Стандарты интерфейсов датчиков снова востребованы

До недавнего времени существенные затраты времени и средств при разработке систем сбора данных приходились на работы по их настройке. С появлением и широким внедрением интеллектуальных преобразователей (смарт-сенсоров) хранящаяся в них информация позволяет автоматически идентифицировать и калибровать датчики сразу после подключения.

Компании Watlow и National Instruments сообщают, что интеллектуальные термопары могут быть сейчас более точными, чем резистивные датчики температуры (РДТ) для большинства температур и что интеллектуальные РДТ могут достичь эталонной точности

Перефразируя Марка Твена, можно сказать, что слухи о кончине стандарта интерфейса интеллектуальных преобразователей IEEE 1451 были сильно преувеличены. Этот стандарт, будучи вполне здравым, находился в неопределенности до начала применения разработчиками его недавно принятого раздела IEEE 1451.4. Эта часть стандарта добавляет к интеллектуальным датчикам компонент памяти и самоидентификацию с использованием электронных таблиц преобразователей (transducerelectronic data sheets (TEDS)). Такой простой подход позволяет применять TEDS для множества существующих интерфейсов аналоговых датчиков, дает такое ценное качество, как plug-andplay; и делает возможным более точные и экономичные решения и приложения. Короче говоря, P1451 не является больше „решением, вызывающим проблему“ (P добавлено для подчеркивания статуса предложенного стандарта.)

Это исполняет давние ожидания небольших по размерам производителей датчиков и преобразователей, которые хотели иметь общий интерфейс датчиков, но долгое время сталкивались с различием сетей, полевых шин, протоколов и требований. Первоначальная концепция стандарта 1451 заключалась в том, чтобы иметь оболочку преобразователя с местом для драйвера, который бы позволял преобразователю подключаться к общему драйверу P1451. Тем самым исключалась необходимость применения специального драйвера, и, как утверждают, экономилось 90-95% времени, затрачиваемого ранее на разработку программного обеспечения.

 

Немного истории

Первоначально опубликованный в 1994 году Организацией приборов и измерений Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и Национальным институтом стандартов и технологии (NIST) для решения проблем интеграции обычных датчиков с помощью стандартных интерфейсов связи, P1451 вырос до семи рабочих групп и действующих секций, четыре из которых официально приняты (см. приложение с последней информацией по всем семи секциям).

Совсем недавно рабочая группа P1451.3 определила стандарт для приложений с кластером датчиков и для организации защиты высокоскоростных синхронизированных данных. Тем временем группа P1451.4 работала над приложениями со смешанными режимами связи для аналоговых преобразователей, такими как цифровые TEDS и аналоговая передача сигналов.

Года два назад компания National Instruments (NI) сообщила, что она признала потенциальный экономический эффект стандарта 1451.4 и начала более активно работать с его рабочей группой IEEE. Поддержка NI и одобрение IEEE положили начало ускоренному возрождению стандарта 1451.4.

1451.4 стартует

За счет придания аналоговым преобразователям возможности plug-and-play в сетях, используемых цифровыми приборами и измерительными системами, IEEE 1451.4 позволяет сейчас ускорить применение сетевых датчиков путем упрощения первоначальной установки преобразователей, создания сети, технического обслуживания и обновления системы. 1451.4 делает это с помощью создания универсальной системы, которая передает в цифровые сети информацию, необходимую для идентификации, описания, взаимодействия и использования сигналов из аналоговых датчиков.

Дэвид Поттер, вице-президент рабочей группы стандарта 1451.4 и директор NI по развитию рынков, объясняет, что 1451.4 является практическим стандартом, который делает TEDS совместимыми с аналоговыми измерениями. „За счет добавления самоидентификации в аналоговый интерфейс преобразователя этот стандарт обеспечивает возможность более легкой установки, конфигурирования и обслуживания любой измерительной системы, аналоговой или цифровой. При соединении датчика с устройством сбора данных или каким либо другим прибором существует множество регулировок диапазонов, фильтров и других параметров. Если эта информация уже сохранена в памяти микросхемы, то пользователь может выполнить настройку и калибровку автоматически“.

