אסטרטגיות למזער את השימוש בכוח במערכות ניטור מתמשכים

מבוא

מערכות ניטור ברמה רציפה הן הכרחיות על פני תעשיות כגון שמן וגז, מים וטיפול במים, עיבוד כימי, וייצור.מערכות אלה מספקות נתונים בזמן אמת על רמות נוזליות או מוצקות בטנקים, סילוס וכליים, המאפשר אופטימיזציה של תהליכים, ניהול מלאי וציות בטיחות. עם זאת, אחד האתגרים המתמידים ביותר של מפעילי הפנים הוא צריכת חשמל.

למרבה המזל, מגוון של אסטרטגיות מוכחות קיים כדי להפחית באופן דרמטי את דרישות האנרגיה ללא להקריב דיוק או זמינות נתונים. על ידי הבנת מקורות מפתח של כוח לצייר וליישם תכנון מתחשב ובחירה תפעולית, מהנדסים ומנהלי צמחי יכולים לבנות מערכות ניטור ברמה שפועלות במשך שנים על סוללה אחת או פאנל סולארי קטן. מאמר זה חוקר את הפיזיקה מאחורי צריכת החשמל, ולאחר מכן מפרט טקטיקות פעולה בר קיימא של בחירת מערכות תקשורת, רכיבה על אופניים, או לקצור אנרגיה יעילה, אם אתה מבצע בקרה ירוקה יעילה יותר, או קורס יעיל.

הבנה של Power Contion במערכות ניטור ברמה רציפה

לפני יישום אסטרטגיות הפחתת, חיוני לזהות היכן ומדוע כוח נצרך.מערכת ניטור ברמה טיפוסית של רמה רציפה מורכבת חיישן, מיקרובקר או מעבד אותות, מודול תקשורת אלחוטי, ואספקת חשמל (טלפוני או קציר אנרגיה) כל רכיב תורם לתקציב האנרגיה הכולל.החיישנים עצמם עשויים לצרוך כוח במהלך מדידה ושעה מותאמת.

הגורמים העיקריים המשפיעים על השימוש בכוח כוללים:

• (FLT:0)Sensor TechnologyFLT:1 - עקרונות שונים (ultrasonic, מכ"ם, קיבול, הידרוסטטית) יש פרופילים שונים לחלוטין של כוח.חלק דורשים ציטוט מתמשך, אחרים רק דופקים קצרים.
• (FLT:0)Measurement Freph 1:1 - באיזו תדירות המערכת לוקחת קריאה ישירות משפיע על כוח ממוצע. סריקת רציף צורכת הרבה יותר מאשר ניתוח תקופתי.
• (FLT:0Data transfer StrategysFLT:1) - שליחת נתונים גולמיים כל שנייה לעומת שליחת עדכונים מוחסמים על ידי אירוע יכול להפחית את אנרגיית התקשורת על ידי פקודות גודל.
• (FLT:0) תוצאות מורכבות מורכבות FLT:1 - עיבוד אותות מתקדם או מחשוב קצה עשוי להרחיב דיוק מדידה אבל להגדיל את עומס העבודה ואת שואבת כוח.
• (FLT:0) תנאי חירום (Environmental Conditions) 1 - קיצוניות טמפרטורה משפיעות על יכולת הסוללה ויכולה לכפות תנורי חום או מערכות קירור להפעיל, לרוקן את הכוח.

ביקורת אנרגיה יסודית של ההתקנה טיפוסית מגלה לעתים קרובות כי 70-80% מהאנרגיה נצרכת על ידי רדיו אלחוטי, במיוחד במערכות באמצעות תקשורת סלולרית או לוויין.הבנת פרופורציה אלה מאפשרת למהנדסים לכוון תחילה את האזורים המשפיעים ביותר.

אסטרטגיות עיקריות לצמצום השימוש בכוח

1.בחירת טכנולוגיות חיישן כוח נמוך

בחירת חיישן היא הבסיס של כל מערכת ניטור יעילה באנרגיה.מ"מ מסורתי וחיישנים לייזר, בעוד מדויק מאוד, יכול לצייר כמה וואט במהלך המבצע כי הם דורשים מיקרוגל רציף או פליטת לייזר. לעומת זאת, FLT:0 חיישנים ultrasonic FLT 1 להשתמש בועות קצרות של גלי קול ויכולים להשיג כוח ממוצע נמוך מאוד, במיוחד כאשר חובה, FLT:2capir למדוד את החיישנים האלה עלות מינימלית של חומרים אלה עם שינויים קלים של אנרגיה קצר עלות, כי הם מספקים שינויים קלים של אנרגיה נמוכה מאוד, כי הם מספקים רמת דיוק קצר עלות.

