Интелигентни сензори и тяхното използване

Според GOST R 8.673-2009 GSI „Интелигентни сензори и интелигентни измервателни системи. Основни термини и дефиниции ”, интелигентните сензори са адаптивни сензори, съдържащи алгоритми на работа и параметри, променящи се от външни сигнали, и в които освен това е реализирана функцията на метрологичен самоконтрол.

Отличителна черта на интелигентните сензори е способността за самолечение и самообучение след един-единствен провал. В литературата на английски език сензори от този тип се наричат ​​„интелигентен сензор“. Терминът остана в средата на 80-те години.

Днес под интелигентен сензор се разбира сензор с вградена електроника, включително: ADC, микропроцесор, цифров сигнален процесор, система на чип и т.н., и цифров интерфейс с поддръжка на мрежови протоколи за комуникация. По този начин интелигентният сензор може да бъде включен в безжична или кабелна сензорна мрежа, благодарение на функцията за самоидентификация в мрежата заедно с други устройства.

Мрежовият интерфейс на интелигентен сензор ви позволява не само да го свържете към мрежата, но и да го конфигурирате, конфигурирате, изберете работен режим и диагностицирате сензора. Възможността за извършване на тези операции от разстояние е предимство на интелигентните сензори, те са по -лесни за работа и поддръжка.

Фигурата показва блокова диаграма, показваща основните блокове на интелигентен сензор, минимално необходимия, за да може сензорът да се счита за такъв. Входящият аналогов сигнал (един или повече) се усилва, след което се преобразува в цифров сигнал за по -нататъшна обработка.

ПЗУ съдържа данни за калибриране, микропроцесорът корелира получените данни с данните за калибриране, коригира ги и ги преобразува в необходимите мерни единици — така грешката, свързана с влиянието на различни фактори (нулев дрейф, влияние на температурата и т.н. .) се компенсира и състоянието се оценява едновременно с първичния преобразувател, което може да повлияе на надеждността на резултата.

Информацията, получена в резултат на обработка, се предава чрез цифров комуникационен интерфейс, използвайки протокола на потребителя. Потребителят може да зададе границите на измерване и други параметри на сензора, както и да получи информация за текущото състояние на сензора и резултатите от измерванията.

Съвременните интегрални схеми (системи на чип) включват, освен микропроцесор, памет и периферни устройства като прецизни цифрово-аналогови и аналогово-цифрови преобразуватели, таймери, Ethernet, USB и серийни контролери. Примери за такива интегрални схеми включват ADuC8xx от Analog Devices, AT91RM9200 от Atmel, MSC12xx от Texas Instruments.

Разпределените мрежи от интелигентни сензори позволяват мониторинг и контрол на параметрите в реално време на сложно промишлено оборудване, където технологичните процеси динамично променят състоянието си през цялото време.

Няма единен мрежов стандарт за интелигентни сензори и това е своеобразна пречка за активното развитие на безжични и кабелни сензорни мрежи. Независимо от това, днес се използват много интерфейси: RS-485, 4-20 mA, HART, IEEE-488, USB; индустриалните мрежи работят: ProfiBus, CANbus, Fieldbus, LIN, DeviceNet, Modbus, Interbus.

Това състояние на нещата породи въпроса за избора на производителите на сензори, тъй като не е икономически изгодно за всеки мрежов протокол да произвежда отделен сензор със същата модификация. Междувременно, появата на групата стандарти на IEEE 1451 „Стандарти за интерфейси за интелигентен преобразувател“ смекчи условията, интерфейсът между сензора и мрежата е унифициран. Стандартите са предназначени да ускорят адаптацията — от индивидуални сензори до сензорни мрежи, няколко подгрупи определят софтуерни и хардуерни методи за свързване на сензори към мрежа.

И така, два класа устройства са описани в стандартите IEEE 1451.1 и IEEE 1451.2. Първият стандарт дефинира унифициран интерфейс за свързване на интелигентни сензори към мрежата; това е спецификацията на модула NCAP, който е един вид мост между модула STIM на самия сензор и външната мрежа.

Вторият стандарт определя цифров интерфейс за свързване на модул STIM интелигентен преобразувател към мрежов адаптер. Концепцията TEDS предполага електронен паспорт на сензора, за възможността за неговата самоидентификация в мрежата. TEDS включва: дата на производство, код на модела, сериен номер, данни за калибриране, дата на калибриране, мерни единици. Резултатът е plug and play аналог за сензори и мрежи, лесна работа и подмяна са гарантирани. Много производители на интелигентни сензори вече поддържат тези стандарти.

Основното, което интегрирането на сензори в мрежа дава, е възможността за достъп до информация за измерванията чрез софтуер, независимо от вида на сензора и как е организирана определена мрежа. Оказва се мрежа, която служи като мост между сензорите и потребителя (компютър), помагайки за решаването на технологични проблеми.

По този начин една интелигентна измервателна система може да бъде представена от три нива: ниво на сензор, ниво на мрежа, ниво на софтуер. Първото ниво е нивото на самия сензор, сензор с комуникационен протокол. Второто ниво е нивото на мрежата от сензори, мостът между обекта на сензора и процеса на решаване на проблема.

Третото ниво е софтуерното ниво, което вече предполага взаимодействието на системата с потребителя. Софтуерът тук може да бъде напълно различен, тъй като вече не е обвързан директно с цифровия интерфейс на сензорите. В системата са възможни и поднива, свързани с подсистеми.

През последните години развитието на интелигентни сензори пое в няколко посоки.

1. Нови методи за измерване, изискващи мощна изчислителна обработка вътре в сензора. Това ще даде възможност за локализиране на сензори извън измерената среда, като по този начин ще се увеличи стабилността на показанията и ще се намалят оперативните загуби. Сензорите нямат движещи се части, което подобрява надеждността и опростява поддръжката. Дизайнът на обекта за измерване не влияе върху работата на сензора и инсталацията става по -евтина.

2. Безжичните сензори безспорно са обещаващи. Движещите се обекти, разпределени в космоса, изискват безжична комуникация със средствата за тяхната автоматизация, с контролери. Радиотехническите устройства поевтиняват, качеството им се увеличава, безжичната комуникация често е по-икономична от кабелната. Всеки сензор може да предава информация през своя индивидуален интервал от време (TDMA), на собствена честота (FDMA) или със собствено кодиране (CDMA), накрая Bluetooth.

3. Миниатюрните сензори могат да бъдат вградени в промишленото оборудване, а оборудването за автоматизация ще стане неразделна част от оборудването, което изпълнява технологичния процес, а не външно допълнение. Сензор с обем от няколко кубични милиметра ще измерва температура, налягане, влажност и т.н., ще обработва данните и ще предава информацията в мрежата. Точността и качеството на инструментите ще се повишат.

4. Предимството на сензорите с много сензори е очевидно. Един общ преобразувател ще сравнява и обработва данни от няколко сензора, тоест не няколко отделни сензора, а един, но многофункционален.

5. И накрая, интелигентността на сензорите ще се увеличи. Прогнозиране на стойността, мощна обработка и анализ на данни, пълна самодиагностика, прогнозиране на неизправности, съвети за поддръжка, логически контрол и регулиране.

С течение на времето интелигентните сензори ще стават все по -многофункционални инструменти за автоматизация, за които дори самият термин „сензор“ ще стане непълен и просто условен.