• Типовое решение по СМИК

 #1769   ТИХОНЯ
 05 мар 2015, 00:31
Уважаемые коллеги, здравствуйте!
Как и обещал, начинаю понемногу выкладывать материал, посвященный типовым решениям по СМИС/СМИК/СУКС, с которыми пришлось работать на объектах. Постараюсь не «растекаться мыслью по древу» и изложить сухие факты.
В данном небольшой статье рассмотрю самый распространенный вариант сбора данных с датчиков СМИК, с которым столкнулся на объектах. В данном случае это касается акселерометром.
Итак, ниже приведена весьма и весьма общая структурная схема сбора данных с акселерометров (Рис. 1)

СМОТРИТЕ ВЛОЖЕНИЕ Рис_1

Немного информации по оборудованию:
- А1 – акселерометр (с аналоговым выходом);
- Ист. Питания – однополярный источник постоянного тока;
- Блок АЦП – оборудование с аналого-цифровым преобразователем в различном исполнении (попадались и крейтовые системы с набором плат и отдельные «модули»);
- Локальный Сервер СМИК (ЛСС) – некий промежуточный пункт сбора и предварительной обработки данных (в большинстве случаем представлял из себя промышленный сервер с спец. ПО и необходимым набором плат расширения)
- Сетевое устройство 1 – коммутационное оборудование для подключения к сети передачи данных СПД (может быть как обычный свитч, так и конвертор из «меди» в «оптику» и т.п.), расположено в одном шкафу/стойке с ЛСС
- Сетевое устройство 2 – аналогично Сетевому устройству 1, только расположено в стойке/шкафе Сервера СМИК
- Сервера СМИК – основной «узел» и «мозг» СМИК по сбору, обработке, формированию алгоритмов и т.п. СМИК (представляет собой промышленный сервер со спец. ПО, необходимым набором плат расширения и минимальнонеобходимой визуализацией).

Вопрос по монтажу поднимать не буду – всюду исполнение зависело как от качества рабочей документации, так и от общего уровня профессионализма и добросовестности монтажной организации.
Буду озвучивать только свои мысли, может быть многие с ними не согласятся, но тем не менее в данной структуре вижу следующие изъяны:
1. Аналоговые акселерометры.
Живем мы не в начале 21 века и технологии давным-давно позволяются все перевести в «цифру».
Почему до сих пор закладывают АНАЛОГОВЫЕ акселерометры лично для меня загадка. Причем в подавляющем большинстве попадаются датчики одного и того же производителя (думаю все поняли о каких зеленоградских датчиках я говорю). То ли «сговор», то ли проектировщики «лепят» под копирку и даже не хотят искать альтернатив (просто лень)!!!
А ведь от скольких проблем они могли бы избавить и себя, и ПНРщиков, и «эксплуатантов», немного подумав и заменив «аналог» на «цифру» (вариант структурки приведу чуть позже).
И так, «минусы»:
А) Помехи на линии как «температурные», так и «промышленные», так и связанные с протяженностью линии. Пока сигнал с датчика дойдет до АЦП представьте себе как он «захламится».
Б) Необходимость синхронизации снятия данных с группы датчиков. Требуется некое синхронизирующее устройство (чаще всего использовалась доп. плата в составе крейтовой системы)
В) Необходимость двухполярного источника питания

2. Источник питания
Отдельная песня. На структурке показал подключение двух источников питания как оно указано в электрических принципиальных схемах. Думаю никому не надо пояснять получение двухполярного и «изъяны» данного исполнения.
Дорогие проектировщики, которые «проектируют» ТАКОЕ, заложите НОРМАЛЬНЫЙ двуполярный источник питания в едином исполнении и не городите огород! Такой источник будет стоить всего лишь в 2 раза дороже, чем 2 «однополярных».

3. Блок АЦП и ЛСС
Связка Блок АЦП-ЛСС - в большинстве случаев совершенно избыточное и лишнее оборудование. Я не говорю, что ЛСС вообще не нужен, но, в ряде случаев, от него можно отказаться.
Вполне можно подобрать Блок с поддержкой TCP/IP и передавать информацию сразу на Сервер СМИК. Это позволит сэкономить и на оборудовании, и на ПНР, и на обслуживании: не нужны доп. мощности ИБП, операционные системы, настройки DCOM и т.п. Я уже не говорю о том сколько головной боли это снимет с «эксплуатантов».

Тратить время на более детальный разбор каждого пункта в данном обзоре не буду, предлагаю вынести его на простор форума и обсудить его там.

Осуждать у нас любят все, а решение проблемы никто не предлагает.
Ниже предлагаю свое решение выше описанных проблем, как я это вижу. Оно «укрупненное» и может где-то не без изъянов, но затем мы обсуждаем здесь проблему СМИС, чтобы совместными усилиями сделать систему лучше и отбросить всякую «шелуху».
И так, какие решения вижу я:
1. Акселерометр
Замена АНАЛОГОВОГО акселерометра на ЦИФРОВОЙ.
Здесь необходимо сделать небольшое отступление. Дел в том, что в документации по СМИК указаны «граничные уставки» по частотам, которые необходимо отслеживать. По опыту работы на объектах получается что эти частоты, в большинстве случаев, лежат в диапазоне от 0 до 20 Гц. Хотел бы задать пару вопроовс той части проектировщиков, которая занимается «научной» частью проектирования СМИК, а именно построением матмоделей сооружений и расчетом уставок:
- какой именно из параметров колебаний вы считаете наиболее необходимым для отслеживания?
- какая «точность» отслеживания данного параметра, с вашей точки зрения, будет достаточной?
Эти вопросы задаю не просто так – посмотрел рынок на предмет цифровых акселерометров и нашел довольно много аналогов близких по параметров к зеленоградским акселерометрам.
Какие-то характеристики конечно были похуже, но в целом вполне походили. Из плюсов, кроме того, что сигнал уже «оцифрован» и нет необходимости синхронизировать группу датчиков (у данных есть «метка времени»), можно отметить такие вещи:
- питание от источника напряжения одной полярности;
- интерфейс RS-485;
- защита от КЗ;
- гальваническая развязка информационных линий;
- намного меньшие масса-габаритные показатели.
2. Источник питания
Про него я уже написал выше, тут все понятно.

3. АЦП
Если акселерометр «цифровой», то можно отказаться от связки АЦП-ЛСС. Заменяем ее на конвертер с поддержкой TCP/IP и виртуальных COM-портов и передаем информацию по Ethernet сразу на Сервер СМИК.
Как дополнительный плюс – не нужна отдельная большая стойка (ее можно заменить на настенный шкаф), большой ИБП, KVM-консоль и т.д.

Структурная схема будет выглядеть примерно как на рис.2

СМОТРИТЕ ВЛОЖЕНИЕ Рис_2

Из плюс (укрупненно) получаем:
1. Более качественную информацию с датчиков;
2. Упрощение монтажа;
3. Сокращение требуемых оборудования и ПО;
4. Общее улучшение тех. решения;
5. Упрощение эксплуатации;
6. Как следствие из п.3 и п.5 – сокращение затрат на СМР, ПНР, последующую эксплуатацию.

Безусловно, мой вариант имеет свои изъяны и изложен может быть не слишком детально, но, считаю, что он позволяет решить множество проблем, описанных выше.
Повторюсь, мой вариант не претендует на идеальный, поэтому прошу всех форумчан по возможности дать как свои замечания, так и предложить свои варианты решений.
Вложения
Рис_1.JPG
Рис_1.JPG (54.33 КБ) 16535 просмотров
Рис_2.JPG
Рис_2.JPG (38.48 КБ) 16535 просмотров
 #1835   ТИХОНЯ
 19 мар 2015, 21:43
R-A-D-A писал(а):Кто подскажет, есть датчики MEMS http://www.kit-e.ru/articles/sensor/2009_02_28.php
подходят ли они по характеристикам в качестве акселерометра? На сколько они лучше аналоговых датчиков?