אפשרויות כוח נמוכות אחרות כוללות את חיישנים הלחץ FLT:0 (כוונון עבור מתגי קק"ל) 1 (זיהוי רמת נקודה) ו-FLT:2hydrostatic לחץ חיישנים FLT 3 אשר צורכים רק microamps בעת שימוש חיישן גשר עם חיישן כוח נמוך ADC אפילו חיישנים מכ"ם מתפתח: תדירות מודרנית מעודנת גלים רצופים (FMCW) שנועדו ליישומים של IoT יכול לפעול בבדיקה מתקדמת של ניתוח גלימה ו-ידי לוחמת מוליכים למחצה, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, באמצעות ניתוח לוחמתים, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, באמצעות ניתוח לוחמתים, כאשר הם מתקדמים, באמצעות חיישנים של תדר מודרני, באמצעות ניתוח לוחמת בצעוכים, באמצעות ניתוח לוחמתים, באמצעות ניתוח לוחמת בצעודה, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, באמצעות ניתוח לוחמת בצעודה, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, כאשר הם מתקדמים, באמצעות ניתוח לוחמת, כאשר הם מתקדמים, באמצעות ניתוח לוחמת חיישנים של עיבוד נתונים,

2.אופטימיזציה של העברת נתונים

תקשורת היא לעתים קרובות הפקד הגדול ביותר של האנרגיה: חוק הזהב:0 רנסמיט פחות, לשדר חכם יותר (הטכניקה הפשוטה ביותר היא להפחית את תדירות הדיווח. במקום לשלוח רמה קריאה בכל רגע, להגדיר את המערכת לדווח רק כאשר שינוי משמעותי מתרחש (דיווח מבוסס על כפליים) לדוגמה, צג מים יכול לשלוח עדכונים רק כאשר רמת השינויים היא מגיעה ל-2% או כאשר היא מגיעה לסף מידע משמעותי (מעלה ל- 90%) ללא מגעים).

מעבר לתדירות, שקול את אופטימיזציה הבאים של שידור:

• (FLT:0) דחיסת נתונים דחיסה של 1:1) - אגגור מספר קריאה לתוך חבילה אחת.לדוגמה, לשלוח סיכום יומי של מינימום, מקסימום וממוצע במקום כל קריאה.
• (ב) ,0) העברת שידורים רצויה (FLT:1) - השתמש בכוח שידור גבוה יותר רק כאשר יש צורך; רוב הרדיו מאפשרים תפוקה מתאימה.
• (ב) ,0) העברת גלגולים של ההרחבה: חנות קוראת מקומית ומעבירה אותם בהתפרצויות במרווחים מתוכננים.זה מקטין את ראש העיר את הרדיו ומתחבר לרשת.
• (FLT:0) פרוטוקולי רשת בעלות כוח נמוך יותר (FLT:1 ), כפי שנדון באסטרטגיה 5, פרוטוקולים כמו LoRaWAN או NB-IoT נועדו לעומסי תשלום נתונים קטנים.

המונחים: power-Saving Modes and Duty Cycling

רוב החיישנים המודרניים, המיקרובקרים, והרדיו תומכים במצבי שינה עמוקים שבהם הצריכה הנוכחית יורדת למיקרואמפים או אפילו ננו-מדגם.המפתח הוא למקסם את הזמן שהושקע במדינות בעלות כוח נמוך אלה.זה נקרא:0duty רכיבה על אופניים מיקרואמפט 1: המערכת מתעוררת לזמן קצר כדי לקחת מדידה, לעבד נתונים, להעביר אם יש צורך,3%, אז לחזור לישון, לדוגמה, מכשיר עבור 103 דקות בלבד יש מחזור של 103 דקות בלבד.

שיקולים של יישום:

• בחר מיקרובקר עם מצבי שינה מרובים (למשל, idle, כוח-למטה, סטנדבי) וזמני התעוררות מהירים.
• השתמש שעון בזמן אמת חיצוני (RTC) כדי להעיר את המערכת במרווחים מדויקים, שמירה על המעבד הראשי ישן רוב הזמן.
• עבור מערכות מונעות אירוע, השתמש בהפרעה מהחיישנים (למשל, סף שינוי רמת) כדי להעיר את המערכת רק כאשר יש צורך.
• להימנע "False Wakes" על ידי מחיקת אותות חיישן ושימוש בזמני קושחה כדי לסנן רעש.

