स्मार्ट सेन्सर आणि त्यांचा वापर

GOST R 8.673-2009 GSI नुसार "बुद्धिमान सेन्सर आणि बुद्धिमान मोजमाप यंत्रणा. मूलभूत अटी आणि व्याख्या ”, इंटेलिजेंट सेन्सर हे वर्क अल्गोरिदम आणि बाह्य सिग्नलमधून बदलणारे पॅरामीटर्स असलेले अनुकूली सेन्सर आहेत आणि ज्यामध्ये मेट्रोलॉजिकल स्व-नियंत्रण कार्य देखील लागू केले जाते.

स्मार्ट सेन्सरचे एक विशिष्ट वैशिष्ट्य म्हणजे एका अपयशानंतर स्वत: ची उपचार करण्याची आणि स्वत: ची शिकण्याची क्षमता. इंग्रजी-भाषेच्या साहित्यात, या प्रकारच्या सेन्सर्सना "स्मार्ट सेन्सर" म्हणतात. हा शब्द 1980 च्या मध्यात अडकला.

आज, स्मार्ट सेन्सर हे एम्बेडेड इलेक्ट्रॉनिक्ससह एक सेन्सर आहे, ज्यामध्ये: ADC, मायक्रोप्रोसेसर, डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर, सिस्टम-ऑन-चिप इ. आणि नेटवर्क कम्युनिकेशन प्रोटोकॉलसाठी समर्थन असलेला डिजिटल इंटरफेस आहे. अशा प्रकारे, स्मार्ट सेन्सरला वायरलेस किंवा वायर्ड सेन्सर नेटवर्कमध्ये समाविष्ट केले जाऊ शकते, इतर उपकरणांसह नेटवर्कमधील स्व-ओळख कार्यामुळे धन्यवाद.

स्मार्ट सेन्सरचा नेटवर्क इंटरफेस आपल्याला केवळ नेटवर्कशी कनेक्ट करण्याची परवानगी देत ​​​​नाही तर ते कॉन्फिगर करण्यास, कॉन्फिगर करण्यास, ऑपरेटिंग मोड निवडण्याची आणि सेन्सरचे निदान करण्यास देखील अनुमती देतो. ही ऑपरेशन्स दूरस्थपणे करण्याची क्षमता हा स्मार्ट सेन्सरचा एक फायदा आहे, ते ऑपरेट करणे आणि देखरेख करणे सोपे आहे.

आकृती एक ब्लॉक आकृती दर्शविते जे स्मार्ट सेन्सरचे मूलभूत ब्लॉक्स दर्शविते, सेन्सरला विचारात घेण्यासाठी किमान आवश्यक आहे. इनकमिंग अॅनालॉग सिग्नल (एक किंवा अधिक) वाढविले जाते, नंतर पुढील प्रक्रियेसाठी डिजिटल सिग्नलमध्ये रूपांतरित केले जाते.

रॉममध्ये कॅलिब्रेशन डेटा असतो, मायक्रोप्रोसेसर प्राप्त झालेल्या डेटाचा कॅलिब्रेशन डेटाशी संबंध जोडतो, तो दुरुस्त करतो आणि मापनाच्या आवश्यक युनिट्समध्ये रूपांतरित करतो - अशा प्रकारे विविध घटकांच्या प्रभावाशी संबंधित त्रुटी (शून्य प्रवाह, तापमानाचा प्रभाव इ.) आहे. नुकसान भरपाई दिली जाते आणि स्थितीचे प्राथमिक ट्रान्सड्यूसरसह एकाच वेळी मूल्यांकन केले जाते, जे परिणामाच्या विश्वासार्हतेवर परिणाम करू शकते.

प्रक्रियेच्या परिणामी प्राप्त केलेली माहिती वापरकर्त्याच्या प्रोटोकॉलचा वापर करून डिजिटल कम्युनिकेशन इंटरफेसद्वारे प्रसारित केली जाते. वापरकर्ता मोजमाप मर्यादा आणि सेन्सरची इतर पॅरामीटर्स सेट करू शकतो, तसेच सेन्सरची सद्यस्थिती आणि मोजमापांच्या परिणामांबद्दल माहिती मिळवू शकतो.

