數字化和網(wǎng)絡(luò )化傳感器在工程中的應用

作者：時(shí)間：2010-08-11 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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傳感器是將各種參量送入計算機系統，進(jìn)行智能監測、控制的最前端。隨著(zhù)科技的發(fā)展，數字化、網(wǎng)絡(luò )化傳感器應用益廣泛，以其傳統方式不可比擬的優(yōu)勢漸漸成為技術(shù)的趨勢和主流。下面，我們結合實(shí)際應用中的要求，淺談一下數字化、網(wǎng)絡(luò )化傳感器的特點(diǎn)，供大家選型時(shí)參考。

一、應用數字化、網(wǎng)絡(luò )化溫度傳感器實(shí)現電纜溝在線(xiàn)監測

1．為什么要在線(xiàn)監測電纜溝

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

以電場(chǎng)為例，隨著(zhù)機組容量的增大，自動(dòng)化水平相應提高，電纜用量越來(lái)越多。一臺200MW機組，各類(lèi)電纜長(cháng)達200～300Km。某電廠(chǎng)一期工程2臺500Mw超臨界參數機組，電纜用量達3000Km。

火力發(fā)電廠(chǎng)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(chǎng)，大多仍采用易燃電纜，因此，電纜防火問(wèn)題尤為突出。

國內，據有關(guān)資料統計，近20年來(lái)，我國火電廠(chǎng)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(gè)電廠(chǎng)發(fā)生過(guò)兩次及以上電纜火災事故，個(gè)別電廠(chǎng)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(zhù)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(chǎng)因電纜溝火災燒損設備及搶修費用超過(guò)千萬(wàn)元。1999年牡丹江第二發(fā)電廠(chǎng)因電纜溝火災，導致全廠(chǎng)停電事故，直接、間接損失達近千萬(wàn)元。除了電場(chǎng)之外，在個(gè)大廠(chǎng)礦、科研機構的機房、車(chē)間的電纜溝中同樣存在著(zhù)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(jìn)行。

美國在1965～1975年統計的3285次電氣火災事故中，電線(xiàn)電纜火災事故就占30.5%，直接損失約4000萬(wàn)美元。

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

通過(guò)對電場(chǎng)事故的分析，引起電線(xiàn)溝內火災發(fā)生的直接原因是電纜中間頭長(cháng)期運行導致老化、氧化，接觸電阻日益增大，造成的電纜頭過(guò)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(chǎng)發(fā)生過(guò)電纜頭過(guò)熱引起火災，當消防人員撲滅火災后剛要離開(kāi)現場(chǎng)時(shí)電纜頭絕緣擊穿，大火復燃，當場(chǎng)燒傷數人，造成群傷事故。
例二：富拉爾基電廠(chǎng)，試驗人員查找電纜故障時(shí)，上午采用了電容擊穿法進(jìn)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(xiàn)監測系統完全可以避免事故。

例三：渾江電廠(chǎng)＃2循環(huán)水電纜中間頭過(guò)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(diǎn)鐘引發(fā)了火災。

例四：牡丹江第二發(fā)電廠(chǎng)1998年6月28日，因一臺機的循環(huán)水電纜中間頭過(guò)熱引燃該電纜溝里的全部電纜，造成全廠(chǎng)七臺機(裝機客量103萬(wàn)千瓦)被迫停機，全廠(chǎng)停電的惡性事故。

例五：上海供電局2001年因電纜中間頭過(guò)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(fā)生主要原因是由于動(dòng)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(guò)熱到事故的發(fā)生，其發(fā)展速度比較緩慢、時(shí)間較長(cháng)通過(guò)電纜在線(xiàn)監測系統完全可以防止、杜絕此類(lèi)事故的發(fā)生。

吉林熱電廠(chǎng)多年前就總結出這一經(jīng)驗，利用人工每天進(jìn)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(shuō)電纜溝在線(xiàn)監測系統對發(fā)電廠(chǎng)安全運行有看非常重要的意義。雖然大部分發(fā)電廠(chǎng)不惜大量資金早已進(jìn)行電纜溝的防火封堵及普通消防報警裝置，但是電線(xiàn)溝火災仍有發(fā)生，這些措施只能起到電線(xiàn)著(zhù)火后減輕事故范圍的作用．沒(méi)有從根本上限制減少火災的發(fā)生。進(jìn)行電纜溝在線(xiàn)監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(gè)傳感器的溫度值都要經(jīng)過(guò)上述環(huán)節進(jìn)入系統。所以會(huì )有如下不足：

a)需要成百上千條信號線(xiàn)(一個(gè)電纜溝通常要測200～300個(gè)測溫點(diǎn))

