Jste zde

Převodníky rozhraní a signálů pro připojení průmyslových zařízení k PC

Antonín Vojáček, 27. Leden 2013 - 20:21

Pokud potřebujete k PC či tiskárně připojit průmyslový stroj, čidlo nebo zařízení, které nenabízí ethernetové či USB rozhraní, pak potom je nutné sáhnout po vhodném převodníku. Ten spolu s dodávaným PC softwarem a ovladači umožní snadné napojení, monitoring či zprávu dat. Mezi zkušené výrobce a dodavatele takových převodníků a konvertorů patří i společnost Papouch s.r.o., která nebude chybět se svým stánkem na každoročním veletrhu elektrotechnika a automatizace AMPER 2013.

Napojení průmyslových měřících a výrobních zařízení na počítače je stále zásadnější úloha a někdy bohužel ne úplně snadná. Bohužel ve většině případech to stále přímo nelze realizovat, protože průmyslová zařízení i PC byla při svém vývoji jinak zaměřena a každé podporuje jiná signálová a komunikační datová rozhraní (například RS-485/RS-422, MODBUS, Profinet atd. na straně průmyslových zařízení a USB, Ethernet na straně PC). I když některá současná moderní zařízení již mimo průmyslových rozhraní poskytují například i Ethernet právě pro potřeby snadného napojení na PC, stále to není běžné. Proto tu však jsou firmy vyrábějící a nabízející široký sortiment různých signálových a komunikačních převodníků, které dokáží převést jeden formát na druhý a tím snadno připojit zařízení k PC. Navíc je k převodníkům obvykle poskytován i PC software a ovladače, které i bez námahy a programování v PC realizovat "ruční" i automatický sběr zobrazení, záznam a zpracování dat.

Jednou z velmi v tomto směru "vyspělých" společností patří i Papouch s.r.o. Tato firma je na trhu již dlouho a stále každým rokem rozšiřuje nabídku o další a další převodníky a připojovací rozhraní.

Základní převodníky pro sériovou komunikaci

Ï když v oblasti vyspělé počítačové techniky se s klasickým komunikačním rozhraním typu RS-232 již prakticky vůbec nepočítá, v oblasti průmyslu a průmyslových i měřících zařízení je stále hojně podporované. A to jak přímo v podobě "krátkodosahové" sériového přenosu RS-232, tak hlavně častěji v podobě průmyslové verze RS-422 a RS-485. Je to z důvodu velmi jednoduchého provozu a ovládání těchto komunikačních rozhraní a snadná realizace komunikačního softwaru uvnitř zařízení, ať již jde o PLC či nějaké procesory. Navíc v průmyslu často není potřeba realizace přenosu velkého množství dat na krátkou vzdálenost, jako často spíše jen jednotlivých naměřených hodnot, ale zato na velké vzdálenosti a často ve velmi elektricky zarušeném prostředí mnoha velmi výkonných elektromotorů.

V tomto případě pak RS-422 a RS-485 stále znamenají velmi účinný prostředek přenosu dat, ať již jsou využívány jako hlavní komunikační formát, nebo jen jako fyzická vrstva průmyslových sběrnic (např. nejznámější MODBUS-RTU či Profibus-DP). Proto je v nabídce společnosti Papouch s.r.o. převodníkům rozhraní RS-232/422/485 stále věnována velká pozornost:

