工業(yè)計(jì)量點(diǎn)無線監(jiān)測系統(tǒng)

摘要：工業(yè)企業(yè)是我國能源消耗大戶。為了加強(qiáng)工業(yè)企業(yè)的能源計(jì)量管理，保障工業(yè)企業(yè)節(jié)能降耗的基礎(chǔ)工作，文章在分析了現(xiàn)有工業(yè)計(jì)量體系所存在的技術(shù)難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于能源計(jì)量管理的實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)介紹了工業(yè)計(jì)量點(diǎn)無線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成和優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：能源計(jì)量；無線檢測；傳感器網(wǎng)絡(luò)；節(jié)能降耗；

0 引言
    隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，對能源的需求持續(xù)快速增加，我國已經(jīng)成為當(dāng)今世界第二大能源消費(fèi)國，但是，我國人均能源資源占有量遠(yuǎn)低于世界平均水平，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳，面臨著能源安全和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力，節(jié)約能源和資源的戰(zhàn)略地位極其突出。加強(qiáng)能源管理，提高能源利用效率，是緩解當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展面臨的能源約束矛盾、建設(shè)節(jié)約型社會、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的根本保障。
    工業(yè)企業(yè)是我國的能源消費(fèi)大戶，能源消耗量占全社會能源消耗總量的70％。企業(yè)的高耗能問題已經(jīng)變成制約工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，工業(yè)企業(yè)節(jié)能降耗成為工業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基本障礙。“十二五”期間，國家進(jìn)一步開展能源消費(fèi)總量控制，其中工業(yè)節(jié)能目標(biāo)確定為21％。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，每個(gè)企業(yè)都要把節(jié)能降耗作為一個(gè)重點(diǎn)工作來抓，而加強(qiáng)能源計(jì)量管理是企業(yè)節(jié)能降耗的基礎(chǔ)和保障。
    能源計(jì)量是指在能源流程中，對各環(huán)節(jié)的數(shù)量、質(zhì)量、性能參數(shù)和相關(guān)特征參數(shù)等進(jìn)行檢測、度量和計(jì)算，以達(dá)到提高能源利用效率、節(jié)約能源的目的。工業(yè)企業(yè)管理要緊緊抓住“高耗能”這一特點(diǎn)，強(qiáng)化內(nèi)部管理，完善能源計(jì)量管理體系，推廣新的計(jì)量管理技術(shù)，采用網(wǎng)絡(luò)化、信息化的現(xiàn)代手段來完成節(jié)能減耗和技術(shù)改進(jìn)。

