ترانسمیتر اسمارت چیست؟ (عملکرد خاص آن، تعریف اجزا اصلی، کاربردها و مزایا)

یک ترانسمیتر اسمارت بر پایه ریزپردازنده، یک حافظه (memory) دارد که می‌تواند محاسباتی را انجام دهد، عیب‌یابی‌هایی را عملی کند و از نظر دقت و پایداری، از ترانسمیترهای قدیمی‌تر و مرسوم بهتر عمل کند.
یک ترانسمیتر اسمارت همچنین یک پروتکل ارتباطی بی‌سیم دارد که می‌توان از آن استفاده کرد تا مقادیر اندازه‌گیری شده ترانسمیتر را تفسیر کرد و تنظیمات مختلف ترانسمیتر را سفارشی‌سازی کرد.

ویژگی های اصلی ترانسمیتر اسمارت

پردازش سیگنال آنالوگ به دیجیتال، اگر موضوع بهره‌وری کلی سیستم باشد، این مهم‌ترین ویژگی ساخت آن است. لازم است که به شکل صحیح انجام شود تا مقدار فیزیکی دنیای واقعی را به مقداری دیجیتال تبدیل کند، که می‌تواند فشار، انرژی، دما و … باشد.
نکات مرتبط با CPU جزئی است. میزان استفاده از برق برای ابزار میدانی مهم است. تنوعی از ماشین‌های کم‌مصرف مناسب هستند، چون نیاز نیست که این وسیله توانایی محاسباتی بالایی داشته باشد.
I/O (ارتباطات ریموت) به ابزار این امکان را می‌دهد که در هر دو جهت ارتباط برقرار کند، در مقایسه با پارادایم مخابره‌ی خروجی آنالوگ برای تجهیزات آنالوگ که تنها یک طرفه بود.
ROM و RAM شامل برنامه عملیاتی دستگاه (firmware یا ثابت‌افزار) و حافظه scratch مورد نیاز برای هر وظیفه تخصیص داده شده هستند.
تولید سیگنال خروجی دیجیتال به آنالوگ، سازگاری با سیستم موجود قبلی و همچنین بروزرسانی‌های سریع‌تر را ممکن می‌سازد، بهتر از آنچه که شاید در ارتباطات دیجیتال ممکن است.

چرا ما به ترانسمیتر اسمارت نیاز داریم؟

تفاوت اصلی بین یک ترانسمیتر اسمارت و ترانسمیتر آنالوگ مرسوم در ارتباط و نظارت است؛ یک ترانسمیتر اسمارت هر دو مورد را ساده‌تر می‌کند.
دیگر نیازی نیست که مهندسان سیگنال خروجی آنالوگ را محاسبه کنند، بلکه کافی است که با ترانسمیتر ارتباط برقرار کنند و سیگنال دیجیتال را بخوانند.
دو نوع پروتکل ارتباطی وجود دارد که در ترانسمیترهای هوشمند استفاده می‌شود که ارتباطات را ساده‌تر می‌کند:
پروتکل ارتباطی HART (ترانسمیتر ریموت قابل آدرس‌دهی بزرگ‌مسیر)
پروتکل ارتباطی SMART (ترانسدیوسر ریموت تک ماژولار بازه‌دهی اتوماتیک)

در مقاله نکات مهم درباره منبع تغذیه و خروجی سنسور فشار موضوعات مربوط به سیگنال ورودی و خروجی الکتریکی به طور کامل توضیح داده شده است.

HART:

یک ترانسمیتر HART متشکل از یک سیگنال مرسوم آنالوگ mA و یک سیگنال نوری اضافه‌شده (superimposed) روی سیگنال آنالوگ است. این پروتکل با سیستم‌های مدرن سازگار است، چون همچنان سیگنال آنالوگ دارد. مدل HART به تجهیزات این امکان را می‌دهد که به شکل دیجیتال، رو دو سیم با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، دو سیمی که برای مخابره سیگنال ابزار آنالوگ از ۲۰…۴ میلی آمپر استفاده می‌شود.

