Como os dados do demodulador podem ser interligados ao sistema existente de CLP ou SDCD do cliente?
Para integrar os dados de medição de um Interrogador de Rede de Grade de Fibra (FBG) aos controladores lógicos programáveis (CLPs) ou sistemas de controle distribuído (SCDs) existentes do cliente, geralmente é necessário realizar a integração do sistema em três níveis: interface física de hardware, protocolo de transmissão de comunicação e cálculo e mapeamento de dados.
I. Soluções de Integração de Comunicação e Interface Central
1. Conexão de Protocolo Industrial Modbus (Modbus TCP / Modbus RTU)
- Princípio: Modbus é o protocolo industrial padrão mais amplamente suportado por CLPs e SCDs. O interrogador atua como um Servidor Modbus (escravo), mapeando o comprimento de onda central \lambda_B obtido após o cálculo, ou grandezas físicas calculadas secundariamente (como temperatura, deformação, pressão, etc.), para registradores de retenção fixos (Holding Registers, no intervalo de endereço 4\text{XXXX}).
- Implementação: O CLP/SCD atua como um Cliente Modbus (mestre), lendo os valores dos registradores através de Ethernet (Modbus TCP) ou porta serial RS485 (Modbus RTU) em um ciclo de polling pré-definido (por exemplo, 100\ \text{ms}).
2. Conexão de Arquitetura OPC / OPC UA
- Princípio: Em grandes SCDs (como Honeywell, Yokogawa, Zhejiang University Control, etc.) ou sistemas SCADA, OPC UA (OPC Unified Architecture) é o padrão universal de troca de dados multiplataforma.
- Implementação: O software do computador superior do interrogador ou um serviço de middleware de dados atua como um Servidor OPC UA, publicando informações de pontos de medição do sensor, grandezas físicas em tempo real e status de alarme como nós padrão (Nodes); o Cliente OPC UA do sistema SCD assina esses nós para obter sincronização contínua de dados em tempo real.
3. Comunicação de Pacotes Socket de Rede (TCP / UDP)
- Princípio: O interrogador, através da interface Ethernet industrial, envia pacotes de dados (contendo formatos JSON, ASCII ou binários personalizados) para um endereço IP e porta especificados, baseado nos protocolos TCP (orientado à conexão, confiável) ou UDP (baixa latência).
- Implementação: O CLP (por exemplo, Siemens S7-1200/1500 ou Mitsubishi Q/FX series) utiliza comunicação aberta para usuários (Open User Communication, como as instruções
TSEND_C/TRCV_C) para receber pacotes e analisar comandos de acordo com o formato do protocolo.
4. Conversão de Fiação Física de Sinal Analógico (para sistemas antigos e tradicionais)
- Princípio: Se o SCD/CLP no local suporta apenas módulos de E/S analógicos tradicionais, um hardware de expansão para conversão de dados de grade de fibra para analógico pode ser configurado.
- Implementação: Os dados de cálculo de quantidade digital são convertidos via DAC em sinais de corrente padrão de 4\text{--}20\ \text{mA} ou sinais de tensão de 0\text{--}10\ \text{V} e conectados diretamente aos módulos AI do CLP/SCD.
II. Análise de Dados e Correspondência de Ciclo de Amostragem
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Lógica de Mapeamento de Comprimento de Onda para Grandeza Física:
A variação do comprimento de onda de reflexão de Bragg do sensor de grade de fibra tem uma relação linear ou não linear com a grandeza medida. Os dados podem ser calculados no lado do interrogador usando fórmulas de calibração (como a fórmula de ajuste binomial para temperatura, em \text{℃}/\text{pm}; ou a fórmula de ajuste univariada para deformação, em \mu\varepsilon/\text{pm}), exportando diretamente a grandeza física de engenharia para o CLP; ou, alternativamente, a variação do comprimento de onda \Delta\lambda pode ser exportada diretamente para o CLP, e o cálculo do valor de engenharia é realizado internamente pelo CLP através de ladder logic/Function Blocks (FB). -
Adaptação da Frequência de Amostragem:
A alta frequência de amostragem do interrogador de sensor de fibra (por exemplo, 100\ \text{Hz}) pode exceder o ciclo de varredura do CLP tradicional (geralmente 10\text{--}100\ \text{ms}). Normalmente, a taxa de amostragem precisa ser reduzida no lado do interrogador ou na camada de software (por exemplo, ajustada para 1\ \text{Hz}\text{--}10\ \text{Hz}), ou usar saída de média móvel, para corresponder à capacidade de taxa de transferência de dados do SCD/CLP e evitar o transbordamento do buffer de comunicação.
III. Suporte de Hardware e Implementação de Produto
Na integração do sistema de sensores de fibra, o OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator possui nativamente uma boa capacidade de expansão para integração de sistemas industriais:
- Protocolos e Arquitetura de Software: Adota arquitetura de software B/S por padrão, suporta também arquitetura C/S, e permite a conexão direta com o CLP/SCD existente do cliente ou sistemas SCADA de terceiros através de protocolos industriais padrão como TCP, UDP e Modbus.
- Frequência de Amostragem Ajustável: A frequência de amostragem de dados do equipamento oferece especificações como 10\ \text{Hz} , 50\ \text{Hz} , 100\ \text{Hz} , etc. O usuário pode reduzir a frequência de amostragem autonomamente através do software do interrogador (suporte mínimo de 1\ \text{Hz} ), para corresponder perfeitamente aos ciclos de polling de diferentes sistemas de controle industrial.
- Escalabilidade de Canais: Suporta personalização de 4, 8, 16, 32 canais para atender à entrada de dados de nós de redes de sensores de diferentes escalas.
