無線傳感器的誕生與其應(yīng)用在伴熱裝置中的優(yōu)勢

很多工業(yè)生產(chǎn)過程都需要壓縮空氣儀器的供應(yīng)。使用空氣的原因有很多種。如氣動閥、氣缸和控制器的致動和控制；對加工機械或工具的操作；作為輸送散裝物料的介質(zhì)；或作為凈化氣體。采用工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可降低安裝成本，解決傳感位置難以到達的問題，加快高級診斷的實現(xiàn)。

伴熱系統(tǒng)因其相對穩(wěn)定的熱動力學特性，成為無線氣壓傳感器的理想應(yīng)用。一些因素會影響系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性。第一，很多設(shè)備都使用自調(diào)節(jié)式伴熱電纜，它能隨溫度的變化而自動調(diào)節(jié)輸出功率。這樣可以穩(wěn)定系統(tǒng)，防止系統(tǒng)過熱。與伴熱系統(tǒng)相對較低的輸出功率(一般低于每米60瓦)相比，大量管道和流體改善了熱穩(wěn)定性，并通過管道絕緣進一步加強了熱穩(wěn)定性。所生成的溫度變化非常緩慢，這將使其比其他過程控制應(yīng)用程序花費更長的時間來無線更新管路溫度。比例積分微分(PID)溫度控制算法根據(jù)工藝和管徑的不同，每1-5分鐘只需運行一次，不會造成工藝混亂，此時可調(diào)節(jié)輸出到電纜的功率。

減少測量頻率可以大大延長電池壽命，并且可以通過WirelessHART協(xié)議進一步延長突發(fā)模式的使用壽命。如果設(shè)備報告有明顯的溫度偏差，這將進一步節(jié)省關(guān)鍵電池的電量，并提高熱量跟蹤的可靠性，從而使熱量跟蹤系統(tǒng)能夠輕易地處理過程中的異常情況。在2010年，國外廠家利用無線溫度傳感器成功監(jiān)測瀝青輸送的關(guān)鍵過程。將有線傳感器和預見性維護系統(tǒng)的無線傳感器結(jié)合起來，實現(xiàn)過程控制。主要生產(chǎn)線有嚴格的容許誤差，無線傳感器提高了系統(tǒng)早期發(fā)現(xiàn)潛在問題點的能力。目前有一種裝有電池驅(qū)動的發(fā)射器的裝置。

還有將生產(chǎn)的系列熱量跟蹤控制和監(jiān)控系統(tǒng)集成了一個工業(yè)無線網(wǎng)關(guān)，因此可以通過網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)與管道和罐內(nèi)的溫度傳感器進行無線通信。這一設(shè)計使得智能跟蹤系統(tǒng)能夠與工廠范圍內(nèi)現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)場傳感器協(xié)同工作。這也使得有線和無線傳感器能夠被映射到熱跟蹤控制系統(tǒng)的獨立輸出電路中。復合傳感映射提供了靈活的設(shè)計?？赏ㄟ^改變傳感器來支持過程改變，并可在不通過控制面板的HMI來提升任何控制線路的情況下重新映射標記錯誤的電路。另外，還可實現(xiàn)多個傳感器對單個伴熱功率輸出的映射。這樣就不需要將傳感器連接到控制面板上，從而提供了最大程度的靈活性，并有助于無線現(xiàn)場設(shè)備的映射。

安全怎么樣？

雖然這種設(shè)置有很多優(yōu)點，包括取消了昂貴而耗時的電纜連接、傳感器定位靈活和自組織功能，但IWSN的主要焦點還是數(shù)據(jù)安全、可靠性和設(shè)備互操作性。HART解決了這些問題，它是專門為過程測量和控制應(yīng)用而設(shè)計的。該算法采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中的每一個設(shè)備都能通過相鄰設(shè)備對信號進行路由，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。 WirelessHART是一個可互操作的開放的IWSN標準，適用于2.4GHz范圍內(nèi)不受限制的工業(yè)、科學和醫(yī)學無線電頻段。信道跳躍通過15個不同的信道，以避免信號干擾，同時MAC層的時間同步支持其它網(wǎng)絡(luò)的共存。使用多層數(shù)據(jù)認證技術(shù)和成熟的加密算法(包括工業(yè)標準AES-128位加密)、變化無常的加密密鑰、身份驗證、安全加入程序和消息完整性機制，可以增強安全性。以及加密郵件。對于WirelessHART，使用工業(yè)無線標準和認證設(shè)備有助于防止流氓服務(wù)攻擊、拒絕服務(wù)攻擊、欺騙和重放攻擊。終端用戶可以選擇最適合目標應(yīng)用的安全級別，能夠管理和分配網(wǎng)絡(luò)中的每個設(shè)備的安全加密密鑰，并且不能使用經(jīng)過測試和認可的工業(yè)產(chǎn)品，盡管無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可能會超出工廠范圍。該協(xié)議能夠保護網(wǎng)絡(luò)和防止非授權(quán)設(shè)備干擾系統(tǒng)，并采用無線技術(shù)，熱跟蹤系統(tǒng)中傳感器的安裝成本大大降低。一個典型的熱量跟蹤電路需要一個大約80英尺(25m)的電阻溫度傳感器(RTD)連接。大量的工業(yè)設(shè)備中，很多系統(tǒng)包含著數(shù)百個控制電路。采用無線方式，可以節(jié)省大量的安裝費用。同時其只反映伴熱系統(tǒng)，不需要其它現(xiàn)場設(shè)備的線路或電池，就可以進一步節(jié)約，減少操作和維護費用。

采用無線傳感器可以讓用戶捕獲診斷數(shù)據(jù)，有線RTD傳感器只傳送過程溫度。使用者可監(jiān)測設(shè)備周圍的溫度、附近傳感器的狀況及傳感器自身的潛在問題，并采取糾正措施，防止出現(xiàn)不必要的故障。這些先進的功能也可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時降低維護成本。因為所有的數(shù)據(jù)都可以通過控制面板或設(shè)備配置，其它無線設(shè)備可以很容易地進行診斷和校準，所以它有效地避免了技術(shù)人員對傳感器進行物理故障診斷和確定設(shè)備故障原因的需要。若變更工藝要求和需要移動傳感器，則可進一步節(jié)約成本。這種無線傳感器有助于處理過程的改變，而且很容易從管道上提起和重新放置。不需要重新設(shè)計傳感器線路和管道。只需要更新傳感器位置的工程圖，就可以大大減少人工費用，節(jié)省重新安裝的時間。通過IntelliTrace系統(tǒng)的傳感器映射功能，實現(xiàn)了輸入輸出的軟化處理。另外，如果在控制系統(tǒng)中指定了備用伴熱電路，只需加入另一臺無線設(shè)備，就可以很容易地加入新的生產(chǎn)線，而不會影響關(guān)鍵傳感器的線路。

該無線傳感系統(tǒng)能較好地滿足伴熱系統(tǒng)相對熱動力學穩(wěn)定性。熱量跟蹤控制與監(jiān)控系統(tǒng)是有線系統(tǒng)的理想替代品。這些方法也帶來許多好處，包括簡化流程、提高安全性、增加用戶流程的可靠性。使用建議的工藝配置，用戶可以體驗7-10年的電池壽命。他們也得益于傳感器的精確放置，這可以顯著降低安裝成本，并可以增加現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)所實現(xiàn)的價值。

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