Sposoby na dodatkowe porty szeregowe w komputerach

W komercyjnych zastosowaniach standardy szeregowe są używane bardzo rzadko, dlatego dostępnych jest bardzo wiele konwerterów na inne, bardziej popularne interfejsy komunikacyjne. Jednak w przemyśle standard ten jest nadal popularny, a liczba urządzeń, które go wykorzystują, jest nadal dosyć wysoka. W automatyce przemysłowej znajdziemy np. maszyny i obrabiarki sterowane numerycznie, gdzie RS-232 jest często interfejsem sterującym. Nierzadko też autorskie rozwiązania integratorów są oparte na popularnym RS-485, np. w przypadku różnego rodzaju rozproszonych systemów sterowania I/O i innych. W energetyce najczęściej razem z tym interfejsem można znaleźć liczniki energii elektrycznej, które komunikują się z systemami SCADA. W przemyśle wydobywczym również funkcjonują urządzenia z omawianym interfejsem. Przykładem mogą być zdalnie sterowane roboty, penetrujące morską głębię, ale również modemy GSM, falowniki i sterowniki PLC. Jak widać, mimo upływu 52 lat od powstania RS-232, nadal on oraz jego odmiany są szeroko wykorzystywanymi technologiami transmisji danych w aplikacjach przemysłowych. 

Ethernet w przemyśle

Ethernet już wiele lat jest obecny w przedsiębiorstwach i w domach, jako technologia ułatwiająca dostęp do Internetu i nie tylko. W przemyśle standard ten funkcjonuje stosunkowo niedługo, bo od kilkunastu lat. Oferuje on duże szybkości transmisji – od 10 Mb/s do 10 Gb/s, zapewniając medium transmisyjne dla wielu usług na obiekcie, takich jak telewizja przemysłowa, lokalna sieć komputerów lub sieć do zbierania danych pomiarowych. To właśnie dzięki łatwości rozbudowywania i unowocześniania sieci opartych na Ethernecie stały się one tak popularne.

Na tym polu standardy szeregowe zdecydowanie przegrywają z Ethernetem. Sieci na nich oparte są dosyć bezpieczne, ponieważ są odizolowane od reszty świata i niepołączone z Internetem, przez co zdalny dostęp jest do nich dosyć utrudniony. Serwery portów szeregowych firmy Moxa, czyli NPorty, to zaawansowane urządzenia, które prowadzą konwersję ze standardów RS-232/422/485 na protokoły TCP/IP. Innymi słowy są mostem między sieciami ethernetowymi a urządzeniami z interfejsem szeregowym.

W ofercie firmy Moxa dostępne są urządzenia w różnych odmianach. Znajdziemy w niej NPorty z interfejsem opartym na skrętce UTP oraz modele z portami światłowodowymi. NPort z interfejsem światłowodowym jednomodowym pozwala na komunikację na włóknie o długości do 40 km.

Czasami zdarza się, że urządzenie z portem szeregowym jest w ruchu i nie da się go podłączyć do komputera. Wtedy rozwiązaniem jest NPort W2150, który jest wyposażony w interfejs Wi-Fi i może łączyć się do punktów dostępowych, znajdujących się na obiekcie, zapewniając ciągłą komunikację nawet w ruchu, np. z czujnikiem kodów kreskowych/QR kodów.

Firma Moxa ma też w ofercie rozwiązania typu OEM, czyli moduły do zabudowy w innych urządzeniach. Mowa o modułach z serii NE-41XX oraz MiiNePort EX. Większość z nich ma interfejs szeregowy na standardzie TTL, co ułatwia podłączenie bezpośrednio do mikrokontrolera. Istnieje nawet moduł MiiNePort W1, który zawiera interfejs Wi-Fi. Jest to bardzo ciekawe rozwiązanie, dające możliwość podłączenia mikroprocesora bądź komputera wbudowanego do bezprzewodowej sieci LAN, przy wykorzystaniu interfejsu szeregowego.

