Разница между регистраторами данных и системами сбора данных

Если не вдаваться в детали, системы сбора данных и регистраторы данных могут показаться абсолютно одинаковыми. Оба устройства включают схему формирования сигнала. Оба оснащены одним или несколькими аналоговыми входами, преобразуют аналоговые сигналы в цифровые данные и сохраняют их. Оба обладают необходимыми аппаратными компонентами для сбора данных, что позволяет им выполнять как общие, так и специализированные задачи по сбору данных.

С такой точки зрения игрушечная машинка и машина Tesla тоже покажутся одинаковыми. У них по четыре колеса, и обе предназначены для перевозки пассажиров из одного места в другое.

Но детская игрушка и современный электромобиль — это совсем разные вещи, не так ли? Поэтому стоит подробнее рассмотреть различия этих двух весьма разных устройств. Сравнивая регистраторы данных и системы сбора данных, следует обратить внимание на их возможности и применение.

Итак, сначала мы рассмотрим возможности этих устройств, а затем самые распространенные сферы применения.

Определение системы сбора данных

Системы сбора данных предназначены как для динамических, так и для статических измерений. Это означает, что они поддерживают как высокую, так и низкую скорость выборки. Мощный компьютер обычно встроен в систему сбора данных либо подключен к ней, что позволяет подключать к таким системам разнообразные датчики, расширяя возможности преобразования сигналов.

Ознакомьтесь с современными цифровыми системами сбора данных от Dewesoft и их широкими возможностями регистрации данных

Системы сбора данных, как правило, используются для кратковременных испытаний, от нескольких секунд до нескольких часов. Они схожи с настольными осциллографами в том, что ежедневно используются для самых разнообразных целей.

Подробнее о сборе данных:

Что такое системы сбора данных?Полное руководство по сбору данных (DAQ). Узнайте, как работают системы сбора данных и каковы основные элементы современных систем сбора цифровых данных.

История сбора данных: от бумажных самописцев до цифровых систем [ОБНОВЛЕНО 2023]Статья об истории сбора данных показывает, как отрасль развивалась от ранних ленточных диаграмм и магнитофонов до современной эры сбора цифровых данных.

Определение регистратора данных

Регистраторы данных, с другой стороны, обычно предназначены для измерения относительно медленных сигналов, но в течение долгого периода времени, например нескольких дней, недель или даже месяцев. Они устанавливаются в определенное место, где производят сбор данных в течение такого продолжительного времени, записывая данные во внутреннюю оперативную память или на съемное запоминающее устройство.

Система регистратора данных состоит из ограниченного набора входов, например напряжения, тока, температуры и какого-нибудь еще одного типа сигнала. Таким образом, хотя регистратор данных в буквальном смысле является устройством для сбора данных, его нельзя полностью охарактеризовать как систему сбора данных.

Подробнее о регистраторах данных:

Что такое регистратор данных и как он работает?Регистратор данных — это небольшой и относительно недорогой автономный регистратор, который отслеживает и записывает данные в режиме реального времени, такие как напряжение, температура и ток.

Сравнение возможностей

Если взглянуть на таблицу ниже, можно заметить многочисленные явные различия между регистраторами данных и системами сбора данных. После таблицы мы рассмотрим каждый из этих критериев более подробно.

Сравнение частоты выборки

Регистраторы данных в основном предназначены для медленных сигналов, т.е. температур и явлений, мало изменяющихся за долгий период времени. Некоторые регистраторы данных предназначены для отслеживания сбоев и коротких замыканий, которые могут не возникать вовсе в течение нескольких дней, недель или месяцев. Как правило, верхний предел частоты выборки составляет от 1 до 100 Гц на канал. Именно поэтому, несмотря на ограниченный размер встроенного хранилища, они могут производить запись в течение долгого времени.

Системы сбора данных, напротив, регистрируют кратковременные испытания, длящиеся несколько минут или часов. Их частота выборки намного превышает частоту выборки регистраторов данных.