1 建立工業(yè)計(jì)量體系所存在的技術(shù)難點(diǎn)
    工業(yè)現(xiàn)場能源計(jì)量監(jiān)測點(diǎn)(水、電、風(fēng)、氣等)的分布通常比較分散，在生產(chǎn)廠區(qū)內(nèi)外即有架空又有地下，有些則屬于新增加的監(jiān)測點(diǎn)位，沒有預(yù)留信號傳輸電纜。如果使用有線方式，需要鋪設(shè)大量的電纜、網(wǎng)線、光纖以構(gòu)成傳輸網(wǎng)絡(luò)，其設(shè)備建設(shè)和維護(hù)成本很高。對于某些環(huán)境苛刻的場合，還會限制布線和供電，往往難于監(jiān)測數(shù)據(jù)，并且還會給日后的維護(hù)帶來不便，如遇檢修或其它原因損壞電纜，恢復(fù)起來極為困難。
    GPRS無線傳輸技術(shù)可被廣泛應(yīng)用于環(huán)境、設(shè)備監(jiān)測等場合，而且實(shí)施簡單、通訊可靠，但使用費(fèi)高不經(jīng)濟(jì)，通常一個(gè)通訊點(diǎn)每年的費(fèi)用為上千元，計(jì)量點(diǎn)愈多費(fèi)用愈高，不宜用于大規(guī)模數(shù)據(jù)采集。
    以上幾種因素都在不同程度上制約了能源計(jì)量管理體系的建立，因此，要想建立一個(gè)既能快捷實(shí)施，又通訊可靠、費(fèi)用經(jīng)濟(jì)合理的完整能源計(jì)量管理體系，就必須尋求一種新的技術(shù)。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)計(jì)量領(lǐng)域中的應(yīng)用
    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)技術(shù)是目前世界上新的低功耗、自組織、短距離無線傳輸技術(shù)，它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)處理技術(shù)和通信技術(shù)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可通過無線方式被發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端。
    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是繼因特網(wǎng)之后，可對21世紀(jì)人類生活方式產(chǎn)生重大影響的IT熱點(diǎn)技術(shù)。1999年和2003年，美國《商業(yè)周刊》和《MIT技術(shù)評論》在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報(bào)告中，分別將其列為21世紀(jì)最具影響的21項(xiàng)技術(shù)和改變世界的10大新技術(shù)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最初是由美國軍方提出，在戰(zhàn)場監(jiān)控等軍事領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。在民用領(lǐng)域中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)同樣有著廣泛的應(yīng)用前景，特別是在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、先進(jìn)制造、醫(yī)療健康、緊急事件響應(yīng)、建筑物安全監(jiān)控、精細(xì)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。國內(nèi)WSN技術(shù)的發(fā)展較晚，但是通過數(shù)年的努力，該技術(shù)已經(jīng)走出院校，走出實(shí)驗(yàn)室。在很多領(lǐng)域，WSN技術(shù)都已凸顯出其先進(jìn)性，并在環(huán)境監(jiān)測、樓宇智能化、智能城市等應(yīng)用中得到普遍認(rèn)可。
    基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集方法具有低成本，高可擴(kuò)展性、高可靠性等特點(diǎn)。將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)計(jì)量場合，能夠有效解決傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)安裝、維護(hù)成本高，供電、布線受限等問題，比較適用于多節(jié)點(diǎn)、大范圍、環(huán)境苛刻等工業(yè)場合的監(jiān)測任務(wù)。

3 計(jì)量點(diǎn)無線監(jiān)測系統(tǒng)組成
    工業(yè)計(jì)量點(diǎn)無線監(jiān)測系統(tǒng)一般由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼和網(wǎng)關(guān)組成。傳感器節(jié)點(diǎn)在其無線通訊范圍內(nèi)，開機(jī)后即可自動識別并加入到無線傳輸網(wǎng)絡(luò)中，并定時(shí)將多種工業(yè)變送器標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行發(fā)送，最終匯聚到網(wǎng)關(guān)。如果傳感器節(jié)點(diǎn)距網(wǎng)關(guān)比較遠(yuǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)會自動將采集到的數(shù)據(jù)通過中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)匯集傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，再通過3G、GPRS、Wi—Fi、Ethernet、串口等將數(shù)據(jù)傳到后臺。圖1所示是計(jì)量點(diǎn)無線監(jiān)測系統(tǒng)示意圖。

4 結(jié)語
    工業(yè)計(jì)量點(diǎn)無線監(jiān)測系統(tǒng)全部采用無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可以自動形成監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸，從而保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和實(shí)時(shí)性，并節(jié)省了大量的人力、物力。該系統(tǒng)的主要有特點(diǎn)如下：
    (1)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(nèi)任意分布，通過自組織形成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，安裝極為方便；
    (2)個(gè)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(wǎng)關(guān)匯總，維護(hù)方便；
    (3)組網(wǎng)成本低：只需利用無線智能傳感器、無線中繼和無線網(wǎng)關(guān)，便可構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)；
    (4)設(shè)備穩(wěn)定可靠：無線智能傳感器完全密封，可以應(yīng)用在惡劣的環(huán)境中；
    (5)設(shè)備本身節(jié)能環(huán)保：無線智能傳感器采用低功耗技術(shù)，在由電池供電的情況下，可持續(xù)工作1～5年(視監(jiān)測任務(wù)的不同)，并可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測過程中的免維護(hù)；
    (6)數(shù)據(jù)傳輸安全可靠：節(jié)點(diǎn)采用跳頻技術(shù)，可在復(fù)雜電磁環(huán)境中可靠工作，抗干擾能力強(qiáng)。