Penderia pintar dan penggunaannya

Menurut GOST R 8.673-2009 GSI "Penderia pintar dan sistem pengukur pintar. Istilah asas dan takrifan ”, sensor pintar ialah sensor adaptif yang mengandungi algoritma kerja dan parameter yang berubah daripada isyarat luaran, dan di mana fungsi kawalan diri metrologi turut dilaksanakan.

Ciri tersendiri penderia pintar ialah keupayaan untuk menyembuhkan diri dan belajar sendiri selepas satu kegagalan. Dalam kesusasteraan bahasa Inggeris, penderia jenis ini dipanggil "sensor pintar". Istilah ini terperangkap pada pertengahan 1980-an.

Hari ini, penderia pintar ialah penderia dengan elektronik terbenam, termasuk: ADC, mikropemproses, pemproses isyarat digital, sistem pada cip, dsb., dan antara muka digital dengan sokongan untuk protokol komunikasi rangkaian. Dengan cara ini, penderia pintar boleh disertakan dalam rangkaian penderia wayarles atau berwayar, terima kasih kepada fungsi pengenalan diri dalam rangkaian bersama-sama dengan peranti lain.

Antara muka rangkaian sensor pintar membolehkan anda bukan sahaja menyambungkannya ke rangkaian, tetapi juga untuk mengkonfigurasinya, mengkonfigurasinya, memilih mod pengendalian dan mendiagnosis sensor. Keupayaan untuk melaksanakan operasi ini dari jauh adalah kelebihan penderia pintar, ia lebih mudah untuk dikendalikan dan diselenggara.

Rajah menunjukkan gambar rajah blok yang menunjukkan blok asas penderia pintar, minimum yang diperlukan untuk penderia dianggap sedemikian. Isyarat analog masuk (satu atau lebih) dikuatkan, kemudian ditukar kepada isyarat digital untuk pemprosesan selanjutnya.

ROM mengandungi data penentukuran, mikropemproses mengaitkan data yang diterima dengan data penentukuran, membetulkannya dan menukarnya kepada unit ukuran yang diperlukan - oleh itu ralat yang dikaitkan dengan pengaruh pelbagai faktor (hanyut sifar, pengaruh suhu, dll.) adalah diberi pampasan dan keadaan dinilai serentak dengan transduser utama, yang mungkin menjejaskan kebolehpercayaan hasilnya.

Maklumat yang diperoleh hasil daripada pemprosesan dihantar melalui antara muka komunikasi digital menggunakan protokol pengguna. Pengguna boleh menetapkan had pengukuran dan parameter lain penderia, serta mendapatkan maklumat tentang keadaan semasa penderia dan hasil pengukuran.

Litar bersepadu moden (sistem pada cip) termasuk, sebagai tambahan kepada mikropemproses, memori dan persisian seperti penukar ketepatan digital-ke-analog dan analog-ke-digital, pemasa, Ethernet, USB dan pengawal bersiri. Contoh litar bersepadu tersebut termasuk ADuC8xx dari Peranti Analog, AT91RM9200 dari Atmel, MSC12xx dari Texas Instruments.

Rangkaian pengedaran penderia pintar membolehkan pemantauan masa nyata dan kawalan parameter peralatan industri yang kompleks, di mana proses teknologi mengubah keadaannya secara dinamik sepanjang masa.

Tiada standard rangkaian tunggal untuk penderia pintar dan ini adalah sejenis halangan untuk pembangunan aktif rangkaian penderia wayarles dan berwayar. Namun begitu, banyak antara muka digunakan hari ini: RS-485, 4-20 mA, HART, IEEE-488, USB; rangkaian industri berfungsi: ProfiBus, CANbus, Fieldbus, LIN, DeviceNet, Modbus, Interbus.

Keadaan ini menimbulkan persoalan tentang pilihan pengeluar sensor, kerana ia tidak berdaya maju dari segi ekonomi untuk setiap protokol rangkaian untuk menghasilkan sensor berasingan dengan pengubahsuaian yang sama. Sementara itu, kemunculan kumpulan piawaian IEEE 1451 "Piawaian Antara Muka Transduser Pintar" memudahkan keadaan, antara muka antara sensor dan rangkaian disatukan. Piawaian ini direka untuk mempercepatkan penyesuaian — daripada penderia individu kepada rangkaian penderia, beberapa subkumpulan mentakrifkan kaedah perisian dan perkakasan untuk menyambung penderia ke rangkaian.

Oleh itu, dua kelas peranti diterangkan dalam piawaian IEEE 1451.1 dan IEEE 1451.2. Piawaian pertama mentakrifkan antara muka bersatu untuk menyambungkan penderia pintar ke rangkaian; ini ialah spesifikasi modul NCAP, iaitu sejenis jambatan antara modul STIM sensor itu sendiri dan rangkaian luaran.

Piawaian kedua menentukan antara muka digital untuk menyambungkan modul penukar pintar STIM kepada penyesuai rangkaian. Konsep TEDS membayangkan pasport elektronik sensor, untuk kemungkinan pengenalan diri dalam rangkaian.TEDS termasuk: tarikh pembuatan, kod model, nombor siri, data penentukuran, tarikh penentukuran, unit ukuran. Hasilnya ialah analog plug and play untuk penderia dan rangkaian, operasi mudah dan jaminan penggantian. Banyak pengeluar sensor pintar sudah menyokong piawaian ini.

Perkara utama yang diberikan oleh penyepaduan penderia dalam rangkaian ialah kemungkinan mengakses maklumat pengukuran melalui perisian, tanpa mengira jenis penderia dan cara rangkaian tertentu diatur. Ia ternyata menjadi rangkaian yang berfungsi sebagai jambatan antara penderia dan pengguna (komputer), membantu menyelesaikan masalah teknologi.

Oleh itu, sistem pemeteran pintar boleh diwakili oleh tiga peringkat: tahap sensor, tahap rangkaian, tahap perisian. Tahap pertama ialah tahap sensor itu sendiri, sensor dengan protokol komunikasi. Tahap kedua ialah tahap rangkaian sensor, jambatan antara objek sensor dan proses penyelesaian masalah.

Tahap ketiga ialah tahap perisian, yang sudah membayangkan interaksi sistem dengan pengguna. Perisian di sini boleh berbeza sama sekali kerana ia tidak lagi terikat terus dengan antara muka digital penderia. Sub-peringkat yang berkaitan dengan subsistem juga boleh dilakukan dalam sistem.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pembangunan penderia pintar telah mengambil beberapa arah.

1. Kaedah pengukuran baharu yang memerlukan pengkomputeran berkuasa di dalam penderia. Ini akan membolehkan penderia ditempatkan di luar persekitaran yang diukur, dengan itu meningkatkan kestabilan bacaan dan mengurangkan kerugian operasi. Penderia tidak mempunyai bahagian yang bergerak, yang meningkatkan kebolehpercayaan dan memudahkan penyelenggaraan.Reka bentuk objek pengukur tidak menjejaskan operasi sensor dan pemasangan menjadi lebih murah.

2. Penderia wayarles tidak dinafikan menjanjikan. Objek bergerak yang diedarkan di angkasa memerlukan komunikasi tanpa wayar dengan cara automasi mereka, dengan pengawal. Peranti teknikal radio menjadi lebih murah, kualitinya meningkat, komunikasi tanpa wayar selalunya lebih menjimatkan daripada kabel. Setiap sensor boleh menghantar maklumat pada slot masanya sendiri (TDMA), pada frekuensinya sendiri (FDMA) atau dengan pengekodannya sendiri (CDMA), akhirnya Bluetooth.

3. Penderia miniatur boleh dibenamkan dalam peralatan perindustrian, dan peralatan automasi akan menjadi sebahagian daripada peralatan yang melaksanakan proses teknologi, bukan tambahan luaran. Penderia dengan volum beberapa milimeter padu akan mengukur suhu, tekanan, kelembapan, dll., memproses data dan menghantar maklumat melalui rangkaian. Ketepatan dan kualiti instrumen akan meningkat.

4. Kelebihan sensor berbilang sensor adalah jelas. Penukar biasa akan membandingkan dan memproses data daripada beberapa sensor, iaitu, bukan beberapa sensor berasingan, tetapi satu, tetapi pelbagai fungsi.

5. Akhirnya, kecerdasan sensor akan meningkat. Ramalan nilai, pemprosesan dan analisis data yang berkuasa, diagnosis kendiri penuh, ramalan kerosakan, nasihat penyelenggaraan, kawalan logik dan peraturan.

Dari masa ke masa, penderia pintar akan menjadi lebih banyak alat automasi pelbagai fungsi, yang mana istilah "sensor" itu sendiri akan menjadi tidak lengkap dan hanya bersyarat.