無線通信網(wǎng)絡24 V直流供電方案設計探討

方原柏

對于無線通信網(wǎng)絡設備，通常可以采用電池供電、電網(wǎng)供電，但也有自帶能量采集器實現(xiàn)供電的。工程設計中，或許不會對供電問題考慮太多，按制造商要求給網(wǎng)關提供220 V(AC)電源，或無線現(xiàn)場設備成套帶鋰電池即可。

運行多年以后，發(fā)現(xiàn)應用同一制造商無線通信系統(tǒng)現(xiàn)場的反饋無線現(xiàn)場設備運行穩(wěn)定，故障率低，抗干擾能力要好于有線現(xiàn)場設備，但是約1～2 a需更換專用鋰電池，價格昂貴，因而業(yè)主不太愿意擴大應用范圍。

無線通信網(wǎng)絡投入流程行業(yè)應用已經(jīng)有十多年了，制造商也逐漸意識到供電不是一個小問題，因而也推出一些新產品，在供電方面提供了幾種選擇。比如有的產品用戶訂貨時可選擇鋰電池供電、24 V(DC)有線電源供電，那么在無線通信網(wǎng)絡設備供電設計時可否有所考慮，做相應的變動呢？

1 不同類型無線設備的供電方案

針對無線設備的不同類型，一直存在多種供電方案，比如現(xiàn)場設備采用小型鋰電池供電，適配器有的是由配用的有線HART設備供電，有的采用小型鋰電池供電，路由器采用小型鋰電池供電，網(wǎng)關通常采用220 V(AC)供電。一些負荷較重的路由器或不采用220 V(AC)供電的網(wǎng)關也可能采用中型鋰電池供電。

當無線現(xiàn)場設備、需電源供電的路由器和網(wǎng)絡中的中繼器靠近主電源時，利用電網(wǎng)供電的電源可以說是優(yōu)點突出，如無線現(xiàn)場設備就不必糾結刷新率太快影響電池壽命，只要工藝需要，選快速刷新的哪一檔都沒問題。然而，利用電網(wǎng)供電選項不適合移動設備上安裝的無線現(xiàn)場變送器，因為電纜必須連接到現(xiàn)場設備上。加了電源接線，就不是真正的“無線”了。

2 可提供供電方案選型的無線現(xiàn)場設備

2.1 霍尼韋爾公司SmartLine無線設備

2018年霍尼韋爾公司推出SmartLine無線壓力變送器、無線溫度變送器和無線通用I/O變送器。該系列產品在供電方面有兩個特點：可使用長壽命商品電池，也可選擇在現(xiàn)場使用24 V(DC)電源。長壽命商品電池采用商用非專利3.6 V亞硫酰氯鋰(LiSOCl2)電池，現(xiàn)場使用的24 V電源是通過可選的24 V(DC)電源模塊，有線連接24 V(DC)電源，在外供16～28 V(DC)輸入電壓時，最大輸入電流100 mA。SmartLine無線變送器部件如圖1所示，由圖1可以看出變送器的供電部件可以選擇電池盒或24 V(DC)電源模塊[1]。

圖1 SmartLine無線變送器部件示意

當采用外部24 V(DC)電源供電時，其接線同有線現(xiàn)場設備一樣，如圖2所示。電源的正負極接表殼內的電源正負端子[2]，與有線現(xiàn)場設備的接線完全一樣。

圖2 采用外部24 V(DC)電源供電接線示意

2.2 橫河電機的無線現(xiàn)場設備

同為ISA100 Wireless無線通信網(wǎng)絡主要制造商之一的橫河電機，也推出了新款EJX系列無線壓力、差壓變送器和YTMX580無線溫度變送器。電源供電也采用兩種可以選擇的供電方式：長壽命商品電池供電或外部24 V(DC)電源。電池采用市面上可以購買到的標準的D型亞硫酰氯鋰電池，可方便用戶自行購買，電池的更換成本低而且即使在危險區(qū)域也可在現(xiàn)場進行更換。外部電源供電型采用10.5～30 V(DC)，額定電流為36 mA[3]。

3 外部24 V電源設計方案

外部24 V(DC)電源設計方案通?？蛇x來自控制室的24 V(DC)電源或安裝在就地的由太陽能供電的24 V(DC)電源。

3.1 來自控制室的24 V(DC)電源

在大多數(shù)情況下，無線現(xiàn)場設備和有線現(xiàn)場設備是混合使用的，控制室內會設有為有線現(xiàn)場設備供電的24 V(DC)電源，可由控制室引出為多臺分散在生產現(xiàn)場無線設備的供電線路。如果就地無線現(xiàn)場設備集中且數(shù)量眾多，也可考慮就地設24 V(DC)電源供電箱，由控制室引來220 V(AC)供電電源或就地引可靠的220 V(AC)供電電源，然后由供電箱引出24 V(DC)電源，再分別向就地布置的無線現(xiàn)場設備供電如圖3所示。

圖3 由電源箱向無線現(xiàn)場設備供電示意

3.2 太陽能供電的24 V(DC)電源

太陽能供電的24 V(DC)電源屬于自帶能量采集器實現(xiàn)供電的方法之一，能量采集器可采用太陽能、熱能、振動、壓電、磁電和風力等多種解決方案，而太陽能是其中較為成熟的方案。很多無線通信網(wǎng)絡的制造商有太陽能板電池的配套產品，如果需要采用24 V(DC)電源的太陽能板電池供電[6]，安裝方式可以參照圖4所示[4]。

圖4 采用太陽能電池供電的安裝示意

4 結束語

無線通信網(wǎng)絡的設計和使用并不追求“全無線”的接線方式，常常在必要的時候也與有線方式結合，關鍵是看應用的需求和最高性價比。所以在無線線場設備電源問題上，還是要看采用哪種方式最合適。無線現(xiàn)場設備推出的兩種供電方式可選擇的產品，對于用戶有需求、經(jīng)濟又合算的考慮。對設計人員和用戶都多了一種選擇。