«Интеллектуальные» датчики

Что же такое интеллектуальный датчик и как он работает? Об этом Вам расскажет компас.

Современные датчики

Современные датчики электрических величин представляет собой сложную систему разнородных компонентов – аналоговых и цифровых электронных схем, алгоритмов измерения и конструктивных элементов.

Все чаще в них встраиваются микропроцессоры, позволяющие за счет математической обработки информации непосредственно в процессе измерения и активного управления измерением значительно повысить точность. Тенденция «интеллектуализации» датчиков физических величин приводит к чрезвычайному усложнению процесса проектирования, который носит системный характер и невозможен без использования средств автоматизации. В то же время микропроцессорные датчики, как объекты проектирования, имеют особенности, затрудняющие развитие и применение средств автоматизированного проектирования.

Преимущества таких датчиков

Особенности и преимущества, получаемые от использования «интеллектуальных» датчиков связаны с привлечением вычислительных ресурсов в сам датчик.

Обработка данных производится в каждом индивидуальном датчике, в отличие от обработки в центральном контроллере системы, как в большинстве традиционных систем. При этом интеллектуальный датчик наряду с получением обычной полезной информации может быть динамически запрограммирован в зависимости от изменений в требованиях пользователя. Это уменьшает необходимость в дорогих, специально ориентированных на данное приложение датчиках, так как дешевые программируемые общецелевые датчики достаточны для большинства приложений.

Применение цифровых методов обработки информации позволяет повысить не только качество измерений, но и значительно расширить функции приборов. Кроме уже известных возможностей (настройка пределов измерения, фильтрация сигнала, корректировка погрешностей) появляются и другие функции (реализация функций регуляторов, задание допустимых значений, самодиагностика, увеличение объема передаваемой информации по полевым шинам и др.).

Какие функции выполняет «интеллект» датчика?

Интеллект датчиков, как правило, обеспечивает выполнение некоторого подмножества из следующих функций:
- автономный (необслуживаемый) режим работы в течение временных периодов от нескольких часов до нескольких месяцев;
- обработку и хранение больших объемов входных данных;
- высокую стабильность метрологических характеристик в течение длительных интервалов времени;
- устойчивость к воздействию внутренних, внешних помех и сбоев;
- повышение точности датчиков и коррекция погрешностей;
- самотестирование;
- самообучение с элементами искусственного интеллекта;
- коммутация (интерфейсы передачи данных).

К числу дополнительных функций относятся:
- обеспечение повышенной надежности при работе в тяжелых климатических условиях;
- минимизация энергопотребления от автономных гальванических источников питания;
- коррекция погрешности и возможность автокалибровки измерительных каналов;
- аппаратная и программная фильтрация входного сигнала с целью уменьшения помех;
- реализации режима периодической подачи и отключения питания;
- использование сторожевого таймера для предотвращения потери программного управления;
- использование статических оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) с резервированием питания;
- герметизация корпуса;
- многократное измерение параметров.

Особое внимание уделяется обеспечению режима минимизации энергопотребления за счет следующих средств:
- использование элементной базы с малым энергопотреблением;
- введение в общую структуру устройства систем управления режимами энергопотребления (например, менеджеров питания);
- выбор минимальной тактовой частоты контроллера;
- использование режимов приостановки, полной остановки или выключения питания во время работы относительно медленнодействующих периферийных устройств;
- использование экономных преобразователей постоянного напряжения.

Виды датчико-преобразующей аппаратуры

1. Датчики, имеющие аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и интерфейс для связи с ПЭВМ типа RS–232, RS–422, RS–485. Устройства данного типа не имеют встроенного микроконтроллера и
осуществляют только оцифровку аналогового сигнала с дальнейшей передачей на ПЭВМ.

2. Датчики, имеющие АЦП, микроконтроллер и интерфейс связи. Такие устройства осуществляют внутреннюю коррекцию получаемого аналогового сигнала, а ряд из них уже используют протоколы связи типа Hart, Modbus и др. Настройка параметров данных датчиков осуществляется в основном локально (вручную с помощью коммуникаторов различных типов).

3. Датчики, имеющие АЦП, микроконтроллер (или специализированный микропроцессор) и дуплексную связь с ПЭВМ. Подобные устройства имеют в основном интерфейс RS-485 и осуществляют связь с ПЭВМ по протоколам более высокого уровня: Profibus, Fieldbus Foundation и др. Данные приборы позволяют оператору непосредственно с пульта управления осуществлять настройку их параметров и режимов работы, проводить диагностику и калибровку. Это дает возможность исключить промежуточные звенья в цепи распределенных систем – программно-логические контроллеры, сократить расходы на проводку, контактные соединения и упростить техническое обслуживание за счет дистанционной диагностики и конфигурирования. Поэтому датчики этой группы можно называть «интеллектуальными».

Кто выпускает такие датчики?

Датчики давления с микроконтроллерами выпускаются зарубежными компаниями Fisher–Rosemount, Honeywell, Endress & Hauser, Yokogawa, Valcom и рядом других.
Из предприятий СНГ следует отметить Метран, Манометр и Элемер.

Датчики температуры выпускаются компаниями Fisher–Rosemount, Yokogawa, Valcom. Основная погрешность большинства таких средств измерений не превышает 0,1%.

В области измерения уровня выделяются уровнемеры фирм Fisher–Rosemount, Endress & Hauser, Kronhe, Vega. Их основная погрешность составляет около 0,1–0,25%.

Производители:
Fisher-Rosemount
Endress&Hauser
Yokogawa
Valcom

Отечественные производители:
Метран
Манометр
Элемер