स्मार्ट सेंसर और उनका उपयोग

GOST R 8.673-2009 GSI के अनुसार "बुद्धिमान सेंसर और बुद्धिमान माप प्रणाली। बुनियादी नियम और परिभाषाएँ ”, बुद्धिमान सेंसर अनुकूली सेंसर होते हैं जिनमें कार्य एल्गोरिदम और बाहरी संकेतों से बदलते पैरामीटर होते हैं, और जिसमें मेट्रोलॉजिकल सेल्फ-कंट्रोल का कार्य भी कार्यान्वित किया जाता है।

स्मार्ट सेंसर की एक विशिष्ट विशेषता एक ही विफलता के बाद स्व-उपचार और आत्म-सीखने की क्षमता है। अंग्रेजी भाषा के साहित्य में, इस प्रकार के सेंसर को "स्मार्ट सेंसर" कहा जाता है। यह शब्द 1980 के दशक के मध्य में अटक गया।

आज, एक स्मार्ट सेंसर एम्बेडेड इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ एक सेंसर है, जिसमें शामिल हैं: एडीसी, माइक्रोप्रोसेसर, डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर, सिस्टम-ऑन-चिप, आदि, और नेटवर्क संचार प्रोटोकॉल के समर्थन के साथ एक डिजिटल इंटरफ़ेस। इस तरह, स्मार्ट सेंसर को वायरलेस या वायर्ड सेंसर नेटवर्क में शामिल किया जा सकता है, अन्य उपकरणों के साथ नेटवर्क में स्व-पहचान फ़ंक्शन के लिए धन्यवाद।

एक स्मार्ट सेंसर का नेटवर्क इंटरफ़ेस आपको न केवल इसे नेटवर्क से कनेक्ट करने की अनुमति देता है, बल्कि इसे कॉन्फ़िगर करने, इसे कॉन्फ़िगर करने, ऑपरेटिंग मोड का चयन करने और सेंसर का निदान करने की भी अनुमति देता है। इन कार्यों को दूरस्थ रूप से करने की क्षमता स्मार्ट सेंसर का एक फायदा है, वे संचालित करने और बनाए रखने में आसान होते हैं।

यह आंकड़ा एक स्मार्ट सेंसर के बुनियादी ब्लॉकों को दिखाते हुए एक ब्लॉक आरेख दिखाता है, सेंसर के लिए आवश्यक न्यूनतम ऐसा माना जाता है। आने वाले एनालॉग सिग्नल (एक या अधिक) को बढ़ाया जाता है, फिर आगे की प्रक्रिया के लिए डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित किया जाता है।

रोम में अंशांकन डेटा होता है, माइक्रोप्रोसेसर अंशांकन डेटा के साथ प्राप्त डेटा को सहसंबंधित करता है, इसे ठीक करता है और इसे माप की आवश्यक इकाइयों में परिवर्तित करता है - इस प्रकार विभिन्न कारकों (शून्य बहाव, तापमान प्रभाव, आदि) के प्रभाव से जुड़ी त्रुटि है। मुआवजा दिया जाता है और प्राथमिक ट्रांसड्यूसर के साथ-साथ स्थिति का मूल्यांकन किया जाता है, जो परिणाम की विश्वसनीयता को प्रभावित कर सकता है।

प्रसंस्करण के परिणामस्वरूप प्राप्त जानकारी उपयोगकर्ता के प्रोटोकॉल का उपयोग करके डिजिटल संचार इंटरफ़ेस के माध्यम से प्रेषित की जाती है। उपयोगकर्ता माप सीमा और सेंसर के अन्य पैरामीटर सेट कर सकता है, साथ ही सेंसर की वर्तमान स्थिति और माप के परिणामों के बारे में जानकारी प्राप्त कर सकता है।

आधुनिक एकीकृत सर्किट (एक चिप पर सिस्टम) में एक माइक्रोप्रोसेसर के अलावा, मेमोरी और पेरिफेरल्स जैसे सटीक डिजिटल-टू-एनालॉग और एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स, टाइमर, ईथरनेट, यूएसबी और सीरियल कंट्रोलर शामिल हैं। ऐसे एकीकृत परिपथों के उदाहरणों में एनालॉग उपकरणों से ADuC8xx, Atmel से AT91RM9200, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स से MSC12xx शामिल हैं।

