|
電機(jī)無處不在 電機(jī)在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用十分廣泛。許多專家估計(jì)，工業(yè)電機(jī)總體擁有成本非常龐大，消耗工廠總能耗90%以上的能耗。雖然現(xiàn)代電機(jī)效率已經(jīng)被提升到90%至95%，但優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)的工作還可以節(jié)省20%以上的能耗。用于電機(jī)檢測(cè)、維護(hù)和控制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也已就位。 許多無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以充分利用電機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能(由于振動(dòng))和熱能(由于發(fā)熱)，而且通�？梢栽跓o需電池的情況下轉(zhuǎn)換這種能量，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。EnOcean公司設(shè)計(jì)的ESK 300第一版868MHz無線能量采集開發(fā)套件充分展示了EnOcean的能量采集和超低功耗無線技術(shù)(圖4)。這個(gè)開發(fā)套件有兩個(gè)用于開關(guān)的電動(dòng)機(jī)械式按鍵發(fā)電機(jī)和一個(gè)太陽能供電的溫度傳感器。由自供電的傳感器發(fā)送的消息可以被USB適配器接收，并通過DolphinView Basic電腦軟件實(shí)現(xiàn)可視化。 圖4：EnOcean公司設(shè)計(jì)的ESK 300第一版868MHz無線能量采集開發(fā)套件充分展示了EnOcean的能量采集和超低功耗無線技術(shù)。 帶按鍵無線發(fā)射模塊可以無需電池就實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程控制。重要應(yīng)用包括安裝在墻上且有一兩個(gè)搖臂的扁平搖臂開關(guān)以及擁有多達(dá)4個(gè)獨(dú)立按鍵的手持式遙控器。套件中為線性運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的ECO 200能量轉(zhuǎn)換器可以用來給PTM 330無線模塊供電。每次運(yùn)動(dòng)輸出的能量足以發(fā)射3條消息，并且自由場范圍可達(dá)300米。在建筑技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化中的微型開關(guān)和傳感器將成為可能的應(yīng)用。 EnOcean聯(lián)盟圍繞低功耗能量采集無線技術(shù)創(chuàng)建了一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，并將它確立為可持續(xù)的建筑與工業(yè)自動(dòng)化全球標(biāo)準(zhǔn)。這種生態(tài)系統(tǒng)支持不同的終端產(chǎn)品基于ISO/IEC 14543-310標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)互操作。 低壓升壓器模塊可用于放大較低的能量采集電平，以支持可能的無電池操作，比如Advanced Linear Devices公司的EH4205。這種自啟動(dòng)模塊通過70mV至4V的能源產(chǎn)生能量，而汲取的輸入功率低至230μW，因此可以支持從電磁感應(yīng)線圈和TEG收集能量。 EH4205的標(biāo)稱輸入阻抗是50Ω，功效為52%，工作溫度范圍是0℃至70℃。它可以將輸入能量轉(zhuǎn)換為直流或交流電壓。EH4205具有睡眠功能，平時(shí)處于零功耗狀態(tài)，直到所連能量源的輸入變成有效才將它喚醒，然后累積能量，只要能量源提供電力，它就一直工作下去。 典型的商用低壓升壓器模塊要求至少300mV左右的輸入驅(qū)動(dòng)才能工作。雖然一些現(xiàn)有的低壓模塊也可以在約100mV時(shí)工作，但它們不能滿足來自TEG和光電元件等能源實(shí)現(xiàn)能量采集傳感應(yīng)用的要求，因?yàn)樗鼈兊牡湫洼敵龉β始s在4μW至40μW的單位數(shù)和兩位數(shù)范圍內(nèi)。 凌力爾特公司提供的種類廣泛的超低功耗模塊可用于壓電和光伏能源以及TEG的能量采集應(yīng)用。它們包括LTC3588-1/2壓電能量采集電源方案、LTC3108/9 TEG和LTC3105太陽能400mA升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器，后者具有最大功率點(diǎn)控制并能以250mV的輸入啟動(dòng)(圖5)。 圖5：凌力爾特科技公司提供的種類廣泛的超低功耗模塊可以用于來自壓電和光伏能源以及TEG的能量采集應(yīng)用。 Dust Networks公司今年推出的Eterna收發(fā)器芯片實(shí)現(xiàn)了IEEE 802.15.4e。與系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)結(jié)合在一起，這種第二代產(chǎn)品的功耗要比其替代的第一代產(chǎn)品低50%，從而確立了該公司在工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)地位(圖6)。Dust Networks公司稱，基于其Eterna技術(shù)的這款產(chǎn)品的功耗是競爭產(chǎn)品的約八分之一，這意味著它們的使用時(shí)間長8倍，即使它們由電線供電，其“綠色”水平也能高出8倍。（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)群：8044196） 圖6：Dust Networks第二代Eterna收發(fā)器芯片的功耗要比前一代產(chǎn)品低50%。Eterna技術(shù)芯片的功耗是競爭產(chǎn)品的八分之一，因此持續(xù)使用時(shí)間長8倍。 并不是所有無線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器芯片都設(shè)計(jì)為工作在很長距離，并能在廠房外部工作。許多芯片是為短距離通信設(shè)計(jì)的，可以用于工廠內(nèi)的工業(yè)環(huán)境和制造設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)工廠車間設(shè)備之間的通信。許多這樣的收發(fā)器是緊湊、超低功耗器件。它們也使用Wi-Fi (IEEE 802.11)和ZigBee (IEEE 802.15.4)通信協(xié)議，可以工作在免許可的2.4GHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)頻段。也有的芯片使用藍(lán)牙協(xié)議(IEEE802.15.1)。 圖7：Banner Engineering公司推出的這種獨(dú)立型SureCros Q45光電傳感器收發(fā)器，電源管理電路可以使兩節(jié)AA鋰電池持續(xù)工作長達(dá)5年時(shí)間。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性 智能手機(jī)和平板電腦等先進(jìn)的人機(jī)界面(HMI)設(shè)備使得工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的控制變得更加容易和更加簡單。但存在著某些有意和許多無意的網(wǎng)絡(luò)攻擊風(fēng)險(xiǎn)，除非采取足夠的保護(hù)措施，否則這些攻擊有可能使工廠的運(yùn)轉(zhuǎn)徹底失靈。 |
