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智能无线远传岳嘉水表在旧城改造中的应用
发布时间:2019年04月20日   点击次数:
 

随着网络技术的发展,科技的进步,所有的生产生活方式都在改变,特别是近几年,物联网技术的发展进步,一方面可以提高经济效益,大大节约成本;另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。

对于水表行业而言,传统的水表行业存在着诸多问题。例如抄表难,人情表,难以统计分析资料等。新兴的水表行业应运而生,更多的新型水表也被研发出来,各种各样的智能水表可作为物联网的一个节点,在建设智慧城市、智慧化小区上具有重要意义。远传水表在国内从普通的脉冲发讯水表发展到现在具有远传、电子显示、阀门控制等功能的智能化水表,在功能上已经逐步完善,但在安装使用上仍存在布线困难,读数不准确,系统不够稳定等问题。

在老旧小区水表一户一表的改造中,针对水表布线难的问题,提出一种无线传输方案。该方案采用低功耗高灵敏度的射频芯片,解决远传水表在小区改造、有线水表线路破损无法修复的施工难题,减少线材使用,同时降低施工成本。该方案采用的无线技术,解决传输距离短、穿墙信号衰减、电池使用寿命的问题;针对传统远传水表数据采集存在的问题,提出一种全新机械传动方案,打破无线水表只能选用脉冲式水表的限制,读取的数据稳定可靠,水表字轮位置相当于内存。

远传采用的方案

在目前使用的智能化水表中,大部分厂家采用了有线传输方式,采用这种方式的好处是系统稳定可靠,受外界干扰少,适合新建小区及改造比较简单的小区;无线远传水表是采用无线传输的模式,通过无线方式将数据发送出去,代替人工抄表,更方便、更快捷。其组网抄收方式可以达到有线传输方式的效果,施工时和普通机械水表类似,无需布线。对应民用小口径水表,较多的是采用470MHz~510MHz专用抄表频道,该频段为短距无线通讯网络,具有高可靠性,高数据安全性、实时性强、抗干扰能力强等特点,可实现高速、非视距的数据传输,特别适合旧城区的改造。

无线远传采用的技术

无线模块往往讲的技术指标为灵敏度、发射功率、频率范围等等,很多厂家在推广时提的是空旷传输距离,但是跟实际应用关系比较密切的是穿墙能力,因为在实际应用中,不可能把水表安装在空旷无障碍物的地方,一个空旷距离能传输1000米的无线模块,往往不一定能穿过8层水泥墙,所以,在实际研发时,考虑的是穿墙能力有关的发射功率、接收灵敏度和工作频率。众所周知,频率越低,波长相对越长,穿墙能力就越强,但是,太低的频率容易受到干扰,所以抄表行业就选择了470MHz~510MHz专用抄表频道。同样条件下,无线模块的发射功率越大传输的距离就越远,穿墙数越多,但是太大的功率消耗的电流比较大,同时对其他设备造成的影响也比较大,同时相关的标准也要求单表发射功率不能超过10mW。相同的条件下,接收灵敏度高,相对传输的距离更远,早期的芯片由于技术的限制,接收灵敏度并不是太高,近几年的产品已经有了很大的改善。但是单单提高某一项技术指标并不能解决所有问题,实际应用中无论是发射功率提高、接收灵敏度提高还是频率降低都不能解决穿墙数目少的问题,所有只能通过其他方式方式来满足实际应用的要求。

无线水表要达到有线水表同样的技术联网要求,只有通过组网的方式来实现,组网可以采用中继或自动组网的模式,该方案中采用的中继的方式为主机在抄表时间到了之后,启动抄表指令,唤醒下位水表,当下位水表接收到上位抄表指令后,判断是抄本机水表的读数还是中继抄收其他水表的读数,一个抄表网络由主节点开始组建,其网络组建无需外界干预,由网络节点上电后自动完成。一个自动组网抄表网络最多可达1000个节点,加之网络跳数大(水表间中继,最大跳数可达8跳),因此,自动组网的的通信覆盖范围将大大超出传统的点对点与点对多点模式的覆盖范围,完全可以解决实际安装使用中的穿墙屏蔽问题,达到和有线网络相同的功能。每一只水表,在主机的管理下,实际上都可作为一个中继器来使用,大大提高了网络的兼容能力。另外一种模式为自动组网模式,每一个模块可以作为其它模块的路由器,模块根据和上位通信的资料自动检测自身模块信号强度,根据信号强度选择通信路径,组成网络,该方式类似zigbee网络,是需要用软件的方式组建,需要花很大精力去做路由查询,路由查询的复杂成都取决于节点数量,随着节点数量增加,路由查询复杂度迅速上升,所以不予考虑。

