wersja mobilna
Online: 484 Wtorek, 2017.05.23

Raporty

Przemysłowe systemy pomiarowe

czwartek, 30 września 2010 07:30

Przemysł to jeden z głównych odbiorców czujników, urządzeń pomiarowych i systemów testujących. Odbiorcy z tej branży korzystają z różnorodnej aparatury, w tym pozwalającej na tworzenie zaawansowanych aplikacji pomiarowo-kontrolnych o rozbudowanych możliwościach akwizycji danych i komunikacyjnych.

Spis treści » Przyrządy standardowe, ale w sieci
» Sposoby ba systemy pomiarowe
» VXI, PXI, PXI express... czyli systemy do zadań specjalnych
» Nie tylko komponenty, cz. 1
» Odbiorcy i preferencje zakupowe klientów
» Rynek od strony dostawców
» Nie tylko komponenty, cz. 2
» Kierunki rozwoju rynku
» Pokaż wszystko

O ile dotychczasowe raporty z omawianego zakresu dotyczyły zazwyczaj czujników do pomiarów określonych wielkości fizycznych czy geometrycznych lub wiązały się z określonymi grupami produktów - np. aparaturą tablicową oraz przenośną, bieżąca analiza dotyczy urządzeń, których cechą wspólną jest możliwość przetwarzania danych i wzajemnej komunikacji.

Tego typu podzespoły oferowane są bardzo często w postaci modułowej, co pozwala na ich zestawianie w większe systemy, zależnie od potrzeb związanych z daną aplikacją. Duża rolę odgrywają tutaj wykorzystywane rozwiązania komunikacyjne i im poświęcono istotną część raportu. W analizie przedstawiono również rynek przemysłowych systemów pomiarowych, ich dostawców, najczęstsze aplikacje oraz trendy w branży krajowej.

Rozwój miernictwa przez długie lata bazował na pojedynczych, samodzielnych urządzeniach pomiarowych, które miały z góry zdefiniowaną funkcjonalność (np. służyły do pomiarów prądu, napięcia czy konkretnych wielkości nieelektrycznych).

Z czasem funkcje te zaczęto integrować, przez co powstały mierniki wielu wielkości fizycznych, a także łączono pojedyncze moduły we wspólnych obudowach. To ostatnie dało początek systemom modułowym (kasetowym), takie jak opisywane w dalszej części raportu VXI czy PXI.

W momencie gdy konieczne stało się pozyskiwanie danych z wielu różnych miejsc zakładu czy instalacji jednocześnie, a do tego przetwarzanie dużych ilości informacji, zaczęto wykorzystywać rozproszone systemy pomiarowe, gdzie sygnały z czujników byłyby odpowiednio przetwarzane na postać cyfrową i przesyłane. Wymienione trzy rodzaje rozwiązań opisano w pierwszej części raportu, natomiast kolejną poświęcono omówieniu rynku krajowego i trendów go kształtujących.

Przyrządy standardowe, ale w sieci

Stając przed problemem wykonania aplikacji pomiarowej, gdy mierzone mają być różne wielkości, a następnie te wartości przetwarzane do postaci cyfrowej i przesyłane do systemu nadrzędnego, inżynier ma do wyboru kilka rozwiązań. Różnią się one cechami aplikacyjnymi, możliwościami ewentualnej rozbudowy, odpornością środowiskową i kosztami wdrożenia. Jednym z pierwszych pomysłów przychodzących na myśl jest skorzystanie z przyrządów samodzielnych, czyli tzw. stand-alone.

Rys. 1. Najpopularniejsze, najczęściej sprzedawane produkty z omawianej grupy

Rys. 2. Obszary najczęstszego wykorzystania urządzeń i systemów pomiarowych w przemyśle i zastosowaniach profesjonalnych

Są to zazwyczaj urządzenia przenośne i wykorzystywane mogą być w aplikacjach o mniejszym stopniu złożoności. Chociaż pozwalają one praktycznie natychmiastowo uzyskać wyniki pomiarów, nie jest możliwa ich integracja sprzętowa i dysponujemy zazwyczaj niewielką liczbą wejść sygnałowych.

Z powyższych powodów urządzenia standardowe zaczęto łączyć w sieci, a przynajmniej zapewniać możliwość transmisji danych do systemów nadrzędnych. Jedną z pierwszych technologii, które spopularyzowały się na rynku, jest transmisja szeregowa.

