新型數字化、網絡化傳感器在工程中的應用

傳感器是將各種參量送入計算機系統，進行智能監測、控制的最前端。隨著科技的發展，數字化、網絡
　　化傳感器應用日益廣泛，以其傳統方式不可比擬的優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，淺談一下數字化、網絡化傳感器的特點，供大家選型時參考。
　　一、應用數字化、網絡化溫度傳感器實現電纜溝在線監測
　　1． 為什么要在線監測電纜溝
　　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超臨界參數機組，電纜用量達3000Km。
　　 火力發電廠一旦發生電纜火災，將造成嚴重損失。目前在建和運行中的火力發電廠，大多仍采用易
　　燃電纜，因此，電纜防火問題尤為突出。
　　 國內，據有關資料統計，近20年來，我國火電廠發生電纜火災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
　　的重大事故發生60起，造成真接和間接損失達50多億元。
　　山西神頭發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、造紙等工廠企業調查，有78%的單位發生過電纜著火，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生。
　　 例一： 遼寧發電廠發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場時電纜頭絕
　　緣擊穿，大火復燃，當場燒傷數人，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，
　　電纜溝內發生了火災，造成重大事故、如配置電纜在線監測系統完全可以避免事故。
　　 例三：渾江電廠＃2循環水電纜中間頭過熱，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，下午七點鐘引發了火災。
　　 例四：牡丹江第二發電廠1998年6月28日，因一臺機的循環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，導致市區大面
　　積停電事故。
　　綜上所述，電纜溝內火災的發生主要原因是由于動力電纜中間頭發熱。根據多次事故分析發現從電
　　纜頭過熱到事故的發生，其發展速度比較緩慢、時間較長通過電纜在線監測系統完全可以防止、杜絕此
　　類事故的發生。
　　 吉林熱電廠多年前就總結出這一經驗，利用人工每天進行電纜中間頭溫度的巡測，根據溫度的改變
　　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生，因此說電纜溝在線監測系統對發電廠
　　安全運行有看非常重要的意義。
　　 雖然大部分發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生。進
　　行電纜溝在線監測才是從根本上限制電纜溝內火災發生的有效可行的方法。
　　2． 傳統模擬溫度傳感器為何不適合電纜溝測溫
　　傳統的溫度測試系統的結構通常為：
　　
　　每一個傳感器的溫度值都要經過上述環節進入系統。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，影響系統精度，且傳輸距離較近。
　　c) 系統環節多，難于維護。且系統精度易受環境影響不易保證。
　　d) 價格昂貴。200~300點需要10~20萬
　　3． 新技術的應用使系統更方便
　　隨著科技的發展，數字化、網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
　　數字化、網絡化溫度傳感器采用獨特的思路，成功的解決了數字化、網絡化與成本之間的矛盾。使
　　建立使用方便、經濟可靠的監測系統成為可能。
　　LTM-8000數字化溫濕度環境監測系統，采用美國DALLAS公司先進的芯片科技，結合中國的現場情
　　況，應用智能化現場總線的技術，整個系統中僅有數字信號傳輸，而且傳感器、采集模塊均可聯網，
　　使系統更可靠性、布線更方便。結構如下：
　　
　　以數字化、網絡化傳感器為基礎的系統的主要特點：
　　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。大大減少了現場線纜，方便
　　現場布線。
　　b) 由于傳感器輸出的就是數字信號，傳輸過程中沒有精度的損失，系統精度可以保證。
　　c) 系統環節少，由傳感器出來直接進入采集器，系統可能發生故障的環節少、便于維護。
　　d) 采用先進的芯片科技、獨特概念，以及規模化生產，大大降低了系統成本，提高了可靠性。
　　長英科技的LTM-8000數字化溫濕度環境監測系統，已在電力系統、石油、鋼鐵等許多領域取得成功的
　　應用。如：
　　? 電纜溝溫度在線監測及火災預警
　　? 高壓開關柜溫度在線監測
　　? 電機及其接線盒溫度在線監測
　　? 泵及風機的軸承溫度在線監測
　　? 倉儲（糧倉、冷庫、油罐）監測
　　? 空調與樓宇自控
　　4． 系統簡介
　　本系統配置分為如下部分:
　　1. ）上位機:
　　功能： 數據處理及用戶界面
