Современные датчики, являющиеся важнейшими частями микропроцессорных систем управления технологическими объектами и производством в целом, из одно функциональных средств определения текущих значений измеряемых величин постепенно превращаются в многофункциональные средства автоматизации, которые решают еще целый ряд задач по диагностике, преобразованию измерительной информации, выполнению простых алгоритмов управления и т. д.. Такая многофункциональность стала возможна после оснащения датчиков встроенным микропроцессором. Быстрое развитие микропроцессорной техники, рост мощности микропроцессоров при одновременном их резком удешевлении делают экономически выгодным включение их в датчики любых типов.
В последние годы за датчиками, в которые встроен микропроцессор, закрепилось название «интеллектуальные датчики». Как в обиходной речи, так и в литературе под этим термином понимают разные по возможностям классы приборов. Интеллектуальным датчиком обозначается как датчик, в котором микропроцессор используется только для простейших, фиксированных в нем вычислительных преобразований значений измеряемой величины; так и прибор, являющийся многофункциональным программируемым измерительным средством, имеющим интерфейсы к типовым полевым сетям.
Рассматриваются только современные интеллектуальные датчики, которые выполняют, кроме процесса измерения, преобразования измеряемых сигналов в типовые аналоговые и цифровые значения, самодиагностику своей работы, дистанционную настройку диапазона измерения, первичную обработку измерительной информации, иногда еще ряд достаточно простых, типовых алгоритмов контроля и управления. Они имеют интерфейсы к стандартным/типовым полевым цифровым сетям, что делает их совместимыми с практически любыми современными средствами автоматизации, и позволяет информационно общаться с этими средствами и получать питание от блоков питания этих средств. По сути, указанный здесь класс измерительных средств, именуемый в обзоре как «современные интеллектуальные датчики», объединяет в себе функции датчика и ряд функций контроллера и изменяет всю структуру нижнего уровня систем автоматизации производства.
Кратко сопоставим современные интеллектуальные датчики с обычными, традиционными датчиками.
1.1.Резкое уменьшение искажений измерительной информации на пути от датчика к контроллеру, т. к. вместо низковольтного аналогового сигнала по кабелю, соединяющему датчики с контроллером, идут цифровые сигналы, на которые электрические и магнитные промышленные помехи оказывают несравнимо меньшее влияние.
1.2.Увеличение надежности измерения за счет самодиагностики датчиков, т. к. каждый датчик сам оперативно сообщает оператору факт и тип возникающего нарушения, тем самым исключая использование для управления некачественных и/или недостоверных измерений.
1.3.Возможность использования принципов измерения, требующих достаточно сложной вычислительной обработки выходных сигналов сенсора, но имеющих ряд преимуществ перед традиционно используемыми принципами измерения по точности, стабильности показаний, простоте установки и обслуживания датчика в процессе его эксплуатации.
1.4. Возможность построения мультисенсорных датчиков, в которых преобразователь получает и перерабатывает сигналы ряда однотипных или разнотипных чувствительных элементов.
1.5. Возможность проведения всей необходимой первичной переработки измерительной информации в датчике и выдачи им искомого текущего значения измеряемой величины в заданных единицах измерения.
1.6. Возможность передачи в систему автоматизации не только текущего значения измеряемой величины, но и добавочных сигналов о выходе его за пределы заданных норм, а также возможность передачи по сети не каждого текущего измеряемого значения, а только изменившегося по сравнению с предыдущим значения, или вышедшего за пределы заданных норм значения, или значения, требующего управляющего воздействия.
1.7.Наличие в датчике базы данных для хранения значений измеряемой величины за заданный длительный интервал времени.
1.8.Возможность дистанционно с пульта оператора в оперативном режиме выбирать диапазон измерения датчика.
1.9.Возможность, путем программирования работы датчика на достаточно простом технологическом языке, реализовывать в нем простые алгоритмы регулирования, программного управления, блокировок механизмов.
