스마트 센서와 그 용도
GOST R 8.673-2009 GSI에 따르면 "지능형 센서 및 지능형 측정 시스템. 기본 용어 및 정의 ", 지능형 센서는 외부 신호에서 변경되는 작업 알고리즘 및 매개 변수를 포함하고 도량형 자체 제어 기능도 구현되는 적응 형 센서입니다.
스마트 센서의 특징은 단일 장애 후 자가 치유 및 자가 학습 능력입니다. 영문 문헌에서는 이러한 유형의 센서를 "스마트 센서"라고 합니다. 이 용어는 1980년대 중반에 고착되었습니다.
오늘날 스마트 센서는 ADC, 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 시스템 온 칩 등 전자 장치가 내장된 센서와 네트워크 통신 프로토콜을 지원하는 디지털 인터페이스입니다. 이와 같이 스마트 센서는 다른 장치와 함께 네트워크에서 자체 식별 기능을 통해 무선 또는 유선 센서 네트워크에 포함될 수 있습니다.
스마트 센서의 네트워크 인터페이스를 사용하면 네트워크에 연결할 수 있을 뿐만 아니라 구성, 구성, 작동 모드 선택 및 센서 진단이 가능합니다. 이러한 작업을 원격으로 수행할 수 있는 기능은 스마트 센서의 장점이며 작동 및 유지 관리가 더 쉽습니다.
그림은 스마트 센서의 기본 블록을 나타내는 블록 다이어그램으로, 센서가 그렇게 간주되기 위해 필요한 최소한의 블록입니다. 들어오는 아날로그 신호(하나 이상)는 증폭된 다음 추가 처리를 위해 디지털 신호로 변환됩니다.
ROM에는 교정 데이터가 포함되어 있고 마이크로프로세서는 수신된 데이터를 교정 데이터와 연관시키고 이를 수정하여 필요한 측정 단위로 변환합니다. 따라서 다양한 요인(제로 드리프트, 온도 영향 등)의 영향과 관련된 오류는 다음과 같습니다. 보상되고 조건은 결과의 신뢰성에 영향을 미칠 수 있는 기본 변환기와 동시에 평가됩니다.
처리 결과 얻은 정보는 사용자의 프로토콜을 사용하여 디지털 통신 인터페이스를 통해 전송됩니다. 사용자는 센서의 측정 한계 및 기타 매개변수를 설정할 수 있을 뿐만 아니라 센서의 현재 상태 및 측정 결과에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.
최신 집적 회로(시스템 온 칩)에는 마이크로프로세서 외에도 정밀 디지털-아날로그 및 아날로그-디지털 변환기, 타이머, 이더넷, USB 및 직렬 컨트롤러와 같은 주변 장치와 메모리가 포함됩니다. 이러한 집적 회로의 예로는 Analog Devices의 ADuC8xx, Atmel의 AT91RM9200, Texas Instruments의 MSC12xx가 있습니다.
지능형 센서의 분산 네트워크는 기술 프로세스가 항상 상태를 동적으로 변경하는 복잡한 산업 장비의 매개변수를 실시간으로 모니터링하고 제어할 수 있도록 합니다.
스마트 센서에 대한 단일 네트워크 표준이 없으며 이는 유무선 센서 네트워크의 활발한 개발에 일종의 장애물입니다. 그럼에도 불구하고 오늘날 많은 인터페이스가 사용됩니다. RS-485, 4-20mA, HART, IEEE-488, USB; 산업용 네트워크 작동: ProfiBus, CANbus, Fieldbus, LIN, DeviceNet, Modbus, Interbus.
이러한 상황은 각 네트워크 프로토콜이 동일한 수정으로 별도의 센서를 생산하는 것이 경제적으로 실행 가능하지 않기 때문에 센서 제조업체 선택에 대한 문제를 제기했습니다. 한편, IEEE 1451 표준 그룹 "지능형 트랜스듀서 인터페이스 표준"의 출현으로 조건이 완화되고 센서와 네트워크 간의 인터페이스가 통합되었습니다. 표준은 개별 센서에서 센서 네트워크에 이르기까지 적응을 가속화하도록 설계되었으며, 여러 하위 그룹에서 센서를 네트워크에 연결하기 위한 소프트웨어 및 하드웨어 방법을 정의합니다.
