无线通信网络24 V直流供电方案设计探讨

方原柏

对于无线通信网络设备，通常可以采用电池供电、电网供电，但也有自带能量采集器实现供电的。工程设计中，或许不会对供电问题考虑太多，按制造商要求给网关提供220 V(AC)电源，或无线现场设备成套带锂电池即可。

运行多年以后，发现应用同一制造商无线通信系统现场的反馈无线现场设备运行稳定，故障率低，抗干扰能力要好于有线现场设备，但是约1～2 a需更换专用锂电池，价格昂贵，因而业主不太愿意扩大应用范围。

无线通信网络投入流程行业应用已经有十多年了，制造商也逐渐意识到供电不是一个小问题，因而也推出一些新产品，在供电方面提供了几种选择。比如有的产品用户订货时可选择锂电池供电、24 V(DC)有线电源供电，那么在无线通信网络设备供电设计时可否有所考虑，做相应的变动呢？

1 不同类型无线设备的供电方案

针对无线设备的不同类型，一直存在多种供电方案，比如现场设备采用小型锂电池供电，适配器有的是由配用的有线HART设备供电，有的采用小型锂电池供电，路由器采用小型锂电池供电，网关通常采用220 V(AC)供电。一些负荷较重的路由器或不采用220 V(AC)供电的网关也可能采用中型锂电池供电。

当无线现场设备、需电源供电的路由器和网络中的中继器靠近主电源时，利用电网供电的电源可以说是优点突出，如无线现场设备就不必纠结刷新率太快影响电池寿命，只要工艺需要，选快速刷新的哪一档都没问题。然而，利用电网供电选项不适合移动设备上安装的无线现场变送器，因为电缆必须连接到现场设备上。加了电源接线，就不是真正的“无线”了。

2 可提供供电方案选型的无线现场设备

2.1 霍尼韦尔公司SmartLine无线设备

2018年霍尼韦尔公司推出SmartLine无线压力变送器、无线温度变送器和无线通用I/O变送器。该系列产品在供电方面有两个特点：可使用长寿命商品电池，也可选择在现场使用24 V(DC)电源。长寿命商品电池采用商用非专利3.6 V亚硫酰氯锂(LiSOCl2)电池，现场使用的24 V电源是通过可选的24 V(DC)电源模块，有线连接24 V(DC)电源，在外供16～28 V(DC)输入电压时，最大输入电流100 mA。SmartLine无线变送器部件如图1所示，由图1可以看出变送器的供电部件可以选择电池盒或24 V(DC)电源模块[1]。

图1 SmartLine无线变送器部件示意

当采用外部24 V(DC)电源供电时，其接线同有线现场设备一样，如图2所示。电源的正负极接表壳内的电源正负端子[2]，与有线现场设备的接线完全一样。

图2 采用外部24 V(DC)电源供电接线示意

2.2 横河电机的无线现场设备

同为ISA100 Wireless无线通信网络主要制造商之一的横河电机，也推出了新款EJX系列无线压力、差压变送器和YTMX580无线温度变送器。电源供电也采用两种可以选择的供电方式：长寿命商品电池供电或外部24 V(DC)电源。电池采用市面上可以购买到的标准的D型亚硫酰氯锂电池，可方便用户自行购买，电池的更换成本低而且即使在危险区域也可在现场进行更换。外部电源供电型采用10.5～30 V(DC)，额定电流为36 mA[3]。

3 外部24 V电源设计方案

外部24 V(DC)电源设计方案通常可选来自控制室的24 V(DC)电源或安装在就地的由太阳能供电的24 V(DC)电源。

3.1 来自控制室的24 V(DC)电源

在大多数情况下，无线现场设备和有线现场设备是混合使用的，控制室内会设有为有线现场设备供电的24 V(DC)电源，可由控制室引出为多台分散在生产现场无线设备的供电线路。如果就地无线现场设备集中且数量众多，也可考虑就地设24 V(DC)电源供电箱，由控制室引来220 V(AC)供电电源或就地引可靠的220 V(AC)供电电源，然后由供电箱引出24 V(DC)电源，再分别向就地布置的无线现场设备供电如图3所示。

图3 由电源箱向无线现场设备供电示意

3.2 太阳能供电的24 V(DC)电源

太阳能供电的24 V(DC)电源属于自带能量采集器实现供电的方法之一，能量采集器可采用太阳能、热能、振动、压电、磁电和风力等多种解决方案，而太阳能是其中较为成熟的方案。很多无线通信网络的制造商有太阳能板电池的配套产品，如果需要采用24 V(DC)电源的太阳能板电池供电[6]，安装方式可以参照图4所示[4]。

图4 采用太阳能电池供电的安装示意

4 结束语

无线通信网络的设计和使用并不追求“全无线”的接线方式，常常在必要的时候也与有线方式结合，关键是看应用的需求和最高性价比。所以在无线线场设备电源问题上，还是要看采用哪种方式最合适。无线现场设备推出的两种供电方式可选择的产品，对于用户有需求、经济又合算的考虑。对设计人员和用户都多了一种选择。