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

c)系統環(huán)節多，難于維護。且系統精度易受環(huán)境影響不易保證。

d)價(jià)格昂貴。200~300點(diǎn)需要10~20萬(wàn)

3．新技術(shù)的應用使系統更方便

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

LTM-8000數字化溫濕度環(huán)境監測系統，采用美國DALLAS公司先進(jìn)的芯片科技，結合中國的現場(chǎng)情況，應用智能化現場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)，整個(gè)系統中僅有數字信號傳輸，而且傳感器、采集模塊均可聯(lián)網(wǎng)，使系統更可靠性、布線(xiàn)更方便。

以數字化、網(wǎng)絡(luò )化傳感器為基礎的系統的主要特點(diǎn)：

a)線(xiàn)纜少，傳感器可通過(guò)總線(xiàn)串在一起，幾十個(gè)傳感器只用一根3芯線(xiàn)。大大減少了現場(chǎng)線(xiàn)纜，方便現場(chǎng)布線(xiàn)。

b)由于傳感器輸出的就是數字信號，傳輸過(guò)程中沒(méi)有精度的損失，系統精度可以保證。

c)系統環(huán)節少，由傳感器出來(lái)直接進(jìn)入采集器，系統可能發(fā)生故障的環(huán)節少、便于維護。

d)采用先進(jìn)的芯片科技、獨特概念，以及規?；a(chǎn)，大大降低了系統成本，提高了可靠性。

長(cháng)英科技的LTM-8000數字化溫濕度環(huán)境監測系統，已在電力系統、石油、鋼鐵等許多領(lǐng)域取得成功應用。如：

電纜溝溫度在線(xiàn)監測及火災預警

高壓開(kāi)關(guān)柜溫度在線(xiàn)監測

電機及其接線(xiàn)盒溫度在線(xiàn)監測

泵及風(fēng)機的軸承溫度在線(xiàn)監測

倉儲（糧倉、冷庫、油罐）監測

空調與樓宇自控

4．系統簡(jiǎn)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(hù)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(guò)壓、過(guò)流、突波、隔離、雷擊保護

3）場(chǎng)采集模塊LTM-8003E

功能：實(shí)現兩級通訊網(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(xiàn)總線(xiàn)”，LTM-8003模塊作為采集中心，測量線(xiàn)纜上的數字化傳感器作為子站。

硬件功能：帶有過(guò)壓、過(guò)流、突波、隔離、雷擊保護

4）溫度傳感器DS18B20

5．數字化、網(wǎng)絡(luò )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(xiàn)總線(xiàn)”接口的溫度傳感器。一線(xiàn)總線(xiàn)獨特而且經(jīng)濟的特點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò )，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(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?，F場(chǎng)溫度直接以“一線(xiàn)總線(xiàn)”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(xiàn)協(xié)議及接口。

二、簡(jiǎn)介數字化、網(wǎng)絡(luò )化濕度傳感器

美國DALLAS“一線(xiàn)總線(xiàn)”溫度傳感器DS18X20以其硬件接口簡(jiǎn)單、性能穩定受到廣大客戶(hù)好評，長(cháng)英科技也針對客戶(hù)的不同需求開(kāi)發(fā)出一系列產(chǎn)品。但在應用中也發(fā)現其通訊協(xié)議較為復雜，使用起來(lái)不太方便。而且現場(chǎng)的需求多種多樣，DALLAS的產(chǎn)品種類(lèi)顯得不足，DALLAS畢竟只是一個(gè)器件廠(chǎng)商，產(chǎn)品與實(shí)際應用的需求還是有差距。

長(cháng)英科技依據客戶(hù)的需求、結合多年的應用經(jīng)驗、采用芯片科技的新技術(shù)，在盡量保留DALLAS系統優(yōu)點(diǎn)的前提下，盡量彌補其不足。研發(fā)出LTM8901數字化、網(wǎng)絡(luò )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(guò)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(gè)傳感器附帶一張修正表，以便用戶(hù)按表修正?；Q起來(lái)很不方便。

b)模擬電壓信號在傳輸過(guò)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(huán)節多，難于維護。且系統精度易受環(huán)境影響不易保證。

e)精度難以校準，所以精度稍好一點(diǎn)的傳感器，價(jià)格昂貴。著(zhù)名的VISSALA的3%精度的傳感器每只要上千元。

f)每個(gè)傳感器到變送器，變送器到采集器至少兩條線(xiàn)，多點(diǎn)系統中布線(xiàn)十分困難

2．數字化、網(wǎng)絡(luò )化濕度傳感器LTM8901的特點(diǎn)

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字信號，傳輸過(guò)程中沒(méi)有精度的損失，系統精度可以保證。而且傳輸距離較短。