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(tǒng)，進行智能監(jiān)測、控制的最前端。隨著科技的發(fā)展，數字化、網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(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超臨界參數機組，電纜用量達3000Km?；鹆Πl(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(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。根據多次事故分析發(fā)現從電
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(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(jiān)測系統(tǒng)成為可能。LTM-8000數字化溫濕度環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，采用美國DALLAS公司先進的芯片科技，結合中國的現場情況，應用智能化現場總線的技術，整個系統(tǒng)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(tǒng)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(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(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)?；a，大大降低了系統(tǒng)成本，提高了可靠性。
　　長英科技的LTM-8000數字化溫濕度環(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(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(tǒng)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(tǒng)的電纜數，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(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(tǒng)優(yōu)點的前提下，盡量彌補其不足。研發(fā)出LTM8901數字化、網絡化濕度度傳感器。

    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?；Q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(tǒng)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(tǒng)一供電，無需額外供電。
　　d) 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。
　　e) 采用智能修正技術、獨特概念，以及規(guī)?；a，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(tài)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(tǒng)結構簡介
　　1．數字化、網絡化傳感器應用系統(tǒng)結構通常應用系統(tǒng)由三級網絡組成：
　　a)傳感器網絡，由各種傳感器組成，分布區(qū)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(qū)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(jiān)測和控制。
　　
　　2．數字化、網絡化傳感器應用系統(tǒng)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(tǒng)RS485聯網方式造價低、傳統(tǒng)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(jiān)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(tǒng)、門禁系統(tǒng)、巡更系統(tǒng)
　　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(qū)智能系統(tǒng)融為一體。