Akwizycja danych pomiarowych cz. 1

 

Okiełznać dane pomiarowe cz. 1

artykuł publikowany w piśmie POMIAR nr 02/2014

Na początku był…

Firma LAB-EL, już parę razy, w artykułach publikowanych na łamach magazynów wydawnictwa Wag-Tech, prezentowała swój sposób na rozwiązanie problemu akwizycji danych pomiarowych. Ogólnie rzecz ujmując, problem polega na skoncentrowaniu w jednym miejscu danych pomiarowych pochodzących z różnych miejsc przestrzeni pomiarowej, zapamiętaniu ich i dystrybucji za pomocą różnych kanałów przekazu.

Przyrządami podstawowymi (nie licząc czujników/przetworników pomiarowych) są tzw. koncentratory danych inaczej zwane modułami zbierania danych. Firma LAB-EL przez wiele lat oferowała koncentrator LB-731, a potem lekko zmodyfikowaną jego wersję LB-731A, przystosowaną do pracy sieciowej. Konstrukcja tych przyrządów oparta była jednak o elementy cyfrowe starszej, a tym samym mało wydajnej w sensie informatycznym technologii, stąd decyzja o zaprzestaniu ich produkcji.

Kolejnymi koncentratorami danych były LB-487 i LB-476, których większe możliwości w stosunku do poprzednika, zaowocowały wieloma ciekawymi aplikacjami. Ale, świat idzie naprzód. Zapędy klientów (i chwała im za to) wymuszały realizacje dodatkowych funkcji spełnianych przez przyrządy, aż w końcu konstruktorzy powiedzieli „basta”, już więcej nie da się upakować w pamięci urządzenia, a i procesor „ledwo zipie”. Tak więc, powstał pomysł skonstruowania nowego przyrządu o symbolu LB-480, któremu, a właściwie jego możliwościom aplikacyjnym poświęcamy ten dwuczęściowy artykuł.

 

Rys. 1 Schemat poglądowy rozproszonego systemu pomiarowego z wykorzystaniem koncentratora LB-480

Co to może?

Koncentrator/Moduł zbierania danych LB-480 służy do rejestracji danych pomiarowych uzyskiwanych z 8 wejść pomiarowych, udostępnianych następnie przez interfejs Ethernet za pośrednictwem gamy różnorodnych protokołów komunikacyjnych. Wejścia pomiarowe koncentratora mogą być przez użytkownika indywidualnie konfigurowane w zakresie rodzaju podłączonego czujnika, za pomocą zworek (jumpers) przypisanych do każdego wejścia. Podstawowy standard związany z czujnikami/przetwornikami to S-300. Jest to interfejs cyfrowej pętli prądowej, zapewniający dwuprzewodowe podłączenie czujnika pomiarowego do wejścia.  Sygnał w standardzie S-300 ma postać cyfrową, pozwala to zatem na wykorzystanie znacznych odległości pomiędzy czujnikiem, a modułem zbierania danych. Ta sama para przewodów przenosi sygnał pomiarowy, jak i służy do zasilania czujnika/przetwornika. Łączność przewodowa sygnału cyfrowego ma wiele zalet spośród których, najważniejsza jest mała wrażliwość na zakłócenia głównie elektromagnetyczne. Koncentrator/Moduł zbierania danych LB-480 może również uczestniczyć jako urządzenie pośredniczące  w transmisji danych przekazywanych drogą radiową z punktów pomiarowych do pamięci serwera.

 

Rys. 2 Widok przyrządu od strony użytkownika

Jakie sygnały pomiarowe?

Jak wspomniano wcześniej, głównym standardem sygnałów jest sygnał cyfrowej pętli prądowej S-300, który umożliwia dołączenie praktycznie dowolnego czujnika z interfejsem S300. Większość przyrządów oferowanych przez firmę LAB-EL posiada taki interfejs. Powalają one na precyzyjny pomiar temperatury, wilgotności, ciśnienia i wielu innych parametrów, stosownie do dołączonego zewnętrznego przyrządu.

Innym rodzajem sygnału wejściowego jest umożliwienie pomiaru temperatury za pomocą zewnętrznej sondy termistorowej w zakresie -40...+140 °C. Dedykowana sonda ze specjalnym termistorem zapewnia optymalną dokładność pomiaru 0,2 °C w zakresie temperatur 0…+50 °C oraz 1..2 °C w pozostałym zakresie. Sonda termistorowa jest w większości przypadków ekonomicznym rozwiązaniem do pomiaru temperatury, ale w wąskim zakresie temperatur.

Do realizacji pomiarów temperatury w szerszym niż dla termistorów zakresie wykorzystywane są czujniki Pt1000. Wejście pracujące w tym trybie umożliwia pomiar temperatury za pomocą zewnętrznej sondy Pt1000  w zakresie -190 .. +750 °C.

Wejście koncentratora LB-480 może również służyć do zliczania impulsów. Jako impuls traktowane jest zwarcie wejścia na określony minimalny czas. Zwarcie może pochodzić z przełącznika (styk zwierny lub z wyjścia cyfrowego, np. typu OC). Do wejścia można podłączyć dowolne źródło impulsów - np. styk zwierny, wyjście licznika energii, deszczomierz. Wejście impulsowe może być skalowane tzn. zostaje określona wartość i jednostka miary dla pojedynczego impulsu. Do wejścia można podłączyć przykładowo: deszczomierz i określić że 1 impuls = 0,2 mm opadu lub licznik energii elektrycznej i określić że 1 impuls = 0,1 kWh.