1.10.Возможность строить достаточно простые цепи регулирования, программного управления, блокировок на самом нижнем уровне управления из трех компонентов: интеллектуальных датчиков, полевой сети и интеллектуальных исполнительных механизмов, не загружая этими вычислительными операциями контроллеры, что позволяет использовать мощность контроллеров для реализации в них достаточно сложных и совершенных алгоритмов управления.
studfiles.net
Они способны самостоятельно подстраиваться под условия эксплуатации и постоянно регулировать свою чувствительность.
К интеллектуальным датчикам относят датчики, имеющие в своем составе АЦП, специализированный микропроцессор, сетевой контроллер для организации односторонней или двусторонней связи с ПЭВМ по интерфейсам RS-232, /W-485, а также посредством протоколов более высокого уровня: Profibus, Fieldbus Foundation. Такие устройства осуществляют внутреннюю коррекцию получаемого аналогового сигнала; в них могут использоваться протоколы связи типа HART, Modbus и др. Настройка параметров и режимов работы, диагностика и калибровка интеллектуальных датчиков осуществляется либо локально , либо непосредственно с пульта управления.
Слайд №11
Интеллект датчиков обеспечивает выполнение некоторого набора из следующих функций:
…
1) первичная обработка информации в самом датчике;
2) тарировка характеристик для повышения точности измерения;
3) перепрограммирование характеристики преобразования;
4) накопление данных за определенное время с их привязкой к сетке времени для пакетной передачи информации в цифровой форме;
5) самотестирование;
6) формирование выходных данных в унифицированной аналоговой и/или цифровой форме;
7) реализация режима периодической подачи и отключения питания
и других способов минимизации энергопотребления;
8) использование сторожевого таймера для предотвращения потери программного управления;
9) передача данных в цифровой форме по унифицированному радиоканалу.
Слайд №12
Общая структурная схема интеллектуального датчика показана на рис. 9.4.
Слайд №13
Измеряемый физический параметр воспринимается чувствительным элементом, на выходе которого возникает электрический сигнал, соответствующий значению параметра. В памяти датчика содержится эталонная (паспортная) характеристика преобразования. При помощи одной из подпрограмм она сравнивается с текущей характеристикой датчика, и по результатам этого сравнения в результат измерения вносится коррекция (поправка). В зависимости от того, в состав какой системы автоматизации входит датчик, используется либо аналоговый выходной сигнал, либо цифровой. Передача цифровых данных осуществляется либо по той же паре проводников, при помощи которой подается напряжение питания и которая используется для передачи выходного аналогового сигнала, либо через общую для ряда датчиков цифровую проводную сеть. В случае значительно-
го удаления датчиков от основных средств системы автоматизации датчик с помощью отдельных специальных средств телемеханики может общаться с контроллером по радиоканалу.
Слайд №14
Таким образом, по сравнению с обычными, традиционными датчиками современные интеллектуальные датчики обеспечивают:
1) резкое уменьшение искажений измерительной информации на пути от датчика к контроллеру ;
2) увеличение надежности измерения благодаря самодиагностике датчиков;
3) возможность использования принципов измерения, требующих
достаточно сложной вычислительной обработки выходных сигналов;
4) возможность построения мультисенсорных датчиков ;
5) возможность проведения всей необходимой первичной переработки измерительной информации в датчике;
6) возможность передачи в систему автоматизации не только текущего значения измеряемой величины, но и добавочных сигналов;
7) наличие в датчике базы данных для хранения значений измеряемой величины за заданный длительный интервал времени;
8) возможность дистанционно с пульта оператора в оперативном режиме выбирать диапазон измерения датчика, устанавливать ноль прибора;
9) возможность путем программирования работы датчика на достаточно простом технологическом языке реализовывать в нем простые алгоритмы регулирования, программного управления, блокировок механизмов;
10) возможность строить достаточно простые цепи регулирования, программного управления, блокировок на самом нижнем уровне управления из трех компонентов: интеллектуальных датчиков, полевой сети и интеллектуальных исполнительных механизмов.
Слайд №15
| | | следующая страница ==> | |
| Электро- и пневмосиловые преобразователи ГСП | | | Элементы промышленной пневмоавтоматики |
Дата добавления: 2014-12-09; просмотров: 1.