Стандартный верхний предел частоты выборки для систем сбора данных составляет 100 кГц, 200 кГц или даже 1 МГц на канал. Это в десятки раз быстрее регистраторов данных, поэтому они сохраняют намного больше данных за более короткий период испытаний. Благодаря такой скорости системы сбора данных подходят для динамических испытаний, например на ударные нагрузки и вибрацию, изучения ускорения и многого другого.

Ознакомьтесь с современными цифровыми системами сбора данных от Dewesoft, которые обладают частотой выборки до 1 МГц на канал

В некоторых системах, например в системах производства Dewesoft, можно установить высокую частоту выборки для одних и низкую частоту выборки для других каналов, при этом сохраняя синхронизацию между ними.

Представьте испытание, при котором требуются как высокоскоростные записи с динамических датчиков, например акселерометров, так и отслеживание температуры в нескольких местах. Выборка с акселерометров проводится на 50 кГц, однако нет смысла измерять температуру с частотой более 10 Гц.

Тем не менее, большинство систем сбора данных не позволяет устанавливать разную частоту выборки, поэтому термодатчики осуществляют выборку с частотой 50 кГц, что приводит к излишне большим файлам данных. Системы Dewesoft решают эту проблему: любая частота выборки может быть делителем динамической частоты, кроме того, операторы могут выбрать способ преобразования, например минимум/максимум, среднее, максимальное или минимальное значение.

Сравнение типов входов

Преобразование сигналов в регистраторах данных довольно простое по сравнению со сложными системами сбора данных. Честно говоря, им и не требуется то многообразие возможностей, которыми обладают системы сбора данных, чтобы выполнять свои основные функции.

В течение недель и месяцев они записывают одни и те же сигналы снова и снова. За редкими исключениями измерения ограничены напряжением, током 4–20 мА, температурой, влажностью и импульсами. Часто используются клеммы с винтовым креплением, потому что они остаются в одном положении в течение нескольких месяцев или лет и сигнальные соединения не очень часто меняются.

Подробнее о преобразовании сигналов:

Что такое преобразование сигналов или преобразователь сигналов?Полное руководство по преобразованию сигналов при сборе данных. Узнайте, что такое формирование сигналов, типы преобразователей сигналов и лежащие в их основе технологии.

С другой стороны, большинство систем сбора данных обладает гибкой конфигурацией модуля входов, что позволяет обрабатывать большое разнообразие входных сигналов, таких как:

• напряжение,

• ток,

• давление,

• напряженность,

• нагрузка,

• ударные нагрузки,

• вибрация,

• температура,

• цифровые сигналы с датчиков частоты вращения, энкодеров и

• многое другое.

Как правило, используются входы с быстроразъемными соединениями, например разъемы типа «банан», BNC и LEMO, поскольку они постоянно используются для разных задач.

Системы сбора данных зачастую используются так же, как лабораторные осциллографы, в том плане, что они ежедневно применяются для различных задач в отличие от большинства регистраторов данных, которые решают одни и те же фиксированные задачи.

Несмотря на то, что регистраторы данных и системы сбора данных, в принципе, записывают одни и те же типы данных, системы сбора данных обладают более широким набором возможностей.

Сравнение количества каналов

Регистраторы данных поддерживают от 4 до 32 входных каналов. Некоторые модели предлагают 100 и более каналов. Довольно немного областей применения регистраторов данных требуют большого количества каналов.

Хотя разные конфигурации систем сбора данных также могут включать до нескольких сотен каналов, большинство поддерживает от 8 до 16 каналов. Это связано с тем, что их преобразователи сигналов надежнее (а значит и дороже), и частоты выборки в таких приборах выше, что позволяет им обрабатывать как динамические, так и статические и квази-статические сигналы. 

Появление одноканальных систем сбора данных

На сегодняшний день производители предлагают одноканальные модули сбора данных, такие как модули сбора данных KRYPTON ONE с соединением EtherCat от Dewesoft. Одноканальные модули сбора данных можно разнести на большие расстояния и при этом управлять ими с одного компьютера.

