Коммутаторы средств измерения – ключ к съему данных с цифровых средств измерения

Цифровые средства измерения прочно заняли место на производствах и в лабораториях благодаря удобству считывания результатов с ЖК-дисплеев, что исключает ошибки визуального считывания, характерные для нониусных шкал. Особенно удобны они для операторов с недостаточным опытом. Однако полученные результаты измерения требуют дальнейшей обработки в информационных системах для принятия решения об уровне качества производимых изделий. Для этого ведущие мировые и российские производители измерительного оборудования дооснастили цифровые средства измерения портами передачи данных во внешние системы, таким образом сделав доступным возможность автоматической регистрации результатов измерения в информационных системах.

1. Введение

Развитие каналов передачи данных с измерительных систем началось в середине 90‑х годов прошлого века [1], и сейчас любые производители поставляют на рынок средства измерения с описанными функциональными возможностями. Это значительно сократило время регистрации (занесения) информации в информационные системы, однако также выявило необходимость управления процессом передачи данных средств измерения без внесения дополнительной погрешности. Основным решением данного вопроса стало применение ножных педальных интерфейсов, служащих триггером для передачи данных. Рост числа измерительных каналов в метрологических и производственных системах требует эффективных решений по коммутации и передаче данных. Мультиплексоры решают задачу сокращения числа интерфейсов и обеспечивают централизованный сбор данных от разнородных сенсоров. Дополнительные функции, такие как педальный контроль, беспроводная передача данных и поддержка цифровых протоколов (включая DMX), делают мультиплексоры универсальными устройствами для автоматизированных измерительных комплексов.

2. Назначение мультиплексоров и принципы коммутации

Мультиплексоры осуществляют:

• временное разделение каналов;
• передачу аналоговых или цифровых сигналов;
• буферизацию и синхронизацию;
• интерфейсное преобразование (например, Digimatic → USB).

Различают аналоговые и цифровые мультиплексоры, с пассивной или активной обработкой сигнала. Большинство современных моделей поддерживают работу как с непосредственным подключением к ПК/ПЛК, так и через периферийные модули.

3. Протокол Digimatic DMX и подключение измерительных устройств

Протокол Digimatic Multiplex (DMX), разработанный Mitutoyo¹, представляет собой синхронный цифровой интерфейс, предназначенный для последовательной передачи данных от измерительных приборов, таких как цифровые индикаторы, микрометры и штангенциркули.

Особенности DMX:

• скорость передачи: ~90 мс на измерение;
• передача осуществляется по кабелям с разъемами Mitutoyo SPC;
• протокол однонаправленный (от устройства к ПК);
• работает с мультиплексором Mitutoyo DMX‑8/2, USB-адаптерами и радиомодулями серии U-WAVE.

Способы подключения:

• проводные: через DMX-кабели к интерфейсу мультиплексора;
• беспроводные: через U-WAVE-T (радиомодуль) и U-WAVE-R (приемник), возможна работа по 2,4 ГГц;
• Wi-Fi-мосты: для подключения к SCADA или сетям предприятия (при использовании промежуточных серверов);
• педали: активация считывания измерения по нажатию (через вход мультиплексора или адаптера USB Input Tool).

4. Поддержка педальных интерфейсов и беспроводной связи

Во многих лабораториях и на сборочных линиях считывание данных инициируется вручную. Для этого используются педальные интерфейсы, подключаемые к мультиплексорам напрямую или через адаптеры (например, Mitutoyo USB Input Tool поддерживает активацию педалью).

Применение педалей:

• инициация считывания без использования рук (актуально при работе в перчатках);
• повышение эргономики рабочих мест;
• исключение случайного срабатывания;
• совместимость с Mitutoyo, Bobe S-Box, Stainwald, АИСМК.КИС (при наличии соответствующего GPIO или педального порта).

Радиоканальные и Wi-Fi решения:

• Mitutoyo U-WAVE² – промышленное решение с дальностью до 20 м;
• Stainwald Wireless Add-on – опциональный модуль Wi-Fi на основе ESP32;
• Bobe S-Box Wireless – поддержка внешних Wi-Fi-мостов и ESP-серверов по протоколу MQTT;
• АИСМК.КСИ – WiFi и Bluetooth реализованы на аппаратном уровне и не требуют дополнительных модулей.

Беспроводная передача снижает количество кабелей, облегчает интеграцию с мобильными измерительными стендами и актуальна при работе в стерильных или труднодоступных зонах³.