Первое на что стоит обратить внимание это, как верно заметил grayded, есть ли у данных датчиков Свидетельство об утверждении типа средств измерений (можете поискать заинтересовавшие Вас СИ В Госреесте СИ).
Второе - если в тех данных разрешающая способность mg - это мили g, здесь вопрос больше к коллегам, которые занимаются научной составляющей в паспортах мониторинга СМИК, т.к. они в своих расчетах должны указать уставки для датчиков. Исходя из этих значений вы уже можете подбирать СИ. Из своей практики скажу, что на объектах стоят акселерометры с показателем где-то около 5*10-5 g. И не везде трехкоординатные (все зависит от того какой именной параметр мониторится и на какой конструктив датчик установлен).
Третье - сама технология MEMS, лично мне оч. нравится, но у данных структур есть свои минусы, например такие как собственный дрейф нуля и высокий температурный дрейф нуля. Разброс показаний в зависимости от моделей производителей может доходить до 0,001-0,1 g на 10 градусов Цельсия. Обязательно обратите свое внимание на данный показатель у интересующих вас датчиков, а так же на рабочий диапазон температур - в итоге получите еще одну погрешность к результату измерений. В цифровых датчиках данная проблема частично нивелируется, но все же не до конца.
В целом сейчас на рынке уйма, датчиков на MEMS, собираются они на заграничной элементной базе. На нашем рынке, в большинстве, своем представлены компании, которые либо собирают акселерометры на заграничной элементной базе, либо просто реселлеры.
Если Вас интересуют масса-габаритные показатели, то я бы обратил внимание на отечественный рынок, на нем есть ряд датчиков, внесенных в реестр СИ. По разрешающей способности они, конечно, не 5*10-5, но довольно близко к данному значению. Есть разнообразные варианты, в том числе и с технологией ICP. Ну и цена у них, на мой взгляд, более-менее приемлемая.
 #1837   R-A-D-A
 24 мар 2015, 21:36
Широко распространены датчики А1632. Интегральный шум в рабочем диапазоне частот 10-5 м/с2 (из описания на сайте http://www.geophone.narod.ru/TTX/ttx.html).
По сути, это порог чувствительности? На сколько я слышал, даже с ними есть проблемы в выделении реального спектра. О каком нормальном спектре на mems с их
чувствительностью можно говорить? Ведь множество датчиков устанавливают и на малые высоты, например, где амплитуды колебаний небольшие.
 #1847   ТИХОНЯ
 03 апр 2015, 13:01
R-A-D-A писал(а):Широко распространены датчики А1632. Интегральный шум в рабочем диапазоне частот 10-5 м/с2 (из описания на сайте http://www.geophone.narod.ru/TTX/ttx.html).
По сути, это порог чувствительности? На сколько я слышал, даже с ними есть проблемы в выделении реального спектра. О каком нормальном спектре на mems с их
чувствительностью можно говорить? Ведь множество датчиков устанавливают и на малые высоты, например, где амплитуды колебаний небольшие.


Здесь мы возвращаемся к изначальному вопросу "MEMS-Аналог"/"Лучше - Хуже" ,основные минусы, как я их вижу, описаны в предыдущем ответе.
Если по существу, то Использовать или НЕ использовать акселерометры, созданные с использованием той или иной технологии (ICP, MEMS, "чистый аналог" на пьезоэлементах и т.д.) зависит только от Вас, Ваших задач и условий (например, не всегда и не везде необходимы трехкоординатные датчики). Кроме того не везде требуется смотреть спектр во всем заданном диапазоне частот - кому-то достаточно отслеживать изменение амплитуды на определенной частоте. Поэтому повторюсь - все зависит от Ваших задач и потребностей. (Теже акселерометры на MEMS структурах используются в автомобилестроении, для их задач они, видимо, вполне подходят).
Что касается широкой распространенности А1632, что-то особенное сказать не могу, т.к. на объектах, где довелось работать, стояли датчики 17й серии.
Лично для себя сделал вывод, что если были бы на рынке датчики с предусилением (аля ICP) и основными характеристиками, допустим, тех же датчиков 16-17й серии, то настаивал бы, чтобы проектировщики закладывали их. А если бы попался "цифровой" датчик, да еще в теже деньги или не на много дороже, вообще был бы в восторге. Но, к моему глубокому сожалению, подходящие варианты пока мне не попались, поэтому пользуемся тем, что есть.

Кто знает, может быть, среди посетителей форума есть люди, так или иначе, связанные с производством акселерометров или близких к данной теме. Возможно они создадут новый продукт, который будет удовлетворять всем нашим требованиям, и мы с Вами, наконец, получим тот "инструмент", который нам нужен. :ugeek:
 #1936   ТИХОНЯ
 23 июн 2015, 02:24
Недавно нашел двухполярный источник питания с крепления на DIN-рейку и клеммными колодками, по мощности варианты исполнения от 5 до 25 Вт. Производитель - американская фирма известная своими блоками питания. На Российском рынке представлен довольно широко, приобрести несложно.
Был весьма удивлен, когда увидел цену одной штуки - на сегодняшний день она колеблется в районе всего 600 р (исполнение: мощность - 15 Вт, расключение - под винт).
По расчетам его должно хватить на питания 6 акселерометром при протяженности линий около 1 км.
После тестирования в полевых условиях выложу название модели, фото и комментарии.
 #2193   Adols
 31 окт 2016, 17:39
R-A-D-A писал(а):Широко распространены датчики А1632. Интегральный шум в рабочем диапазоне частот 10-5 м/с2 (из описания на сайте мониторинг инженерных систем здания http://www.geophone.narod.ru/TTX/ttx.html).
По сути, это порог чувствительности? На сколько я слышал, даже с ними есть проблемы в выделении реального спектра. О каком нормальном спектре на mems с их
чувствительностью можно говорить? Ведь множество датчиков устанавливают и на малые высоты, например, где амплитуды колебаний небольшие.


мы применяем датчики А1632 в СМИС - хорошо себя показали.