Slovník pojmů

Na řádcích níže můžete nalézt některé nejčastěji používané pojmy, se kterými se můžete na našich stránkách setkat a jejich krátké vysvětlení.

ATEX (odvozeno z franc. ATmosphères EXplosibles) je nejvyšší úroveň bezpečnostních standardů pro všechna elektrická nebo neelektrická zařízení nacházející se v prostředí s hrozícím nebezpečím výbuchu. Nebezpečné oblasti jsou rozděleny do tří kategorií na základě toho, jak často je výbušná atmosféra plyny, výpary, mlhami nebo prachovými směsi vytvářena. V následující tabulce jsou jednotlivé zóny, pro které mohou mít průmyslová zařízení certifikaci, popsány.

Tablet Getac EX80 s certifikací ATEX 0/20

MIL-STD-810G je americký armádní standard definující širokou škálu odolnostních testovacích procedur, kterými musí zařízení splňující tuto certifikaci projít. Testuje se například odolnost vůči nízkým a vysokým provozním teplotám, dešti, vlhkosti, korozi, písku a prachu, vibracím, nárazům, pádům a dalším nepříznivým vlivům okolí.

MIL-STD-461F je rovněž americký armádní standard, který ale definuje procedury pro testování elektromagnetického vyzařování a vlivu elektromagnetického záření na subsystémy zařízení.

Fanless = stejný význam jako Pasivní chlazení

Slovo „fanless“ pochází z angličtiny a je složeninou dvou slov „fan“ (ventilátor) a „less“ (bez). Ve volném překladu slovo „fanless“ tedy znamená „bez ventilátorů“.

U nás toto slovo naleznete ve spojitosti s počítači, kdy jím říkáme, že počítač neobsahuje žádný ventilátor a chladí se tak pasivně. To znamená, že je teplo z počítače odváděno pouze pomocí přirozeného proudění okolního vzduchu kolem těla počítače.

U většiny energeticky nenáročných počítačů je tento způsob chlazení naprosto dostačující. Navíc díky tomuto způsobu chlazení je možné vyrobit počítače, které nemají ve svém těle žádný otvor, kterým by se dovnitř dostal prach či voda. Takové produkty se pak označují stupněm krytí IP65 a vyšším.

Obvykle počítače označované jako „fanless“ neobsahují ani žádné jiné točivé komponenty, především klasický plotnový pevný disk. Ten je nahrazen SSD pevným diskem. Díky absenci jakýchkoliv točivých částí dochází ke snížení rizika selhání a prodloužení bezproblémového provozu.

Fanless embedded počítač s CPU Intel Core i5
10" fanless dotykový terminál

Montážní diagram:

Montážní kit:

Kit pro montáž do panelu obvykle obsahuje upínací svorky a šrouby.

Krok 1

Vyřízněte do zdi (stěny rozvaděče / zařízení) otvor o požadovaném rozměru. Přesný rozměr výřezu naleznete v datasheetu / manuálu ke zařízení.

Krok 2

Vložte do otvoru zařízení tak, aby byl rámeček zařízení viditelný z přední strany zdi a konektory zařízení ze zadní strany zdi.

Krok 3

Použijte montážní kit dodaný spolu s počítačem (monitorem), který zajistí uchycení zařízení do zdi. Nejprve připevněte svorky na tělo počítače (monitoru) a poté do nich vložte šrouby a utáhněte je.

Krok 4

Montáž je hotova.

Panelové počítače a monitory s předním krytím IP65 určené pro montáž do panelu mají podél vnitřní strany rámečku speciální gumové těsnění (zelený proužek na obrázku níže). Toto těsnění zabraňuje vniknutí vody a prachu do zadní části zařízení, kde se nacházejí nekryté konektory.

Montážní diagram:

Krok 1

Vyřízněte do zdi (stěny rozvaděče / zařízení) otvor o požadovaném rozměru. Přesný rozměr výřezu naleznete v datasheetu / manuálu ke zařízení.

Krok 2

Vyvrtejte podle nákresu do zdi díry pro prostrčení šroubů. Vložte do otvoru zařízení tak, aby byl rámeček zařízení viditelný z přední strany zdi a konektory zařízení ze zadní strany zdi.

Krok 3

Šroubovákem přišroubujte všechny M4 šrouby přes zeď k rámečku zařízení. Tím zařízení upevníte ke zdi. Věnujte pozornost tomu, aby gumové těsnění dobře přiléhalo ke zdi.

