سیستم ها و ابزارهای جمع آوری داده ها

سیستم ها و ابزارهای جمع آوری داده ها، که با نام های اختصاری DAS یا DAQ ارجاع می شود ، دیجیتالی کردن و پردازش چندین حسگر یا ورودی سیگنال به منظور نظارت، تجزیه و تحلیل و/یا کنترل سیستم ها و فرآیندها است. ورودی‌های سیگنال یا سنسور رفتار پارامترهای فیزیکی را تعریف می‌کنند و از دستگاه‌هایی مانند حسگرها، تایمرها، رله‌ها و مدارهای حالت جامد می‌آیند. مدارهای داخلی برای دیجیتالی کردن و پردازش این ورودی ها به منظور نظارت، تجزیه و تحلیل و/یا کنترل سیستم ها و فرآیندها استفاده می شود.

نمایش همه تولیدکنندگان سیستم ها و ابزارهای جمع آوری داده ها

انواع تجهیزات جمع آوری داده ها

اکتساب داده ها حوزه وسیعی است که چندین محصول خاص را در بر می گیرد. محصولات ارائه شده در زیر شامل بردهای کامپیوتری، ابزارها یا سیستم‌ها، ثبت‌کننده‌های داده یا ضبط‌کننده، ضبط‌کننده نمودار، ماژول‌های ورودی، ماژول‌های خروجی، و ماژول‌های ورودی/خروجی هستند.

ضبط‌کننده‌های نمودار و نمودارهای نواری ابزارهای جمع‌آوری داده‌ها هستند که برای تولید نمودار، نمودار یا سایر تجسم‌های داده‌ها در مقابل زمان استفاده می‌شوند. هر دستگاه برای تولید یکی از انواع مختلف نمودار از جمله نمودارهای دایره ای، نمودارهای نواری، نمودارهای پلاتر XY، و نمودارهای بدون کاغذ یا تصویری پیکربندی شده است.
بردهای کامپیوتری اکتساب اطلاعات، بردهای مدار چاپی خودکفایی (PCB) هستند که به صفحات پشتی و مادربردها وصل می‌شوند یا مستقیماً با اتوبوس‌های کامپیوتر ارتباط برقرار می‌کنند. آنها چندین ورودی الکتریکی یا الکترونیکی را از دستگاه‌هایی مانند حسگرها دریافت می‌کنند و داده‌های آنالوگ را به فرمت دیجیتالی که رایانه‌ها می‌توانند پردازش کنند، ترجمه می‌کنند.
سیستم ها و ابزارهای جمع آوری داده ها در طیف گسترده ای از ابزار دقیق و سیستم های مدولار پیکربندی شده اند. آنها معمولاً در یک محفظه یا شاسی با رابط کاربری و نمایشگر بسته بندی می شوند. آنها چندین ورودی حسگر یا سیگنال را به منظور نظارت، تجزیه و تحلیل و/یا کنترل سیستم ها و فرآیندها جمع آوری، دیجیتالی و پردازش می کنند.
ثبت‌کننده‌های داده و ضبط‌کننده‌های داده، داده‌های دیجیتالی را از حسگرها و سایر سیگنال‌ها دریافت می‌کنند. آنها عمدتاً برای ذخیره داده‌ها برای دانلودهای بعدی در رایانه میزبان استفاده می‌شوند، اما ممکن است شامل ویژگی‌های بلادرنگ مانند نمایشگرها و آلارم‌ها نیز باشند.
ماژول های ورودی داده سیگنال ها را از دستگاه هایی مانند حسگرها دریافت می کنند و اغلب تحریک ولتاژ و جریان را همراه با تهویه سیگنال ارائه می دهند. آنها یک دستگاه جلویی هستند که با بردهای کامپیوتری، سیستم ها، ابزارها یا ضبط کننده ها ارتباط برقرار می کنند.
ماژول های خروجی داده سیگنال های تقویت شده، شرطی شده یا دیجیتالی را به سیستم ها یا دستگاه های پردازشی منتقل می کنند. آنها یک دستگاه پشتیبان هستند و سیگنال یک خروجی شرطی شده از برد رایانه، سیستم، ابزار یا ضبط کننده است.
دستگاه های ورودی/خروجی اکتساب داده دارای عملکرد ورودی و خروجی هستند. ماژول‌های ورودی/خروجی دیجیتال یا گسسته شامل سیگنال‌های روشن و خاموش هستند که در ارتباطات، رابط کاربری یا کنترل استفاده می‌شوند.

