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新型數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化傳感器在工程中的應(yīng)用

時間:2006-06-29 14:40:00來源:0

導(dǎo)語:?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。
  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(luò)化傳感器應(yīng)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(shù)的趨勢和主流。下面,我們結(jié)合實際應(yīng)用中的要求,淺談一下數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化傳感器的特點,供大家選型時參考。   一、應(yīng)用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)、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(zāi)事故的發(fā)生幾率也相應(yīng)增加。   以電場為例,隨著機組容量的增大,自動化水平相應(yīng)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(zāi),將造成嚴(yán)重?fù)p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(nèi),據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,近20年來,我國火電廠發(fā)生電纜火災(zāi)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(zāi)事故,個別電廠達4~6次。70%以上的電纜火災(zāi)所造成的損失非常嚴(yán)重,其中2/5的火災(zāi)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(zāi)燒損設(shè)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(zāi),導(dǎo)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(gòu)的機房、車間的電纜溝中同樣存在著火災(zāi)隱患。2000年北京高能物理所的正負(fù)電子對撞機監(jiān)視機房就因電纜溝起火被迫停機,嚴(yán)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(zāi)事故中,電線電纜火災(zāi)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(xué)、造紙等工廠企業(yè)調(diào)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(nèi)火災(zāi)發(fā)生的直接原因是電纜中間頭長期運行導(dǎo)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(dǎo)致電纜溝內(nèi)火災(zāi)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(zāi),當(dāng)消防人員撲滅火災(zāi)后剛要離開現(xiàn)場時電纜頭絕緣擊穿,大火復(fù)燃,當(dāng)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(nèi)發(fā)生了火災(zāi),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(nèi)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(yuǎn)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(zāi)。    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(zāi),大面積電纜被燒損,導(dǎo)致市區(qū)大面積停電事故。   綜上所述,電纜溝內(nèi)火災(zāi)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(jié)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(zāi)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(zāi)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(nèi)火災(zāi)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(jié)構(gòu)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(shù)的應(yīng)用使系統(tǒng)更方便   隨著科技的發(fā)展,數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化傳感器成為了技術(shù)的趨勢、市場的主流。美國DALLAS公司的DS18B20數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(jié)合中國的現(xiàn)場情況,應(yīng)用智能化現(xiàn)場總線的技術(shù),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(jié)構(gòu)如下:      以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化傳感器為基礎(chǔ)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(chǎn),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(lǐng)域取得成功的應(yīng)用。如:   電纜溝溫度在線監(jiān)測及火災(zāi)預(yù)警   高壓開關(guān)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(fēng)機的軸承溫度在線監(jiān)測   倉儲(糧倉、冷庫、油罐)監(jiān)測   空調(diào)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133/32M 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(zhuǎn)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(luò)間的聯(lián)絡(luò)。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(luò)化溫度傳感器DS18B20介紹   美國Dallas半導(dǎo)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(luò),為測量系統(tǒng)的構(gòu)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(nèi)精度為±0.5°C,分辨率0.0625?,F(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(yīng)與傳統(tǒng)概念,這一粒三極管一樣的傳感器相當(dāng)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(luò)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(chǎn)品。但在應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)其通訊協(xié)議較為復(fù)雜,使用起來不太方便。而且現(xiàn)場的需求多種多樣,DALLAS的產(chǎn)品種類顯得不足,DALLAS畢竟只是一個器件廠商,產(chǎn)品與實際應(yīng)用的需求還是有差距。   長英科技依據(jù)客戶的需求、結(jié)合多年的應(yīng)用經(jīng)驗、采用芯片科技的新技術(shù),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(luò)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(zhǔn),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(luò)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(shù),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。   c) 采用低功耗設(shè)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(shù)、獨特概念,以及規(guī)模化生產(chǎn),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(xiàn)場線纜,方便現(xiàn)場布線。   3. 數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化濕度傳感器LTM8901的簡介   a) LTM8901應(yīng)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?,F(xiàn)今大多數(shù)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(yīng)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(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化傳感器應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介   1.?dāng)?shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化傳感器應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)   通常應(yīng)用系統(tǒng)由三級網(wǎng)絡(luò)組成:  ?。幔﹤鞲衅骶W(wǎng)絡(luò),由各種傳感器組成,分布區(qū)域在200~300米范圍內(nèi)。   b)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò),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(nèi)。   c) 局域網(wǎng)和廣域網(wǎng),通常由各種PC及工作站組成,通過INTERNET可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制。   2.?dāng)?shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化傳感器應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用簡圖    四、其他數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化傳感器和相關(guān)產(chǎn)品及應(yīng)用簡介   1. 數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化計數(shù)器DS2423   應(yīng)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(shù)據(jù)傳遞給單元采集器。   每個單元為單芯片設(shè)計,比傳統(tǒng)RS485聯(lián)網(wǎng)方式造價低、傳統(tǒng)脈沖出戶方式布線簡單。   2. 數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化煙感報警器   應(yīng)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(wǎng)絡(luò)。   3. 信息紐扣DS1991   應(yīng)用:預(yù)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(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化傳感器同樣的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,可方便的與小區(qū)智能系統(tǒng)融為一體。

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