泛在電力物聯(lián)——智能電纜井蓋您見過嗎?
“智慧城市”、“智能電網(wǎng)”、“泛在電力物聯(lián)”......近幾年一些新概念相繼被提出，這些規(guī)劃相互交叉影響，在一些試點(diǎn)城市快速建設(shè)推進(jìn)，如高壓電纜線已由空架開始轉(zhuǎn)到地下，以青島為例，主干道、高新區(qū)老區(qū)改造新區(qū)建設(shè)都要求電纜下地，每50m-100m覆蓋一個(gè)智能井蓋來保證城市安全，釋放城市空間資源。
電力智能井蓋產(chǎn)品定義及終端功能
產(chǎn)品定義: 智能井蓋監(jiān)控系統(tǒng)，可以檢測(cè)井蓋是否丟失，智能井蓋監(jiān)控系統(tǒng)利用目前先進(jìn)的無線通訊技術(shù)、電源技術(shù)、可以持續(xù)采集井蓋狀態(tài)和井下環(huán)境信息，包括水位、溫度、有害氣體等，然后存儲(chǔ)和遠(yuǎn)傳。將井蓋的開啟、井蓋巡檢納入到統(tǒng)一的維護(hù)管理系統(tǒng)中，并建立相對(duì)應(yīng)的報(bào)警處理機(jī)制，通過電子地圖展示井蓋所處位置的狀態(tài)和報(bào)警內(nèi)容，例如井蓋被盜或者破壞，監(jiān)控人員能夠及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)處理，快速地解決安全遺患。
電力井蓋監(jiān)控終端功能：
· 入侵報(bào)警： 實(shí)時(shí)監(jiān)控井蓋的開啟及破壞情況
· 環(huán)境監(jiān)測(cè)：井下O2濃度有毒氣體如CO，H2S......
· 狀態(tài)管理： 遠(yuǎn)程控制或密鑰開啟、關(guān)閉井蓋
· 通過通訊協(xié)議接口實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的互聯(lián)互通
· 基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備的全生命周期的管理
與ADI合作三十多年的技術(shù)型分銷商——Excelpoint世健公司的工程師Ethan Li向我們介紹了ADI IC從感知(iSensor MEMS)、采集(Analog to Digital Converter)，到數(shù)字隔離通訊接口(iCoupler)、電源供電系統(tǒng)(ADI Power by Linear)，在一個(gè)典型小而智慧的應(yīng)用“電力智能井蓋”中的應(yīng)用。
產(chǎn)品典型信號(hào)鏈
圖1 電力智能井蓋典型信號(hào)鏈
系統(tǒng)技術(shù)要求
· 系統(tǒng)供電： 24Vdc(Range16V~36V) 在線式供電系統(tǒng)(同樣要求有后備電源系統(tǒng)或者鋰電池供電系統(tǒng))
· 井蓋傾斜檢測(cè)： 閾值報(bào)警，1~2°誤差
· 氣體檢測(cè)精度：~5%
· 通訊方式：隔離RS-232/485總線通訊，速率<115200bps，2G/4G/NB-IOT無線
· 靜態(tài)功耗：<0.02W
· 報(bào)警響應(yīng)時(shí)間：<10S
· 免維護(hù)時(shí)間：1年以上
電源供電系統(tǒng)- ADI Power by Linear
電源需啟動(dòng)較大功率機(jī)械動(dòng)作開關(guān)，也要保證下井后系統(tǒng)斷電的人工安全，所以供電方式上采用在線式24Vdc供電Vin=16~36V，后備電源為6~8節(jié)Li-ion(25.2Vfull/29.4Vfull)串聯(lián)充電。
成功設(shè)計(jì)使用案例：LTC4020高壓buck-boost兼容MPPT太陽能充電功能+LTC4416外部路徑管理的高可靠性設(shè)計(jì)方案。
圖2 LTC4020應(yīng)用簡(jiǎn)圖及特點(diǎn)
此外，還有反激式LT8302隔離電源方案，LT860X多路同步整流DC/DC，以及Silent switcher技術(shù)的LT8609S、LTC8645S、LTC8650S等全套電源供電可參考方案。
ADI MEMS G-sensor在傾角檢測(cè)的應(yīng)用
成功設(shè)計(jì)使用案例：超低功耗3軸MEMS加速度計(jì)ADXL362，保證整機(jī)的靜態(tài)功耗。
關(guān)于3軸G-SENOR測(cè)傾角的設(shè)計(jì)，可參考ADI官網(wǎng)完整的應(yīng)用筆記AN1057。
井下氣體檢測(cè)
系統(tǒng)一般會(huì)要求有O2、CO、CO2、H2S四種氣體加常規(guī)輔助量檢測(cè)，檢測(cè)誤差精度~5%，要求不高，現(xiàn)在客戶設(shè)計(jì)方案還是電化學(xué)傳感器加放大器，如ADA4528、AD623 TIA信號(hào)調(diào)理后MCU片內(nèi)ADC采集的方案。
Ethan Li向我們推薦了2019年ADI發(fā)布的一顆基于電化學(xué)傳感器方案氣體檢測(cè)的平臺(tái)級(jí)產(chǎn)品——ADuCM355。
ADuCM355高集成度、高精度、高安全可靠性、小體積、低功耗等特性，在基于電化學(xué)傳感器做氣體檢測(cè)中應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)顯著，有客戶已開始導(dǎo)入評(píng)測(cè)，ADuCM355具體的應(yīng)用設(shè)計(jì)本文不展開細(xì)說，可參考ADI官網(wǎng)電路筆記CN0425、CN0429了解。
隔離通訊接口
通訊方式：隔離RS-232/485總線通訊，功能性隔離2500Vdc，通訊速率<115200bps，以及2G/4G/NB-IOT無線。
成功設(shè)計(jì)使用案例：隔離RS-232、 ADM3251E、 隔離RS-485、 低成本ADM2483， 集成isoPower 的ADM2587E。相比于傳統(tǒng)的光耦隔離與電容隔離，ADI iCoupler專利的磁隔離技術(shù)魯棒性高，抗干擾能力強(qiáng)。新一代的磁隔離編解碼技術(shù)在原有解碼基礎(chǔ)上又升級(jí)進(jìn)一步增加抗干擾性，集成度高、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。
磁耦技術(shù) 聚酰亞胺隔離
單端“一脈沖兩脈沖”編碼架構(gòu)
差分開關(guān)鍵控架構(gòu)
Ethan 表示，ADI可提供的iSensor+ Single process+ iCoupler+ ADI power by Linear全套產(chǎn)品方案。此外，Excelpoint 世健公司在山東區(qū)域已配合客戶設(shè)計(jì)支持，具有成功設(shè)計(jì)使用的經(jīng)驗(yàn)，并且已經(jīng)量產(chǎn)。隨著城市發(fā)展和泛電力物聯(lián)網(wǎng)的大力推進(jìn)，電力智能井蓋產(chǎn)品功能也會(huì)不斷豐富。相信將來ADI產(chǎn)品與客戶方案設(shè)計(jì)上會(huì)有更全面、更深入的合作。
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