從有線傳感器到無線傳感器的推動

大家好，我是【廣州工控傳感★科技】傳感器事業(yè)部，張工。

從有線傳感器到無線傳感器的推動，

帶大家詳細了解狀態(tài)監(jiān)測行業(yè)中將傳感器需求從有線推向無線的四大主因。

旋轉設備基資產狀態(tài)的監(jiān)測是一種管理工廠可靠性和安全性的方法，經(jīng)數(shù)十年實踐證明行之有效。 振動檢測是其中的主要部分。傳統(tǒng)上，加速度傳感器安裝在機器上，通過硬連接方式接回中央機械保護系統(tǒng)（例如振動監(jiān)視器）。這種技術雖然可靠，但價格昂貴，因此通常用于大型旋轉機器，如蒸汽渦輪機或大型燃燒（氣體）渦輪機這類對工廠運營“至關重要”的機器。

而對于不太重要的資產（即所謂的配套設備），如離心泵和壓縮機等，安裝這類狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的業(yè)務案例則少之又少。然而，在某些情況下，這些機器的可用性對工廠的安全可靠運行亦非常重要，不能有絲毫損失。為此，需要經(jīng)濟實惠的狀態(tài)監(jiān)視器配套設備。
行業(yè)推動力

塑造這一市場空間的推動力至少有四個：

推動力1：工廠運營者對于以經(jīng)濟實惠價格獲取數(shù)據(jù)的需求日益增長

隨著數(shù)字化進程不斷發(fā)展，一條經(jīng)驗變得明晰起來，那就是：對于數(shù)據(jù)的需求是永無止境的。但是，必須以經(jīng)濟可行的方式提供這些數(shù)據(jù)。工廠資產的狀態(tài)監(jiān)測也不例外。

傳統(tǒng)安裝需要將一條多導線屏蔽電纜連接到安裝在機器上的傳感器，然后再一路連接回中央機械保護系統(tǒng)。電纜的總長度可能長達上百米。每個傳感器都需要這樣連接。多個傳感器所需的電纜長度則會達到數(shù)千米。此外，為了滿足國家電氣規(guī)范 和當?shù)毓S要求，通常需要將從機器上的傳感器接出的電纜的開頭若干米裝在導管內。接回到中心站的其余電纜通常捆束在較大的導管或電纜盤中。所有這些都增加了人力物力成本，而且不易擴展。

無線傳感器解決了這個問題。無線網(wǎng)關硬接線回中心站。但是，多個無線傳感器由一個網(wǎng)關處理，因此不再需要在機器上使用電纜和導管。現(xiàn)在，從網(wǎng)關返回中心站的單個電纜承載著來自多個傳感器而不是一個傳感器的數(shù)據(jù)。這種架構易于擴展，因為網(wǎng)關可以處理額外的無線傳感器，或者可以安裝額外的網(wǎng)關，來容納額外的兩到三倍的傳感器，而在相同成本下傳統(tǒng)方式無法完成這一任務。

推動力2：持續(xù)電氣化顯著提高了電池性能

無線傳感器顯然需要電池才能正常工作。利用無線傳感器是成功還是失敗的最重要因素是電池性能。頻頻更換電量用盡的電池不僅偏離了使用無線傳感器的經(jīng)濟目的，更不用說在傳感器斷電時的數(shù)據(jù)丟失了。

直到最近，電池性能的技術改進才跟上電子領域的其他性能改進的步伐。運輸部門（電動汽車）和空中無人機的電氣化推進大大降低了電池成本和提高了電池性能。鋰電池仍然是無線應用的最佳技術和首選電源，且其價格已大幅下降，從2010年的每千瓦時1200美元左右降到了現(xiàn)在的每千瓦時約175美元。開電動車比開汽油車更便宜的日子已不遙遠。隨著電池續(xù)航時間延長，使用無線傳感器變得經(jīng)濟可行。從每隔數(shù)月?lián)Q一次電池，到每隔一年、兩年甚至更長時間換一次，無線傳感器的運行成本陡然間已具有了可與有線傳感器競爭的能力。

推動力 3：物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 興起提升了數(shù)字無線電性能

數(shù)字設備的性能大約每隔18個月翻一倍（這稱為“摩爾定律”）。這一預測通常是正確的，從我們現(xiàn)在的手機或可穿戴設備（如智能手表）擁有的巨大計算能力就可見一斑。這實現(xiàn)了邊緣計算，使我們可以在網(wǎng)絡末端（網(wǎng)絡“邊緣”）或接近網(wǎng)絡末端的地方處理數(shù)據(jù)，而不是將原始形式的數(shù)據(jù)發(fā)送回中心站進行處理。

對于無線加速度傳感器，一個可能顯而易見的邊緣計算應用便是在傳感器自身上計算采樣振動波形的 FFT（快速傅立葉變換）。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，原始振動波形會被發(fā)送到中心站（作為模擬信號），并在那里計算FFT。有了邊緣計算后，可以直接在傳感器中計算 FFT，然后將處理的數(shù)據(jù)發(fā)回。原始振動信號不再被發(fā)回，減少了帶寬開銷和電池耗電量。但這只是一個簡單的例子。最終，更多計算可以在傳感器上完成。借助適當?shù)?a href="http://ttokpm.com/v/tag/2562/" target="_blank">算法，傳感器可以“了解”它所在的機器，了解機器何時運行得好，何時運行得不好。用于構建真正智能化的狀態(tài)監(jiān)測加速度傳感器的構造塊已到位。