無(wú)線(xiàn)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(chǎn)過(guò)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(dòng)閥、氣缸和控制器的致動(dòng)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(wú)線(xiàn)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(wèn)題，加快高級診斷的實(shí)現。

伴熱系統因其相對穩定的熱動(dòng)力學(xué)特性，成為無(wú)線(xiàn)氣壓傳感器的理想應用。一些因素會(huì )影響系統的熱穩定性。第一，很多設備都使用自調節式伴熱電纜，它能隨溫度的變化而自動(dòng)調節輸出功率。這樣可以穩定系統，防止系統過(guò)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定性，并通過(guò)管道絕緣進(jìn)一步加強了熱穩定性。所生成的溫度變化非常緩慢，這將使其比其他過(guò)程控制應用程序花費更長(cháng)的時(shí)間來(lái)無(wú)線(xiàn)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(huì )造成工藝混亂，此時(shí)可調節輸出到電纜的功率。

減少測量頻率可以大大延長(cháng)電池壽命，并且可以通過(guò)WirelessHART協(xié)議進(jìn)一步延長(cháng)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(jìn)一步節省關(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能夠輕易地處理過(guò)程中的異常情況。在2010年，國外廠(chǎng)家利用無(wú)線(xiàn)溫度傳感器成功監測瀝青輸送的關(guān)鍵過(guò)程。將有線(xiàn)傳感器和預見(jiàn)性維護系統的無(wú)線(xiàn)傳感器結合起來(lái)，實(shí)現過(guò)程控制。主要生產(chǎn)線(xiàn)有嚴格的容許誤差，無(wú)線(xiàn)傳感器提高了系統早期發(fā)現潛在問(wèn)題點(diǎn)的能力。目前有一種裝有電池驅動(dòng)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控系統集成了一個(gè)工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)，因此可以通過(guò)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )與管道和罐內的溫度傳感器進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。這一設計使得智能跟蹤系統能夠與工廠(chǎng)范圍內現有的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的現場(chǎng)傳感器協(xié)同工作。這也使得有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)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?？赏ㄟ^(guò)改變傳感器來(lái)支持過(guò)程改變，并可在不通過(guò)控制面板的HMI來(lái)提升任何控制線(xiàn)路的情況下重新映射標記錯誤的電路。另外，還可實(shí)現多個(gè)傳感器對單個(gè)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(wú)線(xiàn)現場(chǎng)設備的映射。

安全怎么樣？

雖然這種設置有很多優(yōu)點(diǎn)，包括取消了昂貴而耗時(shí)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(diǎn)還是數據安全、可靠性和設備互操作性。HART解決了這些問(wèn)題，它是專(zhuān)門(mén)為過(guò)程測量和控制應用而設計的。該算法采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，網(wǎng)絡(luò )中的每一個(gè)設備都能通過(guò)相鄰設備對信號進(jìn)行路由，大大提高了系統的可靠性。 WirelessHART是一個(gè)可互操作的開(kāi)放的IWSN標準，適用于2.4GHz范圍內不受限制的工業(yè)、科學(xué)和醫學(xué)無(wú)線(xiàn)電頻段。信道跳躍通過(guò)15個(gè)不同的信道，以避免信號干擾，同時(shí)MAC層的時(shí)間同步支持其它網(wǎng)絡(luò )的共存。使用多層數據認證技術(shù)和成熟的加密算法(包括工業(yè)標準AES-128位加密)、變化無(wú)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(wú)線(xiàn)標準和認證設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(hù)可以選擇最適合目標應用的安全級別，能夠管理和分配網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)設備的安全加密密鑰，并且不能使用經(jīng)過(guò)測試和認可的工業(yè)產(chǎn)品，盡管無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )可能會(huì )超出工廠(chǎng)范圍。該協(xié)議能夠保護網(wǎng)絡(luò )和防止非授權設備干擾系統，并采用無(wú)線(xiàn)技術(shù)，熱跟蹤系統中傳感器的安裝成本大大降低。一個(gè)典型的熱量跟蹤電路需要一個(gè)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(zhù)數百個(gè)控制電路。采用無(wú)線(xiàn)方式，可以節省大量的安裝費用。同時(shí)其只反映伴熱系統，不需要其它現場(chǎng)設備的線(xiàn)路或電池，就可以進(jìn)一步節約，減少操作和維護費用。

采用無(wú)線(xiàn)傳感器可以讓用戶(hù)捕獲診斷數據，有線(xiàn)RTD傳感器只傳送過(guò)程溫度。使用者可監測設備周?chē)臏囟?、附近傳感器的狀況及傳感器自身的潛在問(wèn)題，并采取糾正措施，防止出現不必要的故障。這些先進(jìn)的功能也可以在系統發(fā)生故障時(shí)降低維護成本。因為所有的數據都可以通過(guò)控制面板或設備配置，其它無(wú)線(xiàn)設備可以很容易地進(jìn)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(jìn)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(dòng)傳感器，則可進(jìn)一步節約成本。這種無(wú)線(xiàn)傳感器有助于處理過(guò)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(xiàn)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，節省重新安裝的時(shí)間。通過(guò)IntelliTrace系統的傳感器映射功能，實(shí)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(wú)線(xiàn)設備，就可以很容易地加入新的生產(chǎn)線(xiàn)，而不會(huì )影響關(guān)鍵傳感器的線(xiàn)路。

該無(wú)線(xiàn)傳感系統能較好地滿(mǎn)足伴熱系統相對熱動(dòng)力學(xué)穩定性。熱量跟蹤控制與監控系統是有線(xiàn)系統的理想替代品。這些方法也帶來(lái)許多好處，包括簡(jiǎn)化流程、提高安全性、增加用戶(hù)流程的可靠性。使用建議的工藝配置，用戶(hù)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(zhù)降低安裝成本，并可以增加現有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )所實(shí)現的價(jià)值。

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