为了减少无线模块的电源消耗,无线水表采用定时启动模式,每秒启动模块一次,在启动后的几十微秒时,监听到同频率的无线唤醒指令时,完全唤醒模块,等待和上位通讯,该模式可以和有线方式一样做到实时响应和抄表,采用该模式,配合低功耗单片机,让无线模块处于“Low sleep mode”,此时,模块待机电流50nA,采用ER18505的电池,每天抄一次水表,理论上电池可以使用13年以上。

水表超期使用状况分析

我国相关法律条例规定,居民的水表每6年为一个周期需要检定一次,旧的居民小区无法进行大规模的开挖布线施工,水表的智能化升级改造非常困难,无线湿式直读水表能最大限度的提高水表的灵敏度,做到计量产品的公平公正,每天用水量的统计,无论是自来水公司还是居民,都能对数据做到一目了然,消除公众对公共事业部门的管理不信任。

但是在实际情况中,完全按照每6年水表进行周期检定的水表很少,采用该无线湿式直读水表后,实际运行中对水表流量指标进行分析,水表的流量指标大部分是满足要求的,也就是说,该水表超一个周期使用是可以接受的。对于电子部分,直读模块完全工作在环氧树脂密封状态中,平时不工作,2个水表使用周期的使用年限完全能满足;无线电子部分,工作在全密封电子腔内,无外界环境影响,完全能满足周期使用的要求;电池工作在超低功耗状态下,采用容量型电池,没有功率型锂亚电池的钝化现象,使用寿命能满足周期的要求。

湿式旋翼水表采用的活动部件(叶轮、叶轮盒组件等)一般用工程塑料ABS材料制造,比较耐磨。在容易磨损部件上采用了耐磨处理,水表连续通水试验后比较容易损伤的是翼轮轴尖、翼轮轴齿轮和传动齿轮中的第一个齿轮,下图是水表在过载流量下200小时之后,水表的误差变化曲线如下对比图下。

在实验室中的试验中,旋翼式水表在使用了相当于10年以上的用水量后,计量性能并无大的失准(可在4%内),整个误差特性曲线向下偏移,即在小流量、大流量下水表走字全部变慢。但对实际用表的情况统计表明,民用小口径水表多年使用后的情况并没有那么理想,多数情况是多年使用后的水表在小流量下走慢,而在大流量下却变快。据分析,主要原因是水中杂质堵塞滤网后形成的单边冲击叶轮等效果形成。这是国内自来水管网中水质不干净造成的,跟水表本身质量并无直接关系。

目前国家全面推动产业战略转型的规划,能源的管理与利用也越来越变的重要,并纳入了国家重点项目之中,同时随着人工成本高的上升以及国家提出的经济增长方式的转变,针对水表智能化的采集与管理提出了更高的要求,融入物联时代实现智能有效的管理已成必然。无线远传水表是一种新型水表,它除了可对用水量进行记录和电子显示外,还可以扩展为按照需要对用水量自动进行控制,并且自动完成阶梯水价的水费计算,使居民用水更加透明,使用起来也更加方便。可以有效地解决计量扯皮、用水纠纷、贪污水费、人情用水、用水统计困难等问题。对供水部门来说,可以实现运用计算机技术进行现代化管理,节约了大量的人力成本。对安装管理来说,拥有无需布线且足不入户就能抄表的优点,尤其适合旧城改造。智能水表的使用减少了上门抄表的打扰,增强居民安全性同时,提高了社会的效率,促进我国经济的发展。

 
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