Přenos informace Systémy pro sběr a přenos dat. centralizované a distribuované systémy pojem inteligentní senzor standard IEEE 1451

Transkript

1 Přenos informace Systémy pro sběr a přenos dat centralizované a distribuované systémy pojem inteligentní senzor standard IEEE 1451

2 Centralizované a distribuované systémy Centralizovaný systém Krokový motor Modem Kamera Řidicí počítač systému Sensor výšky hladiny Senzor vzdálenosti Snímač tlaku Termočlánek

3 Centralizované a distribuované systémy Centralizovaný systém hvězdicovité propojení senzorů a akčních členů s řídicím uzlem řídicí uzel zpracovává data ze senzorů a vyhodnocuje akční zásahy vyhrazený komunikační kanál komunikace s kterýmkoli senzorem či akčním členem je možná kdykoliv pro přenos informace je obvykle využito napětí nebo proud citlivé na rušivé vlivy omezená přenosová kapacita, jednosměrná komunikace senzory i akční členy jsou obvykle hloupá zařízení bez lokální inteligence, ale levnější nízká flexibilita totální závislost na centrálním uzlu

4 Centralizované a distribuované systémy Distribuovaný systém vzhledem k dále uvedeným přednostem se stále více využívají v praxi Snímač tlaku Krokový motor Sensor polohy T Modem Bus T Sensor výšky hladiny Kamera Termočlánek Řídicí počítač systému

5 Centralizované a distribuované systémy Distribuovaný systém rozlehlé systémy byly téměř vždy realizovány jako distribuované toto dělení je zajímavé především pro oblast průmyslové automatizace a vozidel číslicový přenos dat vysoká odolnost vůči vnějšímu rušení, detekce chyb možnost přenosu více různých hodnot a parametrů dostupnost dat pouze v časově diskrétních okamžicích typicky obousměrná komunikace vyšší flexibilita jednodušší rozšiřování fyzické infrastruktury uzly systému jsou inteligentní senzory a akční členy lze budovat systémy nezávislé na centrálním uzlu zcela distribuované aplikace zálohovaný centrální uzel

6 Inteligentní senzor (akční člen) Kromě vlastní funkce (tj. převod měřené fyzikální veličiny na veličinu elektrickou) implementuje celou řadu dalších funkcí, umožňujících: zvýšení linearity a přesnosti snížení vlivu jiných fyzikálních veličin omezení vlivu vnějšího rušení autodiagnostiku lokální zpracování a vyhodnocení vybraných parametrů průměrná hodnota, překročení maxima či minima dočasná archivace dat číslicová komunikace vzdálená parametrizace přenos různých hodnot měřené veličiny lokální uživatelské rozhraní

7 Inteligentní senzor Blokové schéma ne všechny bloky musí být implementovány! Klasický senzor Buzení Komunikační rozhraní Senzor/ Převodník Úprava signálu A/D převod On-line zpracování dat & řízení Off-line zpracování dat Pomocné senzory analogová část číslicová část Uživatelské rozhraní

8 Inteligentní senzor Funkce bloků senzor/převodník vlastní snímač fyzikální veličiny (termočlánek, fotodioda ) různé formy elektrického výstupu (napětí, proud, náboj, odpor ) blok úpravy signálu zesílení a konverze signálu (obvykle na napětí) galvanická izolace, filtrace, detekce korekce nelinearity korekce vlivu jiných fyzikálních veličin buzení senzoru napájení ss. nebo st. proudem nebo napětím elektromechanické buzení apod.

9 Inteligentní senzor Funkce bloků A/D převod různé typy převodníků dle požadavků na rychlost a rozlišení s postupnou aproximací se sigma-delta modulací komparační (flash) převodníky on-line zpracování dat součást úpravy signálu, ale již v digitální doméně linearizace, korekce vlivu jiných fyzikálních veličin řízení buzení senzoru off-line zpracování dat vyhodnocení požadovaných parametrů (např. extrémy) lokální uložení dat, odhad trendu, diagnostika

10 Inteligentní senzor Funkce bloků uživatelské rozhraní (HMI Human Machine Interface) není příliš časté, pouze tam, kde se předpokládá lokální přítomnost či zásahy uživatele display, klávesnice obvykle poskytuje přístup pouze k základním funkcím komunikační rozhraní implementuje technické a programové prostředky nezbytné pro začlenění do distribuovaného systému požadovaného typu existuje mnoho desítek různých standardů těchto systémů, ať již otevřených nebo proprietárních pokusem o modulární konstrukci senzorů umožňující relativně snadné připojení do libovolného systému je standard IEEE1451

11 Standard IEEE1451 standard dělí inteligentní senzor na 2 části, komunikující prostřednictvím definovaného rozhraní NCAP (Network Capable Application Processor) blok zajišťující přístup k síti vlastní senzor vybavený popisem ve formě TEDS (Transducer Electronic Data Sheet) TEDS obsahuje popis samotného senzoru, jednotlivých kanálů pro načítání dat a také kalibrační data standard definuje příkazy a protokoly pro komunikaci mezi těmito bloky nezávisle na fyzické vrstvě existuje několik variant připojení NCAP bloku k samotným senzorům TII (Transducer Independent Interface) TBIM (Transducer Bus Interface Module) rádiový přenos (WiFi, ZigBee) CANopen

12 Standard IEEE1451 struktura standardu Distribuovaný systém , P NCAP , P NCAP , P NCAP or Instrument , P NCAP or Access Point , P NCAP TII/UART P STIM S A S S TBIM TBIM A A MMI (Mixed Mode Interface) S S MMX MMX A A WiFi ZigBee P S A Bluetooth P S A S A CANopen P S A - senzor - akční člen

13 Příklady inteligentních senzorů Micronas HAL805 programovatelná Hallova sonda měření vzdálenosti či úhlu natočení lze programovat: citlivost polohu nuly rozsah výstupního napětí lze kompenzovat vliv charakteristiky magnetického materiálu výstup je buď analogový (viz následující blokové schéma) nebo PWM programování se děje číslicově prostřednictvím napájecího pinu, odezvy jsou na výstupním pinu

14 Příklady inteligentních senzorů Blokové schéma Hallovy sondy HAL805 firmy Micronas V CC supply circuits temperature compensation oscillator circuit protection switched Hall probe A/D converter DSP D/A converter 100 OUT GND supply level decoding EEPROM parameters lock digital output

15 Příklady inteligentních senzorů Yokogawa EJA510 rezonanční senzor tlaku měření tlaku kapalin v potrubích je kompenzován vliv okolní teploty lze programovat: hodnotu nuly snímače rozsah výstupních číslicových hodnot maximální a minimální hodnoty alarmu senzor je vybaven autodiagnostikou senzor lze připojit prostřednictvím sběrnic HART nebo Foundation Fieldbus

16 Příklady inteligentních senzorů Blokové schéma snímače tlaku EJA510 firmy Yokogawa sensor parameters (EEPROM) setup parameters (EEPROM) Microprocessor excitation circuit Signal processing, computing, self-diagnostics, communication control communication controller MAU fieldbus communication lowpressure side highpressure side clock generator external zero adjust Converter block Capsule LCD display (optiona)