结合无线、光电传感技术
技术更新:无线和光电传感技术已经融合，创造了无需电线的传感器。
无线和光电传感技术在工业自动化应用中都取得了各自的成就，从使用光电传感器进行生产线产品传感到使用无线技术进行易于重新配置。虽然每种技术都有其自身的性能特点和优点，但将它们组合成无线光电传感器会受到设计上的限制。运营商希望传感器的性能与传统的有线传感器相同。这个想法很简单;这项任务很艰巨。
基本功能、参数
理想情况下，无线光电传感器组件的性能与有线传感器相同，这意味着光学参数，如透镜和LED颜色保持不变。机械上，一件坚固的工业设计是有意义的。
无线发射机需要在传感器改变状态时立即传输传感器输出。网络必须具有确定性、高可靠性和安全性。无线传输必须是无噪声的，即使是在有变频驱动器(vfd)和其他有噪声的工业设备的情况下。基于plc级网络的通信提供了足够的无线范围，可以轻松覆盖大型工厂，超过了现有无线或WiFi技术的范围。
无线传感器应该是经济的，如果作为一个传感器安装，也可以作为同一建筑物中的数百个传感器之一运行，而不会干扰其他传感器或现有的WiFi系统。易于安装和维护，以抵消安装有线传感器所需的工作。
要让电池的使用寿命达到数年而不是数小时，就需要仔细管理电源。
基于这些困难和相互竞争的需求，需要注意三个领域:光电传感、电池电源管理和无线网络。
光电传感器自20世纪40年代末开始应用于工业控制。从那时起，电路技术和制造工程的重大进步使制造商能够生产更小、更快的传感器，以更低的成本提供更多功能。对于无线操作，需要一种能够在极低功率水平下工作的传感器。
电池电量管理
电池电源管理包括考虑电力收集技术、太阳能电池板、可充电锂离子电池和碱性电池。测试表明，亚硫酰氯锂电池的能量是同等大小的碱性或可充电锂离子电池的3到5倍。成本、尺寸和功率密度都是有利的。高效的开关电源和传感系统确保电池99.9%的时间处于睡眠状态。一个典型的24v光电传感器消耗大约20ma的电流。这是0.48瓦或大约1 / 2瓦。为了在2节AA电池上达到5年的电池寿命，传感器需要在3.6 V或0.00036瓦的平均电流下工作0.1 ma。这是1300次幂的减少。
无线网络
要在所需参数范围内运行，无线网络基础设施需要:
- 极低功率
- 双向设计，每个端点都可以发送和接收数据。单向通信提供有限的控制，不能被承认，这对工业控制有重大影响。
- 实时性:如果目标是5年的电池寿命和实时响应，系统通常应在125毫秒内响应。更高的速度需要更多的电力，并降低电池寿命。
- 扩展范围
- 现场勘测，准确测试无线信号强度
- 多传感器支持，因此每个无线网关可以支持多个传感器
无线I/O系统
在设计光电无线传感器之前，开发了一个无线I/O系统，具有标准的数字、模拟和温度输入和输出，取代了PLC I/O卡和PLC I/O网络。
在PLC世界中，传感器总是连接到电源，但I/O节点通常需要电池供电。为了确保降低功率和延长电池寿命，使用了一种称为“开关电源”的概念。每个电池供电的I/O节点都有一个或多个电源端子，在短时间内提供5 V-24 V，这是通过电压泵和电池供电完成的。接通电源即可为传感器供电。一旦传感器打开并工作，就会读取输出。然后关闭传感器。通过开关传感器，传感器大部分时间都处于关闭状态，电池寿命增加100倍或更多。代价是响应时间，因为传感器无法感知何时关闭。
采用开关供电方式，无线光电传感器可在两块可更换的AA锂电池上工作长达5年，具体取决于应用。这种类型的无线传感器使用的平均功率为100至200微瓦，产生的功率比具有类似性能的24 V有线传感器低1000倍。
除了延长电池寿命外，无线I/O系统还可以快速轻松地将多种I/O类型无线连接到PLC。范围超过WiFi，实时响应速率为125毫秒。数据流量是完全确认的，具有高度的可靠性和确定性。它还非常不受噪音影响，不会干扰现有的无线系统。
自给自足，剥皮和粘
将这些技术集成在一起就产生了无线光电传感器。它将光电传感和无线技术结合在一个外壳中，靠电池供电。
安装时不需要配置软件。安装时，只需将无线传感器与无线网关绑定(或配对)即可。传感器的输出出现在网关输出终端，提供高达3000英尺/1公里的视距传感距离。由于无需布线传感器，运营商可以在几分钟内添加一个光电传感器，从而创建一个可扩展的无线传感器网络基础设施。用户现在可以在以前不可能的情况下应用传感技术，并降低安装和维护成本。
多种光电传感方式包括反反射、收敛和光纤。干接点(按钮或感应接近传感器)也是可能的。网关功能包括2出和6出Modbus RTU。双出功能服务于入口级单一无线链路;一个输出指示传感器状态，如果有问题，第二个输出提供故障信号。六出模型与RTU可以连接多达47个传感器。传感器状态通过Modbus接口报告给PLC。如果应用程序需要超过47个传感器，则多个网关可以共存而不受干扰。该系统可以支持模拟和数字数据，这将消除传感器类型的限制，可以无线。
无线传感在低功耗传感、电池管理和工业无线技术方面取得了关键进展，因此非常实用。无线传感可以支持光电、感应和干接点，解决具有挑战性的应用，包括移动、旋转或重新配置应用。通过增强的性能特性，新型无线传感器提供了一种易于部署的方式来提高生产力。
Bob Gardner是Banner Engineering公司的高级产品经理。www.bannerengineering.com．由CFE Media内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程，设备工程,Consulting-Specifying工程师,mhoske@cfemedia.com．
在线
更多关于传感器的信息:www.globalelove.com/sensors
更多关于无线的信息:www.controelng.com/wireless
您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。