Модули сбора данных KRYPTON ONE можно разнести на расстояние до 100 м, соединив одним кабелем EtherCat. Доступны модули для акселерометров, тензодатчиков, высокого и низкого напряжения, тока, цифрового входа, цифрового выхода, термопары и т.д. Степень защиты IP67 позволяет им выдерживать воздействие высоких и низких температур, воды, пыли, грязи, ударных нагрузок, вибрации и пр.

Сравнение способов хранения данных

Регистраторы данных обычно хранят записанные данные в собственной внутренней энергонезависимой памяти, которая затем загружается на внешний компьютер для анализа. Эта память часто измеряется в килобайтах или мегабайтах (некоторые регистраторы позволяют использовать флэш-накопители USB, а значит в таких системах можно хранить гигабайты данных). Это возможно из-за низкой частоты выборки регистраторов данных: даже если вы записываете 100 каналов со скоростью 1 выборка в секунду с 16-битным разрешением (требуется 2 байта на выборку), это всего лишь 

Системы сбора данных обычно хранят данные на твердотельных накопителях, которые обеспечивают гигабайты или даже терабайты места. Сравните 720 000 выборок в час, производимых регистратором данных в примере выше, с обычной системой сбора данных, ведущей запись по 8 каналам с частотой 100 кГц и разрешением 24 бит:

Есть весьма большая разница между 720 000 выборок в час и 11,52 МИЛЛИАРДА выборок в час.

Анализ данных зачастую проводится на месте, но данные также можно выгрузить во внешнюю систему для долгосрочного хранения и анализа.

Сравнение времени записи

Как показано в предыдущем сравнении, регистраторы данных ведут медленную запись во внутреннюю энергозависимую оперативную память относительно малой емкости, в то время как системы сбора данных записывают быстро на намного более емкие носители, такие как твердотельные (SSD) или стандартные жесткие диски (HDD).

Регистраторы данных могут вести запись на протяжении нескольких дней или даже недель и месяцев. Системы сбора данных, благодаря вместительности SSD-хранилища, даже несмотря на высокую частоту выборки, также могут сохранять данные за несколько дней, недель и, возможно, месяцев. 

Сравнение пользовательского интерфейса

Регистраторы данных обычно не имеют никакого интерфейса вообще или оборудованы базовым числовым дисплеем. Поскольку они находятся на одном и том же месте, записывая данные в течение нескольких недель или месяцев подряд, в наблюдении за ними нет такой необходимости, как например для непродолжительных, высокоскоростных измерений с использованием системы сбора данных. 

Некоторые регистраторы данных оснащены веб- или HTTP-интерфейсом, поэтому подключившись к ним через локальную сеть и набрав IP-адрес в веб-браузере, пользователь сможет отслеживать значения в квазиреальном времени.

В связи со спецификой использования системы сбора данных, как правило, обладают продвинутым графическим пользовательским интерфейсом с разнообразными графическими элементами, такими как подвижные графики, гистограммы, быстро обновляющиеся цифры и т.д. В видеоролике ниже демонстрируются широкие возможности пользовательского интерфейса современного ПО для сбора данных Dewesoft X, обеспечивающего продвинутую визуализацию данных и возможности настройки.

Большинство регистраторов данных включает драйверы для таких сред программирования, как DASYLab® и LabVIEW® — решений программирования, предлагаемых National Instruments. С их помощью инженеры могут создать собственный программный интерфейс для аппаратного обеспечения регистратора данных. Некоторые компании, специализирующиеся на системах сбора данных, предоставляют аналогичные драйверы для этих программ, хотя чаще всего они используют собственные готовые приложения.

Сравнение возможностей наблюдения в реальном времени

Некоторые регистраторы данных обеспечивают возможность оперативного наблюдения на встроенном ЖК-экране с числовыми значениями. Другие оснащены проводным или беспроводным интерфейсом, с помощью которого другой компьютер может получить доступ к данным в режиме реального времени. Если таких возможностей у регистратора нет, то для доступа к данным через внешний компьютер часто необходимо дожидаться остановки измерений.