따라서 IEEE 1451.1 및 IEEE 1451.2 표준에는 두 종류의 장치가 설명되어 있습니다. 첫 번째 표준은 스마트 센서를 네트워크에 연결하기 위한 통합 인터페이스를 정의합니다. 이것은 센서 자체의 STIM 모듈과 외부 네트워크 사이의 일종의 브리지인 NCAP 모듈의 사양입니다.
두 번째 표준은 STIM 스마트 컨버터 모듈을 네트워크 어댑터에 연결하기 위한 디지털 인터페이스를 지정합니다. TEDS 개념은 네트워크에서 자체 식별 가능성을 위해 센서의 전자 여권을 의미합니다.TEDS에는 제조 날짜, 모델 코드, 일련 번호, 교정 데이터, 교정 날짜, 측정 단위가 포함됩니다. 그 결과 센서 및 네트워크를 위한 플러그 앤 플레이 아날로그가 제공되며 손쉬운 작동 및 교체가 보장됩니다. 많은 스마트 센서 제조업체는 이미 이러한 표준을 지원합니다.
네트워크에 센서를 통합하면 센서 유형 및 특정 네트워크 구성 방식에 관계없이 소프트웨어를 통해 측정 정보에 액세스할 수 있다는 것이 가장 중요합니다. 센서와 사용자(컴퓨터) 사이의 다리 역할을 하는 네트워크로 밝혀져 기술적 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다.
따라서 스마트 미터링 시스템은 센서 수준, 네트워크 수준, 소프트웨어 수준의 세 가지 수준으로 나타낼 수 있습니다. 첫 번째 수준은 통신 프로토콜이 있는 센서인 센서 자체의 수준입니다. 두 번째 수준은 센서 네트워크 수준으로 센서 개체와 문제 해결 프로세스 사이의 다리입니다.
세 번째 수준은 이미 사용자와 시스템의 상호 작용을 의미하는 소프트웨어 수준입니다. 여기서 소프트웨어는 더 이상 센서의 디지털 인터페이스에 직접 연결되지 않으므로 완전히 다를 수 있습니다. 하위 시스템과 관련된 하위 수준도 시스템 내에서 가능합니다.
최근 몇 년 동안 스마트 센서의 개발은 여러 방향으로 진행되었습니다.
1. 센서 내부에 강력한 컴퓨팅이 필요한 새로운 측정 방법. 이렇게 하면 센서를 측정 환경 외부에 배치할 수 있으므로 판독값의 안정성이 향상되고 운영 손실이 줄어듭니다. 센서에는 움직이는 부품이 없으므로 신뢰성이 향상되고 유지보수가 간편합니다.측정 대상의 디자인은 센서의 작동에 영향을 미치지 않으며 설치 비용이 저렴해집니다.
2. 무선 센서는 확실히 유망합니다. 공간에 분산된 움직이는 물체는 컨트롤러와 함께 자동화 수단과의 무선 통신이 필요합니다. 무선 기술 장치는 점점 저렴해지고 품질은 향상되며 무선 통신은 종종 케이블보다 경제적입니다. 각 센서는 자체 시간 슬롯(TDMA), 자체 주파수(FDMA) 또는 자체 코딩(CDMA), 마지막으로 블루투스로 정보를 전송할 수 있습니다.
3. 소형 센서는 산업용 장비에 내장될 수 있으며 자동화 장비는 외부 추가가 아닌 기술 프로세스를 수행하는 장비의 필수 요소가 될 것입니다. 수 입방 밀리미터의 부피를 가진 센서는 온도, 압력, 습도 등을 측정하고 데이터를 처리하고 네트워크를 통해 정보를 전송합니다. 기기의 정확도와 품질이 향상됩니다.
4. 다중 센서 센서의 장점은 분명합니다. 공통 변환기는 여러 센서, 즉 여러 개의 개별 센서가 아니라 하나이지만 다기능의 데이터를 비교하고 처리합니다.
5. 마지막으로 센서의 지능이 향상됩니다. 가치 예측, 강력한 데이터 처리 및 분석, 완전한 자기 진단, 결함 예측, 유지 보수 조언, 논리 제어 및 규제.
시간이 지남에 따라 스마트 센서는 점점 더 다기능 자동화 도구가 될 것이며 "센서"라는 용어 자체도 불완전하고 단지 조건부일 뿐입니다.