引言
隨著我國經濟的計量快速增長,對能源的點無需求持續快速增加,我國已經成為當今世界第二大能源消費國,但是線監,我國人均能源資源占有量遠低于世界平均水平,測系經濟發展與資源環境的工業矛盾日趨尖銳,面臨著能源安全和環境保護的計量雙重壓力,節約能源和資源的點無戰略地位極其突出。加強能源管理,線監提高能源利用效率,測系是緩解當前經濟社會發展面臨的能源約束矛盾、建設節約型社會、實現經濟社會可持續發展的根本保障。
工業企業是我國的能源消費大戶,能源消耗量占全社會能源消耗總量的70%。企業的高耗能問題已經變成制約工業經濟發展的瓶頸,工業企業節能降耗成為工業經濟可持續發展的基本障礙?!笆濉逼陂g,國家進一步開展能源消費總量控制,其中工業節能目標確定為21%。要實現這一目標,每個企業都要把節能降耗作為一個重點工作來抓,而加強能源計量管理是企業節能降耗的基礎和保障。
能源計量是指在能源流程中,對各環節的數量、質量、性能參數和相關特征參數等進行檢測、度量和計算,以達到提高能源利用效率、節約能源的目的。工業企業管理要緊緊抓住“高耗能”這一特點,強化內部管理,完善能源計量管理體系,推廣新的計量管理技術,采用網絡化、信息化的現代手段來完成節能減耗和技術改進。
1建立工業計量體系所存在的技術難點
工業現場能源計量監測點(水、電、風、氣等)的分布通常比較分散,在生產廠區內外即有架空又有地下,有些則屬于新增加的監測點位,沒有預留信號傳輸電纜。如果使用有線方式,需要鋪設大量的電纜、網線、光纖以構成傳輸網絡,其設備建設和維護成本很高。對于某些環境苛刻的場合,還會限制布線和供電,往往難于監測數據,并且還會給日后的維護帶來不便,如遇檢修或其它原因損壞電纜,恢復起來極為困難。
GPRS無線傳輸技術可被廣泛應用于環境、設備監測等場合,而且實施簡單、通訊可靠,但使用費高不經濟,通常一個通訊點每年的費用為上千元,計量點愈多費用愈高,不宜用于大規模數據采集。
以上幾種因素都在不同程度上制約了能源計量管理體系的建立,因此,要想建立一個既能快捷實施,又通訊可靠、費用經濟合理的完整能源計量管理體系,就必須尋求一種新的技術。
2無線傳感器網絡技術在工業計量領域中的應用
無線傳感器網絡(WirelessSensorNetworks,WSN)技術是目前世界上新的低功耗、自組織、短距離無線傳輸技術,它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、分布式數據處理技術和通信技術,可實時監測、感知和采集網絡分布區域內的各種環境或監測對象的數據,這些數據可通過無線方式被發送,并以自組多跳的網絡方式傳送到用戶終端。
無線傳感器網絡被認為是繼因特網之后,可對21世紀人類生活方式產生重大影響的IT熱點技術。1999年和2003年,美國《商業周刊》和《MIT技術評論》在預測未來技術發展的報告中,分別將其列為21世紀最具影響的21項技術和改變世界的10大新技術之一。無線傳感器網絡最初是由美國軍方提出,在戰場監控等軍事領域有著重要的應用價值。在民用領域中,無線傳感器網絡技術同樣有著廣泛的應用前景,特別是在生態環境監測、先進制造、醫療健康、緊急事件響應、建筑物安全監控、精細農業等領域。國內WSN技術的發展較晚,但是通過數年的努力,該技術已經走出院校,走出實驗室。在很多領域,WSN技術都已凸顯出其先進性,并在環境監測、樓宇智能化、智能城市等應用中得到普遍認可。
基于無線傳感器網絡技術的現場數據采集方法具有低成本,高可擴展性、高可靠性等特點。將無線傳感器網絡技術應用于工業計量場合,能夠有效解決傳統監測系統安裝、維護成本高,供電、布線受限等問題,比較適用于多節點、大范圍、環境苛刻等工業場合的監測任務。
3計量點無線監測系統組成
工業計量點無線監測系統一般由無線傳感器網絡節點、無線傳感器網絡中繼和網關組成。傳感器節點在其無線通訊范圍內,開機后即可自動識別并加入到無線傳輸網絡中,并定時將多種工業變送器標準信號,包括電阻信號、電流信號、電壓信號(涉及到壓力、流量、溫度的測量),通過無線、自組織、多跳的方式進行發送,最終匯聚到網關。如果傳感器節點距網關比較遠,傳感器節點會自動將采集到的數據通過中繼節點轉發至網關,網關匯集傳感器節點的數據后,再通過3G、GPRS、Wi-Fi、Ethernet,串口等將數據傳到后臺。圖1所示是計量點無線監測系統示意圖。
4結語
工業計量點無線監測系統全部采用無線方式進行數據傳輸,可以自動形成監測網絡對監測數據進行采集和傳輸,從而保證了監測數據的可靠性和實時性,并節省了大量的人力、物力。該系統的主要有特點如下:
安裝組織靈活:無線智能傳感器和無線中繼可在有效無線通信距離內任意分布,通過自組織形成網絡進行數據傳輸,安裝極為方便;
個別無線中繼的損壞不影響整體功能,其變動、失效信息自動向無線網關匯總,維護方便;
組網成本低:只需利用無線智能傳感器、無線中繼和無線網關,便可構建數據傳輸網絡;
設備穩定可靠:無線智能傳感器完全密封,可以應用在惡劣的環境中;
設備本身節能環保:無線智能傳感器采用低功耗技術,在由電池供電的情況下,可持續工作1~5年(視監測任務的不同),并可實現監測過程中的免維護;
數據傳輸安全可靠:節點采用跳頻技術,可在復雜電磁環境中可靠工作,抗干擾能力強。
20211012_616599bc581a2__工業計量點無線監測系統