Wie können die Daten des Demodulators in das bestehende SPS- oder DCS-System des Kunden integriert werden?
Die Anbindung von Messdaten eines Faser-Bragg-Gitters (FBG)-Demodulators an ein bestehendes programmierbares Logiksteuerungs- (SPS) oder verteiltes Steuerungssystem (DCS) des Kunden erfordert in der Regel eine Systemintegration auf drei Ebenen: Hardware-Schnittstelle, Kommunikationsprotokoll und Datenberechnung/-abbildung.
I. Kernkommunikations- und Schnittstellenintegrationslösungen
1. Anbindung über Modbus-Industrieprotokoll (Modbus TCP / Modbus RTU)
- Prinzip：Modbus ist das am weitesten verbreitete Standard-Industrieprotokoll für SPS und DCS. Der Demodulator fungiert als Modbus-Server (Slaw) und bildet die zentrierte Wellenlänge \lambda_B oder die sekundär berechnete physikalische Größe (z. B. Temperatur, Dehnung, Druck usw.) auf feste Holding Registers (4\text{XXXX}-Adressbereich) ab.
- Realisierung：Die SPS/DCS fungiert als Modbus-Client (Master) und liest die Registerwerte zyklisch (z. B. alle 100\ \text{ms}) über Ethernet (Modbus TCP) oder eine RS485-Schnittstelle (Modbus RTU) aus.
2. Anbindung über OPC / OPC UA-Architektur
- Prinzip：In großen DCS-Systemen (wie Honeywell, Yokogawa, Zheda Control usw.) oder SCADA-Systemen ist OPC UA (OPC Unified Architecture) der universelle plattformübergreifende Datenaustauschstandard.
- Realisierung：Die Host-Software des Demodulators oder ein Datenmiddleware-Dienst fungiert als OPC UA-Server und veröffentlicht die Messpunktinformationen, Echtzeit-Physikwerte und Alarmzustände des Sensors als Standardknoten (Nodes); Der OPC UA-Client des DCS-Systems abonniert diese Knoten, um eine nahtlose Synchronisierung von Echtzeitdaten zu erreichen.
3. Netzwerk-Socket-Kommunikation (TCP / UDP)
- Prinzip：Über eine industrielle Ethernet-Schnittstelle sendet der Demodulator Datenpakete (im JSON-, ASCII- oder benutzerdefinierten Binärformat) an die Ziel-IP-Adresse und den Zielport basierend auf dem TCP- (verbindungsorientiert, zuverlässig) oder UDP-Protokoll (geringe Latenz).
- Realisierung：Die SPS (z. B. Siemens S7-1200/1500 oder Mitsubishi Q/FX-Serie) verwendet die Open User Communication (z. B. Befehle
TSEND_C/TRCV_C), um die Pakete zu empfangen und die Befehle gemäß dem Protokollformat zu parsen.
4. Analogsignal-Hartverdrahtungskonvertierung (für ältere traditionelle Systeme)
- Prinzip：Wenn das vorhandene DCS/SPS des Standorts nur traditionelle analoge E/A-Module unterstützt, kann eine zusätzliche Hardware zur Konvertierung von FBG-Daten in analoge Signale konfiguriert werden.
- Realisierung：Die berechneten Digitalwerte werden über einen DAC in Standard-4\text{--}20\ \text{mA}-Stromsignale oder 0\text{--}10\ \text{V}-Spannungssignale umgewandelt und direkt an die AI-Module des SPS/DCS angeschlossen.
II. Datenanalyse und Abstimmung der Abtastrate
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Abbildungslogik von Wellenlänge zu physikalischer Größe：
Die Änderung der Bragg-Reflexionswellenlänge des Faser-Bragg-Gittersensors steht in einer linearen oder nichtlinearen Beziehung zur gemessenen Größe. Die Daten können auf der Seite des Demodulators kalibriert und berechnet werden (z. B. Formel für die Polynomregression der Temperatur in °C/pm; oder die Formel für die lineare Regression der Dehnung in \mu\varepsilon/pm), und die technischen physikalischen Größen werden direkt an die SPS ausgegeben; alternativ kann die Wellenlängenänderung \Delta\lambda direkt an die SPS ausgegeben werden, und die SPS führt die Umrechnung in technische Einheiten durch interne Kontaktpläne/Funktionsblöcke (FB) durch. -
Anpassung der Abtastrate：
Die Hochgeschwindigkeitsabtastung des FBG-Demodulators (z. B. 100\ \text{Hz}) kann den Abtastzyklus einer herkömmlichen SPS (normalerweise 10\text{--}100\ \text{ms}) übersteigen. Es ist üblich, die Abtastrate auf der Seite des Demodulators oder auf Softwareebene zu reduzieren (z. B. auf 1\ \text{Hz}\text{--}10\ \text{Hz}), oder gleitende Mittelwertfilterung zu verwenden, um die Datenverarbeitungsfähigkeit des DCS/SPS anzupassen und Kommunikationspufferüberläufe zu vermeiden.
III. Hardware-Unterstützung und Produktimplementierung
Bei der Integration von Glasfaser-Sensorsystemen bietet der OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator von Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. von Haus aus eine gute Erweiterbarkeit für industrielle Systemintegration:
- Protokolle und Softwarearchitektur：Die Standardsoftware verwendet eine B/S-Architektur und unterstützt auch eine C/S-Architektur. Sie unterstützt die direkte Anbindung an bestehende SPS/DCS- oder Drittanbieter-SCADA-Systeme des Kunden über Standard-Industrieprotokolle wie TCP, UDP und Modbus.
- Einstellbare Abtastfrequenz：Die Datenerfassungsrate des Geräts ist in Spezifikationen wie 10\ \text{Hz}, 50\ \text{Hz}, 100\ \text{Hz} erhältlich. Benutzer können die Abtastfrequenz über die Demodulator-Software selbst auf die niedrigste unterstützte Rate (mindestens 1\ \text{Hz}) reduzieren, um sie nahtlos an die Abfragezyklen verschiedener industrieller Steuerungssysteme anzupassen.
- Kanalerweiterbarkeit：Unterstützt kundenspezifische Anpassungen für 4-, 8-, 16- und 32-Kanal-Systeme, um den Datenzugriff für Sensornetzwerke unterschiedlicher Größe zu erfüllen.
