Standard USB – coraz bardziej popularny w automatyce

Port komunikacyjny USB to dziś najpopularniejszy z interfejsów komputerów PC, wykorzystywany do przyłączania i komunikacji z peryferiami zewnętrznymi, takimi jak: drukarki, klawiatury, telefony komórkowe, aparaty fotograficzne, panele gier oraz inne.

USB to skrót nazwy Universal Serial Bus – uniwersalny port szeregowy, którego uniwersalność przejawia się właśnie w możliwości obsługi już ponad 2 miliardów typów urządzeń peryferyjnych dostępnych na całym świecie. Aktualnie wykorzystuje się specyfikację standardu USB 2.0.

 

Agilent U2000 – seria czujników firmy Agilent Technologies z łączem USAB – szybkie przyłączenie i konfiguracja komunikacji szeregowej danych 

 

Złącze portu USB składa się z czterech styków: dwa – zasilające (5 VDC, maks. 500 mA) i dwa do przesyłu danych. Protokół USB pozwala na obsługę małych sieci urządzeń (do 127) z jednego portu, przy wykorzystaniu odpowiednich rozgałęźników. Urządzenie nadrzędne w systemie komunikacyjnym (zwykle komputer PC) komunikuje się z peryferiami przez kable – mogą mieć długość do 5 m – korzystając z jednego z trzech dostępnych w standardzie USB 2.0 protokołów:

  • Interrupt – małe pakiety danych w długich okresach, (np. obsługa klawiatury);
  • Bulk – duże bloki danych przesyłane praktycznie natychmiast (np. pobieranie plików obrazów z aparatu fotograficznego); dane podzielone na fragmenty po 64 bajty, transmisja z weryfikacją transmisji;
  • Isochronus – komunikacja w tzw. czasie rzeczywistym strumieni danych audio, wideo, bez korekcji błędów.

Kiedy urządzenie nadrzędne znajdzie nowy obiekt peryferyjny przyłączony do portu USB (po włączeniu lub na bieżąco w trakcie pracy), przydziela mu automatycznie adres i wybiera odpowiedni protokół komunikacji. Warto tu zaznaczyć, iż tylko niewielka cześć urządzeń peryferyjnych komunikuje się z maksymalną szybkością transferu danych.

W aplikacjach przemysłowych standard USB wykorzystuje się wszędzie tam, gdzie kiedyś stosowano porty RS 232 i RS 485, choć oczywiście nie eliminuje się tych starszych standardów „na siłę”. Dlatego też, choć w branży IT standard USB już praktycznie wyparł łącza typu RS 232, w przemyśle występują one równorzędnie. – Na rynku pojawia się coraz więcej urządzeń z portami USB, wyznaczając trend komunikacyjny na przyszłość – zauważa Ed Nabrotzky z firmy Woodhead Industrial Communications.

Wiąże on ten fakt z łatwością dołączania urządzeń do portów USB oraz ich automatyczną konfiguracją. Właśnie z tych względów technicy wybierają coraz częściej interfejs USB, choć istotnym jego ograniczeniem z punktu widzenia wielu aplikacji przemysłowych jest maksymalna długość kabla komunikacyjnego w porównaniu ze starszymi rozwiązaniami.

Nie wszyscy są jednak przygotowani na te zmiany w zakresie komunikacji szeregowej danych. – W typowych aplikacjach automatyki ekspansja standardu USB jest bardzo ograniczona – komentuje Todd Stauffer z firmy Siemens Energy & Automation. – Standard ten spotyka się głównie w komunikacji np. z drukarkami, choć i tu lepszym wyborem jest standard Ethernet, powszechnie stosowany w sieciach komputerowych i coraz szerzej w aplikacjach automatyki przemysłowej. W systemach automatyki komunikacja szeregowa wciąż kojarzona jest głownie ze standardem RS 232.

Ostatnio w ofercie firm branżowych pojawiają się jednak specjalne adaptery, pozwalające na przyłączenie i konfigurację sterowników przez port USB.

Podobnie jak Ethernet standard USB zostanie zapewne ostatecznie zaakceptowany przez branżę przemysłową. Pojawiają się coraz to nowe urządzenia z wbudowanymi specjalizowanymi łączami dla obu tych standardów komunikacji. Zapewniają one – poza solidnym mocowaniem – pewność połączeń oraz ich ochronę przed szkodliwymi czynnikami środowiskowymi. 

Artykuł pod redakcją dra inż. Andrzeja Ożadowicza,
adiunkta w Katedrze Automatyki Napędu
i Urządzeń Przemysłowych w Akademii
Górniczo-Hutniczej w Krakowie

Więcej informacji:
www.usb.org,
www.sea.siemens.com,
www.woodhead.com