　　硬件要求: 奔騰133/32M DRAM /4.3G以上的兼容機或工控機。
　　軟件 : 可選用組態軟件或定制程序
　　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：實現兩級通訊網絡間的聯絡。一級對上位機RS-485網，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． 數字化、網絡化溫度傳感器DS18B20介紹
　　美國Dallas半導體公司的數字化溫度傳感器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濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統的構建引入全新
　　概念。新一代的DS18B20體積更小、更經濟、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。現場
　　溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，每一顆自帶地址，大大減少了系統的電纜數，提高了系統
　　的穩定性和抗干擾性。
　　
　　對應與傳統概念，這一粒三極管一樣的傳感器相當于傳統的：溫度傳感器+數字化+cpu+總線協議及接
　　口。
　　 二、簡介數字化、網絡化濕度傳感器
　　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出一系列產品。但在應用中也發現其通訊協議較為復雜，使用起來不太方便。而
　　且現場的需求多種多樣，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。
　　長英科技依據客戶的需求、結合多年的應用經驗、采用芯片科技的新技術，在盡量保留DALLAS系統優
　　點的前提下，盡量彌補其不足。研發出LTM8901數字化、網絡化濕度度傳感器。
　　1． 傳統濕度傳感器的不足
　　傳統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Honeywell 3605L 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，否則影響系統精度。
　　d) 系統環節多，難于維護。且系統精度易受環境影響不易保證。
　　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，多點系統中布線十分困難
　　2． 數字化、網絡化濕度傳感器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字信號，傳輸過程中沒有精度的損失，系統精度可以保證。而且
　　傳輸距離較短。
　　c) 采用低功耗設計，由采集器統一供電，無需額外供電。
　　d) 系統環節少，由傳感器出來直接進入采集器，系統可能發生故障的環節少、便于維護。
　　e) 采用智能修正技術、獨特概念，以及規模化生產，大大降低了成本，提高了可靠性。
　　f) 線纜少，傳感器可通過總線串在一起，十幾個傳感器只用一根3芯線。大大減少了現場線
　　纜，方便現場布線。
　　3． 數字化、網絡化濕度傳感器LTM8901的簡介
　　a) LTM8901應用接線接口
　　上位機CPU只需有一個雙向的I/O引腳，按下面電路連接，即可與LTM8901通訊。
　　
　　要求MCU的I/O引腳為OC門輸出（或三態輸出），同時具有輸入功能即可。現今大多數MCU
　　的I/O腳均有此功能。
　　b) LTM8901典型特性
　　? 工作溫度范圍：－25℃～＋85℃
　　? 濕度測量分辨率：0.5％RH
　　? 濕度測量量程： 1％～99％RH
　　? 濕度測量精度: ±3.0％RH（典型值）
　　? 回差： ±2.0％RH（典型值）
　　? 年漂移： ±0.5％RH（典型值）
　　? 響應時間： 5s（典型值）
　　? 工作電壓范圍： 4.5～5.5V
　　? 外型尺寸： 70×50×25mm3
　　 三、數字化、網絡化傳感器應用系統結構簡介
　　1．數字化、網絡化傳感器應用系統結構
　　通常應用系統由三級網絡組成：
　　ａ）傳感器網絡，由各種傳感器組成，分布區域在200～300米范圍內。
　　ｂ）現場總線網絡，由各種總線采集器組成，如：LTM8000系溫濕度采集模塊，分布區域在1000～
　　2000米范圍內。
　　c) 局域網和廣域網，通常由各種PC及工作站組成，通過INTERNET可實現遠程監測和控制。
　　
　　2．數字化、網絡化傳感器應用系統結構及應用簡圖
　　
　　 四、其他數字化、網絡化傳感器和相關產品及應用簡介
　　1． 數字化、網絡化計數器DS2423
　　應用：多表出戶方案
　　特點：只需一條3芯線便可將水、電、煤氣等計量表的數據傳遞給單元采集器。
　　每個單元為單芯片設計，比傳統RS485聯網方式造價低、傳統脈沖出戶方式布線簡單。
　　2． 數字化、網絡化煙感報警器
　　應用：消防監控
　　特點：使用電源線傳輸報警信號，多個傳感器只需兩根線連成網絡。
　　3． 信息紐扣DS1991
　　應用：預付費水表、電表等、停車管理系統、門禁系統、巡更系統
　　特點：采用與數字化、網絡化傳感器同樣的網絡協議，可方便的與小區智能系統融為一體。