مبدل های آنالوگ به شبکه در ۱ نگاه
مبدل های آنالوگ به شبکه در ۱ نگاه
الف-معرفی مبدلهای آنالوگ به شبکه (Analog-to-Network
Converters)
ب-انواع پروتکل ها ی انتقال داده
پ- فرایند تبدیل سیگنال های آنالوگ به شبکه
ت-کاربرد مبدلهای آنالوگ به شبکه
ث- مزایای ومعایب مبدلهای آنالوگ به شبکه
الف- معرفی مبدلهای آنالوگ به شبکه:
مبدلهای آنالوگ به شبکه (Analog-to-Network Converters) یا ANCs، دستگاه‌هایی هستند که سیگنال‌های آنالوگ را دریافت کرده و آن‌ها را به فرمت دیجیتال
مناسب برای انتقال در شبکه‌های کامپیوتری یا ارتباطی تبدیل می‌کنند. این مبدل‌ها در سیستم‌های صنعتی، مخابراتی، پزشکی و سایر زمینه‌هایی که نیاز به انتقال
داده‌های آنالوگ از طریق شبکه‌های دیجیتال وجود دارد، کاربرد دارند. به اختصار برخی از مهم ترین آن ها عبارتند از:
ب – انواع پروتکل ها ی انتقال داده(Analog-to-Network Converters)
۱. پروتکل های صنعتی برای انتقال داده های آنالوگ به شبکه
پروتکل‌های صنعتی برای انتقال داده‌های آنالوگ، روش‌های استانداردی هستند که برای ارتباط بین دستگاه‌های صنعتی مانند سنسورها، کنترلرها و سیستم‌های مانیتورینگ استفاده می‌شوند. این پروتکل‌ها باید قابلیت انتقال دقیق و پایدار داده‌های آنالوگ (مانند دما، فشار، جریان و …) را در محیط‌های صنعتی پرنویز فراهم کنند.
-
۴-۲۰ mA / HART
– استاندارد قدیمی اما پرکاربرد برای انتقال سیگنال‌های آنالوگ با قابلیت افزودن ارتباط دیجیتال (HART).
– مقاوم در برابر نویز و مناسب برای فواصل طولانی.
-
Profibus PA (Process Automation)
– مبتنی بر استاندارد Fieldbus برای انتقال داده‌های آنالوگ و دیجیتال در محیط‌های انفجاری.
– از Manchester-encoded Bus Powered (MBP) برای ارتباط استفاده می‌کند.
-
Foundation Fieldbus (FF)
– پروتکل دیجیتال دوطرفه که امکان انتقال داده‌های آنالوگ و پارامترهای کنترلی را فراهم می‌کند.
– مناسب برای سیستم‌های توزیع‌شده (DCS).
-
Modbus (RTU/TCP)
– پروتکل ساده و گسترده برای انتقال داده‌های آنالوگ و دیجیتال (معمولاً از طریق Modbus RTUروی RS-485 یا Modbus TCP روی اترنت).
-
WirelessHART / ISA100.11a
– پروتکل‌های بی‌سیم برای انتقال داده‌های آنالوگ در محیط‌های صنعتی با قابلیت اطمینان بالا.
مقایسه کلی:
– دقت: پروتکل‌های دیجیتال مانند FF و Profibus PA دقیق‌تر از ۴-۲۰ mA هستند.
– سرعت: اترنت‌های صنعتی (Profinet, EtherNet/IP) برای داده‌های آنالوگ سریع‌تر عمل می‌کنند.
– مقاومت در برابر نویز: پروتکل‌های جریانی (۴-۲۰ mA) و Fieldbusها عملکرد بهتری دارند.
انتخاب پروتکل بستگی به نیازهای سیستم (سرعت، دقت، فاصله، هزینه و محیط عملیاتی) دارد.
۲. پروتکل های اینترنتی و ارتباطی:
– MQTT (Message Queuing Telemetry Transport): یک پروتکل سبک و مبتنی بر publish/subscribe که برای انتقال داده های سنسور ها و دستگاه های IoT مناسب است.
– HTTP/HTTPS: برای ارتباط با سرورهای web و ارسال داده های analog به صورت REST API.
– WebSocket: یک پروتکل دوطرفه برای ارتباط بلادرنگ بین دستگاه و سرور.
۳.پروتکل‌های ارتباط سریال به شبکه:
– Serial-to-Ethernet (مثل پروتکل های مورد استفاده در مبدل های سریال به شبکه):
– Raw Socket
– Telnet
– SSH
۴. پروتکل های مخابراتی و VoIP:
– SIP (Session Initiation Protocol): برای انتقال صدا (سیگنال های analog صوتی) در شبکه های VoIP.
– RTP (Real-time Transport Protocol): برای انتقال بلادرنگ داده های چند رسانه ای.
۵. پروتکل های اختصاصی سازندگان:
برخی از شرکت ها پروتکل های اختصاصی برای مبدل های خود دارند، مانند:
– BACnet(برای سیستم های مدیریت ساختمان)
– DNP3 (برای سیستم های SCADA در صنعت برق)
پ- فرایند تبدیل سیگنال های آنالوگ به شبکه در صنعت معمولاً شامل مراحل زیر است:
۱. جمع آوری سیگنال های آنالوگ (Sensing)
– سنسور ها (مانند تر مو کو پل، فشارسنج، فلو متر و …) سیگنال های فیزیکی (دما، فشار، جریان و …) را به سیگنال های الکتریکی آ نا لو گ (معمولاً جریان ۴-۲۰mA یا ولتاژ ۰-۱۰V) تبدیل می کنند.
