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          分體式管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)用案例

          作者: 時(shí)間:2018-07-26 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          一、前言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201807/384040.htm

          管網(wǎng)壓力是自來水公司保障供水和預(yù)防爆管事故的重要數(shù)據(jù)。各自來水公司已充分認(rèn)識(shí)到管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)的重要意義,并采取了多樣的信息化手段來加以實(shí)現(xiàn)。目前,自來水公司普遍采用GPRS無線設(shè)備對(duì)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝方式通常為以下兩種:

          【方式一】監(jiān)測(cè)井內(nèi)安裝壓力,監(jiān)測(cè)井附近立桿安裝GPRS設(shè)備、太陽能或市電供電裝置。壓力的信號(hào)線引到地面上的GPRS設(shè)備中以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳,設(shè)備的工作電源由太陽能或市電供電裝置提供。

          此種方式可實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),但需要破路、挖溝和鋪設(shè)線纜,施工難度大、建設(shè)成本高。尤其當(dāng)監(jiān)測(cè)井在馬路上時(shí),該方式難以實(shí)現(xiàn)。

          【方式二】在監(jiān)測(cè)井內(nèi)安裝GPRS設(shè)備、壓力和蓄,GPRS設(shè)備采集壓力變送器的輸出信號(hào)后直接遠(yuǎn)傳給監(jiān)控中心,設(shè)備的工作電源由蓄提供。

          此種方式為延長(zhǎng)蓄的更換周期,只能采取定時(shí)采集、定時(shí)上報(bào)的工作模式,無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該監(jiān)測(cè)方式存在以下幾個(gè)問題:

          1、部分監(jiān)測(cè)井內(nèi)GPRS信號(hào)弱或沒有信號(hào),壓力數(shù)據(jù)不能按時(shí)上報(bào)或根本無法上報(bào)。

          2、需頻繁為蓄電池充電,維護(hù)成本高,且耗時(shí)費(fèi)力。

          3、監(jiān)測(cè)井內(nèi)環(huán)境潮濕、易被水淹,影響設(shè)備的穩(wěn)定性。

          基于上述難題,我們將低功耗技術(shù)、433MHz和GPRS無線技術(shù)相結(jié)合,設(shè)計(jì)了分體式供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。該設(shè)備由無線壓力變送器和433M/GPRS雙模無線網(wǎng)關(guān)兩部分構(gòu)成。

          二、產(chǎn)品設(shè)計(jì)

          1、工作方式

          監(jiān)測(cè)井內(nèi)安裝無線壓力變送器(由低功耗壓力變送器 和 433M數(shù)據(jù)采集終端兩部分組成),監(jiān)測(cè)井附近的樓頂、路燈桿或?qū)S冒惭b桿上安裝433M/GPRS雙模無線網(wǎng)關(guān)和太陽能供電設(shè)備,供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)中心安裝服務(wù)器和管網(wǎng)壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件,如下圖所示。

          無線壓力變送器采集供水管網(wǎng)的壓力數(shù)據(jù)后通過433MHz向表井外發(fā)送,表井外的433M/GPRS雙模無線網(wǎng)關(guān)接收到壓力數(shù)據(jù)后再轉(zhuǎn)由GPRS網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳給監(jiān)控中心。井內(nèi)、井外設(shè)備穿透金屬井蓋的有效距離可達(dá)150米,使得433M/GPRS雙模無線網(wǎng)關(guān)的安裝位置十分靈活,大大降低了施工難度。

          2、關(guān)鍵技術(shù)

          2.1、 433MHz和GPRS接力傳輸,解決信號(hào)難題。

          433MHz通信技術(shù)使用的是433MHz免費(fèi)頻段,無需申請(qǐng)和付費(fèi),其顯著優(yōu)勢(shì)是無線信號(hào)的穿透能力和繞射能力強(qiáng),特別是在地下監(jiān)測(cè)井內(nèi),優(yōu)勢(shì)更加明顯。但因433MHz屬于超短波,其傳輸距離受限,而自來水公司的管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布在幾十甚至幾百公里的范圍內(nèi),所以采用433MHz和GPRS接力傳輸?shù)姆绞郊冉鉀Q了表井內(nèi)GPRS信號(hào)弱的難題又滿足了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的需要。

          2.2、電池供電低功耗設(shè)計(jì),解決井內(nèi)電源問題。

          針對(duì)井內(nèi)設(shè)備的供電問題, 無線壓力變送器中的433M數(shù)據(jù)采集通信終端特別選用了低功耗的電源、CPU和通信芯片,將工作功耗降到了最低,并配置了20AH的高能量鋰電池組。433M數(shù)據(jù)采集通信終端不僅給自己供電,還為低功耗壓力變送器提供工作電源。

