Viedie sensori un to izmantošana

Saskaņā ar GOST R 8.673-2009 GSI "Inteliģenti sensori un viedas mērīšanas sistēmas. Pamattermini un definīcijas ”, viedie sensori ir adaptīvi sensori, kas satur darba algoritmus un parametrus, kas mainās no ārējiem signāliem un kuros tiek realizēta arī metroloģiskās paškontroles funkcija.

Viedo sensoru atšķirīgā iezīme ir spēja pašatveseļoties un pašam mācīties pēc vienas kļūmes. Angļu valodas literatūrā šāda veida sensorus sauc par "viedo sensoru". Termins iestrēga 80. gadu vidū.

Mūsdienās viedais sensors ir sensors ar iebūvētu elektroniku, tostarp: ADC, mikroprocesoru, digitālo signālu procesoru, sistēmu mikroshēmā utt., Un digitālo interfeisu ar tīkla sakaru protokolu atbalstu. Tādā veidā viedo sensoru var iekļaut bezvadu vai vadu sensoru tīklā, pateicoties pašidentifikācijas funkcijai tīklā kopā ar citām ierīcēm.

Viedā sensora tīkla saskarne ļauj ne tikai pieslēgt to tīklam, bet arī konfigurēt, konfigurēt, izvēlēties darbības režīmu un diagnosticēt sensoru. Iespēja veikt šīs darbības attālināti ir viedo sensoru priekšrocība, tos ir vieglāk darbināt un uzturēt.

Attēlā ir parādīta blokshēma, kurā parādīti viedā sensora pamatbloki, kas ir minimums, kas nepieciešams, lai sensoru uzskatītu par tādu. Ienākošais analogais signāls (viens vai vairāki) tiek pastiprināts, pēc tam pārveidots par ciparu signālu turpmākai apstrādei.

ROM satur kalibrēšanas datus, mikroprocesors korelē saņemtos datus ar kalibrēšanas datiem, tos koriģē un pārvērš nepieciešamajās mērvienībās - līdz ar to tiek iegūta kļūda, kas saistīta ar dažādu faktoru ietekmi (nulles novirze, temperatūras ietekme utt.). tiek kompensēts un stāvoklis tiek novērtēts vienlaikus ar primāro devēju, kas var ietekmēt rezultāta ticamību.

Apstrādes rezultātā iegūtā informācija tiek pārraidīta caur digitālo sakaru saskarni, izmantojot lietotāja protokolu. Lietotājs var iestatīt mērījumu robežas un citus sensora parametrus, kā arī iegūt informāciju par sensora pašreizējo stāvokli un mērījumu rezultātiem.

Mūsdienu integrētās shēmas (sistēmas uz mikroshēmas) papildus mikroprocesoram ietver atmiņu un perifērijas ierīces, piemēram, precīzijas ciparu-analogu un analogo-digitālu pārveidotājus, taimeri, Ethernet, USB un seriālos kontrollerus. Šādu integrēto shēmu piemēri ir ADuC8xx no Analog Devices, AT91RM9200 no Atmel, MSC12xx no Texas Instruments.

Sadalītie viedo sensoru tīkli ļauj reāllaikā uzraudzīt un kontrolēt sarežģītu rūpniecisko iekārtu parametrus, kur tehnoloģiskie procesi visu laiku dinamiski maina savu stāvokli.

Viedajiem sensoriem nav vienota tīkla standarta, un tas ir sava veida šķērslis bezvadu un vadu sensoru tīklu aktīvai attīstībai. Neskatoties uz to, mūsdienās tiek izmantotas daudzas saskarnes: RS-485, 4-20 mA, HART, IEEE-488, USB; darbojas industriālie tīkli: ProfiBus, CANbus, Fieldbus, LIN, DeviceNet, Modbus, Interbus.

Šis stāvoklis radīja jautājumu par sensoru ražotāju izvēli, jo katram tīkla protokolam nav ekonomiski izdevīgi ražot atsevišķu sensoru ar tādu pašu modifikāciju. Tikmēr IEEE 1451 standartu grupas "Intelligent Transducer Interface Standards" parādīšanās atviegloja apstākļus, saskarne starp sensoru un tīklu ir vienota. Standarti ir izstrādāti, lai paātrinātu pielāgošanos — no atsevišķiem sensoriem līdz sensoru tīkliem, vairākas apakšgrupas nosaka programmatūras un aparatūras metodes sensoru savienošanai ar tīklu.

Tādējādi IEEE 1451.1 un IEEE 1451.2 standartos ir aprakstītas divas ierīču klases. Pirmais standarts definē vienotu interfeisu viedo sensoru savienošanai ar tīklu; šī ir NCAP moduļa specifikācija, kas ir sava veida tilts starp paša sensora STIM moduli un ārējo tīklu.

Otrais standarts nosaka digitālo interfeisu STIM viedā pārveidotāja moduļa savienošanai ar tīkla adapteri. TEDS koncepcija ietver sensora elektronisko pasi, lai to varētu identificēt tīklā.TEDS ietver: izgatavošanas datumu, modeļa kodu, sērijas numuru, kalibrēšanas datus, kalibrēšanas datumu, mērvienības. Rezultāts ir plug and play analogs sensoriem un tīkliem, garantēta vienkārša darbība un nomaiņa. Daudzi viedo sensoru ražotāji jau atbalsta šos standartus.

Galvenais, ko dod sensoru integrēšana tīklā, ir iespēja piekļūt mērījumu informācijai ar programmatūras palīdzību neatkarīgi no sensora veida un tā, kā ir organizēts noteikts tīkls. Tas izrādās tīkls, kas kalpo kā tilts starp sensoriem un lietotāju (datoru), palīdzot risināt tehnoloģiskas problēmas.

Tādējādi viedo mērīšanas sistēmu var attēlot trīs līmeņos: sensora līmenis, tīkla līmenis, programmatūras līmenis. Pirmais līmenis ir paša sensora līmenis, sensors ar sakaru protokolu. Otrais līmenis ir sensoru tīkla līmenis, tilts starp sensora objektu un problēmas risināšanas procesu.

Trešais līmenis ir programmatūras līmenis, kas jau nozīmē sistēmas mijiedarbību ar lietotāju. Programmatūra šeit var būt pilnīgi atšķirīga, jo tā vairs nav tieši saistīta ar sensoru digitālo saskarni. Sistēmas ietvaros ir iespējami arī ar apakšsistēmām saistīti apakšlīmeņi.

Pēdējos gados viedo sensoru attīstība ir virzījusies vairākos virzienos.

1. Jaunas mērīšanas metodes, kurām nepieciešama jaudīga skaitļošana sensora iekšienē. Tas ļaus sensorus novietot ārpus mērītās vides, tādējādi palielinot rādījumu stabilitāti un samazinot darbības zudumus. Sensoriem nav kustīgu daļu, kas uzlabo uzticamību un vienkāršo apkopi.Mērīšanas objekta dizains neietekmē sensora darbību un uzstādīšana kļūst lētāka.

2. Bezvadu sensori nenoliedzami ir daudzsološi. Kustīgiem objektiem, kas izplatīti telpā, ir nepieciešama bezvadu saziņa ar to automatizācijas līdzekļiem, ar kontrolieriem. Radiotehniskās ierīces kļūst lētākas, to kvalitāte pieaug, bezvadu sakari bieži vien ir ekonomiskāki par kabeli. Katrs sensors var pārraidīt informāciju savā laika slotā (TDMA), savā frekvencē (FDMA) vai ar savu kodējumu (CDMA), visbeidzot Bluetooth.

3. Miniatūrus sensorus var iestrādāt rūpnieciskajās iekārtās, un automatizācijas iekārtas kļūs par tehnoloģisko procesu veicošās iekārtas neatņemamu sastāvdaļu, nevis ārēju papildinājumu. Sensors ar vairāku kubikmilimetru tilpumu mērīs temperatūru, spiedienu, mitrumu utt., apstrādās datus un pārraidīs informāciju tīklā. Paaugstināsies instrumentu precizitāte un kvalitāte.

4. Vairāku sensoru sensoru priekšrocība ir acīmredzama. Kopējais pārveidotājs salīdzinās un apstrādās datus no vairākiem sensoriem, tas ir, nevis vairākiem atsevišķiem sensoriem, bet gan vienam, bet daudzfunkcionālam.

5. Visbeidzot, palielināsies sensoru intelekts. Vērtību prognozēšana, jaudīga datu apstrāde un analīze, pilnīga pašdiagnostika, kļūdu prognozēšana, apkopes padomi, loģiskā kontrole un regulēšana.

Laika gaitā viedie sensori kļūs arvien vairāk daudzfunkcionāli automatizācijas rīki, kuriem pat pats termins "sensors" kļūs nepilnīgs un tikai nosacīts.