۲. تبدیل آنالوگ به دیجیتال (ADC – Analog-to-Digital Conversion)
– ترانسمیتر (Transmitter):سیگنال آ نا لو گ را تقویت، فیلتر و استاندارد می کند (مثلاً به ۴-۲۰mA تبدیل می شود).
– کارت های ورودی آ نا لو گ (Analog Input Modules) در PLC یا سیستم های کنترل :سیگنال آ نا لو گ را به مقادیر دیجیتال (عددی) تبدیل می کنند.
(مثلاً مقدار ۱۲mA به عدد ۲۴۵۰۰ در یک مبدل ۱۶ بیتی تبدیل می شود.)
۳. پردازش و کنترل (Processing & Control)
– PLC (Programmable Logic Controller) یا DCS (Distributed Control System): داده های دیجیتال را پردازش و بر اساس منطق کنترل، تصمیم گیری می کند.
– SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition): داده ها را نمایش، ذخیره و امکان کنترل از راه دور را فراهم می کند.
۴. انتقال داده به شبکه صنعتی (Industrial Networking)
– پروتکل های صنعتی: داده های دیجیتال از طریق پروتکل هایی مانند:
– Fieldbus: Profibus, Foundation Fieldbus
– Ethernet صنعتی:Modbus TCP/IP, Ether Net/IP, PROFINET
– پروتکل های بی سیم: Wireless HART, ISA100.11a
به سیستم های بالا دستی (مانند سرور ها یا ابر) منتقل می شوند.
۵. ذخیره سازی و آنالیز داده (Data Storage & Analytics)
– داده ها در بانک های اطلاعاتی (Database) ذخیره و توسط نرم افزارهای MES (Manufacturing Execution System) یا I I o T (Industrial Internet of Things) تحلیل می شوند.
ت- کاربرد مبدلهای آنالوگ به شبکه
– صنعت و اتوماسیون (SCADA, PLC)
– سیستم‌های نظارت تصویری (Analog CCTV به IP Camera)
– سیستم‌های صوتی و کنفرانس
– پایش داده‌های محیطی (دما، رطوبت، فشار)
– پزشکی (انتقال سیگنال‌های حیاتی بیماران از راه دور)
ث- مزایا و معایب استفاده از مبدل های سیگنال آنالوگ به شبکه (Analog-to-Network Converter)
– مزایا:
۱.یکپارچه سازی بهتر با سیستم های دیجیتال:
– امکان اتصال تجهیزات قدیمی آ نا لو گ به شبکه های صنعتی مانند Ethernet/IP، PROFINET، یا Modbus TCP را فراهم می کند.
– داده های آ نا لو گ را به فرمت دیجیتال تبدیل می کند تا در SCADA، MES، یا سیستم های ابری پردازش شوند.
۲.کاهش هزینه های کابل کشی:
– با تبدیل سیگنال های آ نا لو گ به شبکه، نیاز به کابل کشی طولانی برای انتقال سیگنال های ۴-۲۰mA یا ۰-۱۰V کاهش می یابد.
– امکان استفاده از شبکه های بی سیم (Wi-Fi، LoRa، Zigbee) برای انتقال داده ها وجود دارد.
۳.افزایش دقت و کاهش نویز:
– انتقال دیجیتال داده ها نسبت به سیگنال های آنالوگ کمتر تحت تأثیر نویز الکترو مغناطیسی قرار می گیرد.
– خطاهای ناشی از افت سیگنال در مسیرهای طولانی کاهش می یابد.
۴.قابلیت نظارت و کنترل از راه دور:
– امکان مانیتورینگ بلادرنگ (Real-time Monitoring) از طریق شبکه های صنعتی یا اینترنت فراهم می شود.
– کاهش نیاز به حضور فیزیکی اپرا تور در محل برای خواندن مقادیر آنالوگ.
۵.مقیاس‌پذیری بالا:
– اضافه کردن تجهیزات جدید به شبکه آسان تر است و نیاز به تغییرات سخت افزاری گسترده ندارد.
۶.ذخیره‌سازی و تحلیل داده ها:
– داده های دیجیتال را می توان در پایگاه داده ذخیره و برای پیش بینی خرابی، بهینه سازی مصرف انرژی و تحلیل عملکرد استفاده کرد.
– معایب:
۱.هزینه اولیه بالا:
– خرید و نصب مبدل های آنالوگ به شبکه ممکن است هزینه بر باشد، به ویژه برای صنایع کوچک.
۲.پیچیدگی فنی:
– نیاز به دانش فنی برای پیکر بندی شبکه و عیب یابی احتمالی دارد.
– ممکن است نیاز به پروتکل های ارتباطی خاص یا نرم افزار های اختصاصی باشد.
۳.وابستگی به شبکه:
– اگر شبکه دچار اختلال شود، انتقال داده ها متوقف می شود (برخلاف سیگنال های آنالوگ که مستقل از شبکه کار می کنند).
– نیاز به پشتیبان گیری (Redundancy) برای سیستم های حساس دارد.
۴.تأخیر در انتقال داده (Latency):
– در برخی پروتکل های شبکه، ممکن است تأخیر جزئی در ارسال داده وجود داشته باشد که برای کنترل های حساس مشکل ساز شود.
۵.مشکلات امنیتی:
– داده های دیجیتال در شبکه ممکن است در معرض تهدیدات سایبر ی قرار بگیرند و نیاز به فایر وال، رمزنگاری و احراز هویت دارند.
۶.محدودیت در پهنای باند:
– در شبکه های صنعتی شلوغ، ممکن است پهنای باند کافی برای انتقال حجم زیاد داده های آنالوگ دیجیتال شده وجود نداشته باشد.