Dodatkowe porty szeregowe w komputerze

Jeśli nie ma potrzeby, aby port szeregowy był oddalony od komputera, a raczej był dostępny lokalnie, można skorzystać z innych urządzeń, takich jak wieloportowe karty portów lub konwertery USB na RS. Wieloportowe karty szeregowe Moxy są dobrym rozwiązaniem dla integratorów przygotowujących stacje robocze, które muszą zawierać porty szeregowe w obrębie obudowy. Często systemy SCADA zbierające dane z użyciem protokołu Modbus RTU lub innego potrzebują właśnie stacji roboczej ze znaczną liczbą portów COM. Moxa ma w ofercie karty RS-232, obejmujące od dwóch do nawet 32 portów, co w przypadku protokołu Modbus RTU umożliwia komunikację nawet z tysiącem urządzeń. Karty wieloportowe są wdzięcznym rozwiązaniem, ponieważ obecnie praktycznie każda stacja robocza jest wyposażona w slot PCI Express, a czasem PCI. 

Jednak co zrobić, jeśli komputer ma wyjątkowo małą obudowę, bez możliwości umieszczenia kart PCI/PCIe, lub gdy mamy do czynienia z laptopem? Innym bardzo popularnym interfejsem, który znajdziemy obecnie niemal wszędzie, jest USB, dostępny nawet na platformach Embedded i urządzeniach przenośnych. Dlatego właśnie firma Moxa stworzyła rodzinę urządzeń o nazwie UPort, które realizują konwersję standardów szeregowych na USB. Dostępne są modele 1-, 2-, 4-, 8- i 16-portowe. Są one bardzo uniwersalne, ponieważ można je podłączyć do niemal każdego komputera, a wszystko to odbywa się zgodnie ze standardem plug&play. Uporty występują w wersjach z RS-232/422/485, lub wszystkimi tymi standardami naraz, które w przypadku systemów Windows konfiguruje się w menadżerze urządzeń. Większość modeli jest zasilana bezpośrednio z portu USB, a gdy brakuje już prądu, można podłączyć zewnętrzny zasilacz (od modeli czteroportowych wzwyż). Warto wspomnieć, że standard RS-232 w tych urządzeniach jest w 100 proc. kompatybilny z oryginałem, ponieważ wspiera wszystkie sygnały sterujące: TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD i GND.

Zabezpieczenie urządzeń przed burzą

Gdy nadchodzi lato, w wielu obiektach można zaobserwować znaczny przyrost uszkodzonych urządzeń komunikacyjnych, co wynika z częstych burz. Przyczyną są skoki napięcia w liniach zasilających, komunikacyjnych, indukowane przez wyładowania atmosferyczne w niedużej odległości od przewodów. W ten sposób może zostać uszkodzonych nawet kilka urządzeń na obiekcie naraz, często drogich, w których utracona konfiguracja lub program sterujący mogą być trudne do odzyskania. Istnieją jednak specjalne układy elektroniczne, nazywane zabezpieczeniami przeciwprzepięciowymi, chroniące (w pewnym zakresie) przed pojawieniem się przepięć na portach szeregowych. W ofercie Moxy znajdziemy cztery urządzenia pełniące tę rolę, różniące się stopniem zabezpieczenia: 4 KV lub 20 KV do zastosowań wewnątrz lub na zewnątrz budynków. Różnią się one także interfejsem, jaki zabezpieczają: RS-232 lub RS-422/485. Dzięki wewnętrznej budowie pojawiający się nadmiarowy ładunek elektryczny jest uziemiany. Takie rozwiązanie jest szczególnie trafne, jeśli na obiekcie występują cykliczne wyładowania, indukujące napięcia poniżej maksymalnej wartości zabezpieczeń. Dzieje się tak, gdyż umożliwia to skuteczną i długotrwałą ochronę urządzeń. 

Moxa to producent szerokiej gamy urządzeń dla komunikacji przemysłowej, a doświadczenie w ich projektowaniu i produkcji zdobywa już od ponad 20 lat. Urządzenia tego producenta charakteryzują się przemyślaną konstrukcją, wysoką jakością oraz przemysłowym wykonaniem. Większość urządzeń firmy Moxa występuje w wersjach przystosowanych do rozszerzonego zakresu temperatury pracy (od –30 °C do +75 °C) oraz ma optoizolację. Są to urządzenia od początku do końca zaprojektowane na potrzeby aplikacji przemysłowych.

ELMARK Automatyka
ul. Niemcewicza 76
05-075 Warszawa-Wesoła
tel. 22 773 79 37, fax 22 773 79 36
e-mail: elmark@elmark.com.pl
www.elmark.com.pl

źródło: PAR 12/2014