SMART:

در ترانسمیترهای SMART برخلاف ترانسمیترهای آنالوگ، جزء اصلی‌شان ریزپردازنده است، در نتیجه دارای قابلیت‌های خودعیب‌یابی (Self-diagnosis)، جبران‌دهی غیرخطی، بازچیدمان بدون انجام کالیبراسیون و توانایی ارتباط دیجیتال در شبکه است.

قطعات ترانسمیتر SMART:

برای اینکه اجزای اصلی یک ترانسمیتر SMART را بهتر بشناسیم، در تصویر زیر نمودار بلوکی ساده‌سازی‌شده از آن آمده است:

بخش ورودی (input):

بخش ورودی، متشکل از سنسور فرآیند یا ترانسدیوسر و همچنین مبدل آنالوگ به دیجیتال ADC است. سنسور بردار فرآیند مرتبط (مثل فشار، اصطکاک، دما، باد و غیره) را محاسبه می‌کند و بعد از آن به سیگنال الکتریکی مرتبط تبدیل می‌شود.
سپس مبدل آنالوگ به دیجیتال (کانورتر) سیگنال الکتریکی محاسبه‌شده را به یک مقدار دیجیتال تبدیل می‌کند. این شماره‌ی دیجیتال، که مقدار فرآیند (PV) را نشان می‌دهد، به بخش تبدیل ریزپردازنده تغذیه می‌شود (وارد می‌شود).

بخش تبدیل (conversion):

این بخش شامل یک ریزپردازنده است که کارکرد اصلی آن تبدیل ریاضی از بُردار فرآیند به نمایش mA مرتبط با فرآیند است. حافظه (memory)، جایی که اسمبل ترانسمیتر، مقداردهی اولیه و داده‌های عیب‌یابی در آن ذخیره می‌شود، مستقیما با ریزپردازنده در ارتباط است.
برای محاسبه‌ی این مقدار mA، مقادیر بازه ترانسمیتر (مرتبط با مقادیر صفر و اسپن) همراه با قابلیت تبدیل استفاده می‌شوند. اگرچه ترانسمیترهای فشار می‌توانند راه جایگزین ریشه مربع داشته باشند، اما قابلیت انتقال خطی رایج‌ترین حالت است.

بخش خروجی (output):

مقدار mA اندازه‌گیری شده، که بردار فرآیند را نشان می‌دهد، به مبدل دیجیتال به آنالوگ این بخش وارد می‌شود، جایی که مقدار mA به سیگنال الکتریکی واقعی ۲۰٫٫٫۴ میلی آمپر تبدیل می‌شود. دقت کنید که ریزپردازنده نیاز دارد به عوامل تنظیم (تیونینگ) داخلی خاصی تکیه کند تا بتواند این عملکرد را به مقداری مناسب برساند.

همچنین به تنظیم این معیارهای کالیبراسیون تریم ۲۰٫٫٫۴ میلی آمپر یا تریم حلقه جریان گفته می‌شود. یک ترانسمیتر اسمارت که از پروتکل HART استفاده می‌کند، یک ریزپردازنده دارد که داده‌های دستگاه را دستکاری می‌کند، به جای اینکه فقط به جهت مکانیکی یا الکتریکی بین ورودی و سیگنال خروجی ۲۰٫٫٫۴ میلی آمپر (دریافت شده در ترانسمیترهای آنالوگ مرسوم) تکیه کند.

مزایای ترانسمیتر اسمارت:

• دقت و اطمینان‌پذیری بالا
• یک نفوذ منفرد به سیکل اندازه‌گیری شده، به جای چندین نفوذ که توسط دستگاه‌های گسسته مورد نیاز است، در نتیجه پیاده‌سازی ساده‌تر و ارزان‌تر.
• امکان کالیبراسیون از راه دور یا جابجایی از راه دور، با ارسال یک سیگنال بی‌سیم.
• کاهش مقدار ابزار یدکی مورد نیاز، چون یک ترانسمیتر یدکی را می‌توان برنامه‌ریزی کرد تا هر طیفی را پوشش دهد و در نتیجه جایگزین هر ترانسمیتر ایرادداری شود.
• اطمینان‌پذیری درازمدت افزایش پیدا می‌کند و تناوب کالیبراسیون مجدد مورد نیاز کاهش.
• قابلیت مدیریت داده‌ها برای رهگیری و بررسی عملکرد تجهیزات و کارخانه.