          低功耗壓力變送器工作電源為DC 5V,信號(hào)輸出為DC 0.25~2.25V,工作電流僅為微安級(jí),真正了實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行。

          為進(jìn)一步降低功耗,433M數(shù)據(jù)采集通信終端在采集壓力數(shù)據(jù)時(shí)瞬間為低功耗壓力變送器供電,數(shù)據(jù)采集完畢后隨即停止供電,直至下一個(gè)抄表周期(抄表周期可任意設(shè)置)。按3分鐘一次抄表周期計(jì)算,433M數(shù)據(jù)采集通信終端的電池壽命可達(dá)2.5年。

          通訊時(shí)序及功耗圖:

          433M數(shù)據(jù)采集通信終端的電池壽命很容易計(jì)算。

          首先,計(jì)算平均電流,公式如下:

          Iaverage=[It*Tt+Ir*Tr+Is*(T-Tt-Tr)]/T (公式1)

          其中,Iaverage:平均電流;

          It:發(fā)射電流; Tt:發(fā)射時(shí)間;

          Ir:接收電流; Tr:接收時(shí)間;

          Is:休眠電流; T:抄表周期。

          如上圖中所示:

          It = 75mA; Tt =2s;

          Ir = 10mA; Tr =1s;

          Is = 0.004mA; T = 180s。

          帶入公式1計(jì)算:

          Iaverage = (150+10+0.708)/180 = 0.893mA

          其次,計(jì)算電池使用壽命,公式如下:

          Tlife=C/Iaverage (公式2)

          其中,Tlife:電池使用壽命;

          C:電池容量;Iaverage:平均電流。

          將C=20Ah,則帶入公式2計(jì)算:

          Tlife = 20000/0.893 = 22396(h)≈ 2.5(年)

          2.3、采用全防水設(shè)計(jì),解決井內(nèi)潮濕、易水淹的難題。

          433M數(shù)據(jù)采集通信終端的外殼采用優(yōu)質(zhì)的透明工程塑料,具有出色的耐熱、耐寒和耐腐蝕特性;具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電絕緣性以及重量輕、強(qiáng)度高、抗壓、耐磨等優(yōu)點(diǎn)。

          433M數(shù)據(jù)采集通信終端采用全方位防水設(shè)計(jì):

          ◆ 殼體兩側(cè)端蓋采用螺紋壓緊方式,安裝方便。

          ◆ 為防止安裝時(shí)密封墊擠壓變形,采用內(nèi)壓蓋直接按壓方式進(jìn)行密封。

          ◆ 殼體內(nèi)置4個(gè)固定卡扣,端蓋旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠防止內(nèi)壓蓋轉(zhuǎn)動(dòng)。

          ◆ 密封墊采用優(yōu)質(zhì)硅膠材料,表面采用雙弧形設(shè)計(jì),工作時(shí)能形成上、下兩個(gè)真空室,形成真空隔離。

          ◆ 內(nèi)壓蓋上開有直徑為16mm的出線孔(用于連接433M防水天線和低功耗壓力變送器的信號(hào)線)并配置進(jìn)口防水接線頭,確保潮氣、水無法進(jìn)入。

          ◆ 產(chǎn)品防水試壓實(shí)驗(yàn)達(dá)到0.8MPa,打壓72小時(shí)后產(chǎn)品沒有發(fā)生漏水、變形等情況;經(jīng)過長(zhǎng)期的表井內(nèi)安裝檢驗(yàn),完美達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期。

          低功耗壓力變送器也特別采用了絕壓型的設(shè)計(jì),無需外置導(dǎo)氣管,從根本上杜絕了濕氣、水進(jìn)入設(shè)備的可能性。

          由上述兩部分組成的無線壓力變送器整體防水等級(jí)達(dá)到IP68,完全適應(yīng)了井下的安裝環(huán)境。

          三、結(jié)語

          分體式管網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備克服了當(dāng)前管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備中普遍存在的施工難、信號(hào)差、功耗高、防水效果不理想等諸多難題,在反復(fù)實(shí)驗(yàn)及在河北、山東、吉林等地的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了良好的效果。該產(chǎn)品為自來水公司的供水管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)提供了一種可靠、穩(wěn)定、節(jié)能的產(chǎn)品解決方案。



          關(guān)鍵詞: 變送器 電池 通信

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