Innym sposobem interpretacji stanu binarnego wejścia jest detekcja stanu zwarcie/rozwarcie, interpretowane jako stan logiczny (binarny) 0 lub 1. Może być sterowane stykiem zwiernym lub wyjściem cyfrowym typu OC. Inną nieco interpretacją wejścia binarnego jest tzw. wejście przełącznikowe umożliwiające detekcję stanu zwarcia/rozwarcia przełącznika, a ponadto wykrywany jest tzw. sabotaż linii prowadzącej do przełącznika - zwarcie lub przerwanie linii skutkuje sygnalizacją alarmu.

LB-480 obsługuje także standardowe sygnały analogowe stosowane w automatyce przemysłowej tj. napięciowe 0/2…10 V oraz prądowe 0/4…20 mA. Sygnały analogowe mogą być skalowane, tzn. zakres prądowy lub napięciowy rzutowany jest na skalę mierzonej wielkości fizycznej, np.  przyrząd do pomiaru zawartości CO ₂ o zakresie pomiarowym 0..5000 ppm, posiadający na wyjściu sygnał napięciowy 0...10V, po operacji skalowania zmierzone napięcie 0…10V zostanie przeliczone na zakres 0...5000 i pokazane z jednostką ppm. Zaletą wejść jest możliwość indywidualnej konfiguracji każdego z nich, co daje duże możliwości w przypadkach, różnych sygnałów występujących w monitorowanym obszarze.

Jak przykroić do potrzeb?

Koncentrator LB-480 pozwala na swobodny dobór dodatkowych interfejsów pomiarowo-komunikacyjnych w zależności od rodzaju zainstalowanych wymienialnych wkładek mocowanych w trzech dodatkowych gniazdach „portów”.

Wkładki mogą pełnić rolę dodatkowego interfejsu RS-232, RS-485 lub USB, służąc do komunikacji z innymi zewnętrznymi urządzeniami (przyrządami pomiarowymi, sterownikami PLC itp.), np. z wykorzystaniem uniwersalnego protokołu MODBUS. Opcjonalna wkładka z przekaźnikami może sterować zewnętrznymi urządzeniami sygnalizacyjnymi. Dołączenie do systemu czujników bezprzewodowych serii LB-525 (do pomiaru temperatury i wilgotności) umożliwia wkładka z modułem lokalnej komunikacji radiowej ELWAVE pracującej w paśmie 430 MHz. Wkładka z odbiornikiem GPS umożliwia odbiór informacji o dokładnym czasie i lokalizacji urządzenia. Jeżeli jest potrzebne dołączenie większej ilość przyrządów LAB-EL, można zastosować wkładki z trzema dodatkowymi wejściami S-300, co pozwoli zmaksymalizować ilość wejść koncentratora do 17-tu.

 

Rys. 3 Widok przyrządu od strony podłączenia sygnałów

Jak pamięta dane?

Koncentrator/moduł zbierania danych LB-480, w swej nieulotnej pamięci zapisuje dane pomiarowe synchronizowane w czasie rzeczywistym. Dane zapisywane są w postaci rekordów, które z kolei mają różne długości zależnie od rodzaju przyrządu, z którego pochodzą i w związku z tym całkowita liczba rekordów danych zapisywanych w pamięci jest wielkością zależną od konfiguracji wejść.

Przyrząd posiada również wbudowany czytnik kart pamięci do 4GB. Karta jest w urządzeniu formatowana i przypisywana do tego urządzenia. Odczyt karty może być realizowany przez dowolny czytnik kart SD.

Jak się łączy „ze światem”?

Dane z pamięci przesyłane są do systemu komputerowego (serwera) wykorzystując różne kanały transmisyjne. Do bezpośredniego podłączenia koncentratora do serwera służy interfejs Ethernet.

W przypadku braku „kabla” można zainstalować opcjonalną wkładkę z modemem GSM i bezprzewodowo transmitować dane w standardzie GPRS oraz wysyłać SMS-y alarmowe z dowolnej lokalizacji, co pozwala na zdalny monitoring np. w pojeździe dostawczym.

Gdzie to można wykorzystać?

Zastosowanie przyrządu jest wszechstronne. Główne „miejsca” zastosowania to:

• monitoring mikroklimatu magazynów i pomieszczeń produkcyjnych, zwłaszcza w farmacji;
• monitoring serwerowni: pomiar temperatury w różnych punktach, pomiar wilgotności powietrza, czujnik zalania, czujniki otwarcia drzwi z detekcją sabotażu linii czujnika;
• mini stacja meteorologiczna: pomiar temperatury i wilgotności powietrza, ciśnienia atmosferycznego, prędkości i kierunku wiatru, nasłonecznienia;
• lokalny pomiar temperatury: możliwość pomiaru temperatury w 8 punktach za pomocą prostych i tanich bezpośrednich sond termistorowych;
• wielopunktowy pomiar temperatury: przy podłączeniu 8 sztuk wielokanałowych termometrów  LB-711 możliwy jest pomiar temperatury aż w 64 punktach z wysoką dokładnością pomiaru dzięki zastosowaniu czujników platynowych podłączanych 4-przewodowo;
• i wiele innych

W drugiej części artykułu przedstawimy kilka ciekawych aplikacji ==> część II.

Szczegółowe dane techniczne koncentratora LB-480 można znaleźć w dokumencie: Moduł zbierania danych LB-480.