Стандартизация интерфейсов «интеллектуальных» датчиков

(семейство IEEE Р 1451)

Рост количества сетей и интерфейсов на мировом рынке и отсутствие общего стандартного интерфейса для измерительных систем сильно усложняли задачу проектирования и монтажа измерительных систем из компонентов различных производителей. Для решения этих задач Национальным Институтом Стандартизации и Технологии США осуществляется проект создания интерфейса «интеллектуальных» преобразователей [117,118]. Учитывая широкое распространение, сетевые технологии Ethernet и Internet были взяты за основу для коммутации датчиков в распределенных контрольно-измерительных системах.

Стандартизованные интерфейсы датчиков не только позволяют решить проблему совместимости устройств, но и ускоряют реализацию интеллектуальных технологий в датчиках. Информационно-измерительные системы на их основе являются более надежными, масштабируемыми, и обеспечивают более высокую эффективность, чем традиционные системы.

Стандарты IEEE Р 1451 призваны упростить задачу подключения преобразователей (устройств, объединяющих в себе датчик и исполнительный механизм) как к измерительным приборам, так и к сетям. Эта цель достигается путем определения набора единых для всех преобразователей интерфейсов, в том числе и механизмов функционирования самонастраивающихся датчиков (рис. 8.5).

Стандарт IEEE P 1451.1 определяет способы обращения аналоговых преобразователей к самоописательной информации (в целях упрощения операций самонастройки). Стандарт определяет смешанный интерфейс, в котором, наряду с обычным сигналом аналогового датчика, используется недорогой цифровой канал доступа к электронной спецификации TEDS, встроенной в датчик в целях самоидентификации.

Сохраняя совместимость с аналоговыми системами предыдущего поколения, подобные самонастраивающиеся датчики обеспечивают такие преимущества, как упрощение конфигурирования и обслуживания всей системы, совершенствование учета использования датчиков и повышение степени целостности данных.

Стандарт IEEE P 1451.4 используются в контрольно-измерительных системах с большим количеством датчиков. Стандарт IEEE P 1451.3 определяет цифровую многоотводную шину преобразователя, рассчитанную на подключение большого числа физически разделенных датчиков. Спецификация IEEE P 1451.3 поддерживает технологию TEDS, широкополосные датчики (с частотой до нескольких сотен кГц) и временнỳю синхронизацию на шине. Стандарты IEEE P 1451.4 и P 1451.3 являются последними членами семейства IEEE Р 1451.

Стандарт IEEE Р 1451.1 определяет единую объектную модель для подключаемых к сети интеллектуальных преобразователей и содержит спецификации интерфейсов.

В стандарте IEEE Р 1451.2 определен цифровой двухточечный интерфейс для подключения модуля интеллектуального преобразователя с цифровым выходом к микропроцессорному сетевому адаптеру. Кроме того, в стандарте IEEE Р 1451.2 впервые появилась концепция электронных спецификаций TEDS.

Обеспечивающие самоидентификацию встроенные спецификации TEDS, являются наиболее популярными компонентами и ключевыми элементами всего семейства IEEE Р 1451. Реализация системного подхода с электронными спецификациями TEDS дает следующие преимущества:

1. Отказ от поисковых таблиц датчиков. Вся последняя информация о датчике хранится в TEDS-памяти встроенной микросхемы. Отпадает необходимость в создании отдельной базы данных, предназначенной для хранения сведений о чувствительности датчиков. Текущие калибровочные данные загружаются в TEDS-память встроенной микросхемы при повторной калибровке датчика.

2. Устранение ошибок подключения кабелей. Встроенная TEDS-память устраняет необходимость в «ручном» контроле соединений. Вне зависимости от способа подключения датчика идентификационный номер последнего всегда доступен пользователю. В процессе развертывания испытательной системы с множеством датчиков значительная доля непроизводительно затрачиваемого времени приходится на сопоставление серийных номеров датчиков с номерами соединительных кабелей и на проверку правильности всех соединений. В случае проведения подобных проверок человеком по мере возрастания числа каналов возрастает и число ошибок. Кроме того, системы с очень большим количеством кабелей характеризуются наличием множества отвлекающих факторов, что ведет к дополнительным ошибкам.

3. Идентификация местоположения. При модульном тестировании главное значение для пользователя имеет информация о точном положении датчика. Обычно такие данные, как код местоположения, ориентация, координаты и полярность датчика, записываются на бумаге, после чего вручную вносятся в аналитическую программу. В случае использования TEDS-датчиков все эти характеризующие конкретное приложение параметры могут храниться в TEDS-памяти и извлекаться оттуда по мере необходимости. Все сведения об устройстве, касающиеся его местоположения, ориентации и полярности, становятся известны системе, как только соответствующая информация будет записана в TEDS-чип. Для ввода информации в TEDS-память датчика на месте можно воспользоваться ручным программатором или осуществить запись вручную. Программатор также позволяет осуществлять контроль состояния датчика (обрыв, короткое замыкание, нормальное состояние и т.д.).

4. Оперативная замена датчиков. Поскольку все характеризующие устройство параметры (чувствительность, поправочные коэффициенты и т.п.) хранятся во встроенной TEDS-памяти, датчики можно легко менять, не заботясь о внесении в систему каких-либо изменений. Интеллектуальный формирователь сигналов на приемном конце самостоятельно определит факт замены датчика и автоматически отрегулирует все необходимые характеристики (автоматическое конфигурирование).

5. Автоматическая настройка выходного сигнала в зависимости от характеристик АЦП. Формирователь сигналов опрашивает датчики для определения их чувствительности и автоматически регулирует усиление каждого канала в соответствии с входным диапазоном АЦП. Тем самым обеспечивается наилучшее соотношение сигнал/шум в процессе оцифровки.

6. Повышение качества продукции и ускорение выхода на рынок. Модульное тестирование с использованием встроенных спецификаций TEDS не только позволяет ускорить выход новой продукции на рынок, но и создает условия для повышения качества продукции за счет повышения точности и надежности тестовой информации. Специализированные программы поддерживают импорт данных для непосредственного ввода информации в программные пакеты и отображения данных соответственному каналу датчика. В результате пользователь получает возможность хранить всю информацию в одном месте, выводить ее на печать и использовать при повторном проведении тестов.