-x und J4-x geschlossen sein. 11 digitale TTL-Statuseingänge mit internem pullup Widerstand (10 ko). Die Eingänge 1 bis 8 sind auch als Zählereingänge verwendbar. 8 digitale TTL Ausgänge (Ausgangsstrom maximal 20 ma) Steckverbinder: SUB-D, 37 pin, Buchse Pin Signal Pin Signal Bedeutung 1 AIN1 Analogeingang 1 20 AGND Analogmasse 2 AIN2 Analogeingang 2 21 AGND Analogmasse 3 AIN3 Analogeingang 3 22 AGND Analogmasse 4 AIN4 Analogeingang 4 23 AGND Analogmasse 5 AIN5 Analogeingang 5 24 AGND Analogmasse 6 AIN6 Analogeingang 6 25 AGND Analogmasse 7 AIN7 Analogeingang 7 26 AGND Analogmasse 8 AIN8 Analogeingang 8 27 AGND Analogmasse 9 DIN1 TTL Eingang 1 28 DGND Digitalmasse 10 DIN2 TTL Eingang 2 29 DOUT8 TTL Ausgang 8 11 DIN3 TTL Eingang 3 30 DOUT7 TTL Ausgang 7 12 DIN4 TTL Eingang 4 31 DOUT6 TTL Ausgang 6 13 DIN5 TTL Eingang 5 32 DOUT5 TTL Ausgang 5 14 DIN6 TTL Eingang 6 33 DOUT4 TTL Ausgang 4 15 DIN7 TTL Eingang 7 34 DOUT3 TTL Ausgang 3 16 DIN8 TTL Eingang 8 35 DOUT2 TTL Ausgang 2 17 DIN9 TTL Eingang 9 36 DOUT1 TTL Ausgang 1 18 DIN10 TTL Eingang DGND Digitalmasse 19 DIN11 TTL Eingang 11 Mini I/O-Expander 7

8 Installation und Schnittstellen 2.4 Ethernet Anschluß Steckverbinder: RJ-45, 8 pin (PC Standard) Pin Signal Bedeutung 1 TXD+ 100/10BASE-T Transmit differentieller Ausgang 2 TXD- 100/10BASE-T Transmit differentieller Ausgang 3 RXD+ 100/10BASE-T Receive differentieller Eingang 4 Shield Ground Masse 5 Shield Ground Masse 6 RXD- 100/10BASE-T Receive differentieller Eingang 7 Speed LED Ausgang 8 Link LED Ausgang 2.5 USB Steckverbinder Steckverbinder: USB-A female, 4 pin, PC standard Pin Signal Bedeutung 1 VCC (*) +5V 2 USB- USB data + 3 USB+ USB data - 4 GND Masse Note: (*) Die Stromaufnahme des angeschlossenen USB-Gerätes darf 250 ma nicht überschreiten! 2.6 DC Spannungsversorgung Steckverbinder: Phoenix COMBICOM MSTB 2,5/2-G-5,08 Pin Signal Bedeutung VDC Versorgungsspannung 9 18 V DC Leistungsaufnahme ca. 10 W 2 GND Masse Mini I/O-Expander 8

9 Technische Informationen 3. Technische Informationen Die wichtigsten Eigenschaften der Baugruppen des Mini I/O-Expanders finden Sie in den folgenden Abschnitten beschrieben: Einstellungen der Steckbrücken (Jumper) Anordnung und Belegung von Steckverbindern Bedeutung der Morsecodes der LED D4 3.1 Motherboard MB104MINI J4 J3 X2: Analoge und digitale Eingänge, digitale Ausgänge X5: USB J2 J1 LED (grün/rot) X3: DC Anschluß Mini I/O-Expander 9

10 Technische Informationen Jumper-Einstellungen Die folgende Tabelle zeigt die Jumper-Einstellungen der Baugruppe MB104MINI (fett: Standardeinstellung): Jumper Beschreibung J1 offen Normalbetrieb des Microcontroller P89C662HBA gesteckt Ermöglicht die In System Programmierung (ISP) des Mikrocontrollers J2 offen Pin 7 des seriellen EEPROM's PCF8582C (IC 6) nicht verbunden gesteckt Pin 7 des EEPROM's mit GND verbunden Analoge Eingänge (x: 1 8): J4-x offen J3-x offen 10 V Spannungseingang, Impedance 30 ko gesteckt offen 2.5 V Spannungseingang, Impedance 8 ko gesteckt gesteckt 20 ma Stromeingang, Shunt 125 O LED D4 Falls die Firmware des I/O-Expanders einen Fehler erkennt, wird über die Fehler LED (D4) einer der unten aufgeführten Morsecodes in rot ausgegeben. Im Normalbetrieb blinkt die LED grün. Zeichen Morsecode Fehlerbeschreibung z.zt. nicht verwendet Fehlerhafte Datendatei DiskOnChip Fehler (INT24) Fehler beim Öffnen von COM1 oder COM Konfigurationsfehler I2C Fehler z.zt. nicht verwendet Serielles EEPROM: CRC Fehler z.zt. nicht verwendet 3.2 PC/104 CPU Baugruppe MOPSlcdSE Der MOPSlcdSE ist eine hochintegrierte PC/104 CPU Baugruppe: 100 MHz STPC Elite (486DX kompatibel) 32MB SDRAM EIDE Kontroller Zwei serielle RS232 Schnittstellen 32-bit PCI Ethernet Kontroller Echtzeituhr 2 USB Schnittstellen Watchdog CRT Kontroller SMI LynxEM+ mit 2 MB VRAM Tastatur Kontroller Mini I/O-Expander 10

