Slimme technologie voor een sterke maakindustrie met 24/7 ononderbroken productie van IIoT-oplossingen voor bedrijven.
Tot de jaren zeventig en vroege jaren tachtig van de vorige eeuw was meetapparatuur en de bijbehorende datatransmissie meestal analoog.
Een analoog signaal is een vertaling van een fysieke eigenschap naar een elektrische eigenschap binnen een bepaald bereik. Bijvoorbeeld een pt100-temperatuursensor vertaalt temperatuur naar elektrische weerstand. Tussen 0°C en 100°C verandert de weerstand tussen 100Ω en 138,5Ω.
Op de meter waarop de gemeten temperatuur wordt afgelezen, is een schaal in °C aanwezig, maar technisch gezien geeft de meter de weerstand van de sensor aan.
Het is duidelijk dat de lengte van de draden tussen de sensor en de uitlezing invloed heeft op de uitlezing van de meter. Inderdaad, 3- of 4-aderige aansluitingen, gecombineerd met slimme compensatiecircuits, kunnen theoretisch de draadlengte compenseren, maar zelfs dan kunnen aansluitingen en de uitlezing zelf variaties veroorzaken die je alleen kunt detecteren en corrigeren door het systeem ter plaatse te kalibreren.
Hetzelfde geldt wanneer de weerstand wordt omgezet in robuustere grootheden zoals spanning of stroom.
En gezien het feit dat alle elementen in de meetlus onderhevig zijn aan langzame achteruitgang, is regelmatige kalibratie noodzakelijk om op lange termijn dataintegriteit te waarborgen.
Met de introductie van DCS- en PLC-systemen moesten de analoge signalen worden omgezet in digitale signalen voordat het automatiseringssysteem ze in zijn interne logica kon gebruiken. De schakeling die deze omzetting verzorgt, heet een ADC of analoog-naar-digitaalomzetter. Voor het omzetten van een digitaal signaal naar een analoog signaal wordt een DAC of digitaal-naar-analoogomzetter gebruikt.
Een DAC zet de analoge signalen om in een reeks van twee mogelijke waarden, die nullen of enen voorstellen. Zodra deze omzetting is gedaan, ontstaan er veel nieuwe mogelijkheden om de gemeten data te verstoren.
De ruwe output van de DAC moet worden geschaald naar betekenisvolle waarden met behulp van schaalfactoren, die onjuist kunnen zijn.
Wanneer data tussen systemen wordt uitgewisseld, kunnen conversiefouten optreden als verschillende representaties worden aangenomen (bijvoorbeeld signed of unsigned).
Wanneer data over een lange afstand wordt verzonden, kunnen de nullen en enen zo vervormd raken dat nullen als enen worden geïnterpreteerd en vice versa.
De software kan bugs bevatten waardoor waarden worden omgewisseld.
Met andere woorden: het digitaliseren van je data betekent niet dat de dataintegriteit is gegarandeerd. Kalibratie is echter ook niet de oplossing om dataintegriteit te waarborgen.
Alleen het analoge deel van een meetlus is onderhevig aan kalibratie; de datastromen na de ADC worden gevalideerd door computersystemen. Digitale data-overdrachten moeten foutdetectie-algoritmen bevatten en beveiligingsmaatregelen tegen virussen en indringers moeten aanwezig zijn.
Hoewel de validatie van computersystemen veel complexer en uitgebreider is dan kalibratie, hoeft deze niet elk jaar te worden herhaald als er adequate change control- en prestatiebewakingsprocedures zijn ingericht.
Doordat elektronica al tientallen jaren goedkoper en kleiner wordt, zijn er sensoren met ingebouwde ADC beschikbaar geworden voor bijna alle fysieke grootheden. Data worden dan verzonden via een digitaal communicatieprotocol zoals Modbus, OPC UA of BACnet.
Zoals je kunt zien, bevindt het deel dat onderhevig is aan kalibratie zich volledig in de sensor zelf. Wanneer kalibratie van de sensor nodig is, is het geen probleem om deze te vervangen door een voorgekalibreerde sensor, mits de digitale communicatie precies hetzelfde is. Om dit te waarborgen kan een procedure nodig zijn om het adres en de communicatieparameters van de nieuwe sensor op dezelfde waarden in te stellen als die van de te vervangen sensor. Kalibratie ter plaatse is dan niet meer nodig.
Leuk weetje: sommige sensoren hebben een ingebouwde ADC om eerst de daadwerkelijke gemeten waarde te digitaliseren, waarna een ingebouwde DAC deze weer omzet naar een analoog 4-20mA of 0-10V signaal, afhankelijk van de configuratie die je via digitale(!) communicatie selecteert. Als ze op deze manier worden gebruikt, blijft kalibratie ter plaatse een vereiste.