Interfejs RS-232, który niedługo będzie miał już 50 lat, pozwolił na łączenie przyrządów na relatywnie niewielkie odległości i zapewniał transmisję na poziomie kilkudziesięciu kb/s (dotyczy popularnej wersji RS-232C). W przemyśle upowszechnił się również standard RS-485, który cechował się znacznie większymi prędkościami i zasięgiem transmisji. Jest on obecnie wykorzystywany w różnych sieciach komunikacyjnych, w tym do przesyłania danych w systemach pomiarowych (opisane w kolejnym rozdziale).

Przełomem dla klasycznej aparatury pomiarowej okazał się dopiero opracowany niewiele później niż RS-232 standard GPIB. Został on zatwierdzony jako IEEE- 488 (IEC-625) i definiuje komunikację z wykorzystaniem 16-bitowej, synchronicznej magistrali. Umożliwia ona transmisję z przepustowością do 1MB/s (lub większą, zależnie od modyfikacji standardu) w obrębie systemu składającego się z kilkunastu urządzeń.

TABELA 1. Oferta w zakresie modułowych systemów pomiarowych

TABELA 2. Oferta ogólna w zakresie urządzeń pomiarowych

Chociaż urządzenia pomiarowe, w których zaimplementowano GPIB liczone są obecnie w milionach, jego rola w branży jest malejąca. Jakie są największe nowości wprowadzone do omawianych produktów w ostatnich latach? Zdaniem respondentów redakcyjnej ankiety są nimi zdecydowanie nowe standardy komunikacyjne - USB, LXI (LAN Extension for Instrumentation) oraz Ethernet.

Słowo "nowe" w kontekście pierwszego ze skrótów może być wprawdzie nieodpowiednie, gdyż interfejs USB zawiera obecnie wiele popularnych urządzeń konsumenckich, jednak w przypadku aparatury pomiarowej mówić można o przełomie, który on wprowadził. Użytkownicy urządzeń pomiarowych otrzymali interfejs, który jest wydajny (teoretyczna prędkość to 480Mb/s dla USB 2.0), łatwy w wykorzystaniu - w szczególności przy podłączaniu przyrządu do komputera osobistego i przede wszystkim wszechobecny.

Z kolei powstały w 2004 roku LXI to efekt współpracy firm Agilent Technologies oraz VXI Technology. Łączy on cechy znane z VXI z funkcjami GPIB, wykorzystując do połączenia standardowy kabel ethernetowy. Jak się jednak wydaje, na razie USB znacznie lepiej przyjął się w przypadku zastosowań takich jak omawiane.

Do innych nowości respondenci zaliczyli pomiary zdalne z wykorzystaniem Internetu, użycie w aparaturze pomiarowej przemysłowych protokołów komunikacyjnych (np. CAN, Profibus) oraz interfejsów bezprzewodowych (więcej na temat rozwiązań bezprzewodowych, w szczególności telemetrycznych, w raporcie w APA 4/2010).

Sposoby na systemy pomiarowe

Fot. 1. System pomiarowy z urządzeniami bazującymi na standardzie PXI Express

W przypadku konieczności wykonywania pomiarów dla większej liczby punktów lub ciągłej akwizycji danych, konieczne jest stworzenie systemu pomiarowego. Chociaż jednoznaczne skategoryzowanie takiego rozwiązania jest trudne, bowiem w zależności od aplikacji systemy mogą mieć różną budowę, w ogólnym przypadku można w nich wyróżnić, oprócz obiektu badanego i źródeł sygnału, szereg elementów.

Do tych ostatnich należą: czujniki, moduły kondycjonowania (przetwarzania) danych, podzespoły służące do ich akwizycji, a także, po stronie końcowej, urządzenia pozwalające na przetwarzanie, analizę, wizualizację oraz przesyłanie wyników pomiarów.

W omawianych systemach stosuje się też zazwyczaj kontroler, którym może być np. sterownik programowalny, PAC czy komputer. Obecnie duża część instalowanych systemów pomiarowych jest zautomatyzowana, w tym często dostarczane są one "pod klucz" i zawierają także specjalizowane oprogramowanie.

