73.Особенности «интеллектуальных» датчиков физических величин. Функциональные возможности и требования, предъявляемые к «интеллектуальным» датчикам.

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. 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.).В настоящее время датчико-преобразующую аппаратуру (ДПА), имеющую цифровой выход, можно разделить на 3 группы:1.Датчики, имеющие аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и интерфейс для связи с ПЭВМ типа RS-232, RS^22, 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 даст 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». В настоящее время интенсивно создаются многофункциональные измерительные преобразователи, которые относятся только к «интеллекту­альным» устройствам (группа 3). Примерами являются: -кориолисовы расходомеры (в них осуществляется контроль температуры и измерение расхода); -преобразователь 3095MV фирмы Fisher-Rosemount, который воспринимает разность температур, температуру и давление; -расходомер Sitraus F фирмы Siemens, контролирующий расход по форме колебаний, температуру потока по амплитуде и детектирующий толщину отложений на стенках прибора. Функциональные возможности и требования, предъявляемые к «интеллектуальным» датчикам: 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;- использования 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. 1.Наличие АЦП (10 бит и более); возможность установки и ре­гулировки диапазонов входных сигналов; возможность многоканальной обработки аналоговых сигналов (наличие мультиплексора для многофунк­циональных датчиков).2.Питание от одного источника (или от двух, но с общей точ­кой); низкий уровень энергопотребления (менее 3-5 мА); наличие энерго­сберегающих режимов работы процессора. 3.Выполнение функций математического преобразования; нали­чие ядра, для которого имеются распространенные средства отладки и опыт разработки программ (например, ядро С51).4.Наличие внутренней памяти (не менее 4 кбайт); возможность загрузки модифицированных программ в память (с компьютера по сети или с переносного пульта) без удаления самого блока памяти из преобра­зователя; наличие энергосберегающей памяти (для запоминания норми­рующих параметров).5.Возможность передачи результатов измерений, а также связи с другими устройствами по шинному интерфейсу (Fieldbus, Profibus и др.). 6.Возможность организации локального вывода информации на индикаторные устройства и ввод данных с помощью кнопочной клавиату­ры (например, при использовании переносных пультов).7.Широкий диапазон рабочих температур (промышленный стан­дарт: от минус 40°С до плюс 80°С).