传感器网络在冶金设备监测中的应用

【摘要】随着时代的进步和科技的发展，随着冶金行业的自动化控制越来越精密化，设备越来越复杂化，对于冶金设备的检测也越来越重要。设备的某一环节出现问题，会导致整个生产的效率降低。目前冶金业的机设备监测系统建设和维护成本比较高，为了节省企业成本，提高生产效率，对冶金设备的监测提出更加实际的方式显得尤为重要。本文提出了一种将传感器网络技术用于冶金设备监测的方法，旨在为冶金工作者和设备维护人员提供参考。

【关键词】传感器；网络；冶金设备；检测

随着冶金行业中冶金自动化控制程度的不断提升，冶金企业对于设备检测提出了更高的要求。传统的冶金企业设备监测系统设备建设和维护成本很高，对环境等外部条件的要求也高，需要电缆、网线、光纤等的铺设来构成传输网络，如果外部环境不配合，就难以检测到数据。而传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式数据处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的数据，通过无线、自组多跳的方式传送数据。本文主要探讨传感器网络如何在冶金设备检测中发挥作用。

1.传感器网络

所谓传感器网络是由大量部署在作用区域内的、具有无线通信与计算能力的微小传感器节点，通过自组织方式构成的能根据环境自主完成指定任务的分布式智能化网络系统。传感网络的节点间距离很短，一般采用多跳（multi-hop）的无线通信方式进行通信。传感器网络可以在独立的环境下运行，也可以通过网关连接到Internet，使用户可以远程访问。

2.冶金设备检测中传感器网络的应用

2.1 冶金设备检测的若干问题

2.1.1 在冶金行业的设备监测中，处于被监测状态的设备位置相对来说比较固定，设备之间会间隔一定的距离，这个距离思维远近程度不一

2.1.2 检测的设备受外部环境的影响比较大，路有些监测位置的环境差，很难经常更换监测设备的电视，因此需要考虑如何节省电池的电量，在最大程度上延长电池的寿命

2.1.3 冶金设备监测的数据量不大，因此可以降低监测频率

2.2 传感器网络的应用

采用传感器网络来监测设备，一般设备上安装的传感器会主动发送监测数据。实现该任务有两种方法，一种方法非常简单，即直接传送也就是网络中每个节点把收集的数据直接传送给基站。然而这种方法存在着一定的问题，有些节点由于距离基站非常远，在传输过程中可能很快消失。针对这一问题，很多解决办法被相继提出，包括拓扑控制协议相继被提出来，其中之一的分簇拓扑协议，这个协议以节约能量为目的。本文采取拓扑控制协议的想法，把距离较近的几个设备人为地组成一个簇，在能量信息的基础上选择簇头；簇内的节点以较小的功率采用TDMA机制与簇头节点进行通信，这就避免了每个节点之间的的干扰冲突；整个传感器网络采用周期休眠机制，这样就可以延长网络的生存周期。

2.2.1 簇头节点轮换实现

当clusterhead node的能量Pcluster消耗的能量大于域值Ps后，就要重新选举cluster head node。其中，为节点当选cluster head node时的剩余能量。首先cluster head node在能量低于Ps后第一个开始时刻t0后的时间段T0内发送WakeupMsg消息，通知簇内节点进行新一轮的簇头选举。Cluster head node以t1时刻为起始时间，在Telect时隙内随机退避时间Trandom发送LifeMsg。其它sensornode也在收到WakeupMsg后，以第一个t1为起始时刻在Telect时隙内随机退避时间Trandom发送LifeMsg。从而网络开始了新一轮的cluster head node选举。

2.2.2 冶金企业的实战应用

在冶金企业的现场，用无线传感器来监测设备已经开始运用了。监测现场的若干机组，每个可安放适当数量的传感器节点来组成一个小型的无线传感器网络，对设备进行温度的监测。根据传感器节点的位置，每个机组可以固定的形成一个簇，簇头节点经过中继节点与汇聚节点通信，其中中继节点可以有固定电源供电。

3.测试与性能分析

传感器网络在冶金设备监测中的的生存时常可以通过模拟监测冶金设备现场来获得。模拟的现场节点供电源是三节五号碱性电池（双鹿），传感器网络进行一轮数据收发的周期是1min，簇内节点工作时间是2s，休眠时间是58s，簇头的工作时间是15s，休眠时间是45s。每个节点的初始能量都为6.1千焦，节点工作时消耗的功率2毫瓦，休眠时消耗的功率是0.2毫瓦。根据监测现场的环境来进行测试簇头节点进行簇头轮换的能量域值与传感器网络的生存时间的综合考量。我们可以看出在LEACH协议和改进后的协议下，传感器网络生存时间是不一样的。在能量域值设定为1.2千焦以上，在LEACH协议和改进协议下的网络生存时间一样。在1.2千焦以下，在改进协议下的网络生存时间明显优于在LEACH协议下的网络生存时间，可以看出我们在冶金设备监测中需要不断根据实际情况改进协议。

4.小结

冶金企业现场传感器网络协议是在LEACH协议基础上加以改进后得到的经过改进后可以使网络的生存时间达到半年以上。冶金设备监测中，采用传感器网络来实施，我们还有很多路要走。接下来首当其冲的是继续改进协议，缩小能耗，延长网络的生存时间，减少企业的支出和人力物力。

参考文献

[1]魏剑平，黄孝斌，樊勇，郑玉东.无线传感器网络在冶金设备监测中的应用[J].微计算机信息，2008（34）：131-133.

[2]邓安庆.基于RF的无线传感器网络在设备监控系统中的应用研究[D].武汉理工大学，2006.

[3]王慧，刘立，辛宇.无线传感器网络技术在工业设备管理中的应用[A].中国工程院信息与电子工程学部、中国科学院深圳先进技术研究院、深圳中国工程院院士活动基地.2008“先进集成技术”院士论坛暨第二届仪表、自动化与先进集成技术大会论文集[C].中国工程院信息与电子工程学部、中国科学院深圳先进技术研究院、深圳中国工程院院士活动基地，2008（6）.