1451.4 также использует электрически стираемые и программируемые микросхемы ПЗУ (ЭСППЗУ), Встроенные в датчики, для сохранения и передачи деталей, необходимых для реализации возможности plug-and-play. Изготовители могут получить идентификаторы микросхем из Интернета. Рабочие TEDS могут содержать разделы идентификации и свойств для специальных типов датчиков, таких как акселерометры, микрофоны, тензорезисторы, термопары, термисторы и многие другие. TEDS могут также содержать полные калибровочные данные для датчика.

Файлы шаблонов описаний специальных требований к датчикам могут быть написаны и опубликованы на Web сайте. Стандарт также позволяет использовать виртуальные файлы TEDS, размещенные в Интернете, для применения в тех случаях, когда встроенная память, такая как ЭСППЗУ, не доступна. Обычно данная ситуация имеет место в существующих датчиках. Компания NI и ее партнеры поддерживают большую библиотеку виртуальных TEDS, которые могут быть загружены бесплатно с сайта www.ni.com/sensors. Около 25 компаний в рамках программы сотрудничества NI изготавливают в настоящее время датчики, соответствующие стандарту 1451.4.

 

Одежная вешалка фирмы Watlow

Крис Сеймур

Сеймур продемонстрировал на ISA Expo 2004, как термопара, РДТ и термисторы, включенные в plug-and-play датчики Infosense-P компании Watlow, могут использоваться вместе с микросхемой, соответствующей 1451.4 и TEDS, для калибровки температуры типичной металлической одежной вешалки и делают это более точно, чем традиционный датчик температуры

Одно из направлений, на котором 1451.4 помогает пользователям тестового и измерительного оборудования, связано с существенным увеличением точности термопар. Например, термопары типа J обычно включают два провода из разнородных металлов и отличаются относительными точностями, однако компания Watlow Electric Manufacturing недавно показала, что добавление к ее термопаре однопроводного запоминающего устройства 1451.4 улучшило индивидуальную кривую калибровки и линеаризации термопары, а также уменьшило ошибку измерения в три раза с 1,5°C до 0,5°C, сделав ее более точной по сравнению с термопарой ANSI. Например, типичная термопара типа K обычно измеряет температуру 600°C с погрешностью ±2,6°C, однако добавление интеллектуального датчика, соответствующего 1451.4, и лучших материалов позволяет снизить ее погрешность до 0,6°C на 600°C, согласно заявлению Криса Сеймура, менеджера постратегическому маркетингу компании Watlow. Между тем, добавляет он, резистивный датчик температуры (РДТ) класса A при измерении температуры 600°C обычно имеет погрешность на уровне ±1,4°C, и 1451.4 может включить его в состав интеллектуального РДТ, который позволяет снизить погрешностьдо 0,2°C.

„Мы в основном производим для изготовителей оборудования, которые обращают внимание на точность и повторяемость. Раньше они должны были покупать датчики с допуском 0,5-1,0 %. А сейчас мы можем включить всю нашу калибровочную информацию в запоминающее устройство и вернуть точные файлы цифровой калибровки, – говорит Сеймур. – Мы больше не ограничены текущим значением полосы допуска. Сейчас мы знаем в реальном времени, что делает нестабильный датчик, потому что его цифровая часть сообщает нам о том, что делает его аналоговая часть. В таком случае изготовители оборудования способны сделать сейчас термопары, которые имеют на высоких температурах лучшую точность, чем датчики с технологией РДТ, которая к тому же более дорогостоящая“.

Сеймур добавляет, что применение микросхем, соответствующих 1451.4, означает, что компания Watlow также может использовать новые комбинации материалов, такие как высокотемпературные сплавы, в их термопарах для достижения более высокой точности, повышенной долговечности и меньшего дрейфа. В настоящее время микросхема имеет все таблицы напряжения/сопротивления, и она сообщает прибору – какой тип датчика ему необходимо поддерживать. „Пользователи должны были раньше покупать таблицы калибров ки, которые могли быть утеряны. Сейчас у вас есть TEDS, и вы не можете отделить информацию от микросхемы, добавляет Сеймур. – Помимо этого, в основе стандарта лежит линейный характер характеристики преобразования датчиков. Изменения должны быть линейными и поэтому все приборы становятся идентичными. Сейчас мы имеем цифровую электронику и можем проследить за любой нужной нам функцией, включая накопление данных о возможном выходе из строя датчика с течением времени“.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *