Ústav automatizace a informatiky Fakulta strojního inženýrství Vysoké učení technické v Brně Přednáška č. 2 z předmětu Zpracování informací Ing. Radek Poliščuk, Ph.D. Tato publikace vznikla jako součást projektu CZ.04.1.03/3.2.15.2/0285 Inovace VŠ oborů strojního zaměření, který je spolufinancován evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky 1/13
Obsah přednášky Přednáška 2 Získávání a záznam dat Způsoby získávání dat Metody přenosu dat Realita DATA Informační systém Informace Příjemce 2/13
Získávání dat (Data Acquisition) Manuální zadávání údajů (operátor u počítače...) nulová automatizace, plýtvání výpočetním výkonem a často i kvalifikací obhajitelné jedině u aplikací s velmi nízkou záznamovou frekvencí a tam kde jiné řešení technicky ani není možné (např. diktování údajů po telefonu, komunikace s partnery s nedefinovatelnou kvalifikací a pod.) Nepřímý sběr údajů (skenovatelné formuláře, off-line datová média) částečná automatizovatelnost sběru dat, usnadnění práce operátora použitelné jen pro data, která nejsou časově kritická (ekonomické přehledy, výsledky písemek...) Přímý záznam elektronických dat z připojených terminálů (on-line, client server) plně automatizovatelné řešení, bez potřeby operátora (stačí jen dohled) data mohou pocházet z připojených snímačů i z on-line klientských aplikací tak jako se dnes klávesnice terminálů nepřipojují přímo k serveru, tak i snímače jakýchkoliv veličin se dnes (až na speciální laboratorní aplikace) nepřipojují k záznamovému počítači/serveru přímo, ale prostřednictvím převodníků a PLC. 3/13
Získávání dat (Data Acquisition) Pro archivační a analytické účely bývá výhodné centralizované shromažďování dat: stačí jediné datové úložiště (část ušetřených prostředků je výhodné využít na zálohování!) snadné zabezpečení datové konzistence (systém Klient Server) při provádění analýz není nutná intenzivní komunikace ( stahování dat), data jsou k dispozici na požádání bez zbytečných prodlev. centralizace má ale smysl jen pro související data, v opačném případě představuje spíš riziko (výpadek místo jediného systému vyřadí i ostatní). technická úroveň použitého vybavení se volí s ohledem na typ úlohy: jednoduché řídící signály bez potřeby dodatečné kontroly => lokální regulátory a mikrořadiče. nenáročný sběr dat pro server, obvykle s možností zpětné vazby => průmyslové terminály mnoho řídících signálů, logické operace, spolehlivé a rychlé reakce => programovatelné automaty potřeba složitějších/rozsáhlejších analýz, objemnější data a záznamy => řídící počítače (PC,...) dočasná/provizorní/rad řešení bez nároků na spolehlivost => počítače s měřícími kartami výpočetně nebo objemově mimořádně náročné úlohy => superpočítače, serverové farmy. 4/13
Přenos dat Přenášet by se měla jen data, která má smysl přenášet, archivovat a analyzovat. (Lokální data typu reg. parametrů zpracovávat na místě). Při výběru typu přenosové linky se musí zohlednit: Rušení a útlum spojité analogové signály je obecně problematické přenášet na dálku (šum, impulsní chyby,...); digitální data lze zabezpečit vhodnou modulací a detekčními/korekčními kódy; (CRC,...) životně důležitá a časově kritická data NIKDY nepřenášet nespolehlivým kanálem! 5/13
Přenos dat - historie Pro neverbální komunikaci se v historii používalo mnoho technik: Signální ohně (dvou i vícestavová logika) Psané písmo (symbolické, fonetické) Námořní signální vlajky (znaky) Optický telegraf (různé principy) zrcadla semafory,... Elektrický telegraf (Siemens, Morse) 3-stavová logika frekv. usp. slovník Chappe, FR 18.stol. Morseova abeceda 6/13
Přenos dat - historie Další historické způsoby komunikace: Telefon (Bell, převod zvuk napětí) Bezdrátový přenos (Marconi, Morse) modulace an. signálu na nosnou vlnu Amplitudová modulace (AM) Frekvenční modulace (FM) Fázová modulace (PM) Dálnopisné terminály (Telex, TTY) sériový digitální přenos (binární kód) Sériový přenos - RS 232/422/485 Metody modulace analogového signálu na nosnou vlnu 7/13
Přenos dat technologie I ve strojírenství potřebujeme digitálně komunikovat: na různé vzdálenosti, někdy rychle, vždycky spolehlivě.? 8/13
Přenos dat rychlosti a média Sériové linky (přímé diskrétní kódování dat úrovněmi napětí/proudu): RS232: sériová linka A-B, přenos napěťovými úrovněmi (3V), 2-7 vodičů, max. 15 metrů při 9600b/s RS422: proudová smyčka (5V) A-B, až 10Mb/s na 12m nebo, 100kb/s až 1200m, odolné rušení RS485: proudová smyčka, multi-point (stačí 2 vodiče), další parametry ~ RS422. GPIB (General Purpose Interface Bus, IEEE-488): 15 vodičů, 8-bit paralelní, 1(8)MBps, 20m USB (Universal Serial bus, Low/Full/High/Super Speed 1,5/12/480/4800Mb/s): <128 zařízení, max 5,5m. IEEE1394/FireWire/iLink/DV-link (100/400/800mb/s, 4 nebo 6 kroucených vodičů): <64 zař., 100/4,5m Veřejná telefonní síť (Public switched telephone network) + modem: až 33kb/s (garant.9600), ISDN 2 64 xdsl (ADSL, kabelové televize) různé varianty OFDM modulace, až 250MBps, dosah několik km Ethernet: koaxiální, kroucená nebo optická linka, CSMA/CD signalizace, 3/10/100/1000Mbps/10Gbps Thunderbolt (optika/modifikovaný mini Display Port) 10Gbps/kanál, 7 zařízení 10/100 Ethernet: - stačí okruhy 2 a 3, - PAM5 modulace GLAN Ethernet: - vyžaduje okruhy 1-4 - 4-rozměrná mřížka (TCM) 9/13 USB 1-2.x, konektor typ A a B RJ45 (Ethernet)
Přenos dat - protokoly Pokud data poskytuje/sděluje jen jeden zdroj, je komunikace jednoduchá. Jaký protokol ale stanovit při více účastnících, aby se komunikace nerozpadla a každý kdo má co říct se včas dostal ke slovu? 10/13
Přenos dat - protokoly aplikační = programátor si svůj protokol definuje sám: Akceptovatelné jen pokud garantujeme softwarovou část na obou koncích (dnes používáno už jen na RS232) Fieldbus (Modbus/Profibus/CAN/CANopen) = standardy pro Master-Slave komunikaci mezi PC/PLC a řadiči jednotlivých zařízení, umístěných typicky na jediné sběrnici, specifické datové rámce (pakety) pro přenos registrů a bloků dat po libovolném médiu. USB (Master-Slave, jediný hostitelský stroj) Každý klient komunikuje přes vyrovnávací paměť Serial Interface Engine ; Komunikace s hostitelem probíhá buď přímo, nebo přes rozbočovače; Standardizované pakety 8-256 Bytů, NRZI (střídavé kódování, obdoba RS232) Síťové ISO/OSI protokoly na běžném CSMA/CD Ethernetu: Komunikace po 0-1500(9600)B datových blocích, zabalených ve standardizovaných paketech Není zaručená doby přenosu => v průmyslu se používá spíš při high level řízení. Ethernet paket 11/13
Přenos dat Ethernet (Xerox, 1975): ISO-OSI model přenosu dat (ISO 7498, 1983) 12/13 zdroj: cs.wikipedia.org
Shrnutí Data ze senzorů obvykle potřebujeme někam přenést, archivovat a analyzovat. Technickou úroveň přenosu a archivace přizpůsobujeme rozpočtu dané úlohy. 13/13