無線傳感器的誕生與其應用在伴熱裝置中的優(yōu)勢

很多工業(yè)生產過程都需要壓縮空氣儀器的供應。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；或作為凈化氣體。采用工業(yè)無線傳感器網絡，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。

伴熱系統因其相對穩(wěn)定的熱動力學特性，成為無線氣壓傳感器的理想應用。一些因素會影響系統的熱穩(wěn)定性。第一，很多設備都使用自調節(jié)式伴熱電纜，它能隨溫度的變化而自動調節(jié)輸出功率。這樣可以穩(wěn)定系統，防止系統過熱。與伴熱系統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協議進一步延長突發(fā)模式的使用壽命。如果設備報告有明顯的溫度偏差，這將進一步節(jié)省關鍵電池的電量，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)測瀝青輸送的關鍵過程。將有線傳感器和預見性維護系統的無線傳感器結合起來，實現過程控制。主要生產線有嚴格的容許誤差，無線傳感器提高了系統早期發(fā)現潛在問題點的能力。目前有一種裝有電池驅動的發(fā)射器的裝置。

還有將生產的系列熱量跟蹤控制和監(jiān)控系統集成了一個工業(yè)無線網關，因此可以通過網狀網絡與管道和罐內的溫度傳感器進行無線通信。這一設計使得智能跟蹤系統能夠與工廠范圍內現有的無線網絡中的現場傳感器協同工作。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的獨立輸出電路中。復合傳感映射提供了靈活的設計。可通過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，并有助于無線現場設備的映射。

安全怎么樣？

雖然這種設置有很多優(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的主要焦點還是數據安全、可靠性和設備互操作性。HART解決了這些問題，它是專門為過程測量和控制應用而設計的。該算法采用網狀網絡拓撲結構，網絡中的每一個設備都能通過相鄰設備對信號進行路由，大大提高了系統的可靠性。 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絡的共存。使用多層數據認證技術和成熟的加密算法(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)無線標準和認證設備有助于防止流氓服務攻擊、拒絕服務攻擊、欺騙和重放攻擊。終端用戶可以選擇最適合目標應用的安全級別，能夠管理和分配網絡中的每個設備的安全加密密鑰，并且不能使用經過測試和認可的工業(yè)產品，盡管無線網狀網絡可能會超出工廠范圍。該協議能夠保護網絡和防止非授權設備干擾系統，并采用無線技術，熱跟蹤系統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)設備中，很多系統包含著數百個控制電路。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，不需要其它現場設備的線路或電池，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據，有線RTD傳感器只傳送過程溫度。使用者可監(jiān)測設備周圍的溫度、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，防止出現不必要的故障。這些先進的功能也可以在系統發(fā)生故障時降低維護成本。因為所有的數據都可以通過控制面板或設備配置，其它無線設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人員對傳感器進行物理故障診斷和確定設備故障原因的需要。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系統的傳感器映射功能，實現了輸入輸出的軟化處理。另外，如果在控制系統中指定了備用伴熱電路，只需加入另一臺無線設備，就可以很容易地加入新的生產線，而不會影響關鍵傳感器的線路。

該無線傳感系統能較好地滿足伴熱系統相對熱動力學穩(wěn)定性。熱量跟蹤控制與監(jiān)控系統是有線系統的理想替代品。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，并可以增加現有無線網絡所實現的價值。

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