Do komunikacji stosuje się tutaj transmisję w standardzie RS- 485 (m.in. z protokołem Modbus), komunikację ethernetową i inne standardy wymiany danych znane w automatyce. W tabeli 1 przedstawiono ofertę dostawców krajowych w zakresie omawianych komponentów systemów pomiarowych. Do najważniejszych elementów zaliczyć tutaj można:

  • Karty DAQ - instalowane są w komputerach i służą do akwizycji (zbierania) danych pomiarowych. Dostępne są karty z wejściami/ wyjściami analogowymi oraz cyfrowymi, wejściami licznikowymi, a także przeznaczone do podłączania czujników. Chociaż zapewniają one relatywnie duże możliwości pod względem wydajności, cechują się małą elastycznością, jeżeli chodzi o zmiany konfiguracji, a także w wielu zastosowaniach ich parametry mechaniczne lub elektryczne mogą być niewystarczające (np. podczas pracy w trudnych warunkach środowiskowych).
  • Przetworniki i moduły kondycjonowania - służą do przetwarzania wielkości fizycznych - np. temperatury, częstotliwości, ciężaru na inne wielkości (napięcie, prąd, itp.), a także zapewniają izolację od reszty systemu i możliwość przesyłania sygnału na większą odległość (np. z czujnika).
  • Moduły akwizycji danych - komponenty dostępne u wielu dostawców, które pozwalają na podłączanie sygnałów z różnych źródeł (np. czujniki, sygnały analogowe, cyfrowe i inne wersje specjalizowane) i ich przetwarzanie na inną postać (np. na dane przesyłane siecią komunikacyjną taką jak RS, USB, Ethernet). Występować mogą w wykonaniach jako oddzielne urządzenie, przeznaczone do montażu na szynie DIN, a także w większym systemie (o tym w kolejnym rozdziale). Spotyka się też dedykowane - np. do konkretnych zastosowań i pomiarów, a także podzespoły pozwalające na komunikację bezprzewodową. Przykładem urządzeń do akwizycji danych jest rodzina I- 7000 firmy ICP DAS, która obejmuje moduły wejść analogowych, służące do pomiarów temperatur, tensometrycznych, a także we/wy cyfrowe, kontrolery i inne.

Fot. 2. SM5 – moduł wejść binarnych produkowany przez Lumel; po stronie wejściowej ma on 8 wejść cyfrowych, natomiast do transmisji danych wykorzystywany jest interfejs RS- 485 z protokołami Modbus RTU i ASCII

Fot. 3. Oscyloskop firmy Agilent Technologies z interfejsami USB, GPIB oraz Ethernet

W omawianej grupie produktów, biorąc pod uwagę klientów polskich, trudno jest wskazać najczęściej sprzedawane urządzenia. Pytanie dotyczące tej kwestii zadaliśmy przedstawicielom działających na rynku firm, z których około 1/3 wskazała urządzenia stand-alone jako najpopularniejsze.

Na kolejnych miejscach znalazły się moduły akwizycji danych w wykonaniu samodzielnym, karty DAQ, moduły będące elementami większych systemów oraz podzespoły do kondycjonowania sygnałów (patrz wykres 1). Kolejność ta jest zgodna z wynikami analogicznej ankiety przeprowadzonej przez redakcję dwa lata temu, przy czym nieznacznie zmieniły się udziały procentowe każdej z grup urządzeń.



 

 

Szukaj w serwisie Semicon

zobacz wszystkie Nowe produkty

Lampki kontrolne RLK-1 i RLK-3

2017-05-22   | Relpol S.A.
Lampki kontrolne RLK-1 i RLK-3

W ofercie Relpolu klienci znajdą urządzenia modułowe, takie jak przekaźniki czasowe, przekaźniki nadzorcze do nadzoru prądu i napięcia, przekaźniki instalacyjne, styczniki instalacyjne. W ostatnim czasie do oferty dołączyła nowa grupa urządzeń: lampki kontrolne.
czytaj więcej

Przepływomierze ultradźwiękowe do niewymagających aplikacji

2017-05-22   | AEA Technique
Przepływomierze ultradźwiękowe do niewymagających aplikacji

Przepływomierz ultradźwiękowy KATflow 100 jest kompaktowym urządzeniem przeznaczonym do stacjonarnych pomiarów na pojedynczych rurociągach. Cechuje się on uproszczoną specyfikacją oraz dostępnością różnych typów sond.
czytaj więcej

Nowy numer APA