Krok 4

Montáž je hotova.

Montážní diagram:

Krok 1

Vyřízněte do zdi (stěny rozvaděče / zařízení) otvor o požadovaném rozměru. Přesný rozměr výřezu naleznete v datasheetu / manuálu ke zařízení.

Krok 2

Vyvrtejte podle nákresu do zdi díry pro prostrčení šroubů. Přiložte ze zadní strany zdi zařízení displejem k otvoru.

Krok 3

Vložte do připravených otvorů šrouby a utáhněte je pomocí šroubováku.

Krok 4

Montáž je hotova.

„Rack“, též jako „19“ rack“ je označení formátu a velikosti počítačové skříně.

Rackové počítačové skříně mají šířku 19 palců (483 mm). Výška rackové počítačové skříně může být různá, označuje se ale jako 1U, 2U, 4U atd. „U“ v tomto označení znamená „unit“, neboli jednotka. Základní jednotka 1U má výšku 1,75 palce (44,45 mm). Každé další typy 19″ rackových počítačových skříní mají pak výšku právě v násobku výšky 1U skříně. To znamená, že např. 4U skříň má výšku 4 * 44,45 mm = 177,8 mm. Rackové počítačové skříně se montují nad sebe do rackového rozvaděče.

Rackunit
19" 4U racková počítačová skříň
19" racková rozvaděčová skříň

Dvěma nejčastěji používanými dotykovými technologiemi v průmyslu jsou bezesporu rezistivní a kapacitní, resp. projekčně kapacitní. Obě technologie mají své výhody i nevýhody a každá se hodí pro trochu jiné nasazení.

Rezistivní dotyková technologie – V současnosti existují dva typy rezistivních displejů – čtyřvodičový (4W) a pětivodičový (5W). Oba typy přitom fungují na podobném principu, ale liší se v odolnosti. Panel rezistivního displeje se skládá z několika vrstev, které ohraničují skleněný panel a pružnou membránu na povrchu displeje. Skleněný panel i dotyková membrána jsou pokryty vodivými vrstvami – spodní elektrovodivou a horní odporovou, které od sebe odděluje pro oko neviditelná síť podpěr, mezi kterými je tenká vzduchová vrstva. Obě vodivé vrstvy jsou připojeny k řídicímu a vyhodnocovacímu modulu.
V okamžiku, kdy displej zapneme, začne spodní elektrovodivou vrstvou procházet elektrický proud. Jakmile se dotkneme displeje, membrána se prohne a horní odporová vrstva se spojí se spodní elektrovodivou, čímž mezi nimi začne procházet elektrický proud. Řídící a vyhodnocovací modul následně vyhodnotí polohu a velikost bodu dotyku.

Díky tomu, že rezistivní displeje mají pružnou svrchní vrstvu, je možné je ovládat téměř čímkoli a to je oproti kapacitním displejům jejich hlavní výhoda. Vůbec nezáleží, jestli se displeje dotýkáte holým prstem, tlustou rukavicí, stylusem nebo jakýmkoliv jiným předmětem. Další výhodou rezistivních displejů je pak nízká cena, nízká spotřeba energie, vysoká reakční rychlost a větší přesnost. Jejich hlavní nevýhodou je, že propouští pouze 80 procent vyzařovaného světla. Displeje vybavené touto dotykovou technologií mívají tedy obvykle menší jas. Kromě toho však jsou rezistivní displeje náchylné i na mechanické poškození svrchní pružné vrstvy. V případě čtyřvodičové odporové technologie, která je nejvíce rozšířená, se uvádí životnost displeje na pět milionů dotyků v jednom místě.  Problém odolnosti, ale nikoli světelné propustnosti, částečně řeší pětivodičová odporová dotyková technologie. Oproti čtyřvodičové se liší zejména tím, že napětí není pouštěno do spodní vrstvy, ale do svrchní vrstvy, která se při stisknutí dotýká stabilní skleněné vodivě pokovené podložky. Díky tomu není displej tak ovlivněn mechanickým poškozením svrchní pružné vrstvy a má životnost 35 milionů dotyků v jednom místě.