11 Technische Informationen Steckverbinder Die Anordnung der Steckverbinder der MOPSlcdSE CPU zeigt das nachfolgende Bild. Die CPU Baugruppe ist ausführlich in dem User s Guide M_MOPSlcdSE_MOPSSE_PSTEM112.pdf beschrieben. 3.3 PC/104 COM-1270 Baugruppe Jumper Einstellungen Die Standardeinstellung der Jumper für die achtfach serielle Schnittstellenbaugruppe COM-1270 zeigt das nachfolgende Bild. Diese Einstellungen sind ausführlich in dem User's Manual der COM-1270 beschrieben (COM-1270_Manual.pdf). Mini I/O-Expander 11

12 Technische Informationen Steckverbinder Zuordnung der COM Ports: Steckverb. COM-1270 User s Manual I/O-Expander J7 COM1 COM3 J8 COM2 COM4 J9 COM3 COM5 J10 COM4 COM6 J11 COM5 COM7 J14 COM6 COM8 J13 COM7 COM9 J12 COM8 COM10 Mini I/O-Expander 12

13 Anhang Anhang A. Änderung der IP Adresse des Mini I/O-Expanders Die bei Auslieferung eingestellte IP Adresse des Mini I/O-Expanders (z.b ; Netmask ) finden sie in der Datei IO104Xnnn.TXT auf der IDA95MNT oder IOVIS CD-ROM, dabei sind nnn die letzten drei Ziffern der Seriennummer des Mini I/O-Expanders. Sollte es erforderlich sein, diese Adresse zu ändern müssen Sie, unter Verwendung der zweiten (festen) IP Adresse ( ; Netmask ) des Mini I/O-Expanders, eine Netzwerkverbindung zum I/O-Expander herstellen. Verwenden Sie ein RJ45 Netzwerkkabel und verbinden Sie den I/O-Expander mit dem zu verwenden Hub, Switch oder PC. Hinweis: Sie benötigen ein Cross Kabel, falls Sie den I/O-Expander direkt mit einem PC verbinden. Öffnen Sie Ihren Webbrowser und geben Sie die zweite IP-Adresse des I/O-Expanders ( ein. Nach Betätigung der Eingabetaste erscheint ein Login Dialog: Geben Sie den HTTP Benutzernamen und das Paßwort (siehe IO104Xnnn.TXT ) ein und klicken Sie auf OK. Die Homepage des I/O-Expanders wird angezeigt: Wählen Sie System settings und geben Sie den in der Datei IO104Xnnn.TXT unter System settings aufgeführten Benutzernamen sowie das zugehörige Paßwort ein und klicken Sie auf Login : Mini I/O-Expander 13

14 Anhang Wählen Sie die Datei /etc/network/interfaces aus und betätigen Sie die Schaltfläche Read : Ändern Sie die IP Adresse und die Netmask und klicken Sie auf Write, um die vorgenommenen Änderungen in der Datei /etc/network/interfaces zu speichern. Hinweis: Sie müssen einen Neustart des I/O-Expanders durchführen, damit die neue IP Adresse übernommen wird. Betätigen Sie die Schaltfläche Reboot, um einen Neustart durchzuführen. Mini I/O-Expander 14

15 Anhang B. Technische Daten Gehäuse Aluminium Kombinationsgehäuse Abmessungen 165 mm * 124 mm * 59,3 mm COM Schnittstellen 10 RS232 Analoge Eingänge 8 isolierte analoge Eingänge, 12 Bit Auflösung. Eingangsbereiche: 2.5 V, 10 V und 0 (4) - 20mA (125 O Shunt) Digitale Eingänge 11 digitale TTL Eingänge mit internem pullup Widerstand (10 ko) Digitale Ausgänge 8 digitale TTL Ausgänge (max. 20 ma) Ethernet 100/10BASE-T, RJ45 Bedienung Über Wartungsrechner, Modem oder LAN Stromversorgung 9-18 V Gleichspannung; Anschluß über steckbare Schraubklemme (Phoenix COMBICON MSTB 2,5/2-ST-5,08) Leistungsaufnahme ca. 10 Watt Betriebstemperatur 0 C bis +40 C Lagertemperatur -10 C bis +80 C Abmessungen (Ansicht von oben): M4 * Analoge Eingänge, digitale Eingänge und Ausgänge LAN, 9 18 V COM2, COM1, USB COM5, COM4, COM3 COM8, COM7, COM6 COM10, COM9 9 M4 * Alle Abmessungen in mm. *) Die Gewindebohrungen M4 zur Befestigung befinden sich auf der Unterseite des Mini I/O-Expanders. Die maximale Einschraubtiefe beträgt 9 mm! Mini I/O-Expander 15