Что такое регистратор данных и как он работает?

Что такое регистратор данных?

По сути регистратор данных — это небольшой и относительно недорогой автономный записывающий прибор, отслеживающий и регистрирующий данные в режиме реального времени (например, напряжение, температуру, ток). Регистратор выбирают вместо системы сбора данных, когда условия использования не требуют высокоскоростной записи, но важна ее длительность. Регистраторы данных дешевле систем сбора данных.

Регистраторы — это настоящие «рабочие лошадки», которые могут регистрировать происходящее в течение нескольких дней, недель или даже лет, неустанно записывая миллионы единиц данных на протяжении длительного времени. Этот процесс обычно называют регистрацией данных.

Регистраторы данных имеют следующие характеристики:

• частота выборки,

• типы входов,

• количество каналов,

• хранение данных,

• продолжительность записи,

• пользовательский интерфейс,

• локальное наблюдение,

• система питания,

• стоимость.

Подробнее о регистраторах данных и системах сбора 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.

Регистрация данных температуры

Частота выборки регистратора данных

Регистраторы данных в основном предназначены для медленных сигналов, т.е. параметров, 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. Любое физическое или электрическое явление, которое может быть преобразовано в электрический сигнал, может быть записано регистратором данных (разумеется, в пределах его пропускной способности). 

Типичная частота выборки регистраторов данных — от 1 до 100 выборок в секунду на канал. Это довольно медленно по сравнению с современными цифровыми системами сбора данных. Регистраторы данных могут собирать информацию так долго как раз из-за небольшого числа выборок в секунду.

Типы входов

Встроенные в регистраторы данных входы датчиков за редким исключением ограничены напряжением, током 4–20 мА, температурой, влажностью и импульсными сигналами. 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.

Выходы на токовую петлю 4–20 мА распространены среди широкого спектра промышленных датчиков, включая те, что контролируют уровень воды, влажность, температуру, давление, положение открытой/закрытой двери, датчики метеостанций и сотни других.

Подробнее о датчиках:

Что такое датчики и для чего они нужныПолное руководство по датчикам. Смотря какие датчики. Узнайте об основных типах датчиков. Поймите важность датчиков в сборе данных (DAQ).

Количество каналов

Регистраторы данных обеспечивают от 1 до 32 входных каналов, хотя наиболее распространены модели с числом каналов от 4 до 8. Некоторые модели предлагают 100 и более каналов. Довольно немного областей применения регистраторов данных требуют большого количества каналов, хотя они и существуют. Поддерживать большое количество каналов может широкий ряд регистраторов.

Например, современные цифровые системы сбора данных Dewesoft с числом каналов от 1 до 1000.

Регистраторы данных с небольшим количеством каналов

Одним из регистраторов с небольшим количеством каналов является GL240 производства Graphtec Corporation. Он оснащен десятью многофункциональными аналоговыми входными каналами, каждый из которых может быть настроен на напряжение, ток или температуру.

Модель GL240 имеет встроенный экран и простой пользовательский интерфейс, очень похожий на пульт дистанционного управления телевизором. Данные могут поступать во внутреннюю оперативную память или на флэш-накопитель. Собранные данные могут передаваться на главный компьютер через локальную сеть, USB или дополнительный беспроводной интерфейс. Когда регистрация идет по всем 10 каналам, может быть записано до 10 выборок в секунду. 

Регистраторы данных с большим количеством каналов

Примером регистраторов данных с большим количеством каналов является серия 2680 производства Fluke Corporation. На каждом шасси может быть установлено от 20 до 120 каналов, и несколько систем могут быть соединены вместе через TCP/IP по локальной сети. 

Это самый современный регистратор данных с чрезвычайно эффективной гальванической развязкой и другими возможностями, выходящими далеко за рамки обычного регистратора, поэтому его стоимость также значительно выше.

Как и большинство моделей, это автономный регистратор данных, но он также может быть подключен к главному компьютеру для расширения функциональности.

Хранение 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 

После записи данные могут быть выгружены во внешние системы для длительного хранения и анализа.

Благодаря низким частотам выборки регистраторы данных могут вести запись на протяжении нескольких дней или даже недель и месяцев.

Некоторые регистраторы оснащены жесткими проводными интерфейсами (USB или Ethernet) для передачи данных во внешнюю систему наблюдения. Все больше регистраторов включает возможность потоковой беспроводной трансляции.

Современные цифровые системы сбора данных Dewesoft  оснащены встроенными SSD-накопителями для регистрации данных, которые позволяют им хранить, отображать и анализировать гигабайты информации.

Пользовательский интерфейс

Обычно регистраторы данных не имеют никакого интерфейса вообще или оборудованы простым числовым дисплеем. Некоторые модели, такие как GL240 выше, имеют относительно сложный экран, способный отображать осциллограммы и числа. 

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 современной 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.

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.

Наблюдение в режиме реального 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.

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.

Система питания

Типичный маленький регистратор данных — это работающий на батарейках, маломощный электрический прибор. Многие из них ввиду своего низкого энергопотребления могут работать в течение нескольких часов без какого-либо внешнего источника питания. Однако регистраторам с длительным временем записи требуется внешний источник. Источники питания небольших регистраторов данных обычно имеют вход постоянного тока, в то время как более крупные настольные модели имеют вход переменного тока.

