Паметни сензори и њихова употреба

Према ГОСТ Р 8.673-2009 ГСИ „Интелигентни сензори и интелигентни мерни системи. Основни појмови и дефиниције“, интелигентни сензори су адаптивни сензори који садрже алгоритме рада и параметре који се мењају од спољашњих сигнала, а у којима је такође имплементирана функција метролошке самоконтроле.

Карактеристична карактеристика паметних сензора је способност самоизлечења и самоучења након једног квара. У литератури на енглеском језику сензори овог типа се називају "паметни сензор". Термин се задржао средином 1980-их.

Данас је паметни сензор сензор са уграђеном електроником, укључујући: АДЦ, микропроцесор, процесор дигиталних сигнала, систем на чипу, итд., и дигитални интерфејс са подршком за мрежне комуникационе протоколе. На овај начин, паметни сензор се може укључити у бежичну или жичану сензорску мрежу, захваљујући функцији самоидентификације у мрежи заједно са другим уређајима.

Мрежни интерфејс паметног сензора вам омогућава не само да га повежете са мрежом, већ и да га конфигуришете, конфигуришете, изаберете режим рада и дијагностикујете сензор. Могућност даљинског обављања ових операција је предност паметних сензора, лакши су за руковање и одржавање.

На слици је приказан блок дијаграм који приказује основне блокове паметног сензора, минимум неопходног да би се сензор сматрао таквим. Долазни аналогни сигнал (један или више) се појачава, а затим претвара у дигитални сигнал за даљу обраду.

РОМ садржи калибрационе податке, микропроцесор корелира примљене податке са подацима калибрације, коригује их и претвара у потребне мерне јединице – тако је грешка повезана са утицајем различитих фактора (померање нуле, утицај температуре итд.) компензује се и стање се оцењује истовремено са примарним претварачем, што може утицати на поузданост резултата.

Информације добијене као резултат обраде преносе се преко дигиталног комуникационог интерфејса коришћењем протокола корисника. Корисник може да подеси границе мерења и друге параметре сензора, као и да добије информације о тренутном стању сензора и резултатима мерења.

Савремена интегрисана кола (системи на чипу) укључују, поред микропроцесора, меморију и периферне уређаје као што су прецизни дигитално-аналогни и аналогно-дигитални претварачи, тајмери, Етхернет, УСБ и серијски контролери. Примери таквих интегрисаних кола укључују АДуЦ8кк из Аналог Девицес, АТ91РМ9200 из Атмел-а, МСЦ12кк из Текас Инструментс.

Дистрибуиране мреже интелигентних сензора омогућавају праћење и контролу параметара сложене индустријске опреме у реалном времену, где технолошки процеси све време динамички мењају своје стање.

Не постоји јединствен мрежни стандард за паметне сензоре и то је својеврсна препрека за активан развој бежичних и жичаних сензорских мрежа. Ипак, данас се користе многи интерфејси: РС-485, 4-20 мА, ХАРТ, ИЕЕЕ-488, УСБ; индустријске мреже раде: ПрофиБус, ЦАНбус, Фиелдбус, ЛИН, ДевицеНет, Модбус, Интербус.

Овакво стање је поставило питање избора произвођача сензора, јер није економски исплативо да сваки мрежни протокол производи посебан сензор са истом модификацијом. У међувремену, појава ИЕЕЕ 1451 групе стандарда „Интеллигент Трансдуцер Интерфаце Стандардс“ је олакшала услове, интерфејс између сензора и мреже је уједињен. Стандарди су дизајнирани да убрзају прилагођавање — од појединачних сензора до сензорских мрежа, неколико подгрупа дефинише софтверске и хардверске методе за повезивање сензора на мрежу.

Дакле, две класе уређаја су описане у стандардима ИЕЕЕ 1451.1 и ИЕЕЕ 1451.2. Први стандард дефинише обједињени интерфејс за повезивање паметних сензора на мрежу; ово је спецификација НЦАП модула, који је својеврсни мост између СТИМ модула самог сензора и екстерне мреже.

Други стандард наводи дигитални интерфејс за повезивање СТИМ модула паметног претварача на мрежни адаптер. ТЕДС концепт подразумева електронски пасош сензора, за могућност његове самоидентификације у мрежи.ТЕДС укључује: датум производње, шифру модела, серијски број, податке о калибрацији, датум калибрације, јединице мере. Резултат је плуг анд плаи аналог за сензоре и мреже, загарантован једноставан рад и замена. Многи произвођачи паметних сензора већ подржавају ове стандарде.

Главна ствар коју даје интеграција сензора у мрежу је могућност приступа мерним информацијама путем софтвера, без обзира на тип сензора и како је одређена мрежа организована. Испоставило се да је то мрежа која служи као мост између сензора и корисника (рачунара), помажући у решавању технолошких проблема.

Дакле, систем паметног мерења може бити представљен са три нивоа: ниво сензора, ниво мреже, ниво софтвера. Први ниво је ниво самог сензора, сензора са комуникационим протоколом. Други ниво је ниво сензорске мреже, мост између сензорског објекта и процеса решавања проблема.

Трећи ниво је софтверски ниво, који већ подразумева интеракцију система са корисником. Софтвер овде може бити потпуно другачији јер више није везан директно за дигитални интерфејс сензора. У оквиру система су могући и поднивои који се односе на подсистеме.

Последњих година развој паметних сензора је кренуо у неколико праваца.

1. Нове методе мерења које захтевају моћно рачунарство унутар сензора. Ово ће омогућити да сензори буду лоцирани ван мереног окружења, чиме се повећава стабилност очитавања и смањују оперативни губици. Сензори немају покретне делове, што побољшава поузданост и поједностављује одржавање.Дизајн мерног објекта не утиче на рад сензора и инсталација постаје јефтинија.

2. Бежични сензори неоспорно обећавају. Покретни објекти распоређени у простору захтевају бежичну комуникацију са средствима њихове аутоматизације, са контролерима. Радио технички уређаји постају јефтинији, њихов квалитет расте, бежична комуникација је често економичнија од кабловске. Сваки сензор може да преноси информације на свом временском слоту (ТДМА), на сопственој фреквенцији (ФДМА) или са сопственим кодирањем (ЦДМА), коначно Блуетоотх.

3. Минијатурни сензори могу бити уграђени у индустријску опрему, а опрема за аутоматизацију ће постати саставни део опреме која обавља технолошки процес, а не спољни додатак. Сензор запремине неколико кубних милиметара ће мерити температуру, притисак, влажност итд., обрадити податке и преносити информације преко мреже. Повећаће се тачност и квалитет инструмената.

4. Предност сензора са више сензора је очигледна. Заједнички претварач ће упоређивати и обрадити податке са неколико сензора, то јест, не неколико одвојених сензора, већ једног, али мултифункционалног.

5. Коначно, интелигенција сензора ће се повећати. Предвиђање вредности, моћна обрада и анализа података, потпуна самодијагностика, предвиђање кварова, савети за одржавање, логичка контрола и регулација.

Временом ће паметни сензори постати све више мултифункционални алати за аутоматизацију, за које ће чак и сам појам „сензор“ постати непотпун и само услован.