Versorgung und Vernetzung von Sensoren mit einer Zweidrahtleitung

Transkript

1 Versorgung und Vernetzung von Sensoren mit einer Zweidrahtleitung René Grabher Institut für Elektronik, Sensorik und Aktorik

2 Projektdaten Projekttyp: Thema: Institute: Industriepartner: Projektlaufzeit: KTI Projekt Power Line Kommunikation und RF-Messtechnik ESA, ICE und EMS möchte nicht genannt werden 24 Monate RF Sensor: - FEM - Konstruktion Elektronik PLC Konstruktion 3D Druck rene.grabher@ntb.ch 2

3 Hintergrund des Projektes Sensor A Ausgangssituation: Sensorsystem 32 Teilnehmer Maximale Distanz 100 m bedingt Outdoor fähig Cloud Datenlogger Versorgung optische Übertragung Versorgung Verteilerbox 1 Verteilerbox 2 Sensor B... Sensor C Sensor A Sensor B m Sensor C rene.grabher@ntb.ch 3

4 Hintergrund des Projektes Sensor A Probleme: Teure Stecksysteme vorkonfektionierte Kabel Cloud Versorgung Verteilerbox 1 Sensor B... Sensor C Unflexibel bzgl. Position Teuer in der Wartung Datenlogger optische Übertragung Versorgung Verteilerbox 2 Sensor A Sensor B... Outdoor Sensor C rene.grabher@ntb.ch 4

5 Lösungsansatz Outdoorfähige verdrillte Zweidrahtleitung (Feldkabel F-2E) AC Stromschleife für die Energieübertragung Sensormodule werden galvanisch getrennt an die Zweitdrahtleitung angeschlossen Übertrager Datenübertragung erfolgt über Powerline Kommunikation

6 Lösungsansatz Anforderungen: Keine Steckkontakte am Sensormodul Powerline Kommunikation Datenrate min. 20 kbit/s Distanz min. 300 m Teilnehmer 64 Teilnehmerleistungsbedarf 1-3 W Primärwindungsanzahl <=1 verdrillte Leitung Übertrager rene.grabher@ntb.ch 6

7 Konzept ~I const Versorgung Übertrager Übertrager 1 zu N ~I const Verdrillte Leitung F-2E 330 m AC Stromquelle Sensor 1 Sinus Quelle Verstärker Koppelglied Resonanz K PLC Mikrocontroller PLC Board Mikrocontroller Datenverarbeitung TX/RX PLC Gleichrichter DC / DC Signal Konditionierung Sensor USB Verdrillte Leitung Abschluss Kurzschluss Übertrager Verdrillte Leitung Übertrager Sensor 64 Sensor rene.grabher@ntb.ch 7

8 Experimentieraufbau Versorgung Sinus Quelle verdrillte Leitung 300 m Verstärker PLC Print Koppelglied rene.grabher@ntb.ch 8

9 Funktionsmuster A Sensormodul RX Verstärker TX Verstärker PLC STM32 Schlitz für Stromschleife Filter/Anpassung Anschluss Gleichrichter Power up System +3.3V Übertrager Gehäuse rene.grabher@ntb.ch 9

10 Funktionsmuster B Sensormodul Unterseite Oberseite mit geöffnetem Übertrager Oberseite mit geschlossenem Übertrager rene.grabher@ntb.ch 10

11 Erste Ergebnisse AC Strom bei Last B AC Strom bei Last A 2.0 RF Pegel AC Strom 50 RF Pegel bei unterschiedlichen Lasten Position in m rene.grabher@ntb.ch 11

12 Erste Ergebnisse Sensormodul mit innovativer und galvanisch getrennter Energie und Datenübertragung Leitungslänge 300 m bei 64 Sensormodulen Leitungslänge 800 m bei 4 Sensormodulen Sensormodulleistung ca. 1.5 W Maximale Datenrate 50 kbit/s An beliebigen Positionen und während dem Betrieb ohne Werkzeug galvanisch getrennt ankoppelbar rene.grabher@ntb.ch 12