Дипломная работа: Интеллектуальные датчики

Например, при измерениях концентрации шчои, н го время как отдельные датчики не обеспечивают достаточной точности, использование высококачественных аналитических устройств дорого и поэтому во многих случаях неприемлемо. Испил ьгмжание системы, включающей а себя несколько недорогих датчиков, позволяет существенно повысить надежность и точность измерений концентрации Газа. Существенными обстоятельствами при слиянии данных в этом случае яшоптим взаимная чувствительность датчиков и влияние таких факторов, как температура, книжность и давление. Значимые- влияющие факторы должны измеряться ранним и датчиками. В процессе калиброаки н|н>веряется реакция системы из нескольких датчиков на различные основные газы. К зависимости от этой реакции комбинация датчиков для слияния данных определяется блоком управления датчиками таким образом, чтобы в результате стало возможным проведение точных измерений концентрации, несмотря на недостатки отдельных датчиков.

Сегодня многосенсорные системы незаменимы в задач аварийного предупреждена, таких как охрана свободною пространства путем оценивания видеосигнала, обнаружение лежащего человека или ранее обнаружение пожара, и:ни фебуемого высокого уровня надежности. Например, для раннего обнаружения пожара предложены матрицы датчиков, включшощие в себя оптические детекторы рассеянного света и датчики концентрации газа. В пом случае обработка сигнала должна позволить различить ситуации пожара, отсутствия пожара и беспокоящего события путем идентификации характерных признаков пожара по измерениям выходных сигналов длчикин.

Блок выделения признаков необходим для понижения размерности измерительною пространства и извлечения соответствующей информации, характеризующей ситуации, связанные с возникновением пожара. Выделенные признаки далее классифицируются с помощью нейронных сетей с целью оценить к какому классу относятся данные измерения и следует ли посылать пожарной команде сигнал тревоги..

1.3 Разработка требований правил PC к интеллектуальным датчикам, как элементам повышенной надежности, предназначенным для реализации ответственных функций

Интеллектуальные датчики, исполнительные механизмы и регуляторы относится к м и к ^процессорным средствам автоматизации судовых технических средств, по лому предлшявмме любовании Правил PC соответствуют раздел}' 7 части XV Правил PC.

1.Для ответственных судовых устройств: сланные двигатели, балластные, топливные и осушительные устройства, подруливающие, устройства и т.п.; интеллектуальные средства автоматизации должны иметь избыточную конфигурацию.

2.Функции управления, аварийной сигнализации и безопасной остановки должны быть выполнены таким образом, чтобы одиночные неисправности или нарушения в работе электронной» оборудования не должны влиять более чем на одну из этих функций. Это может быть достигнуто выбором специального оборудования для выполнения каждой из этих функций, или обеспечением резервною оборудования, или другими эффективными средствами.

3. Неиспрпппости н интеллектуальных средствах автоматизации не должны приводить к аварийному состоянию обслуживаемого судового оборудования или всего судна в целом.

4. Для поддержания безопасной работы судил электронные регуляторы (ИР) главных дизелей должны обладать избыточностью с помощью резервирования.

5.При наличии резервного оборудования переключающие устройства должны быть такими, чтобы предотвратить нарушения в работе резервной электронной сиоемы и механизмов при их управлении.

6. Переключения между избыточными интеллектуальными средствами автоматизации должны происходить автоматически и не приводить к нарушению постоянного функционирования в случае неисправности. Требования переключения к пользователю должны быть простыми и легко выполнимы без затраты времени.

7.Электронные рмупяторы должны иметь энергонезависимый исшчник питания.

8.Для избежания возможной потери или искажения данных в результате отключения источника питания, программы и соответствующие запоминающие устройства, ответственные за работу ИР. должны иметь энергонезависимую память или Miepi«зависимую память с обеспечением бесперебойного источника питания.

9.Работа бесперебойного источника питания должна контролироваться. Неисправности должны индицироваться с сопровождением аварийного сигнала.

10. Интеллектуальные регуляторы (ИР) должны работать в режиме реальною времени. Время in клика должно соответствовать постоянным времени судового оборудования.

