wersja mobilna
Online: 530 Sobota, 2016.12.03

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.



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Przywieszki do kabli do zastosowań w trudnych warunkach środowiskowych

2016-12-02   |
Przywieszki do kabli do zastosowań w trudnych warunkach środowiskowych

Nowe poliestrowe przywieszki do kabli B-7598 firmy Brady zaprojektowano do zastosowań w trudnych warunkach środowiskowych. Po zadruku taśmą barwiącą R-6000 zapewniają one odporność na promieniowanie UV, ekstremalnie wysokie i niskie temperatury, pył, deszcz i środki chemiczne.
czytaj więcej

Komputer na zakres temperatur pracy -40...+75°C z mikroprocesorem Core i7 i dwoma slotami PCI

2016-12-02   |
Komputer na zakres temperatur pracy -40...+75°C z mikroprocesorem Core i7 i dwoma slotami PCI

Schweitzer Engineering Laboratories (SEL) powiększa ofertę komputerów przemysłowych rodziny SEL-3360 o nowy model z sufiksem "E" różniący się od wcześniejszych modeli dwoma wbudowanymi slotami dla kart PCI. Jest to komputer bezwentylatorowy o szerokim dopuszczalnym zakresie temperatur pracy od -40 do +75°C, odporny na wyładowania ESD do 15 kV i udary mechaniczne do 15 g.
czytaj więcej

Nowy numer APA