Стоимость регистраторов данных

Недорогой регистратор данных может стоить всего 100 долл. США. Регистраторы данных среднего ценового сегмента стоят 500–3000 долларов.

Регистраторы для конкретных шин данных

Для регистраторов данных обычно не применяют стандартные отраслевые протоколы измерительной аппаратуры вроде MODBUS и CAN BUS. Однако ситуация меняется, и внедрение этих интерфейсов постепенно расширяется.

Modbus — это бесплатный протокол связи, изобретенный компанией Schneider Electric. Он широко используется в системах диспетчерского управления и сбора данных (СКАДА), а также с программируемыми логическими контроллерами (ПЛК) для промышленного применения. Его физический уровень — RS485, который легко реализовать и поддерживать. Этот протокол теперь управляется Modbus Organization.

Controller Area Network (CAN), локальная сеть контроллера, более известная как шина CAN, первоначально была разработана как протокол обмена сообщениями, позволяющий микроконтроллерам (таким как ЭБУ) в автомобилях взаимодействовать друг с другом без необходимости централизованного компьютера. Первоначально он был представлен компанией Robert Bosch GmbH, немецким поставщиком автомобильных систем.

Однако сегодня, благодаря стандартизации ISO и широкому признанию в этой крупной мировой отрасли, он используется в различных сферах, включая аэрокосмическую промышленность, общую автоматизацию, робототехнику и даже медицинскую промышленность (для управления протезами конечностей).

Системы сбора данных все эффективнее взаимодействуют с CAN, как считывая данные с датчиков на шине, так и записывая их обратно. Системы сбора данных Dewesoft являются отличным примером: вся линейка решений поддерживает CAN.

Dewesoft предлагает высокоскоростные системы сбора данных с CAN- и CAN FD-шинами, которые могут записывать данные от 2, 4 или даже 8 систем шины CAN одновременно.

Каждый CAN-порт на этих моделях Dewesoft изолирован и использует высокоскоростной стандарт CAN 2.0B. Следует отметить, что в дополнение к этим выделенным CAN-модулям, CAN-интерфейсы могут быть добавлены практически в любую систему сбора данных Dewesoft.

Подробнее об автономных и интегрированных регистраторах данных с CAN-шинами компании Dewesoft:

Интерфейсы и анализаторы шины CANАнализаторы шины CAN с USB и EtherCAT

Реализация шины CAN в регистраторах данных Одной из моделей регистраторов данных с шиной CAN начального уровня является DS-CAN2 компании Dewesoft.

Этот небольшой регистратор может записывать данные шины CAN в течение длительного времени. Наблюдение с помощью шины CAN может выполняться для юридических целей, диагностики транспортных средств, исследований или технического обслуживания.

Реализация этих стандартных шин — положительный шаг для тех сфер применения, где эти протоколы уже используются, поскольку она упрощает интеграцию регистраторов данных.

Регистраторы данных GPS и ГЛОНАСС

С развитием спутниковых систем позиционирования ГЛОНАСС регистраторы данных также получили возможность записывать такие данные позиционирования, как долгота, широта и высота. 

Такие регистраторы данных просто встраиваются в приемник, совместимый с ГЛОНАСС, и могут очень точно регистрировать положение объекта на Земле. В дополнение к стандартным регистраторам данных ГЛОНАСС/GPS, мы также предлагаем инерциальные навигационные системы (INS) и инерциальные измерительные блоки (IMU), которые могут регистрировать дополнительные параметры, такие как ориентация, положение, скорость и ускорение.

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 систем отопления, вентиляции и кондиционирования на промышленных и коммерческих объектах

• Контроль производственных процессов всех видов

• Контроль условий выращивания в теплицах и на фермах

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

• Контроль сейсмической активности в неблагоприятных сейсмоактивных зонах

Где необходимы регистраторы данных

Иногда применение регистраторов данных требуется отраслевыми и/или правительственными нормативными актами. Например:

• Директива ЕС 92/1, а также правила Управления по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами США предписывают наблюдение за продуктами питания на протяжении всего процесса приготовления, хранения и транспортировки и поддержание их температуры на требуемом уровне. Это идеальное применение для регистраторов данных, которые могут записывать температуру через регулярные промежутки времени в течение очень длительного периода времени.

• Вакцины и другие лекарственные средства должны храниться при строгих температурных условиях во время производства, упаковки, хранения и транспортировки.

• Работа систем отопления, вентиляции и кондиционированием в больницах и других общественных местах должна постоянно отслеживаться, чтобы обеспечить безопасность и комфорт людей. Измеряемые параметры включают не только температуру и влажность, но и определение уровня углекислого газа, вентиляцию и многое другое.

• В Евросоюзе, США и других странах существуют различные требования, связанные с энергоэффективностью и потреблением энергии. Постоянное наблюдение и контроль — это единственный способ обеспечить и подтвердить соответствие требованиям.

Выводы

Регистратор данных является идеальным устройством для долгосрочных измерения с помощью датчиков напряжения, тока или температуры, которые продолжаются в течение нескольких дней, недель или месяцев. На рынке доступно большое количество недорогих и эффективных моделей от известных производителей.

Дополнительные ссылки

Для получения дополнительной информации о регистраторах данных, посетите соответствующую статью в Википедии.