11. ИР совместно с исполнительными механизмами должны быть сконструированы 1иким образом, чтобы эффекты от неисправностей и сбоев в работе приводили к расчетному состоянию технических средств с наименьшими критическими последствиями.

12. Средства        безопасности при неисправностях или сбоев в работе компонентов интеллектуальных устройств должны автоматически возвращать выходную величину в предопределенное расчетом состояние с наименьшими критическими последствиями.

13. Интеллектуальные  регуляторы, обеспечивающие постоянное функционирование при постоянной готовности (работоспособности) не позволяют прерывать функционирование как при нормальных режимах работы, так и в случае одиночной неисправности системы.

14. Самоконтролирующие интеллектуальные устройства должны обнаруживать неисправности следующих типов:

·  неиепраипосги;

·  неисправности дитчикон и исполнительных элементов:

·  неисправности компьютерною аппаратного обеспечения;

·  нарушение ныполнеиия программного обеспечения;

·  нарушение логических действий программного обеспечения.

15. Устройства, с помощью которых пользователь может ныходть на вход ИР, включая ручки, кнопки, выключатели, клавиши, джойстики и т.д., должны быть рассчитаны и устроены таким образом, чтобы избежать небрежных действий. Для ответственного оборудования должны использоваться специальные клавиши.

16.Интсллектупльные устройства должны быть рассчитаны таким образом, чтобы неисправности электронных компонентой не нызывали опасных действий устройства.

17. Системы программною и аппаратного обеспечения должны быть рассчитаны таким образом, чтобы при восстановлении питания после неиепраипосги источника питания возможность автоматического или дистанционного управления и контроль наступили немедленно.

18. Изменение     параметров должно быть возможно при выполнении средств, ограничивающих доступность не подготовленному персоналу. В качестве таких средств могут использоваться кнопочные переключатели, перфокарты, пароли и г.п. Аналогично изменения программы и конфигурации системы должны выполняться только подготовленным персоналом.

19. В устройствах ввода-вывода должны использоваться стандартизированные устройства сопряжения с объектом.

20. Конструкция аппаратного обеспечения должна быть простой. Должен быть обеспечен доступ к «вменяемым частям для ремонта и обслуживания.

21. Разъемы         в платах и соединениях должны иметь специальную конструкцию для шщитм от неумышленной перестановки, установки в неверное положение. Разъемы не должны повреждаться и вызывать нарушения в работе, которые могут привести к опасности.

22. Разьемы         в платах и соединениях должны иметь специальную конструкцию для зашиты от неумышленной перестановки, установки в неверное положение. Разъемы не должны повреждаться и вызывать нарушения в работе, которые могут привести к опасности

23. Интеллектуальны с устройства должны быть защищены против неумышленных или неправильных модификаций программ и данных. Требуемые меры зависят от конфигурации устройства

24. Максимальное время восстановления, необходимое для приведения интеллектуальных устройств в рабочее состояние после неисправности определяется требованиями к их избыточности.

Раздел 2. Обзор интеллектуальных датчиков

2.1 Описание современных интеллектуальных датчиков

В литературе под термином « интеллектуальные датчики» понимают разные по возможности классы датчиков, часто любой датчик, имеющий в своем составе микропроцессор называют интеллектуальным датчиком независимо o r функций, выполняемых микропроцессором.

Структура ИД состоит из двух взаимосвязиiiimx блоков: элемента (сенсора) и прсобрамнипеля. Последний комплектуется из программируемою микропроцессора с оперитиипым и постоянным модулем памяти, аналого- цифрового преобразователя, сетевого контроллера связи с типовыми полевыми сетями. Как сенсор, так и преобразователь дотчика, обычно, имеют ряд вариантов исполнения, рассчитанных на различные свойства измеряемой и окружающей среды.

Варианты исполнения сенсора: различные методы восприятия измеряемых величин: разное соединение сенсора с конструкцией объекта измерения; разный тип корпуса сенсора, определяемый давлением, температурой, помехами в месте измерения: разный материал корпуса сенсора (под обычную, химически агресеиипую, активную, взрывоопасную, гишеническую среды).

