Jakie są różnice między sygnałem cyfrowym i analogowym?

Sygnał cyfrowyNa halach przemysłowych wykorzystywanych jest wiele różnych urządzeń oraz komputerów, które komunikują się między sobą i bez przerwy przesyłają dane. Cały ten system wymaga odpowiedniej automatyzacji i zaprogramowania do działania w najbardziej optymalnym tempie. Właśnie dlatego tak ważna jest wiedza o różnicach między sygnałami cyfrowymi i analogowymi, które służą do przesyłania informacji, zwykle za pomocą sygnałów elektrycznych.

Co to jest sygnał cyfrowy i analogowy?

  • Sygnał analogowy - reprezentowany przez daną wielkość fizyczną sygnał ciągły, posiadający teoretyczne nieskończenie wiele wartości z danego przedziału, pozwalający na odwzorowanie innej wielkości fizycznej np. ciśnienia, temperatury czy prędkości odwzorowanej za pomocą sygnału napięciowego lub prądowego. W praktyce dokładność sygnałów analogowych zależy od rozdzielczości użytych przetworników ten sygnał tworzących i odbierających.
  • Sygnał cyfrowy - sygnał dyskretny, posiadający dwa stany logicznie reprezentowane jako 0 i 1 (prawda-fałsz) odwzorowujący stan rzeczywistości: np: styk otwarty-zamknięty, fizyczne wyrażany przez skrajne poziomy napięcia, gdzie 0 oznacza poziom napięcia masy, a 1 poziom napięcia zasilającego.

W prawie wszystkich przypadkach wersje cyfrowe wyparły swoje analogowe odpowiedniki. Sygnał analogowy jest ciągłą falą, która zmienia się w czasie i jest reprezentowany przez falę sinusoidalną. Dodatkowo jest on bardziej podatny na zniekształcenia.

Z kolei sygnał cyfrowy jest dyskretną falą, reprezentowaną przez fale prostokątne i ma skończony zakres od 0 do 1. Dzięki temu sygnał ten jest mniej podatny na zniekształcenia i jest zdecydowanie częściej stosowany w automatyce przemysłowej.

Technologia cyfrowa zrewolucjonizowała sposób działania większości urządzeń, poprzez konwertowanie danych na kod binarny. Dzięki łatwości w manipulowaniu nimi – oferuje szeroki zakres opcji i otwiera horyzont nieskończonych możliwych zastosowań.

Wejścia cyfrowe i analogowe w automatyce

Sygnał cyfrowy może przybierać tylko dwie wartości – 0 lub 1, dlatego wygodnie stosowany jest np. w przełącznikach na panelu operatorskim. Z kolei sygnał analogowy może przybierać różne wartości z przedziału zadanego zakresu np. ustalając napięcie 10V, sygnał analogowy może mieć przebieg dowolny od 0 do 10V. W ten sposób sterownik przy pomocy wartości binarnych odczytuje swoje wartości z zadanego zakresu. Dodatkowo dzieli się on na sygnał napięciowy (stosowany jako standard w sterownikach PLC) i prądowy.

Wyjścia cyfrowe i analogowe:

Najpopularniejsze w automatyce są wyjścia cyfrowe, które polegają na bitach 1 lub 0 i są stosowane np. przy załączaniu styczników. W tym przypadku system analogowy jest wykorzystywany jako rozwiązanie PWM (Pulse-Width Modulation). Generuje ono sygnał analogowy, dzięki wyjściu cyfrowemu poprzez modulację szerokości impulsu. W efekcie można wygenerować różne napięcia na wyjściu. Czasami stosowane jest również rozwiązanie PID (regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący), którego celem jest utrzymanie wartości wyjściowej na określonym poziomie. Polega to na tym, że sygnał wyjściowy jest dostosowany do sygnały wejściowego i będzie oscylował w granicach zadanej mu wartości.

Różnice między sygnałem cyfrowym i analogowym:

W obu przypadkach przesyłane dane są przekształcane na sygnały elektryczne. Różnica jest jednak dość istotna – w technologii analogowej informacje są tłumaczone na impulsy elektryczne, które mają różna amplitudę. Z kolei w technologii cyfrowej mamy do czynienia z tłumaczeniem informacji na format binarny, w którym każdy bit reprezentuje dwie różne amplitudy.

  1. Sygnał cyfrowy opiera się na informacji 1 lub 0 z kolei system analogowy możemy wygenerować różne wartości z zadanego mu zakresu.
  2. Korzystając z systemu cyfrowego możemy włączyć lub wyłączyć dane urządzenie, z kolei system analogowy pozwala nam np. utrzymać temperaturę urządzenia na zadanej wartości wyjściowej.
  3. Sygnał analogowy charakteryzuje się małymi wahaniami w czasie, kiedy sygnał ciągły charakterystyczny dla technologii cyfrowej - zawsze ma jedną z dwóch wartości.

Sygnały Analog i Digital

Różnice między sygnałami cyfrowymi i analogowymi są spore, ale właśnie dzięki temu stosowane są w zupełnie odmiennych od siebie sytuacjach. Komunikacja cyfrowa wykorzystuje określone sekwencje synchronizacji oraz wymaga, aby zarówno nadawca jak i odbiorca komunikatu posługiwał się tym samym językiem – sekwencją symboli. Sygnały cyfrowe mają również przewagę pod względem występujących błędów czy kopiowania. W sygnale analogowym występują zakłócenia w komunikacji, a ich kopie nie są tak dobre jakościowo jak oryginały. Właśnie dlatego tak ważna jest wiedza programisty, który będzie w stanie odpowiednio wykorzystać i zastosować właściwą komunikację. Na portalu iAutomatyka znajdziesz jeszcze więcej artykułów dotyczących automatyki przemysłowej.