Интеллектуальные датчики

В последние годы появился новый класс датчиков — так называе-

мые интеллектуальные датчики. Их наиболее характерная особен-

ность — возможность не только передавать информацию об объекте

на вышестоящий уровень, но и воспринимать сигналы, поступающие

с этого уровня; можно сказать, что в отличие от обычных датчиков

интеллектуальные датчики являются устройствами с обратной связью.

Они способны самостоятельно подстраиваться под условия эксплуа-

тации и постоянно регулировать свою чувствительность. Обработка

измерений непосредственно в самом датчике увеличивает объемы

обрабатываемой информации и скорость ее обработки. Самая ценная

возможность, предоставляемая интеллектуальным датчиком, — воз-

можность получения линейного сигнала от нелинейного чувствитель-

ного элемента при помощи таблицы соответствия, хранящейся в

памяти. Этот фактор позволяет создавать интеллектуальные датчики

с очень низкой нелинейностью.

К интеллектуальным датчикам относят датчики, имеющие в сво-

ем составе АЦП, специализированный микропроцессор, сетевой

контроллер для организации односторонней или двусторонней связи

с ПЭВМ по интерфейсам RS-232, /W-485, а также посредством про-

токолов более высокого уровня: Profibus, Fieldbus Foundation. Такие

устройства осуществляют внутреннюю коррекцию получаемого ана-

логового сигнала; в них могут использоваться протоколы связи типа

HART, Modbus и др. Настройка параметров и режимов работы, диа-

гностика и калибровка интеллектуальных датчиков осуществляется

либо локально (вручную с помощью коммуникаторов различных

типов), либо непосредственно с пульта управления. Это дает возмож-

ность исключить промежуточные звенья в цепи распределенных

систем — программно-логические контроллеры, упростить техниче-

ское обслуживание за счет дистанционной диагностики и конфигу-

рирования. Именно датчики этой группы в полной мере являются

интеллектуальными.

Интеллект датчиков обеспечивает выполнение некоторого набора

из следующих функций: 1) первичная обработка информации в самом

датчике; 2) тарировка характеристик для повышения точности из-

мерения; 3) перепрограммирование характеристики преобразования

(изменение привязки нуля характеристики и перестройка диапазона

измерения); 4) накопление данных за определенное время с их при-

вязкой к сетке времени для пакетной передачи информации в циф-

ровой 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) использова-

ние сторожевого таймера для предотвращения потери программного

управления; 9) передача данных в цифровой форме по унифициро-

ванному радиоканалу.

Общая структурная схема интеллектуального датчика показана на

рис. 9.4. Измеряемый физический параметр воспринимается чувстви-

тельным 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 резуль-

тат измерения вносится коррекция (поправка). В зависимости от того,

в состав какой системы автоматизации входит датчик, используется

либо аналоговый выходной сигнал, либо цифровой. Передача циф-

ровых данных осуществляется либо по той же паре проводников, при

помощи которой подается напряжение питания и которая использу-

ется 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.

Таким образом, по сравнению с обычными, традиционными дат-

чиками современные интеллектуальные датчики обеспечивают:

1) резкое уменьшение искажений измерительной информации на

пути от датчика к контроллеру, так как вместо низковольтного ана-

лотового сигнала по кабелю, соединяющему датчики с контроллером,

идут цифровые сигналы, на которые электрические и магнитные

промышленные помехи оказывают несравнимо меньшее влияние;

2) увеличение надежности измерения благодаря самодиагностике

датчиков, так как каждый датчик сам оперативно сообщает операто-

ру факт и тип возникающего нарушения, тем самым исключая ис-

пользование для управления некачественных и/или недостоверных

измерений;

3) возможность использования принципов измерения, требующих

достаточно сложной вычислительной обработки выходных сигналов

сенсора, но имеющих ряд преимуществ перед традиционно исполь-

зуемыми принципами измерения по точности, стабильности показа-

ний, простоте установки и обслуживания датчика в процессе его

эксплуатации;

4) возможность построения мультисенсорных датчиков, в которых

преобразователь получает и перерабатывает сигналы ряда однотипных

или разнотипных чувствительных элементов;

5) возможность проведения всей необходимой первичной пере-

работки измерительной информации в датчике и выдачи им искомо-

го текущего значения измеряемой величины в заданных единицах

измерения;

6) возможность передачи в систему автоматизации не только те-

кущего значения измеряемой величины, но и добавочных сигналов

о выходе его за пределы заданных норм, а также возможность пере-

дачи по сети не каждого текущего измеряемого значения, а только

изменившегося по сравнению с предыдущим значения или вышед-

шего за пределы заданных норм значения, или значения, требующе-

го управляющего воздействия;

7) наличие в датчике базы данных для хранения значений изме-

ряемой 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 до-

статочно простом технологическом языке реализовывать в нем про-

стые алгоритмы регулирования, программного управления, блоки-

ровок механизмов;

10) возможность строить достаточно простые цепи регулирования,

программного управления, блокировок на самом нижнем уровне

управления из трех компонентов: интеллектуальных датчиков, по-

левой сети и интеллектуальных исполнительных механизмов, не за-

гружая этими вычислительными операциями контроллеры, что по-

зволяет использовать мощность контроллеров для реализации в них

достаточно сложных и совершенных алгоритмов управления.