Варианты исполнения преобразователя: питание от внутреннею или внешнего источника; разные виды выходных сигналов и коммутационных свя зей с полевыми сетями, разное защитное исполнение от возможных помех и свойств окружающей среды.

Большинство производителей комплектуют датчики из сочетания разных нариантов сенсоров с разными вариантами преобразователей,

рассчитанных на работу с данной серией сенсором, благодаря этому удается наиболее точки и полно удовлетворить отдельным конкретным требоианиям к прибору.

К последнее время получают распространение мулы исенсорные датчики, когда к одному преобразователю подключается ряд сенсоров, воспринимающих различные или однотиш!ые неличины.

Кроме обычных функций восприятия искомой неличины и преобразовать сигнала, современные интеллектуальные датчики выполняют ряд других функций, сущест ненно расширяющих их возможности и улучшающих их технические хорнктеристики.

В ИД проводятся необходимые преобразования измерительной информации: усиление сигналов сенсора, стандартизация диапазонов выходных аналоговых сигналов, линеаризация и фильтрация, расчет выходных значений но заданным алгоритмам, аналого-цифровое преобразование значений измеряемой неличины.

В процессе работы датчики выполняют анализ своей работы: при возникновении различных сбоин, нарушений и неисправностей фиксируют их место возникновения и причину, определяют выход погрешности прибора за установленное значение, анализируют работу балы данных датчика, рассматривают правильность учета факторов, которые корректируют выходные показания датчика. Датчик может выдавать оператору до 30-ти различных сообщений, конкретизирующих текущие особенности его работы и речко облегчающих и ускоряющих его обслуживание. Обычно информация, выдаваемая датчиком об отдельных его неисправностях, подразделяется на два типа:

1-  некритическая информация, когда датчик требует определенного обслуживания, нпоо измеряемым им значения могут использоваться для управления;

2-  критическая информация, когда выходные данные датчики неверны и либо требуется немедленное вмешательство оператора по приостановке использования его показаний, либо сям датчик переводит свой выход в постоянное безопасное для управления процессом значение, и сообщает о необходимости срочного обслуживания прибора.

Датчики хранят в своей памяти и по дистанционному запросу пользователя ныданп нее данные; определяющие свойства, характеристики, параметры данного конкретного прибора: его тип, заводской номер, технические показатели, возможные диапазоны измерения, устаможенную шкалу, заданные параметры настройки сенсора, работающую версию программной» обеспечения, архив проведенных метрологических поверок, срок проведения следующей поверки датчика и т.п. Кроме того датчики могут иметь архив текущих измеряемых и вычисляемых ими значений величин за заданный интервал времени.

В ИД осуществляется дистанционное формирование или модификация пользователем основных настроечных параметров датчики: установка нуля прибора, выбор заданного диапазона измерения, фильтрация текущих значений, выбор наименования единиц измерения, в которых датчик должен выдавать информацию и т.п. действия.

ИД выполняет автоматический анализ изменений измеряемой величины и текущего состояния срсды измерения: определение кыходов значений измеряемой величины за заданные нормы, выдача различных сообщений об изменениях значений измеряемой величины, проверка нахождения в допустимых диапазонах параметров измеряемой среды. Все эти функции дистанционно настраиваются пользователем.

В последнее время на ИД возлагают упршшяющие функции (особенно при их использовании с полевой сетью Foundation Ficldbus).

Для реализации этих функций в память микропроцессора датчика прошивается соответствующий набор типовых программных модулей, а их инициация и параметризация проводится дистанционно оиеритром с помощью простейшего графического конфигуратора. В качестве типовых программных модулей используются простейшие арифметические и логические операции, таймер, элемент чистою запаздывания, mnei-parop, варианты регуляторов: Р, 1, PI, PD, PED и т.п. функции, из которых легко набираются конкретные алгоритмы регулирований разных видов, блокировочные эазисимости, алгоритмы смешивания и другие алгоритмы управления технологическими процессами.

