เซ็นเซอร์อัจฉริยะและการใช้งาน

ตาม GOST R 8.673-2009 GSI "เซ็นเซอร์อัจฉริยะและระบบการวัดอัจฉริยะ คำศัพท์และคำจำกัดความพื้นฐาน ” เซ็นเซอร์อัจฉริยะคือเซ็นเซอร์แบบปรับได้ที่มีอัลกอริธึมการทำงานและพารามิเตอร์ที่เปลี่ยนจากสัญญาณภายนอก และมีการใช้ฟังก์ชันของการควบคุมตนเองทางมาตรวิทยาด้วย

คุณลักษณะที่โดดเด่นของเซ็นเซอร์อัจฉริยะคือความสามารถในการรักษาตัวเองและเรียนรู้ด้วยตนเองหลังจากเกิดความล้มเหลวเพียงครั้งเดียว ในวรรณคดีภาษาอังกฤษ เซ็นเซอร์ประเภทนี้เรียกว่า "เซ็นเซอร์อัจฉริยะ" คำนี้ติดอยู่ในช่วงกลางทศวรรษที่ 1980

ปัจจุบัน เซ็นเซอร์อัจฉริยะคือเซ็นเซอร์ที่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ฝังอยู่ ซึ่งรวมถึง: ADC, ไมโครโปรเซสเซอร์, ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัล, ระบบบนชิป ฯลฯ และอินเทอร์เฟซดิจิทัลที่รองรับโปรโตคอลการสื่อสารเครือข่าย ด้วยวิธีนี้ เซ็นเซอร์อัจฉริยะสามารถรวมอยู่ในเครือข่ายเซ็นเซอร์แบบไร้สายหรือแบบใช้สาย ต้องขอบคุณฟังก์ชันการระบุตัวตนในเครือข่ายร่วมกับอุปกรณ์อื่นๆ

อินเทอร์เฟซเครือข่ายของเซ็นเซอร์อัจฉริยะช่วยให้คุณไม่เพียงแค่เชื่อมต่อกับเครือข่ายเท่านั้น แต่ยังสามารถกำหนดค่า กำหนดค่า เลือกโหมดการทำงาน และวิเคราะห์เซ็นเซอร์ได้อีกด้วย ความสามารถในการดำเนินการเหล่านี้จากระยะไกลเป็นข้อได้เปรียบของเซ็นเซอร์อัจฉริยะ ซึ่งใช้งานและบำรุงรักษาได้ง่ายกว่า

รูปภาพแสดงบล็อกไดอะแกรมที่แสดงบล็อกพื้นฐานของเซ็นเซอร์อัจฉริยะ ซึ่งเป็นค่าต่ำสุดที่จำเป็นสำหรับเซ็นเซอร์ที่จะต้องพิจารณาในลักษณะดังกล่าว สัญญาณอะนาล็อกที่เข้ามา (หนึ่งหรือมากกว่า) จะถูกขยาย จากนั้นแปลงเป็นสัญญาณดิจิตอลสำหรับการประมวลผลเพิ่มเติม

ROM ประกอบด้วยข้อมูลการสอบเทียบ ไมโครโปรเซสเซอร์เชื่อมโยงข้อมูลที่ได้รับกับข้อมูลการสอบเทียบ แก้ไขและแปลงเป็นหน่วยการวัดที่จำเป็น ดังนั้นข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับอิทธิพลของปัจจัยต่างๆ (การเลื่อนเป็นศูนย์ อิทธิพลของอุณหภูมิ ฯลฯ) คือ มีการชดเชยและประเมินเงื่อนไขพร้อมกันกับทรานสดิวเซอร์หลัก ซึ่งอาจส่งผลต่อความน่าเชื่อถือของผลลัพธ์

ข้อมูลที่ได้รับจากการประมวลผลจะถูกส่งผ่านอินเทอร์เฟซการสื่อสารแบบดิจิทัลโดยใช้โปรโตคอลของผู้ใช้ ผู้ใช้สามารถตั้งค่าขีดจำกัดการวัดและพารามิเตอร์อื่นๆ ของเซ็นเซอร์ ตลอดจนรับข้อมูลเกี่ยวกับสถานะปัจจุบันของเซ็นเซอร์และผลลัพธ์ของการวัด