רבים מחוץ ל-חצי ניטור משדרים עכשיו באים עם פרמטרים אופניים חובה configurable.עבור עיצובים מותאמים אישית, תכנות זהיר של מחזורי שינה / וייק הוא טכניקת חיסכון כוח השפעה אחת.

פתרונות אנרגיה מתחדשת

במקומות מרוחקים שבהם כוח הרשת אינו זמין או החלפת סוללות יקר, קציר אנרגיה יכול להשלים או אפילו להחליף סוללות. הגישה הנפוצה ביותר היא FLT:0solar photovoltaicsFLT:1 פאנל סולארי קטן (5-10 W) בשילוב עם סוללה נקייה ובקר אחראי יכול לשמור על רמה נמוכה כוח פועל ללא הגבלת זמן, אפילו באקלים מעונן.

שיקולים מרכזיים לקצירת אנרגיה:

• גודל הקציר והאחסון קיבול / סוללה כדי להתמודד עם תקופות הגרועות ביותר (למשל, שבועות של חושך עבור השמש).
• השתמש במעקב אחר נקודת כוח מקסימלית (MPPT) עבור לוחות פוטו-וולטאיים כדי להתאים את היעילות.
• בחרו supercapacitors לאחסון לטווח קצר; הם נמשכים יותר מאשר סוללות ומטפלים בזרמים גבוהים.
• עיצוב המערכת לפעול במצב "הארבוסט-אז-טרנסמיט": לצבור אנרגיה, ולאחר מכן לבצע מדידה ומשלוח כאשר יש מספיק מטען זמין.

קצירת האנרגיה אינה חופשית – הקציר עצמו מוסיף עלות ומורכבות – אך עבור יישומים תעשייתיים רבים, הוא משלם בחזרה באמצעות שינויים בסוללה מסולקת.עבור יותר על טכנולוגיות קצירת אנרגיה, ראה את ה-FLT:0Energy קצירת Journal (ראהים:1) עבור מחקרים ועדכונים של מוצרים.

בחירת פרוטוקולי תקשורת נוחים

פרוטוקול אלחוטי שנבחר לגיבוי נתונים יש השפעה עמוקה על צריכת החשמל.תאים (3G/4G/LTE-M) ותבניות לוויין יכולות לצייר כמה וואט לשידור, מה שהופך אותם מתאימים רק ליישומים המשדרים באופן בלתי צפוי או שיש להם כוח בשפע. עבור ניטור כוח נמוך כוח מתמשך, הפרוטוקולים הבאים מומלץ:

• (FLT:0)LoRaWANveFLT:1 - טווח ארוך, רוחב פס נמוך מאוד כוח נמוך מאוד. אידיאלי עבור שידורים פעם-שעה או פעם-יומיים על פני מרחקים עד 10 ק"מ (שורה של ראייה) רבים לוראWAN מכשירים לצרוך פחות מ 50 מיקרוA ממוצע עם רכיבה על אופניים.
• (FLT:0)NB-IoT (Narrowband IoT)BuildFLT:1) - תקן סלולרי המיועד לכוח נמוך, כיסוי עמוק.זה משתמש במצב שמירת חשמל (PSM) וקבלת פנים ממושכת (eDRX) כדי להשיג חיי סוללה של מעל 10 שנים.
• (ב) פרוטוקול אולטרה-נור עם כוח נמוך מאוד, אך מוגבל ל-140 הודעות ביום ומטענים קטנים מאוד (12 ע"י חתכים).
• (FLT:0)Zigbee / BLEFIRLT:1) - פרוטוקולי רשת Mesh המתאימים לפריסות לטווח קצר, רב-הופ.הם צורכים כוח מתון אבל ניתן לייעל עם מצבי שינה.

כדי ללמוד עוד על בחירת הפרוטוקול הנכון עבור IoT תעשייתי, מתייחס מדריך ה-FLT:0 (DLP Analytics IoT) על קישוריות OVAFLT:1 .הטבלה שם השוואת טווח, רוחב פס, וכוח הוא שימושי במיוחד.

מערכת עיצוב שיטות הטובות ביותר עבור אנרגיה

אופטימיזציה קשיחה

מעבר לחיישנים ואפשרויות רדיו, אדריכלות החומרה הכוללת יכולה להיות מכוונת לכוח נמוך. השתמש מיקרובקר עם היקפי משולבים (ADC, SPI, I2C) כדי למנוע שבבים חיצוניים לצרוך זרם נוסף.בחרים בתדירות נמוכה (LDO) רגולטורים על מעבר לתקנות עבור עיצובים נמוכים מאוד (למרות שהחלפת הרגולטורים יעילים יותר בזרמים גבוהים יותר).