تهویه سیگنال

تهویه‌کننده‌های سیگنال فیلتر، تقویت، تبدیل و/یا سایر فرآیندهای مورد نیاز برای مناسب ساختن خروجی‌های حسگر برای جمع‌آوری داده‌ها را فراهم می‌کنند. فرآیند شرطی سازی سیگنال به عنوان تابع انتقال نیز شناخته می شود زیرا اثر نهایی تبدیل سیگنال ورودی (یا اندازه گیری) به سیگنال خروجی مناسب است. به عنوان مثال، هنگامی که یک سنسور دما دمای یک سیستم یا محیط را اندازه گیری می کند، خروجی سنسور (دما) برای سیگنال ورودی به یک سیستم الکتریکی مناسب نیست. بنابراین اندازه گیری دما باید به سیگنال الکتریکی تبدیل شود.

نمودار زیر تکامل یک سیگنال از سنسور را از طریق واحد پردازش مرکزی و به خروجی یا بار نشان می دهد.

زنجیره سیگنال 

تهویه سیگنال می تواند توسط یک تنظیم کننده سیگنال، مبدل سیگنال انجام شود، یا ممکن است در ماژول دریافت کننده ورودی ها یا دستگاهی که اندازه گیری را انجام می دهد، یکپارچه شود. مقدار تهویه مورد نیاز به سیگنال حامل و فاصله انتقال بستگی دارد. یک فرستنده با خروجی جریان آنالوگ معمولاً هنگام ارسال سیگنال در فواصل طولانی مورد نیاز است.

رابط

یک رابط برای انتقال سیگنال و داده های سنسور شرطی و دیجیتالی به و از یک سیستم استفاده می شود. محصولات اکتساب داده از طریق طیف گسترده ای از گذرگاه های میدانی، اتوبوس های کامپیوتری و سایر پروتکل ها رابط کاربری دارند. آن‌ها ممکن است یک رابط مستقیم پشتی، داک در جایگاه یا اسلات مدولار داشته باشند، یا دارای یک اترنت اختصاصی، سریال، موازی، بی‌سیم یا نوع پورت دیگری باشند که برای ارتباط با کامپیوتر میزبان استفاده می‌شود.

عملکرد دستگاه

وظیفه دستگاه نظارت، تجزیه و تحلیل یا کنترل سیستم ها و فرآیندها است.

نظارت

دستگاه‌های جمع‌آوری داده که برای نظارت بر فرآیندها و سیستم‌ها استفاده می‌شوند، توانایی ثبت نقاط داده را در یک بازه زمانی معین دارند. آنها برای یک برنامه خاص سفارشی شده اند و ممکن است به ماژول های خاصی نیاز داشته باشند تا نوع یا تعداد ورودی های مورد استفاده را در خود جای دهند. آنها ممکن است مجهز به حافظه داخلی، حافظه قابل جابجایی یا رابط با رایانه باشند که برای پردازش، ذخیره و تجسم داده ها استفاده می شود. آنها همچنین ممکن است مجهز به یک خروجی سوئیچ شونده باشند که برای ایجاد زنگ هشدار یا فعال کردن یک سوئیچ در صورت برآورده شدن یا فراتر رفتن یک شرط از پیش تعیین شده استفاده می شود.

مانیتورینگ با ضبط نمودار مجازی 

تحلیل

ممکن است از سخت افزار جمع آوری داده ها برای تجزیه و تحلیل داده ها استفاده شود. نقاط داده یا داده های بلادرنگ می توانند به سیستمی وارد شوند که داده ها را به منظور تولید اطلاعات مفید کاهش داده یا جمع آوری می کند. تبدیل فوریه برای کاهش یک سیگنال با توجه به زمان به یک سری اصطلاحات سینوسی استفاده می شود. نرم افزار کاربردی معمولا برای پردازش سیگنال و عملکردهای اندازه گیری استفاده می شود.

تبدیل سریع فوریه (FFT). 

کنترل

محصولات اکتساب داده را می توان برای کنترل فرآیندها و سیستم ها استفاده کرد. واحد پردازش مرکزی یک سیگنال بازخورد دریافت می کند و یک خروجی سوئیچ یا سیگنال کنترل آنالوگ تولید می کند که برای کنترل دستگاه ها در یک سیستم یا فرآیند استفاده می شود. کاربردهای متداول شامل کنترل حرکت، اتوماسیون صنعتی، پردازش وب و سایر عملیات صنعتی است. سیستم‌های کنترل و جمع‌آوری داده‌های نظارتی (SCADA) سیستم‌های کنترل و اندازه‌گیری صنعتی در مقیاس بزرگ هستند که از یک میزبان مرکزی، یک یا چند واحد راه دور، یک شبکه ارتباطی و نرم‌افزار تخصصی تشکیل شده‌اند.