วงจรรวมสมัยใหม่ (ระบบบนชิป) รวมถึงนอกเหนือจากไมโครโปรเซสเซอร์ หน่วยความจำ และอุปกรณ์ต่อพ่วง เช่น ตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อกและอนาล็อกเป็นดิจิตอลที่มีความแม่นยำ ตัวจับเวลา อีเธอร์เน็ต USB และตัวควบคุมอนุกรม ตัวอย่างของวงจรรวมดังกล่าว ได้แก่ ADuC8xx จาก Analog Devices, AT91RM9200 จาก Atmel, MSC12xx จาก Texas Instruments

เครือข่ายแบบกระจายของเซ็นเซอร์อัจฉริยะช่วยให้สามารถติดตามและควบคุมพารามิเตอร์ของอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่ซับซ้อนได้แบบเรียลไทม์ โดยกระบวนการทางเทคโนโลยีจะเปลี่ยนสถานะแบบไดนามิกตลอดเวลา

ไม่มีมาตรฐานเครือข่ายเดียวสำหรับเซ็นเซอร์อัจฉริยะ และนี่เป็นอุปสรรคสำหรับการพัฒนาเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สายและแบบมีสาย อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันมีการใช้อินเทอร์เฟซจำนวนมาก: RS-485, 4-20 mA, HART, IEEE-488, USB; เครือข่ายอุตสาหกรรมทำงาน: ProfiBus, CANbus, Fieldbus, LIN, DeviceNet, Modbus, Interbus

สถานการณ์นี้ทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับทางเลือกของผู้ผลิตเซ็นเซอร์ เนื่องจากแต่ละโปรโตคอลเครือข่ายไม่คุ้มค่าที่จะผลิตเซ็นเซอร์แยกต่างหากด้วยการดัดแปลงแบบเดียวกัน ในขณะเดียวกัน การเกิดขึ้นของกลุ่มมาตรฐาน IEEE 1451 "Intelligent Transducer Interface Standards" ทำให้เงื่อนไขง่ายขึ้น อินเทอร์เฟซระหว่างเซ็นเซอร์และเครือข่ายเป็นหนึ่งเดียว มาตรฐานได้รับการออกแบบมาเพื่อเร่งการปรับตัว ตั้งแต่เซ็นเซอร์แต่ละตัวไปจนถึงเครือข่ายเซ็นเซอร์ กลุ่มย่อยหลายกลุ่มกำหนดวิธีการของซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์สำหรับการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับเครือข่าย

ดังนั้นจึงมีการอธิบายอุปกรณ์สองประเภทในมาตรฐาน IEEE 1451.1 และ IEEE 1451.2 มาตรฐานแรกกำหนดอินเทอร์เฟซแบบครบวงจรสำหรับการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์อัจฉริยะเข้ากับเครือข่าย นี่คือข้อมูลจำเพาะของโมดูล NCAP ซึ่งเป็นสะพานเชื่อมระหว่างโมดูล STIM ของเซ็นเซอร์เองกับเครือข่ายภายนอก

มาตรฐานที่สองระบุอินเทอร์เฟซดิจิทัลสำหรับเชื่อมต่อโมดูล STIM smart converter กับอะแดปเตอร์เครือข่าย แนวคิด TEDS แสดงถึงหนังสือเดินทางอิเล็กทรอนิกส์ของเซนเซอร์ เพื่อความเป็นไปได้ในการระบุตัวตนในเครือข่ายTEDS ประกอบด้วย: วันที่ผลิต รหัสรุ่น หมายเลขซีเรียล ข้อมูลการสอบเทียบ วันที่สอบเทียบ หน่วยการวัด ผลลัพธ์ที่ได้คืออะนาล็อกแบบพลักแอนด์เพลย์สำหรับเซ็นเซอร์และเครือข่าย รับประกันการใช้งานและเปลี่ยนทดแทนได้ง่าย ผู้ผลิตเซ็นเซอร์อัจฉริยะหลายรายรองรับมาตรฐานเหล่านี้แล้ว

สิ่งสำคัญที่การรวมเซ็นเซอร์ในเครือข่ายคือความเป็นไปได้ในการเข้าถึงข้อมูลการวัดผ่านซอฟต์แวร์ โดยไม่คำนึงถึงประเภทของเซ็นเซอร์และวิธีการจัดระเบียบเครือข่าย กลายเป็นเครือข่ายที่ทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างเซ็นเซอร์และผู้ใช้ (คอมพิวเตอร์) ช่วยแก้ปัญหาทางเทคโนโลยี

