Преобразователи интерфейсов: назначение и применение

Обеспечить совместимость аппаратуры, использующей разные протоколы обмена данными, призваны преобразователи интерфейсов. Устройства обеспечивают переход между разными средами без вмешательства в логическую структуру сигнала.

Общие сведения

Преобразователь представляет собой электронный блок для сопряжения физических и логических стандартов обмена данными. Иными словами, прибор транслирует сигнал таким образом, чтобы два изначально несовместимых устройства могли «читать» информацию друг друга.

В зависимости от принципа работы, преобразователи бывают:

• одно- и двухсторонними;
• активными и пассивными;
• с гальванической развязкой или без таковой.

Как работает конвертер?

В основе принципа работы конвертера лежит трансформация уровней напряжений, сигналов и протоколов. Распознав формат полученного сигнала, преобразователь переводит его в формат, который может быть распознан другим устройством. Одна из типичных задач — превращение одиночного сигнала в дифференциальный и наоборот. Именно так объединяются устройства, рассчитанные на промышленный интерфейс RS-232, с моделями, совместимыми с RS-485.

Электрической схемой некоторых преобразователей предусмотрена гальваническая развязка, защищающая оборудование от наводок и превышения допустимого напряжения.

Разновидности интерфейсов

• RS-232. Стандарт физического уровня, предназначенный для асинхронной передачи данных. Применяется для подключения оборудования, не требующего высокой скорости обмена информацией. Разработанный более полувека назад, сегодня RS-232 активно заменяется более скоростными аналогами.
• RS-485. Еще один стандарт для асинхронного интерфейса. Повсеместно используется в системах промышленной автоматизации благодаря высокой скорости и способности передавать данные на значительные расстояния.
• CAN. Стандарт Controlled Area Network позволяет объединять в составе общей сети исполнительные устройства и датчики. Интерфейс незаменим для бытовой и промышленной автоматики — в частности, автомобильной.
• USB. Один из самых известных интерфейсов, завоевавших популярность из-за скорости, отказоустойчивости, простоты применения и возможности передачи питающего напряжения.
• Ethernet. Протокол, основанный на пакетной передаче данных между устройствами. Повсеместно используется для построения локальных и городских сетей. Обладает массой достоинств: надежностью, помехозащищенностью, способностью работать в дуплексном режиме, невысокой стоимостью кабеля.

Сравнение интерфейсов

Задачи, решаемые с помощью преобразователей интерфейса

• Объединение современных и устаревших систем.
• Передача данных на большое расстояние.
• Защита аппаратуры благодаря гальванической развязке.
• Объединение оборудования с разными протоколами в единую систему.

Сферы применения

• Промышленная коммуникация. С помощью конвертеров подключают программируемые логические контроллеры, приводы и датчики.
• Энергетика. Устройства используют для считывания показаний счетчиков, а также обмена данными в автоматизированных системах контроля и учета.
• Телекоммуникация. Преобразователи объединяют локальные сети на классической витой паре с оптоволоконными магистралями без потери скорости передачи данных.
• Видеонаблюдение. Устройства позволяют подключать аналоговые камеры к цифровой инфраструктуре.
• Медицина. Конвертеры применяют в операционных для подключения видеооборудования, а также для других ответственных задач.
• Транспорт. Преобразователи обеспечивают нормальное функционирование систем видеонаблюдения, спутниковой навигации и диагностики.

Причины использовать преобразователи

• Возможность добиться стопроцентной совместимости между старым и новым оборудованием.
• Отличная помехозащищенность, гарантирующая успешную передачу сигнала в неблагоприятных условиях.
• Модернизация системы без значительных затрат, неизбежных при замене оборудования, не рассчитанного на современные протоколы.
• Быстрое конфигурирование и запуск.
• Защита от перегрузок и перенапряжений.

Ограничения

Следует учитывать, что даже самые современные конвертеры могут иметь ряд ограничений.

• Несовместимость с некоторыми стандартами передачи данных. Пример — открытый коммуникационный протокол Modbus.
• Ограниченные расстояние и скорость передачи сигналов.
• Конвертеры активного типа нуждаются во внешнем питании.
• Необходима предварительная настройка основных параметров: в частности, битности и скорости обмена данными.

Критерии выбора

Перед покупкой преобразователя интерфейса следует ответить на несколько вопросов.

• Какие порты требуется соединить?
• Предъявляются ли особые требования к степени защиты конвертера? Актуально, если в процессе эксплуатации устройство будет подвергаться нагреву, вибрации или воздействию влаги.
• Нужны ли дополнительные функции? Например, автоматический выбор скорости и направления передачи, выбор формата данных, контроль сети.
• Требуется ли гальваническая развязка?
• Насколько известна продукция бренда? Рекомендуем приобретать только конвертеры зарекомендовавших себя производителей, предоставляющих полноценную техническую поддержку и гарантию.

Правильно выбранный преобразователь интерфейса существенно повышает эффективность системы, позволяя избежать затратной и трудоемкой модернизации оборудования.

Вопросы и ответы (FAQ)

Допустимо ли подключать напрямую RS-232 и USB?

Нет. В этих стандартах используются разные физические уровни сигнала, что требует использования преобразователя.

Адаптер и преобразователь интерфейса — это одно и то же?

Нет. Адаптер представляет собой простой переходник, в то время как преобразователь (конвертер) изменяет уровень сигнала и протокол.

Обязательно ли использовать конвертер с гальванической развязкой?

Не обязательно. Однако развязка крайне желательна, в системах с линейной топологией, насыщенной устройствами и электрическими сетями. Помимо защиты оборудования, это повышает помехозащищенность и позволяет нивелировать разность потенциала сигналов, используемых в разных интерфейсах.