आधुनिक इंटिग्रेटेड सर्किट्स (चिपवरील सिस्टीम) मध्ये मायक्रोप्रोसेसर व्यतिरिक्त, मेमरी आणि परिधीय जसे की अचूक डिजिटल-टू-अॅनालॉग आणि अॅनालॉग-टू-डिजिटल कन्व्हर्टर, टाइमर, इथरनेट, यूएसबी आणि सिरीयल कंट्रोलर्स समाविष्ट आहेत. अशा इंटिग्रेटेड सर्किट्सच्या उदाहरणांमध्ये अॅनालॉग डिव्हाइसेसचे ADuC8xx, Atmel मधील AT91RM9200, टेक्सास इन्स्ट्रुमेंट्सचे MSC12xx यांचा समावेश आहे.

इंटेलिजेंट सेन्सर्सचे वितरित नेटवर्क जटिल औद्योगिक उपकरणांच्या पॅरामीटर्सचे वास्तविक-वेळ निरीक्षण आणि नियंत्रण सक्षम करतात, जेथे तांत्रिक प्रक्रिया गतिशीलपणे त्यांची स्थिती नेहमी बदलतात.

स्मार्ट सेन्सरसाठी कोणतेही एकल नेटवर्क मानक नाही आणि वायरलेस आणि वायर्ड सेन्सर नेटवर्कच्या सक्रिय विकासासाठी हा एक प्रकारचा अडथळा आहे. असे असले तरी, आज अनेक इंटरफेस वापरले जातात: RS-485, 4-20 mA, HART, IEEE-488, USB; औद्योगिक नेटवर्क कार्य करतात: ProfiBus, CANbus, Fieldbus, LIN, DeviceNet, Modbus, Interbus.

या स्थितीमुळे सेन्सर उत्पादकांच्या निवडीचा प्रश्न निर्माण झाला, कारण प्रत्येक नेटवर्क प्रोटोकॉलसाठी समान बदलासह स्वतंत्र सेन्सर तयार करणे आर्थिकदृष्ट्या व्यवहार्य नाही. दरम्यान, IEEE 1451 गटाच्या मानक "इंटेलिजेंट ट्रान्सड्यूसर इंटरफेस स्टँडर्ड्स" च्या उदयाने परिस्थिती सुलभ केली आहे, सेन्सर आणि नेटवर्कमधील इंटरफेस एकरूप झाला आहे. मानके अनुकूलनला गती देण्यासाठी डिझाइन केलेली आहेत — वैयक्तिक सेन्सरपासून सेन्सर नेटवर्कपर्यंत, अनेक उपसमूह नेटवर्कशी सेन्सर कनेक्ट करण्यासाठी सॉफ्टवेअर आणि हार्डवेअर पद्धती परिभाषित करतात.

अशा प्रकारे, IEEE 1451.1 आणि IEEE 1451.2 मानकांमध्ये उपकरणांच्या दोन वर्गांचे वर्णन केले आहे. पहिले मानक नेटवर्कशी स्मार्ट सेन्सर कनेक्ट करण्यासाठी युनिफाइड इंटरफेस परिभाषित करते; हे एनसीएपी मॉड्यूलचे वैशिष्ट्य आहे, जो सेन्सरच्या एसटीआयएम मॉड्यूल आणि बाह्य नेटवर्कमधील एक प्रकारचा पूल आहे.

दुसरे मानक STIM स्मार्ट कनवर्टर मॉड्यूलला नेटवर्क अडॅप्टरशी जोडण्यासाठी डिजिटल इंटरफेस निर्दिष्ट करते. TEDS संकल्पना सेन्सरचा इलेक्ट्रॉनिक पासपोर्ट सूचित करते, त्याच्या नेटवर्कमध्ये स्वत: ची ओळख होण्याच्या शक्यतेसाठी.TEDS मध्ये हे समाविष्ट आहे: उत्पादनाची तारीख, मॉडेल कोड, अनुक्रमांक, कॅलिब्रेशन डेटा, कॅलिब्रेशनची तारीख, मोजमापाची एकके. परिणाम म्हणजे सेन्सर आणि नेटवर्कसाठी प्लग आणि प्ले अॅनालॉग, सोपे ऑपरेशन आणि बदलण्याची हमी. अनेक स्मार्ट सेन्सर उत्पादक आधीच या मानकांचे समर्थन करतात.

सेन्सरच्या प्रकाराकडे दुर्लक्ष करून आणि विशिष्ट नेटवर्क कसे आयोजित केले जाते याची पर्वा न करता, नेटवर्कमधील सेन्सर्सचे एकत्रीकरण सॉफ्टवेअरद्वारे मापन माहितीमध्ये प्रवेश करण्याची शक्यता देते. हे एक नेटवर्क आहे जे सेन्सर आणि वापरकर्ता (संगणक) यांच्यातील पूल म्हणून काम करते, तांत्रिक समस्यांचे निराकरण करण्यात मदत करते.