ดังนั้น ระบบวัดแสงอัจฉริยะสามารถแสดงได้สามระดับ: ระดับเซ็นเซอร์ ระดับเครือข่าย ระดับซอฟต์แวร์ ระดับแรกคือระดับของตัวเซ็นเซอร์เอง ซึ่งเป็นเซ็นเซอร์ที่มีโปรโตคอลการสื่อสาร ระดับที่สองคือระดับเครือข่ายเซ็นเซอร์ สะพานเชื่อมระหว่างวัตถุเซ็นเซอร์และกระบวนการแก้ปัญหา

ระดับที่สามคือระดับซอฟต์แวร์ ซึ่งแสดงถึงการโต้ตอบของระบบกับผู้ใช้อยู่แล้ว ซอฟต์แวร์ที่นี่อาจแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงเนื่องจากไม่ได้เชื่อมโยงโดยตรงกับอินเทอร์เฟซดิจิทัลของเซ็นเซอร์อีกต่อไป ระดับย่อยที่เกี่ยวข้องกับระบบย่อยยังเป็นไปได้ภายในระบบ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การพัฒนาเซ็นเซอร์อัจฉริยะได้ดำเนินไปหลายทิศทาง

1. วิธีการวัดแบบใหม่ที่ต้องใช้การประมวลผลอันทรงพลังภายในเซ็นเซอร์ สิ่งนี้จะช่วยให้เซ็นเซอร์อยู่นอกสภาพแวดล้อมที่วัดได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความเสถียรของการอ่านค่าและลดการสูญเสียจากการปฏิบัติงาน เซ็นเซอร์ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและทำให้การบำรุงรักษาง่ายขึ้นการออกแบบวัตถุวัดไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของเซ็นเซอร์และการติดตั้งจะมีราคาถูกลง

2. เซ็นเซอร์ไร้สายมีแนวโน้มที่ปฏิเสธไม่ได้ การย้ายวัตถุที่กระจายอยู่ในอวกาศนั้นต้องการการสื่อสารแบบไร้สายด้วยวิธีการทำงานอัตโนมัติกับตัวควบคุม อุปกรณ์ทางเทคนิควิทยุมีราคาถูกลง คุณภาพเพิ่มขึ้น การสื่อสารแบบไร้สายมักจะประหยัดกว่าการใช้สายเคเบิล เซ็นเซอร์แต่ละตัวสามารถส่งข้อมูลในช่องเวลาของตัวเอง (TDMA) บนความถี่ของตัวเอง (FDMA) หรือด้วยการเข้ารหัสของตัวเอง (CDMA) สุดท้ายคือบลูทูธ

3. เซ็นเซอร์ขนาดเล็กสามารถฝังอยู่ในอุปกรณ์อุตสาหกรรม และอุปกรณ์อัตโนมัติจะกลายเป็นส่วนสำคัญของอุปกรณ์ที่ดำเนินกระบวนการทางเทคโนโลยี ไม่ใช่ส่วนเพิ่มเติมภายนอก เซ็นเซอร์ที่มีปริมาตรหลายลูกบาศก์มิลลิเมตรจะวัดอุณหภูมิ ความดัน ความชื้น ฯลฯ ประมวลผลข้อมูลและส่งข้อมูลผ่านเครือข่าย ความแม่นยำและคุณภาพของเครื่องมือจะเพิ่มขึ้น

4. ข้อดีของเซ็นเซอร์หลายตัวนั้นชัดเจน ตัวแปลงทั่วไปจะเปรียบเทียบและประมวลผลข้อมูลจากเซ็นเซอร์หลายตัว นั่นคือไม่ใช่เซ็นเซอร์หลายตัวแยกจากกัน แต่เป็นเซ็นเซอร์เดียว แต่เป็นมัลติฟังก์ชั่น

5. ในที่สุด ความฉลาดของเซ็นเซอร์จะเพิ่มขึ้น การคาดคะเนค่า การประมวลผลและการวิเคราะห์ข้อมูลที่มีประสิทธิภาพ การวินิจฉัยตัวเองแบบสมบูรณ์ การคาดคะเนข้อผิดพลาด คำแนะนำในการบำรุงรักษา การควบคุมและระเบียบแบบลอจิก

เมื่อเวลาผ่านไป เซ็นเซอร์อัจฉริยะจะกลายเป็นเครื่องมืออัตโนมัติแบบมัลติฟังก์ชั่นมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งแม้แต่คำว่า "เซ็นเซอร์" เองก็จะกลายเป็นคำที่ไม่สมบูรณ์และเป็นเพียงเงื่อนไข