שיטות תוכנה ותוכנות

קושחה יעילה יכולה ללטף צריכת חשמל ללא שינויים בחומרה.לכתוב קוד הממזער את זמן פעיל CPU: שימוש בעומסים במקום סקר, להימנע מלולאות מתוחכמות, ולעבד נתונים בהתפרצויות מהירות.א.קיפאון ונתוני מדידה בזיכרון הלא-מרוץ (למשל, ניתוח סף או פלאש) רק כאשר יש צורך, כמו כותב אנרגיה-אימפולסיבי (Flements) כזה, למשל, לא רק שינוי חדירמי (ppoint)

שיקולים של

מיקום פיזי משפיע גם על כוח.נטות הר אנטנות בקו-עין ברור של שער למזער את ההפוגות (שצורכים כוח נוסף) להשתמש באנטנות גבוהות של מגה-אין שבו אפשרו. להימנע ממתחמי מתכת שחוסמים אותות רדיו.אם החיישן מותקנים מותקנים בסביבה חמה, שקול כיור חום פסיבי ולא אוהדים פעילים.

תוצאות חיפוש ויישומים אמיתיים

פיקוח על רמת טנקים באפריקה הכפרית

A non-profit deployed ultrasonic level sensors with LoRaWAN to monitor community water tanks. By using event-based transmission (only when water level changed more than 5% or at daily intervals) and solar harvesting with a 3W panel, each node achieved over two years of operation without battery replacement. The system initially used hourly transmissions, which drained batteries in six months. Switching to adaptive reporting cut power consumption by 70%.

בקרת נפט היטב

בתחום הנפט, ניטור ברמה רציפה של שלושה מפרי מפוזרים השתמשו באופן מסורתי חיישני מכ"ם חוטים המופעלים על ידי מערכות סולאריות.המפעיל החליף מכ"ם עם חיישנים מכ"ם גליים מודרך התומכים ברכיבה (מצעד כל 5 דקות במקום רציונאלית) ועבר מ-LRAWAN ל-LRAWAN עבור נתונים בחזרהhaul.כוח מוחלט של מערכת שלמה ירד מ- 12 עד 0.5 W בממוצע, ומאפשר להורדת מערך השמש וחיסכון של סוללת $, 000 דולר, 000 דולר, 000 דולר, 000 דולר, 000 דולר, 000 דולר, 000 דולר בשנה, החל מ-2,000 דולר, לסוללות.

חקלאות טנקים כימית

צמח כימי השתמש חיישני קיבול עם NB-IoT כדי לפקח על מאות טנקים. על ידי העלאה של נתונים לתוך אצילות כפולות-דאדי ושימוש במצב החיסכון של כוח של NB-IoT (PSM), כל מודול חיישן השיג חיי סוללה של מעל שמונה שנים מסוללה אחת של D-cell ליתיום.המפתח היה לקידוד קושחה כדי לשמור על הרדיו בשינה עמוקה עבור 99 של הזמן.

מסקנה

צמצום השימוש בכוח במערכות ניטור ברמה רציפה אינו פעולה אחת אלא גישה הוליסטית המתפרשת על בחירת חיישן, אסטרטגיה נתונים, רכיבה על אופניים, איסוף אנרגיה, ופרוטוקול תקשורת בחירה. הדוגמאות לעיל מוכיחות כי עם הנדסה זהירה, חיי סוללה ניתן להרחיב מחודשים לשנים רבות, ומערכות המופעלות על ידי השמש הופכות למעשה בלתי ניתנות להתנגשות.

החל על ידי ביקורת על פרופיל הכוח של המערכת הנוכחית שלך - למדוד את הצריכה הנוכחית בפועל על מחזור מלא. ולאחר מכן עדיפות האסטרטגיות המציעות את ההשפעה הגדולה ביותר: לעתים קרובות, כלומר להפחית את תדירות השידור ומאפשרות מצבי שינה עמוקים. עבור עיצובים חדשים, להשקיע זמן בבחירת חיישן האינטרנט הנכון ואת שילוב רדיו. עבור מתקנים קיימים, עדכוני קושחה יכולים לפתוח חיסכון משמעותי על ידי אימוץ שיטות אלה, ניטור ברמה רציפה שלך יהיה יותר, כדי לספק את הגמישות נמוכה יותר, כדי לספק את ה-F2 כוח המשיכה, כדי לספק את ה-R.