فاکتور فرم

عوامل شکل رایج برای محصولات جمع‌آوری داده‌ها عبارتند از: برد مدار، پایه پانل یا شاسی، جایگاه مدولار یا سیستم اسلات، پایه رک، ریل DIN و مستقل.

• بردهای مدار چاپی (PCB) به محفظه ها متصل می شوند یا به صفحات پشتی کامپیوتر وصل می شوند.

• پایه های پانل یا شاسی برای نصب دستگاه در کابینت ها، محفظه ها یا پانل های دارای پیچ و مهره استفاده می شود.

• واحدهای سبک مدولار شامل واحدهای روی هم انباشته می شوند که در جایگاه ها، شکاف ها یا جعبه ها قرار می گیرند.

• واحدهای رک که در داخل یک رک مخابراتی استاندارد 19 اینچی قرار می گیرند.

• دستگاه ها را می توان برای نصب روی ریل استاندارد Deutsches Institute for Normung (DIN) که یک استاندارد آلمانی است، طراحی کرد.

• دستگاه های رومیزی یا ایستاده اغلب دارای پوشش کامل یا کابینت و رابط های یکپارچه هستند.

مشخصات دستگاه

مشخصات دستگاهی که هنگام جستجوی محصولات جمع‌آوری داده باید در نظر گرفته شوند شامل کانال‌های ورودی آنالوگ، کانال‌های ورودی/خروجی دیجیتال و دقت هستند.

سیگنال های آنالوگ یک سیگنال موجی هستند که به این معنی است که مقدار به طور پیوسته در طول زمان تغییر می کند و می تواند هر مقداری را در یک محدوده داشته باشد. محصولات با ورودی آنالوگ می توانند چندین کانال داشته باشند. کانال ها یا تک سر هستند یا دیفرانسیل.

ورودی های تک پایانی فقط یک سیم پایین دارند که بین همه ورودی ها مشترک است. به عنوان مثال، یک برد می تواند 2 ورودی یک طرفه داشته باشد. دو خط ورودی و یک خط زمین وجود خواهد داشت. ورودی‌های تک‌انتهی ارزان‌تر هستند و دو برابر تعداد ورودی‌ها را در کانکتور سیم‌کشی هم اندازه می‌دهند، زیرا فقط به یک ورودی آنالوگ و یک ورودی زمین نیاز دارند که بین همه ورودی‌ها مشترک است. آنها در فضا صرفه جویی می کنند و نصب آنها راحت تر است. هنگامی که خروجی های تک سر در دسترس هستند، تامین کنندگان اغلب حداکثر تعداد خروجی کانال آنالوگ را دو برابر تعداد خروجی های دیفرانسیل تعیین می کنند.

کانال های دیفرانسیل دارای دو ورودی هستند. ولتاژ سیگنالی است که بین دو ورودی پردازش می شود. برد دارای یک سیگنال و یک پایه زمین برای هر ورودی خواهد بود تا اختلاف ولتاژ اندازه گیری بین دو سیگنال متصل به یک زمین امکان پذیر باشد. کانال های دیفرانسیل رد نویز حالت مشترک عالی را ارائه می دهند. این نوع ورودی باید زمانی که EMI، RIF یا نویز وجود دارد استفاده شود.

سیگنال های دیجیتال مقادیر "در بین" ندارند. آنها یک سیگنال روشن یا خاموش هستند که یک موج مربعی تولید می کنند. سیگنال های دیجیتال اطلاعات را به کد باینری تقسیم می کنند که یک سری 1 و 0 است. گیرنده داده کد را مجدداً به اطلاعات مفید جمع می کند. سیگنال دیجیتال به کاربران اجازه می دهد اطلاعات بیشتری را در فضای کوچکتر ارسال کنند.

دقت به عنوان تفاوت (خطا) بین مقدار واقعی و نشانه بیان شده به عنوان درصد از دهانه تعریف می شود. دقت، که به عنوان درصدی از محدوده اندازه گیری در مقیاس کامل نشان داده می شود، به ملاحظات خطی بودن، پسماند و دما بستگی دارد. این شامل اثرات ترکیبی روش، ناظر، دستگاه و محیط است.