बुद्धिमान सेंसर के वितरित नेटवर्क जटिल औद्योगिक उपकरणों के मापदंडों की वास्तविक समय की निगरानी और नियंत्रण को सक्षम करते हैं, जहां तकनीकी प्रक्रियाएं गतिशील रूप से हर समय अपनी स्थिति बदलती रहती हैं।

स्मार्ट सेंसर के लिए कोई एकल नेटवर्क मानक नहीं है और यह वायरलेस और वायर्ड सेंसर नेटवर्क के सक्रिय विकास के लिए एक प्रकार की बाधा है। फिर भी, आज कई इंटरफेस का उपयोग किया जाता है: RS-485, 4-20 mA, HART, IEEE-488, USB; औद्योगिक नेटवर्क काम करते हैं: ProfiBus, CANbus, Fieldbus, LIN, DeviceNet, Modbus, Interbus।

इस स्थिति ने सेंसर निर्माताओं की पसंद का सवाल उठाया, क्योंकि यह प्रत्येक नेटवर्क प्रोटोकॉल के लिए एक ही संशोधन के साथ एक अलग सेंसर का उत्पादन करने के लिए आर्थिक रूप से व्यवहार्य नहीं है। इस बीच, IEEE 1451 समूह के मानक "बुद्धिमान ट्रांसड्यूसर इंटरफ़ेस मानक" के उद्भव ने स्थितियों को आसान बना दिया, सेंसर और नेटवर्क के बीच इंटरफ़ेस एकीकृत है। मानकों को अनुकूलन में तेजी लाने के लिए डिज़ाइन किया गया है - व्यक्तिगत सेंसर से लेकर सेंसर नेटवर्क तक, कई उपसमूह सेंसर को नेटवर्क से जोड़ने के लिए सॉफ़्टवेयर और हार्डवेयर विधियों को परिभाषित करते हैं।

इस प्रकार, IEEE 1451.1 और IEEE 1451.2 मानकों में दो वर्गों के उपकरणों का वर्णन किया गया है। पहला मानक स्मार्ट सेंसर को नेटवर्क से जोड़ने के लिए एक एकीकृत इंटरफ़ेस को परिभाषित करता है; यह एनसीएपी मॉड्यूल का विनिर्देश है, जो सेंसर के एसटीआईएम मॉड्यूल और बाहरी नेटवर्क के बीच एक प्रकार का पुल है।

दूसरा मानक STIM स्मार्ट कन्वर्टर मॉड्यूल को नेटवर्क एडेप्टर से जोड़ने के लिए एक डिजिटल इंटरफ़ेस निर्दिष्ट करता है। नेटवर्क में स्वयं की पहचान की संभावना के लिए, टीईडीएस अवधारणा सेंसर के इलेक्ट्रॉनिक पासपोर्ट का तात्पर्य है।TEDS में शामिल हैं: निर्माण की तिथि, मॉडल कोड, क्रम संख्या, अंशांकन डेटा, अंशांकन की तिथि, माप की इकाइयाँ। परिणाम सेंसर और नेटवर्क के लिए एक प्लग एंड प्ले एनालॉग है, आसान संचालन और प्रतिस्थापन की गारंटी है। कई स्मार्ट सेंसर निर्माता पहले से ही इन मानकों का समर्थन करते हैं।

मुख्य बात यह है कि एक नेटवर्क में सेंसर का एकीकरण सॉफ्टवेयर के माध्यम से माप की जानकारी तक पहुंचने की संभावना है, सेंसर के प्रकार की परवाह किए बिना और एक निश्चित नेटवर्क कैसे व्यवस्थित किया जाता है। यह एक ऐसा नेटवर्क बन जाता है जो तकनीकी समस्याओं को हल करने में मदद करते हुए सेंसर और उपयोगकर्ता (कंप्यूटर) के बीच एक सेतु का काम करता है।

