Senzori inteligenți și utilizarea lor

Conform GOST R 8.673-2009 GSI „Senzori inteligenți și sisteme de măsurare inteligente. Termeni și definiții de bază”, senzorii inteligenți sunt senzori adaptivi care conțin algoritmi de lucru și parametri care se modifică de la semnalele externe și în care este implementată și funcția de autocontrol metrologic.

O caracteristică distinctivă a senzorilor inteligenți este capacitatea de a se auto-vindeca și de a auto-învăța după o singură eșec. În literatura în limba engleză, senzorii de acest tip sunt numiți „senzor inteligent”. Termenul a rămas la mijlocul anilor 1980.

Astăzi, un senzor inteligent este un senzor cu electronică încorporată, inclusiv: ADC, microprocesor, procesor de semnal digital, system-on-cip etc., și o interfață digitală cu suport pentru protocoale de comunicare în rețea. In acest fel, senzorul inteligent poate fi inclus intr-o retea de senzori wireless sau cu fir, datorita functiei de autoidentificare in retea impreuna cu alte dispozitive.

Interfața de rețea a unui senzor inteligent vă permite nu numai să îl conectați la rețea, ci și să îl configurați, să îl configurați, să selectați un mod de funcționare și să diagnosticați senzorul. Capacitatea de a efectua aceste operațiuni de la distanță este un avantaj al senzorilor inteligenți, sunt mai ușor de operat și întreținut.

Figura prezintă o diagramă bloc care arată blocurile de bază ale unui senzor inteligent, minimul necesar pentru ca senzorul să fie considerat ca atare. Semnalul analogic de intrare (unul sau mai multe) este amplificat, apoi convertit într-un semnal digital pentru procesare ulterioară.

ROM-ul conține date de calibrare, microprocesorul corelează datele primite cu datele de calibrare, le corectează și le convertește în unitățile de măsură necesare - astfel eroarea asociată cu influența diverșilor factori (deriva zero, influența temperaturii etc.) este compensat și starea este evaluată simultan cu traductorul primar, ceea ce poate afecta fiabilitatea rezultatului.

Informațiile obținute în urma prelucrării sunt transmise printr-o interfață de comunicație digitală folosind protocolul utilizatorului. Utilizatorul poate seta limitele de măsurare și alți parametri ai senzorului, precum și obține informații despre starea curentă a senzorului și rezultatele măsurătorilor.

Circuitele integrate moderne (sisteme pe un cip) includ, pe lângă un microprocesor, memorie și periferice, cum ar fi convertoare de precizie digital-analogic și analog-digital, temporizatoare, Ethernet, USB și controlere seriale. Exemple de astfel de circuite integrate includ ADuC8xx de la Analog Devices, AT91RM9200 de la Atmel, MSC12xx de la Texas Instruments.

Rețelele distribuite de senzori inteligenți permit monitorizarea și controlul în timp real al parametrilor echipamentelor industriale complexe, unde procesele tehnologice își schimbă în mod dinamic starea tot timpul.

Nu există un standard de rețea unic pentru senzorii inteligenți și acesta este un fel de obstacol pentru dezvoltarea activă a rețelelor de senzori fără fir și cu fir. Cu toate acestea, astăzi sunt folosite multe interfețe: RS-485, 4-20 mA, HART, IEEE-488, USB; Rețelele industriale funcționează: ProfiBus, CANbus, Fieldbus, LIN, DeviceNet, Modbus, Interbus.

Această stare de fapt a ridicat problema alegerii producătorilor de senzori, deoarece nu este viabil din punct de vedere economic ca fiecare protocol de rețea să producă un senzor separat cu aceeași modificare. Între timp, apariția grupului de standarde IEEE 1451 „Standarde de interfață pentru traductoare inteligente” a ușurat condițiile, interfața dintre senzor și rețea este unificată. Standardele sunt concepute pentru a accelera adaptarea - de la senzori individuali la rețele de senzori, mai multe subgrupuri definesc metode software și hardware pentru conectarea senzorilor la o rețea.

Astfel, două clase de dispozitive sunt descrise în standardele IEEE 1451.1 și IEEE 1451.2. Primul standard definește o interfață unificată pentru conectarea senzorilor inteligenți la rețea; aceasta este specificația modulului NCAP, care este un fel de punte între modulul STIM al senzorului însuși și rețeaua externă.

Al doilea standard specifică o interfață digitală pentru conectarea unui modul convertor inteligent STIM la un adaptor de rețea. Conceptul TEDS presupune un pașaport electronic al senzorului, pentru posibilitatea autoidentificării acestuia în rețea.TEDS include: data fabricației, codul modelului, numărul de serie, datele de calibrare, data calibrării, unitățile de măsură. Rezultatul este un analog plug and play pentru senzori și rețele, funcționare ușoară și înlocuire garantată. Mulți producători de senzori inteligenți acceptă deja aceste standarde.

Principalul lucru pe care îl oferă integrarea senzorilor într-o rețea este posibilitatea de a accesa informațiile de măsurare prin intermediul software-ului, indiferent de tipul de senzor și de modul în care este organizată o anumită rețea. Se dovedește a fi o rețea care servește drept punte între senzori și utilizator (calculator), ajutând la rezolvarea problemelor tehnologice.

Astfel, un sistem de contorizare inteligentă poate fi reprezentat prin trei niveluri: nivel senzor, nivel rețea, nivel software. Primul nivel este nivelul senzorului în sine, un senzor cu un protocol de comunicare. Al doilea nivel este nivelul rețelei de senzori, puntea dintre obiectul senzorului și procesul de rezolvare a problemelor.

Al treilea nivel este nivelul software, care implică deja interacțiunea sistemului cu utilizatorul. Software-ul de aici poate fi complet diferit, deoarece nu mai este legat direct de interfața digitală a senzorilor. Sub-nivelurile legate de subsisteme sunt, de asemenea, posibile în cadrul sistemului.

În ultimii ani, dezvoltarea senzorilor inteligenți a luat mai multe direcții.

1. Noi metode de măsurare care necesită un calcul puternic în interiorul senzorului. Acest lucru va permite senzorilor să fie amplasați în afara mediului măsurat, crescând astfel stabilitatea citirilor și reducând pierderile de funcționare. Senzorii nu au piese mobile, ceea ce îmbunătățește fiabilitatea și simplifică întreținerea.Designul obiectului de măsurat nu afectează funcționarea senzorului, iar instalația devine mai ieftină.

2. Senzorii wireless sunt incontestabil promițători. Obiectele în mișcare distribuite în spațiu necesită comunicare fără fir cu mijloacele de automatizare a acestora, cu controlere. Dispozitivele tehnice radio devin din ce în ce mai ieftine, calitatea lor este în creștere, comunicarea fără fir este adesea mai economică decât cablul. Fiecare senzor poate transmite informații pe propriul interval de timp (TDMA), pe propria frecvență (FDMA) sau cu propria sa codare (CDMA), în cele din urmă Bluetooth.

3. Senzorii în miniatură pot fi încorporați în echipamente industriale, iar echipamentele de automatizare vor deveni o parte integrantă a echipamentului care realizează procesul tehnologic, nu un adaos extern. Un senzor cu un volum de câțiva milimetri cubi va măsura temperatura, presiunea, umiditatea etc., va procesa datele și va transmite informațiile prin rețea. Precizia și calitatea instrumentelor vor crește.

4. Avantajul senzorilor multi-senzori este evident. Un convertor comun va compara și procesa datele de la mai mulți senzori, adică nu mai mulți senzori separati, ci unul, ci multifuncțional.

5. În cele din urmă, inteligența senzorilor va crește. Predicție de valoare, procesare și analiză puternică a datelor, autodiagnosticare completă, predicție de defecțiuni, sfaturi de întreținere, control logic și reglare.

În timp, senzorii inteligenți vor deveni din ce în ce mai multe instrumente de automatizare multifuncționale, pentru care chiar și termenul „senzor” în sine va deveni incomplet și pur și simplu condiționat.