TC485 je jednoduchý obousměrný převodník sériové linky RS-232 na sběrnici RS-485 s galvanickým oddělením, automatickým přepínáním směru komunikace a externím napájením (nevyužívá se tedy napájení z RS-232). RS-232 se připojuje přes konektor D-SUB 9 a RS-485 je vyveden na násuvnou svorkovnici spolu s napájením.
UC485S je převodník RS-232 na RS-485/RS-422 se svorkovnicí v hliníkové krabici s galvanickým oddělením, v průmyslovém provedení, komunikační rychlostí až 480 kBd a ochranou proti přepětí. Volbu druhu výstupní linky může provést sám uživatel, rovněž je volitelné připojení zakončení. Při konfiguraci pro linku RS485 je také možné zvolit polaritu řídícího signálu pro přepínání směru komunikace a jestliže takový signál vůbec není k dispozici, lze použít i automatické řízení směru. Vlastnosti modulu jsou nastavitelné přepínači na vrchní straně, kde jsou také kontrolky signalizující zapnutí modulu, a signály RxD a TxD.
UC485P je podobně jako UC485S kompletní průmyslový převodník dat ze sériového portu standardu RS-232 na průmyslovou sběrnici RS-485 nebo RS-422 s rozdílem, že je zde umístěný v plastové krabici s krytím IP 65 a se svorkovnicí Wago 255.
SB485L je jednoduchý převodník USB na RS-485, který je napevno nastavený pro nejčastější možnosti použití a proto neobsahuje žádné konfigurační prvky. Poskytuje galvanické oddělení RS-485 od USB, maximální přenosovou rychlost 230 kb/s a velký rozsah pracovních teplot -40 až +85 °C. Z pohledu PC je k dispozici virtuální sériový port pro Windows, který ve v PC vytvoří standardní COM port. Navíc podporovaná je většina dnešních běžných operačních systémů (Windows 32bit i 64bit, Linux, MAC OS, Android).
SB485 je proti SB485L plně univerzální převodník USB na RS-485, RS-422 a RS-422 v režimu multimaster. Přenosová rychlost je až 3 Mb/s a zakončení linky RS-485/RS-422 je uživatelsky nastavitelné. Unikátní sériové číslo umožňuje přes USB-HUB připojit více převodníků společně s jinými USB zařízeními. Ostatní je shodné s provedením SB485L.
GNOME485 a GNOME422 jsou převodníky Ethernet / RS-485 a Ethernet / RS-422 umožňující jednoduché připojení přístrojů s rozhraním RS-485 nebo RS-422 na Ethernet nebo prodloužení linky RS-485 a RS-422 přes Ethernet. Převodník obsahuje rezistory definující klidový stav, zakončení se připojuje na svorkovnici. Přepínání směru probíhá automaticky bez prodlevy. Konfigurace modulu je možná přes vnitřní webové rozhraní nebo TCP terminálem. Moduly umí i DHCP protokol. Opět je k dispozici i "virtuální sériový port", který v OS Windows vytvoří nový sériový port přesměrovaný přes Ethernet.

Sofistikovanější převodníky sériové komunikace

Základní převodníky sériové komunikace jako jsou uvedeny výše jsou vhodné jen pro samotný převod mezi různými typy rozhraní, ale nepřinášejí žádnou přidanou hodnotu. V nabídce společnosti Papouch jsou však i "krabičky", které mimo samotný převod přijímaná data i nějak zpracovávají, ať již slouží jako dočasný buffer při problémovém přenosu či jako plný datový datalogger umožňující ukládat hodnoty (např. ASCII znaky) přicházející po sériové lince, které lze následně po nějaké době souhrnně přenést do PC přes LAN síť.

EProconv je ethernetový datový procesor je modul umožňující provádět konverzi, úpravu nebo změna protokolů komunikace na linkách RS-232, RS-485/RS-422 a Ethernetu, obsahuje tedy 3 komunikační kanály. Lze je použít i například jako vyrovnávací paměť pro zařízení, která nekomunikují stejnou rychlostí (buffer), tedy může fungovat i jako malý datalogger (záznamník dat z některé z komunikačních linek). Umí filtrovat přenášená data a s obvodem reálného času umožňuje například záznam dat v přesných časových intervalech. K tomu slouží paměť RAM 32 až 128 kB. Pro interní program modulu je k dispozici 128kB paměti FLASH a 8kB interní paměti RAM, do kterého lze nahrát zákaznický software podle konkrétní aplikace.
FTP logger je záznamník datové komunikace, který zaznamenává data ze zařízení připojeného linkou RS-232 (sériový port COM) nebo RS-485 či RS-422 a ukládá je do své vnitřní paměti s kapacitou 1 MB. Zaznamenaná data jsou přístupná přes Ethernetové rozhraní (počítačovou síť) na vnitřním FTP serveru zabezpečený jménem a heslem a lze je tedy z kteréhokoli místa počítačové sítě stáhnout jako soubor. Paměť je zálohována pro případ výpadku napájení. K dispozici je i funkce pro vkládání aktuálního data a času do zaznamenávaných dat. Konkrétně FTP logger při příjmu prvního byte dat vytvoří v interní paměti soubor, do kterého zapisuje. Jméno souboru se vytváří ve tvaru file_NNN.log, kde NNN je pořadové číslo souboru (z intervalu 0 až 255). Pokud tento soubor svou velikostí dosáhne 500 kB, uzavře se a začne se vytvářet další. Tento další soubor se plní podobně, dokud nedosáhne 500 kB.

