Sensor pintar dan penggunaannya
Menurut GOST R 8.673-2009 GSI "Sensor cerdas dan sistem pengukuran cerdas. Istilah dan definisi dasar ”, sensor cerdas adalah sensor adaptif yang berisi algoritma kerja dan parameter yang berubah dari sinyal eksternal, dan di mana fungsi kontrol diri metrologi juga diterapkan.
Ciri khas sensor pintar adalah kemampuan untuk menyembuhkan diri sendiri dan belajar sendiri setelah satu kegagalan. Dalam literatur berbahasa Inggris, sensor jenis ini disebut "sensor pintar". Istilah ini macet di pertengahan 1980-an.
Saat ini, sensor pintar adalah sensor dengan elektronik tertanam, termasuk: ADC, mikroprosesor, prosesor sinyal digital, sistem-on-chip, dll., Dan antarmuka digital dengan dukungan untuk protokol komunikasi jaringan. Dengan cara ini, sensor pintar dapat dimasukkan ke dalam jaringan sensor nirkabel atau kabel, berkat fungsi identifikasi diri dalam jaringan bersama dengan perangkat lain.
Antarmuka jaringan sensor pintar memungkinkan Anda tidak hanya untuk menghubungkannya ke jaringan, tetapi juga untuk mengonfigurasinya, mengonfigurasinya, memilih mode operasi, dan mendiagnosis sensor. Kemampuan untuk melakukan operasi ini dari jarak jauh merupakan keuntungan dari sensor cerdas, karena lebih mudah dioperasikan dan dipelihara.
Gambar tersebut menunjukkan diagram blok yang menunjukkan blok dasar sensor pintar, minimum yang diperlukan agar sensor dianggap seperti itu. Sinyal analog yang masuk (satu atau lebih) diperkuat, kemudian diubah menjadi sinyal digital untuk diproses lebih lanjut.
ROM berisi data kalibrasi, mikroprosesor mengkorelasikan data yang diterima dengan data kalibrasi, mengoreksinya dan mengubahnya menjadi satuan pengukuran yang diperlukan - sehingga kesalahan yang terkait dengan pengaruh berbagai faktor (penyimpangan nol, pengaruh suhu, dll.) adalah dikompensasi dan kondisi dievaluasi secara bersamaan dengan transduser utama, yang dapat mempengaruhi keandalan hasil.
Informasi yang diperoleh sebagai hasil pemrosesan ditransmisikan melalui antarmuka komunikasi digital menggunakan protokol pengguna. Pengguna dapat mengatur batas pengukuran dan parameter sensor lainnya, serta mendapatkan informasi tentang status sensor saat ini dan hasil pengukuran.
Sirkuit terintegrasi modern (sistem pada sebuah chip) termasuk, selain mikroprosesor, memori dan periferal seperti konverter digital-ke-analog dan analog-ke-digital presisi, pengatur waktu, Ethernet, USB, dan pengontrol serial. Contoh sirkuit terintegrasi tersebut termasuk ADuC8xx dari Analog Devices, AT91RM9200 dari Atmel, MSC12xx dari Texas Instruments.
Jaringan terdistribusi dari sensor cerdas memungkinkan pemantauan dan kontrol parameter peralatan industri yang kompleks secara real-time, di mana proses teknologi secara dinamis mengubah statusnya setiap saat.
Tidak ada standar jaringan tunggal untuk sensor pintar dan ini merupakan semacam hambatan untuk pengembangan aktif jaringan sensor nirkabel dan kabel. Namun demikian, banyak antarmuka yang digunakan saat ini: RS-485, 4-20 mA, HART, IEEE-488, USB; jaringan industri berfungsi: ProfiBus, CANbus, Fieldbus, LIN, DeviceNet, Modbus, Interbus.
Keadaan ini menimbulkan pertanyaan tentang pilihan produsen sensor, karena tidak ekonomis untuk setiap protokol jaringan untuk memproduksi sensor terpisah dengan modifikasi yang sama. Sementara itu, munculnya kelompok standar IEEE 1451 "Standar Antarmuka Transduser Cerdas" meringankan kondisi, antarmuka antara sensor dan jaringan menjadi satu. Standar dirancang untuk mempercepat adaptasi — dari sensor individual ke jaringan sensor, beberapa subkelompok menentukan metode perangkat lunak dan perangkat keras untuk menghubungkan sensor ke jaringan.
