Интерфейс – совокупность аппаратных и программных средств, необходимых для взаимодействия с программой, устройством, функцией и т.д.
Протокол — набор правил, соглашений, сигналов, сообщений и процедур, регламентирующий взаимодействие между сопрягаемыми объектами.
Что такое интерфейс?
Возьмём простой пример: обмен информацией между двумя людьми. Допустим, вам нужно передать сообщение своему другу из другого города. Вы можете это сделать многими способами: отправить ему письмо обычной почтой, почтовым голубем или воспользоваться электронной, можете написать в социальной сети, позвонить по телефону. Всё это – интерфейсы. Необходимо запомнить, что интерфейс всегда отвечает на вопросы: «Как?», «Каким способом?».
Если мы говорим про интерфейс компьютерной программы, то это тоже способ обмена данными: можно работать в программе пользуясь удобной графической оболочкой, а можно с помощью командной строки.
Как вы понимаете, чтобы организовать обмен данными по какому-либо интерфейсу, необходимо чтобы все участники взаимодействия обладали этим интерфейсом: для того, чтобы написать другу по электронной почте – нужно, чтобы у него был e-mail, а для того чтобы управлять беспроводным пылесосом, нужен пульт.
Интерфейс может содержать в себе другие интерфейсы. Когда мы говорим про передачу сообщения обычной почтой, мы говорим про один интерфейс. Но на самом деле наше письмо может доставляться поездом, самолётом, автотранспортом – это тоже интерфейсы, но они «скрыты» от нас, мы никак не участвуем в их выборе, поэтому для нас это один интерфейс «Почта России».
Что такое протокол?
Вы можете отправить письмо в виде текста на русском языке или на китайском, можете нарисовать рисунок или послать аудиозапись. Это и есть протоколы передачи – правила, с помощью которых кодируется информация, которую вы собираетесь передать. Протоколы могут быть наложены друг на друга. Например, вы можете написать письмо, пользуясь шифром, который знаете только вы и ваш друг, а символы в нём использовать из кириллицы – то есть вы как бы наложите на одни правила обмена информацией другие правила более высокого уровня. Адресат расшифрует ваше послание, если конечно он владеет этими правилами.
На конверте письма нужно указать адрес получателя – это тоже часть протокола – правила, необходимые для передачи сообщения, но не нужные для его расшифровки. Поэтому, в общем случае при передаче данных может использоваться несколько протоколов. Каждая строка адреса получателя – это директива для разных сегментов почтовой сети. Например, для почтового отделения, откуда письмо начнёт свой путь, не важны улица, дом и номер квартиры получателя, важен только город, куда нужно направить письмо.
"Токовая петля" 4-20 мА
С 1950-х годов токовая петля используется для передачи данных от измерительных преобразователей в процессе мониторинга и контроля. При низкой стоимости реализации, высокой помехоустойчивости и возможности передачи сигналов на большие расстояния, токовая петля оказалась особенно удобной для работы в промышленных условиях.
Датчики промышленного исполнения часто используют токовый сигнал для передачи данных в отличие, от большинства других преобразователей, таких, например, как термопары или тензорезистивные датчики, которые используют напряжениет сигнала. Несмотря на то, что преобразователи, использующие напряжение в качестве параметра передачи информации, действительно эффективно применяются во многих производственных задачах, существует круг приложений, где использование характеристик тока предпочтительнее. Существенным недостатком при использования напряжения для передачи сигналов в промышленных условиях является ослабление сигнала при его передаче на значительные расстояния вследствие наличия сопротивления проводных линий связи.
В состав основных компонентов токовой петли входят источник постоянного тока, первичный преобразователь, устройство сбора данных , и провода, соединяющие их в ряд, как показано на рисунке
Источник постоянного тока обеспечивает питание системы. Преобразователь регулирует ток в проводах в диапазоне от 4 до 20 мА, где 4 мА представляет собой «живой» ноль, а 20 мА представляет максимальный сигнал. 0 мА (отсутствие тока) означает разрыв в цепи. Устройство сбора данных измеряет величину регулируемого тока. Эффективным и точным методом измерения тока является установка прецизионного резистора- шунта на входе измерительного усилителя устройства сбора данных для преобразования тока в напряжение измерения, чтобы в конечном итоге получить результат, однозначно отражающий сигнал на выходе преобразователя.
Ток, в отличие от напряжения, двигаясь из источника по цепи не меняет своего текущего значения в зависимости от параметров нагрузки. Вот почему «токовая петля» не чувствительна ни к сопротивлению кабеля, ни к сопротивлению нагрузки, ни даже к ЭДС индуктивной помехи.
Почему самым популяным стал входной-выходной аналоговый сигнал 4-20 мА? Потому, что обрыв в цепи с сигналом 0-20 мА обнаружить нельзя, так как ток, равный нулю — допустим, а 0 в токовой петле 4-20 мА однозначно свидетельстует об обрыве.
Токовая петля применяется в качестве интерфейса для протокола HART.
Расчет значения токового выхода 4...20 мА, Iрасч, с помощью сервиса или по формуле ниже:
где Pв - верхняя значение диапазона измерения давления, Рн - нижнее значение диапазона измерения, Ри - измеренное значение давления.
Интерфейс RS-485
этот стандарт все чаще используют для связи оборудования в системах автоматизации.
Режим связи
С помощью RS-485 устройства обмениваются данными по одной двухпроводной линии связи в полудуплексном режиме, то есть передача ведётся только в одном направлении. Разница напряжений одной полярности означает логическую единицу, разница другой полярности означает логический ноль. Обычно линия связи - это витая пара (2 скрученных провода), она обеспечивает высокую помехозащищенность за счет того, что электромагнитные волны в проводах А и В взаимно компенсируют друг друга. Редко линия выполнена из двух витых пар, и тогда RS-485 работает в полнодуплексном режиме.
Сколько устройств можно подключить
К одному порту RS-485 контроллера может быть подключено до 32 датчиков, а с повторителем — до 256.
Modbus протокол
HART протокол
CAN протокол