全球能源公司GE利用RFID技术实现水力发电设备可视化!

标签:RFID技术
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2022年7月18日,总部位于法国格勒诺布尔的全球能源公司GE的可再生能源部门GEHydro对外宣称,该公司开始将RFID无线传感器用于跟踪发电机内旋转部件周围的状况,以获得应变管理和温度数据的项目试点。其原理就是利用RFID技术的能量传输条件,将标签附在围绕旋转器旋转的杆(也称为凸极)上,从而消除对电线或电池的需求。

据悉,该系统的硬件部分使用的是带有Asygn传感器芯片的HID Global定制RFID标签和带有SensThys天线的ImpinjRFID 读写器,软件部分则使用GE Hydro自己的软件管理系统。新系统可捕获每个转子中数十个磁极的传感器数据,使其能够检测到任何潜在的故障或发电设备的维修需求。

目前,该系统正在GE Hydro的加拿大和法国两个站点进行测试(该公司拒绝具体命名这些站点)。据相关人士透露,该系统定制的RFID标签和搭配完整的解决方案可以使再生能源公用事业公司能够根据与每个转子何时处于最佳工作状态或何时负载可能过高相关的数据来优化发电。

 

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HID Global 的物联网业务开发经理 Christian Mirus 表示,该解决方案由HID专门为Asygnt特别设计,因为标签需附着在以800转/秒的速度旋转的连接器电极上。因此,需要研发一款不仅可以捕获传感器数据,而且还可以在高速旋转的条件下稳定传输该信息的传感器标签,再加上该标签必须在含有金属和水的环境中进行运行,因此,难度非常大。

该项目于 2018 年启动,当时该公司寻求一种能够通过提供有关设备状况和数据的技术,实时了解其转子的健康状况,从而降低转子意外故障的风险。例如,如果转子温度升高,则可能表明潜在的机械问题可能导致整个系统损坏,或者可能需要停机进行维修。

Mirus解释说,“在没有这套系统之前,一旦发电设备出现高温损坏,我们需要数周的时间来进行修理,在此期间,发电任务肯定会受到影响。从使用该系统开始,HID与Asygn合作开发了三代标签,目前安装在这两个设施中的标签一直都能够成功运行”。

HID构建了一个嵌入Asygn芯片的金属RFID标签,定制标签的天线可以在水力发电厂的独特条件下运行。利用该芯片,可以检测和利用从RFID读写器接收到的功率传输产生的数据,同时还能同步市面上大多数标准EPC UHF RFID 读写器。预计GE Hydro今年就能够扩展实时该方案。

 

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Mirus补充到,“在试验的第二阶段,我们不仅需要考虑温度,还需要测量转子在磁极之间连接的变化”。每个涡轮机都配有转子和与这些转子相连的磁极,当这些转子浸没在水中时,转子还需要随着周围水流的运动而旋转来发电。用于监测温度的连接器则位于水面上方,而HID的标签则附在这些连接器内的内部的每个电极上。

环境因素对RFID技术的使用提出了独特的挑战。首先,标签暴露在超过100摄氏度(212 华氏度)的温度下。因此,HID的工程师构建的标签,不仅需要承受热量,而且无论是否暴露在高温下,都需要以相同的读取距离(大约 1.5 米(4.9 英尺))进行传输。

以每分钟 800 转的速度旋转

另一个挑战是在每个标签上贴上芯片,以测量杆子上的温度和变化情况,而不是周围的其他材料。该标签使用直接安装在金属上的设计,而芯片则位于被跟踪的金属表面上。

然而,最大的挑战是转子的旋转。该系统以每分钟800转的速度旋转,为读写器提供大约10毫秒的时间来传输功率来为芯片供电,然后接收芯片的传感器读数。标签天线经过优化,可以在这种环境中高速传输。当读写器识别标签时,标签芯片必须接收该能量,完成传感器测量并回传,因此这一系列动作都需在10毫秒的时间内完成。

GE Hydro希望通过将应变传感器添加到现有的解决方案中,从而捕获更多有关潜在问题或设备故障的数据。例如,在高温下,金属板的膨胀就会有断裂的可能性。借助这项技术,GE Hydro希望检测温度变化的同时,还能检测这些波动如何影响金属部件的完整性。带有 SensThys SensRF-101天线的Impinj Speedway R420读写器就可以在专用内存块中捕获EPC和UID编号以及其他传感器数据,从而用于传感器读数。

 

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管理预防性维护

该解决方案不仅可以实时检测机器出现的任何问题,而且还可以使公用事业公司能够更好地管理以及预防性维护。例如,通过定期捕获数据并检测渐进的条件变化。RFID系统可以对导致此类变化的条件进行分析,以及监测零件降解的速度,从而监测何时需要安排预防性维护。

这些数据可以将日常维护控制在有需求的情况下进行,并且可以专门用来针对设备的使用寿命和使用条件两项。此外,温度和应变数据可以通过控制每个涡轮机的水流,确保水位不会造成改变,即使检测出水位改变,系统可以自动调整水流大小。

从长远来看,HID Global和Asygn计划将无线传感系统商业化,供其他公用事业公司使用。据悉他们还打算将该技术用于医疗保健、农业和其他领域

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