Převodníky analogových signálů na USB a ethernet

Obecně menší nabídka napříč různými výrobci než v případě převodníků různých datových formátů je v oblasti převodu analogových signálů na datové pro snadné připojení k PC.

V tomto směru velmi dobrou nabídku má firma Papouch. Najdete v ní jak běžnější převodníky napěťových a proudových signálů na datové pakety přenášené přes Ethernet, ale také méně běžné "zpětné" převodníky z hodnot vysílaných z PC přes Ethernet, které jsou následně D/A převodníky převáděny na analogové signály.

AD4RS a AD4USB je měřicí převodník analogových signálů s RS-232 a RS-485, resp. USB rozhraním, se čtyřvstupovým multiplexovaným 16 bit. sigma-delta A/D převodníkem, který umožňuje měřit až čtyři proudové signály 0(4) až 20 mA či napětí 0 až 10 V. Naměřené hodnoty jsou dále předávány v digitální podobě do nadřízeného systému prostřednictvím sériové komunikace. Každý kanál může být s jiným rozsahem. Měřící rozsah je rozdělen na 10 000 dílků a rychlost měření je 2 vzorky /sekundu pro každý kanál. K dispozici je pak i měřící software pro zobrazení a ukládání teplot pro OS Windows.
AD4ETH je měřicí převodník s Ethernetem, který z pohledu měřící části je shodný s převodníkem AD4RS. Z pohledu ethernetu jsou podporovány komunikační protokoly SNMP, MODBUS TCP, TCP (Spinel), UDP (Spinel), HTTP GET, HTTP POST (SOAP), čímž se velmi univerzální v napojení na LAN aplikace / software. Vše navíc "jistí" vlastní WEBové stránky a WAPové stránky pro mobilní zařízení. Měřená data jsou ve formátu XML a k dispozici i podpora odesílání dat ve formátu XML WEBové službě (WebService) SOAP protokolem a e-mailové oznámení o překročení nastavených mezí. K dispozici je funkce pro přepočet měřeného proudu nebo napětí na skutečnou cílovou veličinu - například na tlak, hladinu, vzdálenost apod. podle připojeného senzoru.
AD14ETH je rychlý A/D modul s Ethernetem s převodem na 14 bitů/400 kHz, 16 vstupy s galvanickým oddělením, programovatelným zesílení 1 až 8 a expandery pro připojení teplotních senzorů Pt100 nebo termočlánků. Z pohledu softwaru pak driver pro systémy XP/Vista/Win7 a knihovna v DLL umožňuje obsluhu z prostředí Delphi, Visual Basic, C++ atd. Součástí dodávky je i program ADcontrol umožňující odměr dat, jejich grafické zobrazení, dig. filtraci, FFT, tisk a uložení na disk pro maximálně 1024 vzorků.
AD24USB je přesný externí A/D modul s rozlišením až 26 bitů s nízkým šumem připojený a napájený přímo z USB. A/D převodník pracuje na principu modifikované metody vyrovnávání náboje používané u multimetrů vyšších tříd přesnosti. Integrační princip převodu a galvanické oddělení zajišťují vysokou odolnost vůči rušivým napětím. Šum modulu je proto jen 15 nVšš. Opět je poskytován driver a obslužná knihovna v DLL umožňující obsluhu karty z prostředí Delphi, Visual Basic, C++,LabView atd. Program AD25control umožňuje odměr dat, jejich zobrazení, a uložení na disk.
DA2RS je univerzální převodník s analogovým výstupem při řízení a regulaci. Dva nezávislé analogové výstupy mohou být buď napěťové nebo proudové. Jsou k dispozici tyto rozsahy: 0 - 10 V, 0 - 5 V, ±10 V, ±5 V, 4 - 20 mA, 0 - 20 mA, 0 - 24 mA. Hodnoty pro analogové výstupy zasílá nadřazený systém přes rozhraní RS-232 nebo RS-485.

Převodníky průmyslových sběrnic a méně obvyklých rozhraní.

