無線通信網絡24 V直流供電方案設計探討

方原柏

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

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

無線通信網絡投入流程行業應用已經有十多年了，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)供電的網關也可能采用中型鋰電池供電。

當無線現場設備、需電源供電的路由器和網絡中的中繼器靠近主電源時，利用電網供電的電源可以說是優點突出，如無線現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，利用電網供電選項不適合移動設備上安裝的無線現場變送器，因為電纜必須連接到現場設備上。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 橫河電機的無線現場設備

同為ISA100 Wireless無線通信網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域也可在現場進行更換。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)電源設計方案通常可選來自控制室的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

在大多數情況下，無線現場設備和有線現場設備是混合使用的，控制室內會設有為有線現場設備供電的24 V(DC)電源，可由控制室引出為多臺分散在生產現場無線設備的供電線路。如果就地無線現場設備集中且數量眾多，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場設備供電如圖3所示。

圖3 由電源箱向無線現場設備供電示意

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、經濟又合算的考慮。對設計人員和用戶都多了一種選擇。