Перспективы развития интеллектуальных измерительных приборов

АННОТАЦИЯ

Применение интеллектуальных измерительных средств для цифровой автоматизации производства является первостепенной задачей. В статье рассмотрены интеллектуальные передатчики низким собственным потреблением энергии, обеспечивающие прогнозное техническое обслуживание.  Программное обеспечение микроконтроллера используются не только для хранения интеллекта измерителя, в нем могут быть интегрированы функции диагностики, функции   безопасности, обработки данных от других модулей.

ABSTRACT

Applying smart metering to digital factory automation is paramount. The article discusses intelligent transmitters with low intrinsic energy consumption, providing predictive maintenance. The microcontroller software is used not only for storing the meter's intelligence, it can integrate diagnostic functions, security functions, and data processing from other modules.

Ключевые слова: интеллект, интеллектуальные приборы, цифровизация производства, полевые измерительные приборы, интеллектуальные передатчики, прогнозное техническое обслуживание, микроконтроллер, мониторинг.

Keywords: intelligence, intelligent devices, digitalization of production, field measuring instruments, intelligent transmitters, predictive maintenance, microcontroller, monitoring.

Известно, что для повышения эффективности во всех сферах деятельности используется автоматизация управления, широкая аналитика на основе больших и существующих данных. При этом большое внимание уделяется на цифровую автоматизацию предприятий с упором на массовое внедрение в сферу производства интеллектуальных автономных киберфизических систем, которые станут активно использовать огромные массивы данных и алгоритмы машинного обучения для повышения эффективности производства. Именно это и требуется, чтобы сделать производство более гибкими, приспособленным к реалиям и конкурентоспособленным. Следовательно, возможно не только эффективное управление технологическими и производственными процессами, но и переход от планового к профилактическому (т.е. прогнозному) техническому обслуживанию. Это конечно, позволяет увеличить объемы производства и повысить эффективность труда, минимизируют затраты на хранение, а значит, и прибыль предприятия.

<<Индустрия 4,0>> ориентировано не только на новые разработки, но и на использование и расширение возможностей уже существующих инфраструктур, позволяющей для достижения быстрой амортизации, то есть перенесения по частям стоимости основных средств, и нематериальных активов по мере их физического или морального износа на стоимость производимой продукции. Кроме того, для производителей важными критериями, которые должны учитываться при анализе затрат и выгод перехода на следующую ступень цифровизации, является затраты на приобретение и отсутствие значительных структурных изменений, поэтому они будут искать такие решения. [1]

Основным аспектом цифровизации предприятий (производства) является использование полевых измерительных приборов, обладающих интеллектом, основу которых составляют интеллектуальные передатчики. Интеллектуальные передатчики поддерживают заводской мониторинг и диагностику оборудования, связь с новыми полевыми измерительными приборами. Эти передатчики могут быть распределены по всей технологической установке или производственной линии. Здесь могут быть подключены различные датчики, т.е. измерители различных физических характеристик процесса (температура, давление, расход и т.п.) и поведения оборудования (нагрев, вибрация, энергопотребление и т.п.).

При этом могут контролироваться и отдельные части оборудования, ранее не подключенные к системе контроля и сбора данных. [2]

Полевые измерительные приборы составляют универсальную базовую единицу индустриального интернета, позволяющую накапливать большие данные и создавать базу хода процесса и поведения оборудования. На основании этих данных система управления станет вырабатывать аналитику и на основе которых будут приниматься соответствующие решения, включая предупредительные, опережающие действия по недопущению брака и простоев.

Интеллектуальные передатчики как полевые измерительные приборы питаются либо от токовой петли, либо от вспомогательного источника энергии. Интеллектуальный передатчик помимо других компонентов, использует микропроцессор с программным обеспечением. Программное обеспечение микроконтроллера используется не только для хранения интеллекта полевого измерителя, в нем могут быть интегрированы такие функции как диагностика, функция безопасности, обработка данных от других модулей, например, от аналого-цифровых преобразователей (АЦП), поэтому микроконтроллер может содержать дополнительное программное обеспечение для их обработки. [3]

Главными особенностями для интеллектуальных передатчиков являются низкое собственное энергопотребление, малое занимаемое пространство и прогнозное техническое обслуживание. (рис 1.)

Рисунок 1. Структура интеллектуального передатчика

Типичная цепочка сигналов интеллектуального передатчика показана на рис. 2.

Рисунок 2. Типичная блок-схема цепочки передачи сигналов интеллектуального передатчика

Для обмена информации предусмотрена технология HART (Highway Addressable Remote Transducer- магистральный адресуемый дистанционный преобразователь). Это набор коммуникационных стандартов для промышленных сетей, предназначенный для подключения промышленных датчиков, он позволяет передавать цифровые данные и питание по двум проводам. При этом сохраняет совместимость с аналоговыми датчиками стандарта, токовая петля 4-20 мА позволяет использовать интерфейс в двух направлениях. Если диспетчерская также совместима с HART, то по интерфейсу могут передаваться более сложные данные, чем это доступно при аналоговом варианте токовой петли, а полевые измерительные приборы в свою очередь, получают больше преимуществ.

Основным блоком современного полевого измерительного прибора является цифро-аналоговый преобразователь. ЦАП является ключевым компонентом всей схемы, замыкающей её интеллектуальное решение. В качестве вспомогательных элементов в схеме интеллектуального измерителя используются переключатель с цифровым управлением, задача которого генерировать импульсное напряжение для передачи через изолятор питания на измерительную часть.

Сигнальная цепочка интеллектуального передатчика иллюстрирует возможное решение прибора для измерения давления или температуры с питанием от токовой петли. Этот интеллектуальный передатчик можно использовать для интеллектуального мониторинга в режиме реального времени управления и обратной связи. [4]

Можно отметить, что применение современной элементной базы с высокой доступностью можно создавать интеллектуальные измерительные приборы, которые, благодаря более простому решению легко помогают вписаться новым и уже действующим предприятиям. Они открывают путь к прогнозному техническому обслуживанию с меньшими затратами и дают высокий прирост эффективности.

Список литературы:

1.  Kaemmerer Chr Intelligent Fild Instruments: The Smart Way to Industry 4.0.
2. С. Рассел, П.Норвич. Искусственный интеллект: современный подход. -2-ое изд-М: Вильямс, 2007.
3. Р.Г.Джексон Новейшие датчики. 2-е изд., доп.-М: Техно сфера, 2008-400с.
4. Гельман М.М. Системные аналого-цифровые преобразователи и процессы сигналов. –М: Мир, 1999