Inteligentne czujniki w projektowaniu systemów automatyki, pomiarów i sterowania

Projektowanie systemów automatyki, pomiarów i sterowania dla firm zdecydowanych na wprowadzenie technologii bezprzewodowych, powinno uwzględniać dwa zasadnicze wyzwania związane z oprogramowaniem inteligentnych czujników bezprzewodowych:

• zaprogramowanie nawet najprostszych sieci bezprzewodowych, przy wykorzystaniu oprogramowania używanego obecnie przez użytkowników końcowych, może potrwać kilka (a niekiedy nawet kilkanaście) miesięcy,
• podobne trudności związane są z dołączeniem specjalnych, wymaganych w danym zakładzie możliwości funkcjonalnych dla każdego z czujników połączonych w sieci.

Najnowsze rozwiązania sprzętowe komercyjnie dostępnych inteligentnych czujników są już często dobrze zaprojektowane przez konstruktorów. Jednakże kwestia oprogramowania i zarządzania systemami czujników bezprzewodowych wciąż ma wiele braków. Właśnie z tego powodu firmy przemysłowe muszą zatrudniać specjalne zespoły programistów, niejednokrotnie z wyszukanymi zdolnościami, do tworzenia aplikacji systemów. Jednakże nawet w takich przypadkach głównym przedmiotem rozważań pozostają kwestie opracowania właściwych i użytecznych pakietów danych przesyłanych pomiędzy urządzeniami, nie zaś sam rozwój i opracowanie zaawansowanych funkcji wyższego poziomu dla całego systemu sterowania i monitoringu.

Podsumowanie

Zastosowanie inteligentnych czujników w projektowaniu systemów automatyki, pomiarów i sterowania – mimo różnych problemów – jest coraz bardziej powszechne, szczególnie przy wykorzystaniu techniki bezprzewodowej, w celu uzyskania parametrów technicznych i organizacyjnych nieporównywalnych z klasycznymi systemami przewodowymi. Należy oczekiwać wzrostu zastosowań tego typu urządzeń przez firmy zainteresowane dodatkowymi oszczędnościami w wyniku rezygnacji z kabli i przewodów oraz z powodu innych korzyści w funkcjonowaniu firmy i jej zarządzaniu.

Pojawiają się nowe obszary zastosowań inteligentnych czujników (np. zdalny monitoring stężenia gazów lub przesyłanie ważnych informacji o stanie urządzeń i obiektów inżynierskich), w których stosowane są już źródła energii oparte na ogniwach słonecznych, energii drgań, różnicy temperatur, różnicy ciśnień, ruchu oraz zjawiska piezoelektryczne itp.

W niedalekiej przyszłości projektanci systemów automatyki przemysłowej w większym stopniu będą wykorzystywać techniki przetwarzania i gromadzenia energii, przy jednoczesnym ograniczeniu zapotrzebowania na nią w układach elektronicznych zasilających bezprzewodowe sieci inteligentnych czujników. W dłuższej perspektywie czasu takie rozwiązania gwarantują uzyskanie dużej niezawodności pracy systemów monitorowania parametrów środowiskowych i kontroli procesów przemysłowych.  Pozwala to na znaczne skrócenie czasu reakcji służb technicznych w stanach awaryjnych. Dodatkową zaletą systemów wykorzystujących czujniki inteligentne jest obniżenie kosztów eksploatacji procesów  przemysłowych.

Jak dowodzi kilkuletnie doświadczenie autora, należy bazować na rozwiązaniach przystosowanych do konkretnych sytuacji (rodzaj monitoringu, topologia terenu, szybkość wymiany danych, warunki zasilania itp.). Należy też unikać tzw. rozwiązań uniwersalnych. System musi być zaprojektowany na miarę potrzeb. Nadmiarowość funkcji (zbyt inteligentnych) często może być źródłem znacznych problemów w eksploatacji całego systemu monitoringu. Nadmiar inteligencji – nie tylko samych czujników, ale także układów i systemów towarzyszących – wcale nie pomaga użytkownikom, a wręcz przeciwnie – może być powodem nieoczekiwanych i znacznych problemów – nie tylko natury technicznej, ale także  organizacyjnej i finansowej.

AUTOR

Dr inż. Jerzy Kołłątaj

Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej, Wydział Elektryczny, Politechnika Białostocka

LITERATURA

[1] Kołłątaj J.: Smart sensors under electromagnetic interference influences- practical approach in design and evaluation of microelectromechanical systems in the precision engineering. XVI International Conference on EMD, 2009
[2] I2C-bus specification and user manual. NPX – Philips, 2007
[3] BS Implementers Forum: System Management Bus (SMBus) Specification. Intel
[4] Materiały katalogowe i noty aplikacyjne firm: Motorola, Dallas Semiconductor, Bosh
[5] Karolys A.: A Smart Network Sensor System for Distributed. Synchronous Data Acquisition. www.vipsensor.com
[6] Sammarco J.: A Technology of Smart Sensors with Wireless Networks for Applications in Hazardous Work Environments. DHHS (NIOSH) 2007 Publ. No 2007-114
[7] SSI protocol specification ver. 1.0, Nokia, 2005