Коммуникационно современные интеллектуальные датчики поддерживают три стандарта полевых сетей: сеть с HART-протоколом, сеть Frofibus, Foundation Fieldbus. Протокол HAST основан на аналоговой 4-20 мА технологии и имеет два варианта связи.

При первом варианте реализуется связь каждого прибора с контроллером по отдельной паре проводов, по которой могут проходить как аналоговый (например, 4...20 мА), так и цифровые сигналы,

Последние содержаг дополнительную информацию о работе прибора: диапазон и единицы измерения, дату калибровки, результаты самодиагностики и т.д.

При повторном варианте связи реализуется соединение ряда приборов с контроллером по одной паре проводов, в этом случае по паре проводов могут проходить только цифровые сигналы. Питание прибора осуществляется от блока питания контроллера по пой же паре проводов.

Основные характеристики сети: метод доступа - ведущий/ведомый (в сети может быть до двух ведущих узлов); физическая среда передач - последовательный порт RS-232C и витая кара; топология сети - зиезда (при соединении к контроллеру датчиков с аналоговыми выходными сигналами или шина (при цифровых выходных сигналах датчиков); режимы работы - асинхронный (кодирующий узел посылает зал tpoc, а ведомый - ответ или синхронный (когда ведомые узлы непрерывно передают свои данные ведущему узлу); при шинной архитектуре к сети может быть подключены 15 ведомых узлов (обычно подключают до восьми приборов); длила линии связи до 1500 м; скорость передачи данных 1200 бит/с; протокол HART реализует по общей модели числа, наименования и состава уровней любого протокола - модели OSI первый (физический), второй (канальный), седьмой (прикладной) уровни; команды от аедущих узлов могут быть трех видов: универсальные на лее ведомые узлы, типовые на многие узлы специфические на конкретные ведомые узлы.

Каждое сообщение от прибора может содержать информацию двух типов: текущие данные, статус прибора. Статус определяет оперативное состояние прибора: так называемый «нормальный последовательный статус», когда данные от него могут быть использованы для вычисления, управления; нормальный непоследовательный статус, когда данные от него корректны, но с прибором связана какая-то тревога; «неопределенный статус», когда данные не полностью корректны, но все же могут быть использованы; «плохой статус», когда данные не могут быть использованы.

Стандартная сеть PROFIBUS. Данная сеть (международный стандарт 1ЕС 6115S) получает все более широкое распространение среди европейских производителей средств автоматизации.

На полевом уровне сеть поддерживает два вида протоколов: протокол Profibus DP для быстрой коммуникации контроллеров с удаленными блоками вода/вывода и с интеллектуальными приборами; протокол Profibus РА, который используется для тех же делей" во взрывоопасных средах. Последний имеет иную физическую реализацию: безопасное низковольтное исполнение. По сети может передаваться цитание от контроллера к приборам, подключенным к сети.

Основные характеристики сети PROFIBUS: физически передача данных в сети осуществляется через порт RS-4S5 и экранированную витую пару, либо через оптоволоконный кабель; сеть обеспечивает любые виды соединений (шина, дерево, звезда, кольцо); метод доступа к сети - ведущий/ведомый: в сети возможно наличие нескольких веяуших устройств, общающихся между собою с помощью маркера; но модели OSI протокол сети использует первый (физический), второй (канальный), седьмой (прикладной) уровни; общее число устройств на сети до 126- из которых 32 узла могу! быть аедущими: скорость передачи данных на витой паре варьируется от 9.6 Кбиг/с до 1.5 Мбита/с (при протоколе Profibus РА скорость передачи данных на витой паре до 31 Кбит/с): длина сети на витой паре до 1.2 км или до 4.В км с повторителями, на оптоволокне - до 23 км.

Передаваемые устройствами диагностические сообщения имеют три уровня иерархии; диагностика всего устройства (например, упало напряжение литания), диагностика модуля устройства (например, отказал восьмикаъалыгай цифровой модуль выходных сигналов), диагностика канала (например, а канале А модуля Б не проходит сигнал). В сети реализована коррекция ошибок: в любой посылке данных три ошибочных бита будут обнаружены, а один ошибочный бит может быть восстановлен.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6