5. АИСМК.КСИ – современный коммутатор средств измерения

Нам как разработчикам программного обеспечения по управлению качеством автоматизированной информационной системы менеджмента качества (АИСМК) было крайне важно обеспечить простое и функциональное решение по съему данных с измерительного оборудования, начиная с «простых» средств измерения – штангенциркулей, микрометров, индикаторных головок – и заканчивая «сложными» весами, анализаторами спектра и т.д. Для нас не была вопросом необходимость организации производства мультиплексоров в России, потому что на рынке были представлены только мировые бренды со своими проприетарными протоколами взаимодействия и передачи, что сделало в итоге невозможным подключение программного обеспечения АИСМК к измерительному оборудованию. На сегодняшний день в России не существует стандарта взаимодействия измерительного оборудования с программным обеспечением, не определены форматы передачи данных и не установлены требования, однако большинство производителей средств измерения, включая российских производителей, продолжают поставлять на рынок средства измерения с поддержкой мировых стандартов, именно поэтому при разработке первого российского мультиплексора АИСМК.КСИ в нем была реализована поддержка ведущих мировых протоколов передачи данных с измерительных систем, таких как DMX от Mitutoyo или протоколов Mahr и Zeiss. АИСМК.КСИ – это модульное решение, позволяющее заказчику самому определить, какие интерфейсы соединения ему нужны, и получить коммутатор с уже настроенными интерфейсами взаимодействия в зависимости от используемого измерительного оборудования.

6. Сравнительная таблица мультиплексоров

В представленной таблице дается сравнительный анализ возможностей цифровых мультиплексоров для подключения средств измерений [2, 3, 4].

Таблица. Сравнительный анализ возможностей цифровых мультиплексоров для подключения средств измерений

Заключение

Мультиплексоры играют ключевую роль в современной измерительной инфраструктуре, позволяя реализовать экономичную и масштабируемую архитектуру сбора данных. Выбор конкретной модели зависит от специфики измерительных задач, требований к точности, интеграции с ПО и условий эксплуатации. Педальные интерфейсы повышают эргономику и снижают ошибки оператора, а беспроводные модули (Wi-Fi, радиоканал) способствуют созданию гибких и мобильных измерительных решений. Стандартизированные цифровые протоколы, такие как DMX, обеспечивают совместимость с промышленными измерителями, хотя и требуют соблюдения ограничений экосистемы производителя. Интеграция мультиплексоров с автоматизированными системами управления качеством позволяет значительно снизить объем времени, которое требуется на проведение контрольных операций, а также снизить количество ошибок при проведении измерений. Мы рады ответить на возникающие у вас вопросы, а в следующих статьях цикла будет представлена информация о проведенных анализах измерительных систем по методике MSA с применением аналоговых средств измерения, цифровых средств измерения без подключения к мультиплексорам и цифровых средств измерения с подключением к АИСМК.КСИ.

Список использованных источников

1. Цифровизация. Практические рекомендации по переводу бизнеса на цифровые технологии. MIT Sloan Management Review. – М.: Альпина Паблишер, 2019. – 256 с.
2. Stainwald GmbH. StainSoft User Manual v2.3, 2022. URL: https://info.steinwald.com/DC-HI-NET_Overview_2025_01_EN.pdf (дата обращения 05.04.2025).
3. Bobe Instruments. S-Box Technical Datasheet, Rev. 1.4, 2023. URL: https://www.bobe-i-e.de/produkte/s-box/ (дата обращения 05.04.2025).
4. Thomas J., Meyer P. Wireless data acquisition in industrial environments. IEEE Sensors Journal, 2019, vol. 19, no. 3, pp. 1140–1147.

¹ Mitutoyo Corp. DMX‑8/2 Input Tool Instruction Manual, ID: 937179. https://mitutoyo-­tools.ru/doc/download/mitutoyo-­polnyy-katalog-­instrumenta‑2014–2015‑russkiy-­yaz... 30.pdf
² Mitutoyo Corp. U-WAVE Wireless Communication System, Product Overview, 2023. https://pim.mitutoyo.com/webfoo/wp-content/ploads/U-WAVE-Bluetooth-­NPI.pdf
³ IEC 61010–1:2010 – Safety requirements for electrical equipment for measurement. https://sterile-pk.ir/wp-content/uploads/2020/06/IEC_61010–1.pdf

01.05.2025

---

448

Поделиться: