W wielu przedsiębiorstwach, w których obiekty i urządzenia są rozmieszczone w znacznych odległościach od siebie, celowe lub nawet konieczne jest zainstalowanie rozproszonych systemów pomiarowych lub rozproszonych systemów pomiarowo-kontrolnych. Opis tych systemów jest treścią niniejszej książki.
Przedstawiono w niej:
- konfigurację i składniki rozproszonych systemów
pomiarowych
- czujniki: temperatury, natężenia przepływu płynów, naprężeń
mechanicznych, ciśnienia
- nowe technologie komunikacji bezprzewodowej do systemów
pomiarowych: WiFi, Bluetooth, ZigBee
- wykorzystanie sieci komputerowych LAN
- wykorzystanie sieci elektroenergetycznych PLC
do rozproszonych systemów pomiarowych.

Przedmowa 9


1. Wstęp 11

1.1. System interfejsu 11

1.2. Konfiguracja i struktura systemu pomiarowego 16

1.3. Dokładność pomiaru i dynamika systemów pomiarowych 20

1.3.1. Dokładność pomiaru w systemach 20

1.3.2. Dynamika systemów pomiarowych 22

1.4 Ochrona systemu pomiarowego przed zakłóceniami 26

1.4.1. Zakłócenia powstające wewnątrz urządzeń pomiarowych 26

1.4.2. Zakłócenia powstające w linii pomiarowej 31

Literatura 35


2. Elementy składowe systemów pomiarowych 36

2.1. Struktura systemu pomiarowego 36

2.2. Przetworniki cyfrowo-analogowe i analogowo-cyfrowe 37

2.2.1. Próbkowanie 37

2.2.2. Kwantowanie 40

2.2.3. Przetworniki cyfrowo-analogowe 42

2.2.4. Przetworniki analogowo-cyfrowe 50

2.3. Cyfrowe przyrządy pomiarowe 58

2.3.1. Przyrządy pomiarowe w systemach interfejsu 58

2.3.2. Multimetr cyfrowy 59

2.3.3. Oscyloskop cyfrowy 61

2.3.4. Generator cyfrowy 62

2.4. Komputerowe karty pomiarowe i przyrządy wirtualne 63

2.4.1. Komputerowe karty pomiarowe 63

2.4.2. Wirtualne przyrządy pomiarowe 70

Literatura 73


3. Czujniki pomiarowe i kondycjonery sygnałów w systemach rozproszonych 74

3.1. Czujniki i kondycjonery w torze pomiarowym 74

3.2. Czujniki temperatury 75

3.2.1. Platynowe czujniki rezystancyjne 75

3.2.2. Termoelemnty 77

3.2.3. Półprzewodnikowe czujniki temperatury 81

3.2.4. Kondycjonery do czujników temperatury 84

3.3. Czujniki naprężenia mechanicznego i ciśnienia 87

3.3.1. Wielkości fizyczne i jednostki 87

3.3.2. Tensometry rezystancyjne 88

3.3.3. Pojemnościowe czujniki ciśnienia 91

3.3.4. Piezoelektryczne czujniki ciśnienia 92

3.3.5. Półprzewodnikowe czujniki ciśnienia 93

3.3.6. Kondycjonery do czujników naprężenia i ciśnienia 95

3.4. Czujniki natężenia przepływu płynów 97

3.4.1. Przepływomierze elektromagnetyczne 97

3.4.2. Przepływomierze ultradźwiękowe 99

3.4.3. Wirnikowe liczniki przepływu 101

3.5. Wzmacniacze napięciowe i prądowe do kondycjonowania sygnałów 101

3.5.1. Wzmacniacze napięciowe i prądowe 101

3.5.2. Wzmacniacze pomiarowe i kondycjonery napięcia 102

Literatura 107


4. Komputery w systemie pomiarowym 108

4.1. Komputer w systemie pomiarowym 108

4.2. Architektura komputera 109

4.2.1. Płyta główna 109

4.2.2. Magistrale i szyny równoległe w komputerze 111

4.3. Uniwersalna magistrala szeregowa USB i magistrala IEEE-1394 114

4.3.1. Uniwersalna magistrala szeregowa USB 114

4.3.2. MagistralaszeregowaIEEE-1394 119

Literatura 120


5. Interfejsy pomiarowe 122

5.1. Interfejsy pomiarowe i interfejsy ogólnego przeznaczenia 122

5.2. System interfejsu szeregowego RS-232C 123

5.2.1. Informacje ogólne 123

5.2.2. Transmisja w systemie interfejsu RS-232C 124

5.2.3. Magistrala interfejsu RS-232C 127

5.2.4. System pomiarowy modemu zerowego szeregowego interfejsem RS-232C 129

5.3. Inne interfejsy szeregowe 132

5.3.1. Standardy interfejsu szeregowego RS-449 i RS-530 132

5.3.2. Standardy RS-485 i RS-422A do obwodów interfejsu szeregowego 134

5.3.3. Porównanie standardów RS interfejsu szeregowego 136

5.4. Interfejs równoległy IEEE-488 (IEC-625) 139

5.4.1. Interfejsy równoległe 139

5.4.2. Przeznaczenie i podstawowe parametry interfejsu IEEE-488 139

5.4.3. Magistrala i kable interfejsu IEEE-488 144

5.4.4. Funkcje interfejsowe urządzeń w systemie IEEE-488 147

5.4.5. Komunikaty interfejsowe w systemie IEEE-488 i ich transmisja 150

