Nutikad andurid ja nende kasutamine

Vastavalt GOST R 8.673-2009 GSI "Intelligentsed andurid ja intelligentsed mõõtesüsteemid. Põhimõisted ja definitsioonid ”, intelligentsed andurid on adaptiivsed andurid, mis sisaldavad välistest signaalidest muutuvaid tööalgoritme ja parameetreid ning milles on realiseeritud ka metroloogilise enesekontrolli funktsioon.

Nutikate andurite eripäraks on võime ise paraneda ja ise õppida pärast ühte riket. Ingliskeelses kirjanduses nimetatakse seda tüüpi andureid "nutikaks anduriks". Mõiste jäi 1980. aastate keskele.

Tänapäeval on nutikas andur sisseehitatud elektroonikaga andur, sealhulgas: ADC, mikroprotsessor, digitaalne signaaliprotsessor, süsteem-kiibil jne ja digitaalne liides, mis toetab võrgusideprotokolle. Nii saab nutika anduri kaasata juhtmevabasse või juhtmega andurite võrku tänu võrgus olevale enesetuvastusfunktsioonile koos teiste seadmetega.

Nutianduri võrguliides võimaldab seda mitte ainult võrku ühendada, vaid ka seadistada, seadistada, valida töörežiimi ja andurit diagnoosida. Nutikate andurite eeliseks on nende toimingute kaugjuhtimise võimalus, neid on lihtsam kasutada ja hooldada.

Joonisel on plokkskeem, mis näitab nutika anduri põhiplokke, mis on minimaalselt vajalik, et andurit selliseks pidada. Sissetulevat analoogsignaali (üks või mitu) võimendatakse, seejärel teisendatakse edasiseks töötlemiseks digitaalseks signaaliks.

ROM sisaldab kalibreerimisandmeid, mikroprotsessor korreleerib saadud andmed kalibreerimisandmetega, korrigeerib ja teisendab vajalikeks mõõtühikuteks - seega on erinevate tegurite (nulltriiv, temperatuuri mõju jne) mõjuga kaasnev viga. kompenseeritakse ja seisundit hinnatakse samaaegselt primaarse anduriga, mis võib mõjutada tulemuse usaldusväärsust.

Töötlemise tulemusena saadud teave edastatakse digitaalse sideliidese kaudu, kasutades kasutaja protokolli. Kasutaja saab määrata anduri mõõtepiire ja muid parameetreid, samuti saada infot anduri hetkeseisu ja mõõtmiste tulemuste kohta.

Kaasaegsed integraallülitused (kiibil olevad süsteemid) sisaldavad lisaks mikroprotsessorile mälu ja välisseadmeid, nagu täppis-digitaal-analoog- ja analoog-digitaalmuundurid, taimerid, Etherneti, USB- ja jadakontrollerid. Selliste integraallülituste näideteks on ADuC8xx ettevõttelt Analog Devices, AT91RM9200 ettevõttelt Atmel, MSC12xx ettevõttelt Texas Instruments.

Intelligentsete andurite hajutatud võrgud võimaldavad reaalajas jälgida ja juhtida keerukate tööstusseadmete parameetreid, kus tehnoloogilised protsessid muudavad kogu aeg dünaamiliselt oma olekut.

Nutikate andurite jaoks pole ühtset võrgustandardit ja see on omamoodi takistuseks juhtmevabade ja juhtmega andurite võrkude aktiivseks arendamiseks. Sellest hoolimata kasutatakse tänapäeval palju liideseid: RS-485, 4-20 mA, HART, IEEE-488, USB; Tööstusvõrgud töötavad: ProfiBus, CANbus, Fieldbus, LIN, DeviceNet, Modbus, Interbus.

Selline olukord tõstatas andurite tootjate valiku küsimuse, kuna iga võrguprotokolli puhul ei ole majanduslikult otstarbekas toota eraldi sama modifikatsiooniga andurit. Vahepeal IEEE 1451 standardite rühma "Intelligentsete anduriliideste standardid" tekkimine leevendas tingimusi, anduri ja võrgu vaheline liides on ühtne. Standardid on loodud kohanemise kiirendamiseks – üksikutest anduritest andurite võrkudeni, mitmed alarühmad määratlevad tarkvara ja riistvara meetodid andurite ühendamiseks võrku.