Kapacitní dotyková technologie – Kapacitní dotykový displej pracuje s přirozenou vodivostí lidského těla. Skleněný panel, který je jinak izolant, je v tomto případě potažen tenkou transparentní vodivou vrstvou například indium tin oxidu (ITO). Jakmile se dotknete displeje, naruší se elektrostatické pole displeje a mezi jeho povrchem a špičkou prstu vznikne kapacita, která uzavře elektrický obvod. Tyto změny jsou měřitelné jako změny kapacitního odporu. Místo dotyku je určeno použitím různých technologií a lokace tohoto místa je odeslána řadiči, který jej dále zpracuje.

Právě nutnost použití prstu nebo jiného elektricky vodivého předmětu je hlavní nevýhodou kapacitních displejů. Stačí si vzít rukavice a už vám displej nebude fungovat. Dá se to řešit pomocí speciálních kapacitních stylusů nebo speciálně upravených rukavic, které mají ve špičkách prstů všitou plošku z vodivých vláken, která přenese proud mezi displejem a prstem.
Naopak hlavními výhodami kapacitních displejů je vysoké rozlišení, vysoká světelná propustnost, která dosahuje 93 procent +/- 2 procenta, nezávislost funkčnosti na prachu a mastnotě a obecně vysoká odolnost. Jestliže rezistivní displej ve čtyřvodičové variantě měl životnost pět milionů dotyků, tak v případě kapacitních displejů je to více než 300 milionů dotyků v jednom místě.

Podtypem kapacitních displejů jsou pak takzvané projekčně kapacitní displeje, které vyzařují elektrické pole do prostoru. Můžete je například překrýt nevodivým odolným sklem a ještě více tak zvýšit odolnost displeje nebo dokonce ovládat dotykový displej, aniž byste se displeje přímo dotkli. Elektrické pole bývá obvykle vyzařováno až do vzdálenosti 1 cm od povrchu dipleje. Takové displeje lze pak ovládat i některými běžně používanými druhy rukavic.

Mimo zmíněné rezistivní a kapacitní technologie se v průmyslu vyskytují i některé další druhy dotykových technologií. Patří mezi ně například technologie využívající akustickou vlnu (SAW) nebo infračervené optické snímání (Infra).

Stupeň krytí (IP – z angl. Ingress Protection) udává odolnost elektrických zařízení proti vniknutí cizího tělesa a vniknutí kapalin, zejména vody. Vyjadřuje se pomocí tzv. IP kódu, který je tvořen znaky „IP“ následovanými dvěma číslicemi. První číslice udává ochranu před nebezpečným dotykem a před vniknutím cizích předmětů, druhá číslice udává stupeň ochrany před vniknutím vody. Stupně IP krytí jsou definovány v normě ČSN EN 60529.

Rozhraní RS-232, resp. jeho poslední varianta RS-232C z roku 1969, je rozhraní pro přenos informací vytvořené původně pro sériovou komunikaci dvou zařízení do vzdálenosti max. 20 metrů. U sériové komunikace jsou jednotlivé bity přenášených dat vysílány postupně za sebou (v sérii) po jednom páru vodičů v každém směru. Pro větší odolnost proti rušení je informace po propojovacích vodičích přenášena větším napětím, než je standardních 5 V pro TTL logiku. Přenos informací probíhá asynchronně, pomocí předem pevně nastavené přenosové rychlosti.

RS-232 používá dvě napěťové úrovně. Logickou 1 a 0. Log. 1 je indikována zápornou úrovní, zatímco logická 0 je přenášena kladnou úrovní výstupních vodičů. Povolené napěťové úrovně jsou uvedeny v tabulce. Logické úrovně jsou potom přenášeny napětím +10V pro log. 0 a –10V pro log. 1.

Standard RS 232 uvádí jako maximální možnou délku vodičů 15 metrů, nebo délku vodiče o kapacitě 2500 pF. To znamená, že při použití kvalitních vodičů lze dodržet standard a při zachování jmenovité kapacity prodloužit vzdálenost až na cca 50 metrů.
Kabel lze také prodlužovat při snížení přenosové rychlosti, protože potom bude přenos odolnější vůči velké kapacitě vedení. Výše uvedené parametry počítají s přenosovou rychlostí 19200 Bd.

Průmyslová sériová datová komunikace po RS-422 a RS-485 patří již dlouhodobě stále k základům datové komunikace a jejích služeb využívá i většina různých průmyslových sběrnic (např. PROFIBUS, MODBUS atd.). I když obě zde uvedené sběrnice mají několik společných vlastností, nelze je v žádném případě zaměňovat a každá je vhodná pro trošku jinou aplikaci. Zatímco RS-485 je plnohodnotná průmyslová sběrnice, RS-422 je určena spíše jen na jednoduchý rychlý sériový přenos dat na velké vzdálenosti a v prostředí se zvýšeným rušením.