5.4.6. Poprawa parametrów systemu pomiarowego z interfejsem IEEE-488 157

5.4.7. Rozproszony system pomiarowy z interfejsem IEEE-488 159

5.5. Kasetowe i modułowe systemy pomiarowe 161

5.5.1. Systemy kasetowe, modułowe i inne 161

5.5.2. System pomiarowy VXI 163

5.5.3. Modułowy system pomiarowy PXI 168

Literatura 172


6. Systemy pomiarowe z transmisją danych w sieci telefonii przewodowej 173

6.1. Sieci przewodowe do transmisji danych cyfrowych 173

6.2. Systemy transmisji danych w interfejsie RS-232C 174

6.2.1. Organizacja transmisji szeregowej 174

6.2.2. Magistrala interfejsu RS-232C 178

6.2.3. System pomiarowy z interfejsem RS-232C i modemem 180

6.3. Standardy interfejsu szeregowego RS-449 i RS-530 187

6.4. Programy do sterowania transmisją danych w rozproszonym systemie pomiarowym 189

Literatura 193


7. Rozproszone przewodowe systemy pomiarowe 195

7.1. System interfejsu CAN 195

7.1.1. Dane ogólne interfejsu CAN 195

7.1.2. Magistra1aisygnałyCAN 196

7.1.3. Komunikaty w interfejsie CAN 197

7.1.4. Struktura modułu CAN 200

7.2. System interfejsu PROFIBUS 201

7.2.1. Charakterystyka systemu PROFIBUS 201

7.2.2. Protokół PROFIBUS-DP 204

7.3. System modułowy FieldPoint 205

7.3.1. Koncepcja systemu FieldPoint 205

7.3.2. Moduły systemu FieldPoint oraz Compact FieldPoint 206

7.4. Czujniki inteligentne i systemy pomiarowe 209

7.4.1. Struktura czujników inteligentnych 209

7.4.2. System interfejsu MicroLAN 210

7.5. Transmisja danych pomiarowych w sieci elektroenergetycznej 213

7.5.1. Sygnały i modemy PLC 213

7.5.2. Protokoły komunikacyjne dla PLC 215

7.5.3. System do zbierania danych z liczników energii elektrycznej 217

Literatura 218


8. Systemy pomiarowe w sieci telekomunikacji ruchomej 219

8.1. Bezprzewodowa transmisja danych pomiarowych 219

8.2. Systemy pomiarowe z transmisją danych przez sieć telefonii komórkowej GSM 220

8.2.1. Sieć telefonii komórkowej GSM 220

8.2.2. Telefony komórkowe 223

8.2.3. Usługi transmisji danych cyfrowych 226

8.2.4. Rozkazy AT 233

8.2.5. Rozproszony system pomiarowy w sieci GSM 237

8.3. Uniwersalny system telekomunikacji ruchomej UMTS 243

8.3.1. Transmisja danych w systemie UMTS 243

8.3.2. Lokalizacja stacji ruchomej w systemie UMTS 247

Literatura 249


9. Systemy pomiarowe z łączem radiowym 251

9.1. Radiomodemy 251

9.1.1. Kanały i modemy radiowe 251

9.1.2. Rozproszone systemy pomiarowe z radiomodemami 255

9.1.3. Porównanie własności rozproszonych systemów pomiarowych z transmisją radiową 257

9.2. Interfejsy radiowe wielkiej częstotliwości o krótkim zasięgu 258

9.2.1. Interfejs radiowy Bluetooth 258

9.2.2. Interfejs radiowy IEEE 802.15.4 (ZigBee) 265

9.2.3. Interfejs radiowy HomeRF 272

9.2.4. Porównanie systemów transmisji radiowej krótkiego zasięgu 273

9.3. Satelitarne systemy pozycyjne 274

9.3.1. Globalny system pozycyjny GPS 274

9.3.2. Systemy pozycyjne GLONASS i Galileo 279

Literatura 281


10. Systemy pomiarowe w sieci komputerowej 282

10.1. Standardy lokalnych sieci komputerowych LAN 282

10.2. Sieć Ethernet 285

10.3. Protokół transmisji w sieci Ethernet 289

10.3.1. Stos protokołów transmisji TCP/IP 289

10.3.2. Ramka transmisyjna do sieci Ethernet 291

10.4. Bezprzewodowa sieć komputerowa IEEE 802.11 292

10.4.1. Konfiguracja bezprzewodowej sieci komputerowej 292

10.4.2. Łącze danych i warstwa fizyczna sieci IEEE 802.11 294

10.5. System pomiarowy sieci LAN 296

10.5.1. Systemy pomiarowe w sieci Ethernet z konwerterami interfejsów 296

10.5.2. System pomiarowy z siecią LAN jako magistralą interfejsową 298

10.6. Systemy pomiarowe w sieci Internet 302

10.7. Porównanie systemów interfejsu: LAN i IEEE-488 306

Literatura 306


11. Programowanie systemów pomiarowych 308

11.1. Języki programowania 308

11.2. Język Lab VIEW 309

11.2.1. Funkcje i instrukcje sterujące w LabVIEW 309

11.2.2. Tworzenie programu w LabVIEW 312

11.2.3. Programowanie systemów pomiarowych w sieci LAN 313

11.3. Język TestPoint 315

Literatura 317

Wykaz ważniejszych skrótów i akronimów 318

Indeks 322