Dengan demikian, dua kelas perangkat dijelaskan dalam standar IEEE 1451.1 dan IEEE 1451.2. Standar pertama mendefinisikan antarmuka terpadu untuk menghubungkan sensor cerdas ke jaringan; ini adalah spesifikasi modul NCAP, yang merupakan semacam jembatan antara modul STIM dari sensor itu sendiri dan jaringan eksternal.
Standar kedua menentukan antarmuka digital untuk menghubungkan modul konverter pintar STIM ke adaptor jaringan. Konsep TEDS menyiratkan paspor elektronik dari sensor, untuk kemungkinan identifikasi diri di jaringan.TEDS meliputi: tanggal pembuatan, kode model, nomor seri, data kalibrasi, tanggal kalibrasi, satuan pengukuran. Hasilnya adalah analog plug and play untuk sensor dan jaringan, pengoperasian mudah dan jaminan penggantian. Banyak produsen sensor pintar sudah mendukung standar ini.
Hal utama yang diberikan oleh integrasi sensor dalam jaringan adalah kemungkinan mengakses informasi pengukuran melalui perangkat lunak, terlepas dari jenis sensor dan bagaimana jaringan tertentu diatur. Ternyata menjadi jaringan yang berfungsi sebagai jembatan antara sensor dan pengguna (komputer), membantu memecahkan masalah teknologi.
Dengan demikian, sistem pengukuran cerdas dapat diwakili oleh tiga level: level sensor, level jaringan, level perangkat lunak. Level pertama adalah level sensor itu sendiri, sensor dengan protokol komunikasi. Tingkat kedua adalah tingkat jaringan sensor, jembatan antara objek sensor dan proses pemecahan masalah.
Level ketiga adalah level perangkat lunak, yang menyiratkan interaksi sistem dengan pengguna. Perangkat lunak di sini bisa sangat berbeda karena tidak lagi terikat langsung ke antarmuka digital sensor. Sub-level yang terkait dengan subsistem juga dimungkinkan di dalam sistem.
Dalam beberapa tahun terakhir, pengembangan sensor pintar telah mengambil beberapa arah.
1. Metode pengukuran baru yang membutuhkan komputasi canggih di dalam sensor. Ini akan memungkinkan sensor ditempatkan di luar lingkungan yang diukur, sehingga meningkatkan stabilitas pembacaan dan mengurangi kerugian operasional. Sensor tidak memiliki bagian bergerak, yang meningkatkan keandalan dan menyederhanakan perawatan.Desain benda ukur tidak mempengaruhi pengoperasian sensor dan pemasangan menjadi lebih murah.
2. Sensor nirkabel sangat menjanjikan. Objek bergerak yang didistribusikan di ruang angkasa memerlukan komunikasi nirkabel dengan alat otomatisasinya, dengan pengontrol. Perangkat teknis radio menjadi lebih murah, kualitasnya meningkat, komunikasi nirkabel seringkali lebih ekonomis daripada kabel. Setiap sensor dapat mengirimkan informasi pada slot waktunya sendiri (TDMA), pada frekuensinya sendiri (FDMA) atau dengan pengkodeannya sendiri (CDMA), akhirnya Bluetooth.
3. Sensor miniatur dapat disematkan pada peralatan industri, dan peralatan otomasi akan menjadi bagian integral dari peralatan yang melakukan proses teknologi, bukan tambahan eksternal. Sensor dengan volume beberapa milimeter kubik akan mengukur suhu, tekanan, kelembapan, dll., memproses data dan mengirimkan informasi melalui jaringan. Akurasi dan kualitas instrumen akan meningkat.
4. Keunggulan sensor multi-sensor sudah jelas. Konverter umum akan membandingkan dan memproses data dari beberapa sensor, bukan beberapa sensor terpisah, tetapi satu, tetapi multifungsi.
5. Terakhir, kecerdasan sensor akan meningkat. Prediksi nilai, pemrosesan dan analisis data yang kuat, diagnosis mandiri penuh, prediksi kesalahan, saran pemeliharaan, kontrol dan regulasi logika.
Seiring waktu, sensor pintar akan menjadi alat otomatisasi yang semakin multifungsi, yang bahkan istilah "sensor" itu sendiri akan menjadi tidak lengkap dan hanya bersyarat.