دقت استاتیک اثرات ترکیبی خطی بودن، پسماند بودن و تکرارپذیری است. به صورت +/- درصد خروجی مقیاس کامل بیان می شود. باند خطای استاتیک معیار خوبی برای دقتی است که در دمای ثابت می توان انتظار داشت.

خطی بودن انحراف منحنی کالیبراسیون از یک خط مستقیم مشخص است. یکی از راه‌های اندازه‌گیری خطی بودن، استفاده از روش حداقل مربعات است که بهترین تناسب را به خط مستقیم می‌دهد. بهترین خط مستقیم (BSL) خطی بین دو خط موازی است که تمام مقادیر خروجی در مقابل فشار روی منحنی کالیبراسیون را در بر می گیرد.

تکرارپذیری توانایی یک مبدل برای بازتولید خوانش های خروجی زمانی است که فشار یکسان به مبدل به طور مکرر، تحت شرایط یکسان و در یک جهت اعمال شود.

هیسترزیس حداکثر اختلاف خروجی در هر فشاری در محدوده مشخص شده است، زمانی که مقدار ابتدا با افزایش و سپس با کاهش فشار نزدیک می شود. هیسترزیس دما توانایی سنسور برای دادن خروجی یکسان در دمای معین قبل و بعد از چرخه دما است.

ورودی های سیگنال

محصولات جمع‌آوری داده‌ها ممکن است برای ارتباط با انواع خاصی از ورودی‌ها طراحی شوند یا ممکن است با ماژول‌هایی که می‌توانند ورودی‌های متنوعی را در خود جای دهند، ارتباط برقرار کنند. سیگنال های ورودی معمولی که با محصولات اکتساب داده ارتباط دارند عبارتند از:

• ولتاژ و/یا جریان از نوع DC

• ولتاژ و/یا جریان از نوع AC

• شکل موج های فرکانس برای فرکانس های مختلف، پالس یا شکل موج های تخصصی.

• شارژی که از یک دستگاه پیزوالکتریک می آید و معمولاً نیاز به تهویه دارد.

ورودی های سنسور

ورودی های حسگر می توانند شتاب سنج، ترموکوپل، ترمیستور، RTD، فشار سنج یا پل و LVDT یا RVDT باشند. ورودی های تخصصی شامل رمزگذارها، شمارنده ها یا سرعت سنج ها، تایمرها یا ساعت ها، رله ها یا سوئیچ ها و سایر ورودی های تخصصی هستند.

برانگیختگی

سنسورها را می توان به دو دسته فعال یا غیرفعال طبقه بندی کرد. دستگاه های غیرفعال مانند ترموکوپل ها می توانند سیگنالی را بدون منبع تغذیه تولید کنند. حسگرهای فعال برای کنترل جریان الکترون ها و اندازه گیری نیاز به منبع تغذیه دارند. در برخی موارد، سنسورهای فعال توسط تهویه کننده سیگنال تغذیه می شوند. خروجی از تهویه کننده سیگنال که دستگاه را تغذیه می کند، منبع تحریک نامیده می شود. تحریک سیگنال می تواند یک خروجی ولتاژ یا جریان باشد. شماتیک زیر نشان می دهد که چگونه یک ولتاژ تحریک به پل وتستون نیرو می دهد:

خروجی ها

خروجی های محصولات اکتساب داده می تواند ولتاژ، جریان، فرکانس، تایمر یا شمارنده، رله، مقاومت یا پتانسیومتر و سایر خروجی های تخصصی باشد.

رابط کاربری

چندین رابط کاربری در دسترس است که به کاربر اجازه می دهد تا تنظیمات سیستم را انجام دهد.

• پنل جلویی یک رابط محلی با کنترل های یکپارچه، صفحه کلید و/یا نمایشگر روی پانل دستگاه است.

• مبدل های قابل برنامه ریزی کامپیوتری با یک کامپیوتر نظارتی یا میزبان جداگانه ارتباط دارند.

• صفحه نمایش لمسی دارای نمایشگر بصری است که از طریق لمس با کاربر در تعامل است. کاربر می تواند مستقیماً اطلاعات را از طریق صفحه حساس به تماس وارد کند.

• هنگامی که کاربر پارامترهای برنامه را وارد می کند، دستگاه های راه دور و دستی می توانند متحرک باشند.

• دستگاه هایی که رابط کاربری برای ورودی یا برنامه نویسی ندارند برای ذخیره سازی استفاده می شوند. دانلود و پردازش در مکان دیگری انجام می شود.

  منبع

   

• globalspec