С другой стороны, все системы сбора данных оснащены дисплеем для отслеживания данных в реальном времени. Автономные системы сбора данных, как правило, оборудованы компьютерным дисплеем высокого разрешения, в то время как системы, подключающиеся к компьютеру для хранения и обработки данных через USB или Ethernet, управляются через программное обеспечение на компьютере, дисплей которого используется для мониторинга данных в реальном времени, а также для обзора данных после записи, их анализа и создания отчетов.

Практически все системы сбора данных оснащены полноценным графическим пользовательским интерфейсом для отображения процесса записи. После записи данные можно воспроизвести повторно, проанализировать, распечатать, а также экспортировать в другие системы при необходимости.

После измерений данные обычно выгружаются на внешний компьютер для анализа. Некоторые регистраторы позволяют осуществлять наблюдение в режиме реального времени с помощью проводного или беспроводного соединения.

Сравнение системы питания

Типичный регистратор данных — это работающий от аккумулятора маломощный электрический прибор. Многие из них ввиду своего низкого энергопотребления могут работать в течение нескольких часов без какого-либо внешнего источника питания. Однако регистраторы с длительным временем записи должны быть подключены к внешнему источнику энергии.

В связи с высокой вычислительной нагрузкой и высокой скоростью работы большинство систем сбора данных подключается к внешнему источнику переменного или постоянного тока. Некоторые поставщики предлагают системы на аккумуляторах, заряда которых хватает на 2–3 часа работы.

Сравнение стоимости

Вне всяких сомнений, регистраторы данных дешевле систем сбора данных. Недорогой регистратор данных может стоить всего 100 долл. США. Регистраторы данных среднего ценового сегмента стоят 500–3000 долларов.

С другой стороны, стоимость систем сбора данных измеряется в тысячах долларов: от 4000 за систему, подключаемую по USB, до 30 000 или даже более за сложную автономную систему.

Сравнение сфер применения

Сферы применения регистраторов данных

• Контроль уровня температуры и влажности в производственных помещениях, складских помещениях, больницах и других общественных объектах

• Контроль температуры пищевых продуктов на всех этапах их переработки и транспортировки

• Контроль показаний системы управления отоплением, вентиляцией и кондиционированием на промышленных и коммерческих объектах

• Контроль условий выращивания в теплицах и на фермах

• Контроль параметров окружающей среды для фармацевтических препаратов в процессе производства и хранения

Сферы применения систем сбора данных

• Автомобильная отрасль: испытание тормозов, измерение внешнего шума, анализ топливных газов, тесты подушек безопасности и генератора, испытания на сопротивление движению, тензометрические испытания, разработка гибридных/электрических двигателей, испытания в условиях холодной/жаркой погоды

• Акустика и виброакустика: исследование шумов, анализ ударных нагрузок и вибрации

• Оборонный комплекс: баллистические испытания, тензометрические испытания

• Аэрокосмическая отрасль: приводы, реактивные двигатели, ракетные двигатели, гидравлика, системы управления, аэрокосмические телеметрические записи

• Промышленность: мониторинг технологических процессов и испытания, разработка робототехники и тысячи других

Выводы

Итак, мы видим, что сферы применений регистраторов данных и систем сбора данных существенно разнятся.

В то время как системы сбора данных больше сравнимы с гоночными автомобилями, созданными для быстрой езды на короткие «дистанции», регистраторы данных ведут запись медленно, но в течение более долгого времени. Выбирая измерительный прибор, необходимо учитывать область применения. 

Ознакомьтесь с современными цифровыми системами сбора данных от Dewesoft

Если вы проводите долгосрочные измерения, которые длятся несколько дней, недель или месяцев, для таких целей обычно лучше подходит регистратор данных, не говоря уже о существенной экономии по сравнению с системой сбора данных. Однако если требуется проводить динамические измерения или запись с широкого ряда датчиков или разнообразных типов сигналов, вам подойдет только система сбора данных.