網(wǎng)絡化傳感器在工程中的應用

分類：技術教程日期：2013-09-17 00:00:00 來源：西部工控網(wǎng)

　　傳感器是將各種參量送入計算機系統(tǒng)，進行智能監(jiān)測、控制的最前端。隨著科技的發(fā)展，數(shù)字化、網(wǎng)絡化傳感器應用日益廣泛，以其傳統(tǒng)方式不可比擬的優(yōu)勢漸漸成為技術的趨勢和主流。下面，我們結合實際應用中的要求，淺談一下數(shù)字化、網(wǎng)絡化傳感器的特點，供大家選型時參考。

　　一、應用數(shù)字化、網(wǎng)絡化溫度傳感器實現(xiàn)電纜溝在線監(jiān)測1.為什么要在線監(jiān)測電纜溝

　　電纜在日常生產、生活中隨處可見，在電場、工廠、實驗室通常將大量的電纜集中在電纜溝中，以方便布線、維護、美觀。隨著人們對電的依賴的增長，電纜溝里的電纜越來越多，其火災事故的發(fā)生幾率也相應增加……

　　以電場為例，隨著機組容量的增大，自動化水平相應提高，電纜用量越來越多。一臺200MW機組，各類電纜長達200～300Km。某電廠一期工程2臺500Mw超臨界參數(shù)機組，電纜用量達3000Km。

　　火力發(fā)電廠一旦發(fā)生電纜火災，將造成嚴重損失。目前在建和運行中的火力發(fā)電廠，大多仍采用易燃電纜，因此，電纜防火問題尤為突出。

　　國內，據(jù)有關資料統(tǒng)計，近20年來，我國火電廠發(fā)生電纜火災140多次，共市1986～1992年7年間竟達75次。有24個電廠發(fā)生過兩次及以上電纜火災事故，個別電廠達4～6次。70%以上的電纜火災所造成的損失非常嚴重，其中2/5的火災事故造成特大損失。1975～1985年間，因電纜著火延燃造成的重大事故發(fā)生60起，造成真接和間接損失達50多億元。

　　山西神頭發(fā)電廠因電纜溝火災燒損設備及搶修費用超過千萬元。

　　1999年牡丹江第二發(fā)電廠因電纜溝火災，導致全廠停電事故，直接、間接損失達近千萬元。

　　除了電場之外，在個大廠礦、科研機構的機房、車間的電纜溝中同樣存在著火災隱患。2000年北京高能物理所的正負電子對撞機監(jiān)視機房就因電纜溝起火被迫停機，嚴重影響了科研工作的進行。

　　美國在1965～1975年統(tǒng)計的3285次電氣火災事故中，電線電纜火災事故就占30.5%，直接損失約4000萬美元。

　　日本曾對電力、鋼鐵、石油化學、造紙等工廠企業(yè)調查，有78%的單位發(fā)生過電纜著火，其中危害程度較大的事故占40%。

　　通過對電場事故的分析，引起電線溝內火災發(fā)生的直接原因是電纜中間頭長期運行導致老化、氧化，接觸電阻日益增大，造成的電纜頭過熱燒穿絕緣、最后導致電纜溝內火災的發(fā)生。

　　例一：遼寧發(fā)電廠發(fā)生過電纜頭過熱引起火災，當消防人員撲滅火災后剛要離開現(xiàn)場時電纜頭絕緣擊穿，大火復燃，當場燒傷數(shù)人，造成群傷事故。

　　例二：富拉爾基電廠，試驗人員查找電纜故障時，上午采用了電容擊穿法進行查找，中午休息后，電纜溝內發(fā)生了火災，造成重大事故、如配置電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)完全可以避免事故。

　　例三：渾江電廠#2循環(huán)水電纜中間頭過熱，燒損該溝內所有電纜造成被迫停機事故，據(jù)了解，上午有人在距故障電纜中間頭80多米遠的豎井上已嗅到了絕緣燒焦的味道，下午七點鐘引發(fā)了火災。

　　例四：牡丹江第二發(fā)電廠1998年6月28日，因一臺機的循環(huán)水電纜中間頭過熱引燃該電纜溝里的全部電纜，造成全廠七臺機(裝機客量103萬千瓦)被迫停機，全廠停電的惡性事故。

　　例五：上海供電局2001年因電纜中間頭過熱引起電纜隧道火災，大面積電纜被燒損，導致市區(qū)大面積停電事故。

　　綜上所述，電纜溝內火災的發(fā)生主要原因是由于動力電纜中間頭發(fā)熱。根據(jù)多次事故分析發(fā)現(xiàn)從電纜頭過熱到事故的發(fā)生，其發(fā)展速度比較緩慢、時間較長通過電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)完全可以防止、杜絕此類事故的發(fā)生。

　　吉林熱電廠多年前就總結出這一經(jīng)驗，利用人工每天進行電纜中間頭溫度的巡測，根據(jù)溫度的改變而分析其運行狀況，耗費大量的人力，但避免了多次事故的發(fā)生，因此說電纜溝在線監(jiān)測系統(tǒng)對發(fā)電廠安全運行有看非常重要的意義。

　　雖然大部分發(fā)電廠不惜大量資金早已進行電纜溝的防火封堵及普通消防報警裝置，但是電線溝火災仍有發(fā)生，這些措施只能起到電線著火后減輕事故范圍的作用。沒有從根本上限制減少火災的發(fā)生。進行電纜溝在線監(jiān)測才是從根本上限制電纜溝內火災發(fā)生的有效可行的方法。

　　2.傳統(tǒng)模擬溫度傳感器為何不適合電纜溝測溫傳統(tǒng)的溫度測試系統(tǒng)的結構通常為：

　　每一個傳感器的溫度值都要經(jīng)過上述環(huán)節(jié)進入系統(tǒng)。所以會有如下不足：

　　a)需要成百上千條信號線(一個電纜溝通常要測200～300個測溫點)b)模擬電壓信號在傳輸過程中易損耗，影響系統(tǒng)精度，且傳輸距離較近。

　　c)系統(tǒng)環(huán)節(jié)多，難于維護。且系統(tǒng)精度易受環(huán)境影響不易保證。

　　d)價格昂貴。200~300點需要10~20萬

　　3.新技術的應用使系統(tǒng)更方便

　　隨著科技的發(fā)展，數(shù)字化、網(wǎng)絡化傳感器成為了技術的趨勢、市場的主流。美國DALLAS公司的DS18B20數(shù)字化、網(wǎng)絡化溫度傳感器采用獨特的思路，成功的解決了數(shù)字化、網(wǎng)絡化與成本之間的矛盾。使建立使用方便、經(jīng)濟可靠的監(jiān)測系統(tǒng)成為可能。

　　LTM-8000數(shù)字化溫濕度環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，采用美國DALLAS公司先進的芯片科技，結合中國的現(xiàn)場情況，應用智能化現(xiàn)場總線的技術，整個系統(tǒng)中僅有數(shù)字信號傳輸，而且傳感器、采集模塊均可聯(lián)網(wǎng)，使系統(tǒng)更可靠性、布線更方便。結構如下：

　　以數(shù)字化、網(wǎng)絡化傳感器為基礎的系統(tǒng)的主要特點：

　　a)線纜少，傳感器可通過總線串在一起，幾十個傳感器只用一根3芯線。大大減少了現(xiàn)場線纜，方便現(xiàn)場布線。

　　b)由于傳感器輸出的就是數(shù)字信號，傳輸過程中沒有精度的損失，系統(tǒng)精度可以保證。

　　c)系統(tǒng)環(huán)節(jié)少，由傳感器出來直接進入采集器，系統(tǒng)可能發(fā)生故障的環(huán)節(jié)少、便于維護。

　　d)采用先進的芯片科技、獨特概念，以及規(guī)模化生產，大大降低了系統(tǒng)成本，提高了可靠性。

　　長英科技的LTM-8000數(shù)字化溫濕度環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，已在電力系統(tǒng)、石油、鋼鐵等許多領域取得成功的應用。如：

　　?電纜溝溫度在線監(jiān)測及火災預警

　　?高壓開關柜溫度在線監(jiān)測

　　?電機及其接線盒溫度在線監(jiān)測

　　?泵及風機的軸承溫度在線監(jiān)測

　　?倉儲(糧倉、冷庫、油罐)監(jiān)測

　　?空調與樓宇自控

　　4.系統(tǒng)簡介

　　本系統(tǒng)配置分為如下部分：

　　1.)上位機：

　　功能：數(shù)據(jù)處理及用戶界面

　　硬件要求：奔騰133/32MDRAM/4.3G以上的兼容機或工控機。

　　軟件:可選用組態(tài)軟件或定制程序

　　2)離RS232/485通訊轉換器LTM-8520E,帶有過壓、過流、突波、隔離、雷擊保護3)場采集模塊LTM-8003E

　　功能：實現(xiàn)兩級通訊網(wǎng)絡間的聯(lián)絡。一級對上位機RS-485網(wǎng)，LTM-8003模塊作為子站;另一級“一線總線”，LTM-8003模塊作為采集中心，測量線纜上的數(shù)字化傳感器作為子站。

　　硬件功能：帶有過壓、過流、突波、隔離、雷擊保護4)溫度傳感器DS18B20

　　5.數(shù)字化、網(wǎng)絡化溫度傳感器DS18B20介紹

　　美國Dallas半導體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。新一代的DS18B20體積更小、更經(jīng)濟、更靈活。

　　DS18B20，測量溫度范圍為-55°C~+125°C，在-10~+85°C范圍內精度為±0.5°C，分辨率0.0625。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，每一顆自帶地址，大大減少了系統(tǒng)的電纜數(shù)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性。

　　對應與傳統(tǒng)概念，這一粒三極管一樣的傳感器相當于傳統(tǒng)的：溫度傳感器+數(shù)字化+cpu+總線協(xié)議及接口。

　　二、簡介數(shù)字化、網(wǎng)絡化濕度傳感器

　　美國DALLAS“一線總線”溫度傳感器DS18X20以其硬件接口簡單、性能穩(wěn)定受到廣大客戶好評，長英科技也針對客戶的不同需求開發(fā)出一系列產品。但在應用中也發(fā)現(xiàn)其通訊協(xié)議較為復雜，使用起來不太方便。而且現(xiàn)場的需求多種多樣，DALLAS的產品種類顯得不足，DALLAS畢竟只是一個器件廠商，產品與實際應用的需求還是有差距。

　　長英科技依據(jù)客戶的需求、結合多年的應用經(jīng)驗、采用芯片科技的新技術，在盡量保留DALLAS系統(tǒng)優(yōu)點的前提下，盡量彌補其不足。研發(fā)出LTM8901數(shù)字化、網(wǎng)絡化濕度度傳感器。

　　1.傳統(tǒng)濕度傳感器的不足

　　傳統(tǒng)的濕度傳感器基本上分為電阻式和電容式。然后通過變送器以電壓或電流方式連接到采集器，

　　所以：

　　a)傳感器互換性差，以Honeywell3605L為例，其每個傳感器附帶一張修正表，以便用戶按表修正。互換起來很不方便。

　　b)模擬電壓信號在傳輸過程中易損耗，影響系統(tǒng)精度，且傳輸距離較近。

　　c)變送器的一般需要額外供電，且對電源精度要求較高，否則影響系統(tǒng)精度。

　　d)系統(tǒng)環(huán)節(jié)多，難于維護。且系統(tǒng)精度易受環(huán)境影響不易保證。

　　e)精度難以校準，所以精度稍好一點的傳感器，價格昂貴。著名的VISSALA的3%精度的傳感器每只要上千元。

　　f)每個傳感器到變送器，變送器到采集器至少兩條線，多點系統(tǒng)中布線十分困難2.數(shù)字化、網(wǎng)絡化濕度傳感器LTM8901的特點

　　a)互換性好，由于采用智能修正技術，傳感器可任意互換。

　　b)由于傳感器輸出的就是數(shù)字信號，傳輸過程中沒有精度的損失，系統(tǒng)精度可以保證。而且傳輸距離較短。