Rozhraní RS-422

Moxa NPort 5130 – Převodník, sloužící k připojení RS-422/485 zařízení do sítě Ethernet

Princip práce sběrnice RS-422 je založen na přenosu dat pomocí dvou párů vodičů, přičemž se na přijímací straně při zjišťování hodnoty bitu rozlišuje rozdíl (přesněji řečeno polarita) napěťových potenciálů mezi vodiči v páru (diferenciální přenos), nikoli rozdíl mezi napětím jednoho vodiče a společného nulového vodiče (jako u RS-232). Důvod, proč se pro přenos dat využívá dvojice vodičů a nikoli pouze vodič jeden spočívá v tom, že při použití kroucené dvojlinky jakožto přenosového média se mohou data přenášet i poměrně vysokou rychlostí, aniž by docházelo k většímu vyzařování signálu do okolí a naopak – přenášená data jsou (indukovaným) šumem zatížena mnohem méně, než kdyby se využil pouze jeden datový vodič a společná nula. Rozhraní RS-422 se tedy skládá ze 4 vodičů pro příjem a odesílání dat (dvě kroucené dvojlinky pro příjem a dvě kroucené dvojlinky pro odesílání) a jedné společné kostry GND. Každý dostatečně dlouhý vodič se totiž chová jako anténa schopná jak vyzařovat elektromagnetické vlnění, tak i toto vlnění přijímat, což je v tomto případě nežádoucí vlastnost. Vzhledem k tomu, že při použití kroucené dvojlinky je rušení malé (popř. působí současně na oba vodiče, což nijak neovlivní rozdíl potenciálů), může být zesilovač na přijímací straně velmi citlivý. Pro rozeznání logické jedničky či nuly postačuje rozdíl potenciálů dosahující hodnoty pouze 200 mV, což je o jeden řád méně, než v případě RS-232 (vysílač by měl udržovat napěťové úrovně na datových vodičích na hodnotách +6 či –6 Voltů, důležitý je však pouze rozdíl obou potenciálů).

Při základním zapojení sběrnice, tj. použití dvou vodičů, po nichž se vysílají data s diferenciálním kódováním, lze přenos provádět až na vzdálenost 1200 metrů, přičemž přenosová rychlost může na tuto vzdálenost dosáhnout poměrně slušné hodnoty 100 kbps. V případě, že se data přenáší na kratší vzdálenost, může se přenosová rychlost ještě stokrát zvýšit. Do vzdálenosti cca 15 metrů je tak možné dosáhnout rychlosti 10 Mbit/s. V případě, že jsou komunikující zařízení napájena z odlišných zdrojů (popřípadě má některé zařízení „plovoucí zem“), doporučuje se kromě obou datových linek propojit zařízení třetím vodičem, který tvoří signálovou nulu. Dokonce se doporučuje, pokud to ovšem použité konektory mechanicky umožňují, při vytváření datového spoje nejdříve zapojit signálovou nulu a teprve poté oba datové vodiče. V případě použití konektoru typu DIN je to možné, protože samotný konektor obsahuje kovový prstenec delší než vlastní piny, takže k propojení prstence s druhým konektorem dojde o nepatrnou chvíli dříve, než u všech dalších pinů. U některých dalších konektorů (RJ apod.) toto chování není možné zajistit, což může způsobovat problémy (a někdy dokonce i zničení zařízení) ve chvíli, kdy se zasunuje datový konektor do jednoho z komunikujících zařízení. Pokud je totiž každé zařízení připojeno na jinou napájecí větev i stejné fáze, může být vlivem různých spotřebičů na každé větvi rozdílové napětí mezi GND větvemi až 100 V. To je hodnota, která může nechráněný RS 232/422/485 port zničit.