Поделиться с ДРУЗЬЯМИ:refac.ru
Введение
Одной из наиболее важных проблем, возникающих при создании и эксплуатации судовых технических систем, является обеспечение требуемого качества и надежности управления в условиях возмущающих факторов, к которым относятся изменения параметров регулируемого процесса и среды функционирования системы.
Для управления сложными динамическими объектами используются методы и технологии искусственного интеллекта как средства борьбы с неопределенностью внешней среды.
Бурное развитие интегральной схемотехники привело к созданию принципиально новых измерительных преобразователей-интеллектуальных датчиков, содержащих в одном корпусе преобразователь и микропроцессор, что позволяет выполнять основные операции по преобразованию и повышению достоверности измерительной информации в месте ее возникновения.
Использование интеллектуальных датчиков (ИД) дает возможность по-новому подойти к распределению функций между основными элементами систем контроля и управления, в частности освободить центральный процессор от необходимости обработки больших объемов первичной информации.
ИД позволяет обеспечить выполнение соответствующих функций, повышающих информативность выходного сигнала, формирование потока данных с необходимой достоверностью на основе анализа достаточно большого числа результатов отдельных, относительно недостоверных измерителей.
ИД представляет собой совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих отображение свойств объекта контроля или управления в виде некоторой структуры данных, формируемых в результате обработки выходного сигнала измерительного преобразователя по определенному алгоритму.
Можно дать следующее определение интеллектуального датчика: это датчик, обладающий способностью автоматической адаптации к источнику сигнала и окружающей среды, а также способностью контролировать свои функции, корректировать ошибки измерений.
Интеллектуальный датчик представляет собой электронное устройство, основанное на объединении чувствительных элементов, схем преобразования сигналов и средств микропроцессорной техники.
Использование микропроцессоров и однокристальных микро-ЭВМ непосредственно в составе датчиков обеспечивает возможность улучшения метрологических и эксплуатационных характеристик.
Одним из основных принципов интеллектуального подхода к созданию исполнительных механизмов нового поколения заключается в переносе функциональной нагрузки от механических узлов к интеллектуальным (электронным, компьютерным и информационным) компонентам, которые легко перепрограммируются под новые задачи.
Для реализации интеллектуальных ИМ используются четыре основных функциональных блока:
Из выше сказанного следует, что при использовании новых технологий и методов обработки сигналов на хорошо известных принципах измерения создаются датчики со значительно лучшими свойствами.
Раздел 1. Понятие интеллектуального датчика. Принцип работы. Требования PC к интеллектуальным датчикам
1.1 Понятие об интеллектуальных датчиках
Новейшие средства микроэлектроники позволили помимо измерительных и подстроечных элементов интегрировать в датчики аналого-цифровые преобразователи и микропроцессоры, по-новому подойдя к проблеме распределения функций между элементами систем контроля и управления.
Объединение цифровых схем и микропроцессоров в одном устройстве позволяет производить не только усиление и коррекцию, но и часть обработки информации в самом датчике.
Такие интегральные датчики могут не только контролировать измеряемые величины, но и осуществлять их оценку, коррекцию по определенным критериям, контролировать свои собственные характеристики, работать в режиме диалога с центральной системой управления, принимать команды, передавать измеренные значения в цифровой форме, а также аварийные сообщения.
В отличие от интегральных датчиков, в которых на базе новых технологий осуществляется объединение чувствительных элементов со схемами их включения, а также линеаризация характеристик и термокомпенсация, датчики с встроенными вычислительными средствами принято называть интеллектуальными, учитывая многообразие их функций, возможности самоконтроля и двустороннего обмена информацией с системой управления.
Интеллектуальный датчик в силу особенностей своей структуры и расширенных функциональных возможностей позволяет обеспечить либо выполнение соответствующих функций, повышающих информативность выходного сигнала до необходимого уровня, либо формирование потока данных с необходимой достоверностью на основе анализа достаточно большого количества результатов отдельных, относительно недостоверных измерений. В результате реальные метрологические характеристики интеллектуальных ИП оказываются существенно выше характерист
geum.ru