अशा प्रकारे, स्मार्ट मीटरिंग प्रणाली तीन स्तरांद्वारे दर्शविली जाऊ शकते: सेन्सर पातळी, नेटवर्क पातळी, सॉफ्टवेअर पातळी. पहिला स्तर म्हणजे स्वतः सेन्सरचा स्तर, संप्रेषण प्रोटोकॉलसह एक सेन्सर. दुसरा स्तर म्हणजे सेन्सर नेटवर्क पातळी, सेन्सर ऑब्जेक्ट आणि समस्या सोडवण्याची प्रक्रिया यांच्यातील पूल.

तिसरा स्तर हा सॉफ्टवेअर स्तर आहे, जो आधीच वापरकर्त्यासह सिस्टमचा परस्परसंवाद सूचित करतो. येथे सॉफ्टवेअर पूर्णपणे भिन्न असू शकते कारण ते आता थेट सेन्सर्सच्या डिजिटल इंटरफेसशी जोडलेले नाही. उपप्रणालीशी संबंधित उप-स्तर देखील प्रणालीमध्ये शक्य आहेत.

अलिकडच्या वर्षांत, स्मार्ट सेन्सर्सच्या विकासाने अनेक दिशानिर्देश घेतले आहेत.

1. नवीन मोजमाप पद्धती ज्यांना सेन्सरच्या आत शक्तिशाली संगणन आवश्यक आहे. हे सेन्सर मोजलेल्या वातावरणाच्या बाहेर स्थित करण्यास सक्षम करेल, ज्यामुळे वाचनाची स्थिरता वाढेल आणि ऑपरेशनल नुकसान कमी होईल. सेन्सर्समध्ये कोणतेही हलणारे भाग नसतात, ज्यामुळे विश्वासार्हता सुधारते आणि देखभाल सुलभ होते.मापन ऑब्जेक्टची रचना सेन्सरच्या ऑपरेशनवर परिणाम करत नाही आणि स्थापना स्वस्त होते.

2. वायरलेस सेन्सर निर्विवादपणे आशादायक आहेत. अंतराळात वितरीत केलेल्या वस्तूंना त्यांच्या ऑटोमेशनच्या माध्यमांसह, नियंत्रकांसह वायरलेस संप्रेषण आवश्यक आहे. रेडिओ तांत्रिक उपकरणे स्वस्त होत आहेत, त्यांची गुणवत्ता वाढत आहे, वायरलेस कम्युनिकेशन केबलपेक्षा अधिक किफायतशीर आहे. प्रत्येक सेन्सर त्याच्या स्वतःच्या टाइम स्लॉटवर (TDMA), स्वतःच्या फ्रिक्वेन्सी (FDMA) वर किंवा स्वतःच्या कोडिंग (CDMA) सह शेवटी ब्लूटूथद्वारे माहिती प्रसारित करू शकतो.

3. सूक्ष्म सेन्सर औद्योगिक उपकरणांमध्ये एम्बेड केले जाऊ शकतात आणि ऑटोमेशन उपकरणे बाह्य जोडणी न करता तांत्रिक प्रक्रिया पार पाडणाऱ्या उपकरणांचा अविभाज्य भाग बनतील. अनेक क्यूबिक मिलिमीटरचा एक सेन्सर तापमान, दाब, आर्द्रता इत्यादी मोजेल, डेटावर प्रक्रिया करेल आणि नेटवर्कवर माहिती प्रसारित करेल. यंत्रांची अचूकता आणि गुणवत्ता वाढेल.

4. मल्टी-सेन्सर सेन्सरचा फायदा स्पष्ट आहे. एक सामान्य कन्व्हर्टर अनेक सेन्सर्समधील डेटाची तुलना करेल आणि त्यावर प्रक्रिया करेल, म्हणजे, अनेक स्वतंत्र सेन्सर नाही, परंतु एक, परंतु बहु-कार्यक्षम.

5. शेवटी, सेन्सर्सची बुद्धिमत्ता वाढेल. मूल्य अंदाज, शक्तिशाली डेटा प्रक्रिया आणि विश्लेषण, पूर्ण स्व-निदान, दोष अंदाज, देखभाल सल्ला, तर्क नियंत्रण आणि नियमन.

कालांतराने, स्मार्ट सेन्सर अधिकाधिक मल्टीफंक्शनल ऑटोमेशन साधने बनतील, ज्यासाठी "सेन्सर" हा शब्द देखील अपूर्ण आणि केवळ सशर्त होईल.