I když společnost Papouch se přímo nespecializuje na převodníky mezi jednotlivými protokoly průmyslových sběrnic, najdeme v nabídce několik zástupců pro připojení sběrnic k běžnému PC a to včetně ovládacího, monitorovacího a diagnostického PC softwaru, který je k dispozici s převodníky zdarma, což není úplně běžné. Dále pak v nabídce najdete i převodníky pro méně běžné, ale v průmyslu využívané komunikační rozhraní typu HART nebo Wiegand.

USB2CAN je převodník USB na CAN s podporu pro 11 bitové i 29 bitové identifikátory a maximální komunikační rychlost 1 MBaudů. USB2CAN je dodáván ve variantách low-speed CAN a high-speed CAN. Jako CAN řadič sběrnice je použit známý obvod SJA1000 od firmy Philips. Řídící mikroprocesor obsahuje bootloader, který dovoluje provádět update firmware, případně zavádět specializovaný firmware podle požadavků zákazníka. Zdarma je pak dodáván diagnostický PC software, který poskytuje širokou škálu nástrojů pro záznam, analýzu a generování CAN zpráv. API ovladače pro vývoj aplikací je v současné době dostupné za příznivou cenu pro platformu Windows (Visual Studio, Borland Builder).
PiiGAB je převodník M-Bus sběrnice (dle EN 1434-3) na Ethernet (1x 10/100BaseTX port s RJ45 konektorem), který umožní vzdáleně číst M-Bus měřiče energie a další zařízení přes Ethernet nebo Internet. Možno připojit 5, 20 nebo až 60 zařízení M-Bus slave k tomuto (master) převodníku. Tyto převodníky jsou navrženy jako transparentní brány pro čtení M-Bus měřičů energie pomocí Ethernetových (Internetových) protokolů TCP, UDP, nebo pomocí Virtuálního COM portu. SNMP protokol se využívá pro management sítě. Data tak lze pak číst jakýmkoliv softwarem jako např. SCADA, databázové programy apod.. K dispozici je verze pro 5, 20 nebo 60 slave M-Bus zařízení komunikující rychlostí 300 - 9600 b/s.
HART RS / HART ETH jsou převodníky rozhraní HART na Ethernet nebo RS-485 (MODBUS-RTU). HART RS/ETH umí převádět MODBUS TCP/RTU na HART tím způsobem, že v paměti MODBUSU jsou k dispozici dvě sady registrů – jedna pro čtení a jedna pro zápis paketu HARTu. Na rozhraní HART je jak obousměrná komunikace, tak i napájení realizováno dvěma vodiči proudové smyčky 4 až 20 mA.
Wie232 / Wie485 jsou převodníky Wiegand na RS-232 a RS-485 (MODBUS-RTU). Výstupem z Wie232 a Wie485 je číslo přiložené karty jako čistý text v ASCII formátu nebo binární vyjádření čísla karty. To umožňuje snadno zpracovat číslo karty dalším softwarem na PC nebo v jiném systému. Modul zpracovává data v protokolech Wiegand 26, 30, 32, 40 nebo 42 a umí také komunikovat se standardní RFID čtečkou s klávesnicí JA-80H. Typ protokolu Wiegand se konfiguruje přepínačem na horní straně zařízení. Na modulu Wie232 je k dispozici také výstup pro napájení bezkontaktní čtečky. Pro napájení Wie232 i čtečky tak stačí použít jeden napájecí zdroj.

Závěr

V tomto článku jsem si nedal za cíl zmapovat celý sortiment společnosti Papouch, protože to si může provést každý sám brouzdáním jejich rozsáhlým internetovým obchodem, ale chtěl jsem zde upozornit na zajímavé "krabičky", které nejsou běžně v nabídce u konkurenčních firem a nebo jsou více zaměřené na oblast průmyslu. Mimo nich totiž najdete v nabídce společnosti Papouch i mnoho různých "běžnějších" počítačových karet (PCI, PMCIA, ExpresCard) pro převod RS-232, LPT a USB atd. o čemž se může fyzicky i prakticky přesvědčit na stánku společnosti na každoročním velkém veletrhu elektrotechnika a automatizace AMPER 2013.

Mezinárodní veletrh elektrotechniky, elektroniky, automatizace a komunikace Amper 2013 se bude konat v termínu od 19. do 22. března 2013 opět na VÝSTAVIŠTI BRNO. Vše podstatné k následujícímu, v pořadí již 21. ročníku sledujte na stránkách HW serveru (http://www.hw.cz/amper) nebo též na http://www.amper.cz/.