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仪器供电的新趋势

作者:Peter Welander, Control Engineering编辑2007.06.28阅读 2568

  随着无线网络和远程设备的使用日渐普及,无需连线的电能供给成为一种新的需求。

  在传统的使用硬接线连接设备的时代,为各独立设备供电并不是什么大问题,它既能通过主电源经转送器实现CONTROL ENGINEERING China版权所有,又可以在现场总线连接中提供足够的电流。唯一会担心远程设备电能供应问题的仅仅是那些类似油井的分散设备。只要有人定期看护www.cechina.cn,这种机械式的供电方式就能满足大部分设备的需要。
  但现在,这种情况正在被改变。一些工厂放满了“远程”设备,形成一些设备密集度极高的区域。这些远程无线设备使用数量的增加大大提升了不依靠总电源、现场总线或不间断电源的独立供电的必要性。由于无线设备的一个突出卖点就是排除了电线费用的支出,因此供需双方都在寻找与过去不同的供电方式。
  在许多方面,无线技术和独立电源的发展取得了同步的进展。无线设备厂商意识到某些类型的设备比其他设备更易实现这一改变。正因为如此,微动力仪器设备,如温度传感器在早期是配合无线发射机同时使用的。如果每个利用了无线通讯技术的设备都要连接一根电源线,那所谓的无线的优势就被大大降低了。但即使这样,在很多工厂里,比起给远程I/O点提供信号电缆,提供交流120V的电源线只是一件小事。这

种想法就是由现场的有源路由器构成无线网格状网络的由来。


仪器供电的新趋势如图

控制工程网版权所有,0); FONT-STYLE: italic">当铁路周围的布线不方便时,就要依靠太阳能设备。铁路的传感器和信号
控制工程网版权所有,0); FONT-STYLE: italic">控制工程网版权所有,0); FONT-STYLE: italic">设备由一个1.4kwKyocera 的太阳能模块供电,这要比其他所有的方法都便宜。

  仪器设备的变革
  供电的方式发生改变的同时,仪器设备和无线发送设备的发展正在发生更基础层面的变化。这些设备的设计者们,进行了一番重新思考后,找到了能更有效利用电能的方法。
  在使用主电源供电的硬接线系统中,通过直接连接的I/O电缆或现场总线,仪器设备间可以实现连续通讯。无论是流量、压力或者其他变量,数据的给出和传输从不中断。但是如果采用电池供电,标准的4-20mA信号会消耗电量相当惊人,一个不间断的20mA的信号会在数天内用光大量的电池。但是,如果允许对某个信号进行间断性采集,该仪器就会间歇性地工作,从而节约了电能。这种间歇性通信方式已经成为了正迅速崛起的实用无线网络技术的关键原则之一。
  一些比较重要的过程变量必须实现实时监控,而且这些变量应该使用硬接线方式。而其他的信号往往只需要每过一段时间检测一次,这个时间可以是几秒、一分钟、一小时或者更长。如果一台仪器设备可以自动激活、读取数据、传送数据、回到休眠状态直到它下一小时重复这一流程,那么比起连续操作,这样可以节省99%的电能消耗。这样的一台仪器,只要使用目前的设计并配备合适的电池,可以持续工作20年而无需维护。
  “无线通信仪器设备的供电已经成为一个重要的议题,”Dust Networks的市场副总监Rob Conant说,“它为传感器的设计提供了一个全新的思路。”Dust Networks在工业测量仪表仪器方面上取得了重大的突破,发明了一种非常高效的通信技术。它内含的无线通信器可以在10毫秒内实现激活、上载变量、传送变量、关闭这一完整的工作流程。而其相应的接收器会自动地同步激活,并接收信号。在正常的工作循环中控制工程网版权所有,该设备每10秒更新一次数据,而其余的99.9%的时间处于休眠状态。这种高效地使用电能的工作方式使独立供电成为了现实。

  外部电源
  另一种可选的供电方式也同样符合无需维护的要求。如果要每个月或每年更新一次电池,那么在通常情况下,这种仪器是不被考虑的。因为工厂的操作员们不愿意时刻关注着这些仪器设备,所以,相应的电池寿命至少应该可以以年计。当可充电电池在便携式电脑和混和式汽车上的应用得到了广泛的关注的同时,一次性电池的技术发展也取得了相应的改进。标准的碱性电池(碱性二氧化锰类)能满足大多数手电和移动电子产品的消费者的需求,但是还远未达到工业仪器设备的要求。
  电池失效是由于以下两方面的原因:一、它们始终处于放电的状态,这意味着即使不使用www.cechina.cn,它们也会逐渐地失效。厂商设计时知道它们的使用时限,因此在绝大部分电池包装上会有“在……之前使用”的日期说明。不同类型电池的可使用时间是千差万别的,通常电池内部的化学组成越复杂,可使用的时间就越长。二、当它们的电量被用光时,电池就失效了。一些廉价的电池会随着电量的消耗逐步降低输出电压,而质量较好的电池则能在它们电量耗尽之前维持不变的输出电压,随后快速下降为零。
  由于其高储电容量和长寿命周期,锂电池被大量应用在工业仪器仪表领域。它种类众多,适用广泛。在便利店随处可见的锂-二氧化锰电池在数码相机领域的表现远优于它们的竞争对手碱性电池,但是它也只是初级的锂电池产品。锂亚硫酰氯电池(Li/SOCl12)是一种已被广泛应用于无线设备上的电池。它的名称仅仅描述了其基本的化学组成,而根据不同的配置方法改变其内部化学结构,会生产出各具特色的产品。其中最常见的

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