Rozhraní RS-485

ICP DAS I-7550 – Převodník, sloužící k připojení RS-232/422/485 zařízení do PROFIBUS sítě

Sběrnice RS-485 představuje další krok v možnostech propojení vzdálených zařízení. Pomocí této sběrnice může komunikovat maximálně 32 vysílačů a 32 přijímačů, což je výrazné vylepšení oproti RS-422, kde mohl v danou chvíli existovat pouze jeden vysílač (tento způsob komunikace se nazývá multidrop, protože přenášená informace „spadne“ do více přijímačů) či oproti RS-232 (point-to-point). Funkčnost sběrnice je zaručena díky tomu, že všechny přijímače i neaktivní vysílače se v klidu musí nacházet ve stavu vysoké impedance, tj. nijak neovlivňují komunikující zařízení. Pouze jedno zařízení na sběrnici může v daném čase pracovat jako řadič (vysílač), ovšem veškeré řízení přenosu i arbitráž sběrnice je ponechána na protokolu vyšší vrstvy – samotná specifikace RS-485 nic neříká o tom, jakým způsobem se mají zařízení vzájemně domluvit. I u této sběrnice se, podobně jako u výše popsané sběrnice RS-422, při vysílání používá diferenciálního kódování dat – jedna polarita představuje logickou jedničku, obrácená polarita pak logickou nulu. Rozdíl mezi oběma napěťovými potenciály musí dosahovat hodnoty minimálně 0,2 Voltů, typicky se však používají mnohem vyšší rozdíly, například 5 V, 7 V či 12 V.

Díky použití kroucené dvojlinky a diferenciálního kódování je možné data přenášet i na poměrně velkou vzdálenost. Jako hranice dosažitelná za běžných podmínek (průmysl) se uvádí cca 1200 metrů, přičemž přenosová rychlost může dosahovat hodnot až 10 Mbit/s. Ovšem přenosová linka musí být správně zapojena, což v tomto případě znamená nutnost připojit na oba konce linky rezistory (terminátory) s odporem cca 120 Ω. Kromě těchto rezistorů se obě diferenciální linky v klidu nastavují na nějaké napětí odlišné od 0 V, což lze provést jednoduchým propojením vodiče přes rezistor na napájecí napětí (postačuje na jedné straně linky, většinou je napájení řešeno v každém přijímači). Pokud by se tímto způsobem datové linky nezapojily, mohl by se šum na „plovoucích“ linkách při odpojeném vysílači projevit rozdílem větším než 0,2 Voltů, což je, jak již víme, požadovaná citlivost přijímače (přijímač či přijímače by tedy přečetly datový šum).

Ve standardu RS-485  jsou stanoveny pouze charakteristiky přijímače a vysílače, nikoli přímo datový protokol použitý pro komunikaci. Vzhledem k tomu, pro vysílání dat se používají pouze dva datové vodiče tvořící jeden jednosměrný logický kanál, používá se většinou asynchronní sériový protokol RS-232. Aby se zajistil normou specifikovaný rozsah napětí na signálových vodičích, mohou se zařízení propojit i signálovou nulou – důvod byl vysvětlen dříve. Zajímavé je, že norma přesně nestanoví žádný konektor, jenž by se měl standardně pro připojení zařízení použít. V praxi se proto používají různé konektory, například DB-9, DB-25DC-37RJ-45DINmini-DIN 8, nebo pouze tři svorky pro připojení vodičů (to je možná nejčastější řešení).

V některých případech, především tehdy, když je zapotřebí, aby komunikace zařízení probíhala obousměrně v tomtéž časovém okamžiku, je možné použít zapojení sběrnice se čtyřmi či pěti vodiči. Podobně jako u full duplexové varianty RS-422, i zde se ve své podstatě jedná o dvě samostatně pracující jednosměrné sběrnice doplněné v případě potřeby o společný nulový vodič. Vzhledem ke způsobu řízení přenosu dat (již není nutné specifikovat směr přenosu) je nutné, aby jedno zařízení vystupovalo v roli master a ostatní zařízení v roli slave. Vysílač zařízení master je přes sběrnici (první kroucenou dvojlinku) připojený na přijímače všech zařízení slave a současně jsou všechny vysílače zařízení slave (přes druhou kroucenou dvojlinku) připojeny na přijímač zařízení master. Pokud si však vystačíme s jednosměrným nebo poloduplexním přenosem, což bývá asi nejčastější požadavek, bývá lepší se čtyřvodičové či pětivodičové variantě sběrnice RS-485 vyhnout a použít třívodičovou verzi, protože ta bývá podporována více zařízeními.

Použité zdroje: www.eizo.com, www.mobilenet.cz, www.wikipedia.org, www.rackcabinets.co.uk, www.winmate.com, vyvoj.hw.cz, automatizace.hw.cz, www.root.cz