इस प्रकार, एक स्मार्ट पैमाइश प्रणाली को तीन स्तरों द्वारा दर्शाया जा सकता है: सेंसर स्तर, नेटवर्क स्तर, सॉफ्टवेयर स्तर। पहला स्तर स्वयं सेंसर का स्तर है, एक संचार प्रोटोकॉल वाला सेंसर। दूसरा स्तर सेंसर नेटवर्क स्तर है, सेंसर ऑब्जेक्ट और समस्या समाधान प्रक्रिया के बीच का सेतु है।

तीसरा स्तर सॉफ्टवेयर स्तर है, जो पहले से ही उपयोगकर्ता के साथ सिस्टम की सहभागिता को दर्शाता है। यहां सॉफ्टवेयर पूरी तरह से अलग हो सकता है क्योंकि यह अब सीधे सेंसर के डिजिटल इंटरफेस से बंधा नहीं है। सिस्टम के भीतर उप-प्रणालियों से संबंधित उप-स्तर भी संभव हैं।

हाल के वर्षों में, स्मार्ट सेंसर के विकास ने कई दिशाएँ ली हैं।

1. सेंसर के अंदर शक्तिशाली कंप्यूटिंग की आवश्यकता वाले नए मापन तरीके। यह सेंसर को मापा वातावरण के बाहर स्थित होने में सक्षम करेगा, जिससे रीडिंग की स्थिरता बढ़ेगी और परिचालन घाटे में कमी आएगी। सेंसर में कोई हिलने वाला भाग नहीं होता है, जो विश्वसनीयता में सुधार करता है और रखरखाव को आसान बनाता है।मापने वाली वस्तु का डिज़ाइन सेंसर के संचालन को प्रभावित नहीं करता है और स्थापना सस्ती हो जाती है।

2. वायरलेस सेंसर निर्विवाद रूप से आशाजनक हैं। अंतरिक्ष में वितरित चलती वस्तुओं को नियंत्रकों के साथ उनके स्वचालन के माध्यम से बेतार संचार की आवश्यकता होती है। रेडियो तकनीकी उपकरण सस्ते हो रहे हैं, उनकी गुणवत्ता बढ़ रही है, बेतार संचार अक्सर केबल की तुलना में अधिक किफायती होता है। प्रत्येक सेंसर अपने स्वयं के टाइम स्लॉट (टीडीएमए), अपनी आवृत्ति (एफडीएमए) या अपने स्वयं के कोडिंग (सीडीएमए), अंत में ब्लूटूथ पर सूचना प्रसारित कर सकता है।

3. लघु सेंसर औद्योगिक उपकरणों में एम्बेड किए जा सकते हैं, और स्वचालन उपकरण उन उपकरणों का एक अभिन्न अंग बन जाएगा जो तकनीकी प्रक्रिया करते हैं, न कि बाहरी जोड़। कई घन मिलीमीटर की मात्रा वाला एक सेंसर तापमान, दबाव, आर्द्रता आदि को मापेगा, डेटा को प्रोसेस करेगा और नेटवर्क पर सूचना प्रसारित करेगा। उपकरणों की सटीकता और गुणवत्ता में वृद्धि होगी।

4. बहु-सेंसर सेंसर का लाभ स्पष्ट है। एक सामान्य कनवर्टर कई सेंसरों से डेटा की तुलना और प्रक्रिया करेगा, यानी कई अलग-अलग सेंसर नहीं, बल्कि एक, लेकिन बहुक्रियाशील।

5. अंत में, सेंसर की बुद्धि में वृद्धि होगी। मूल्य भविष्यवाणी, शक्तिशाली डेटा प्रसंस्करण और विश्लेषण, पूर्ण स्व-निदान, दोष भविष्यवाणी, रखरखाव सलाह, तर्क नियंत्रण और विनियमन।

समय के साथ, स्मार्ट सेंसर अधिक से अधिक बहुक्रियाशील स्वचालन उपकरण बन जाएंगे, जिसके लिए "सेंसर" शब्द भी अधूरा और केवल सशर्त हो जाएगा।