Seega on IEEE 1451.1 ja IEEE 1451.2 standardites kirjeldatud kahte seadmeklassi. Esimene standard määratleb ühtse liidese nutikate andurite ühendamiseks võrku; see on NCAP-mooduli spetsifikatsioon, mis on omamoodi sild anduri enda STIM-mooduli ja välisvõrgu vahel.

Teine standard määrab kindlaks digitaalse liidese STIM-i nutika muunduri mooduli ühendamiseks võrguadapteriga. TEDS-i kontseptsioon hõlmab anduri elektroonilist passi, mis võimaldab seda võrgus ise tuvastada.TEDS sisaldab: valmistamise kuupäeva, mudeli koodi, seerianumbrit, kalibreerimisandmeid, kalibreerimiskuupäeva, mõõtühikuid. Tulemuseks on andurite ja võrkude plug and play analoog, mille lihtne kasutamine ja asendamine on garanteeritud. Paljud nutikate andurite tootjad juba toetavad neid standardeid.

Peamine, mida andurite integreerimine võrku annab, on võimalus pääseda ligi mõõteinfole läbi tarkvara, olenemata anduri tüübist ja sellest, kuidas teatud võrk on organiseeritud. Selgub, et see on võrk, mis toimib sillana andurite ja kasutaja (arvuti) vahel, aidates lahendada tehnoloogilisi probleeme.

Seega saab nutikat mõõtesüsteemi kujutada kolme tasemega: anduri tase, võrgutase, tarkvara tase. Esimene tase on anduri enda tase, andur sideprotokolliga. Teine tase on andurite võrgutase, sild sensorobjekti ja probleemi lahendamise protsessi vahel.

Kolmas tase on tarkvaratase, mis juba eeldab süsteemi suhtlemist kasutajaga. Siinne tarkvara võib olla täiesti erinev, kuna see ei ole enam otseselt seotud andurite digitaalse liidesega. Süsteemis on võimalikud ka alamsüsteemidega seotud alamtasandid.

Viimastel aastatel on nutikate andurite areng võtnud mitu suunda.

1. Uued mõõtmismeetodid, mis nõuavad anduri sees võimsat arvutustööd. See võimaldab andureid paigutada väljaspool mõõdetavat keskkonda, suurendades seeläbi näitude stabiilsust ja vähendades töökadusid. Anduritel pole liikuvaid osi, mis parandab töökindlust ja lihtsustab hooldust.Mõõteobjekti disain ei mõjuta anduri tööd ja paigaldus muutub odavamaks.

2. Juhtmevabad andurid on vaieldamatult paljulubavad. Ruumis jaotatud objektide liikumine eeldab traadita sidet nende automatiseerimisvahenditega, kontrolleritega. Raadiotehnilised seadmed muutuvad odavamaks, nende kvaliteet tõuseb, traadita side on sageli ökonoomsem kui kaabel. Iga andur saab edastada teavet oma ajapilu (TDMA), oma sagedusega (FDMA) või oma kodeeringuga (CDMA), lõpuks Bluetoothiga.

3. Miniatuurseid andureid saab integreerida tööstusseadmetesse ning automaatikaseadmetest saab tehnoloogilist protsessi teostava seadme lahutamatu osa, mitte väline lisand. Mitme kuupmillimeetrise mahuga andur mõõdab temperatuuri, rõhku, niiskust jne, töötleb andmeid ja edastab infot üle võrgu. Tõuseb instrumentide täpsus ja kvaliteet.

4. Mitme sensoriga andurite eelis on ilmne. Ühine muundur võrdleb ja töötleb mitme anduri andmeid, see tähendab mitte mitut eraldi andurit, vaid ühte, kuid multifunktsionaalset.

5. Lõpuks suureneb andurite intelligentsus. Väärtuste ennustamine, võimas andmetöötlus ja analüüs, täielik enesediagnostika, rikete ennustamine, hooldusnõuanded, loogiline juhtimine ja reguleerimine.

Aja jooksul muutuvad nutikad andurid üha enam multifunktsionaalseteks automatiseerimisvahenditeks, mille puhul isegi termin "sensor" ise muutub poolikuks ja pelgalt tingimuslikuks.