無線污泥回流流量計在寒區(qū)供暖系統(tǒng)的應(yīng)用

摘要：當下中國能源短缺，尤其是以煤炭，石油為代表的傳統(tǒng)能源更加稀缺。近年來我國國民經(jīng)濟高速增長，各行各業(yè)的高速發(fā)展導致了**煤炭需求的激增。中國寒旱區(qū)面積約占國土總面積的 2/3，冬季需要供暖的地區(qū)數(shù)量龐大。現(xiàn)有能源條件下，提高供暖效率，改善供暖效果變得意義重大?；?LoRa 技術(shù)的無線流量計可以實現(xiàn)供暖管道數(shù)據(jù)的遠程實時傳輸，改變了以往供暖管道數(shù)據(jù)采集不及時，不充分的難題，減少了供暖管道管理人員的工作量。供暖系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，流量計可以即時反映給管理人員并且給管理人員提供維修數(shù)據(jù)，方便了寒區(qū)供暖系統(tǒng)的管理，大大減少能源使用中的浪費，提高了供暖過程中能源的利用效率。
基于 LoRa 技術(shù)的無線流量計在污泥回流流量計內(nèi)部安裝 LoRa無線數(shù)傳模塊數(shù)據(jù)發(fā)送端，在用戶計算機設(shè)備上接入 LoRa 無線數(shù)傳模塊數(shù)據(jù)接收端，并配套軟件。這種流量計*大地區(qū)別于傳統(tǒng)液晶顯示器流量計，具有其獨特的優(yōu)勢：投入成本低，擴展靈活性大，跨越空間阻礙。它可以將流量計所測數(shù)據(jù)**傳遞到管理人員的計算機終端。一名管理人員足不出戶就可以在其辦公室內(nèi)實現(xiàn)對整片供暖區(qū)域的監(jiān)測管理?；?LoRa 技術(shù)的無線流量計是物流網(wǎng)技術(shù)在供暖系統(tǒng)的創(chuàng)新性應(yīng)用。由于其具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)募磿r性和快捷性，這種流量計在寒區(qū)供暖系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。
1 無線流量計的工作原理
1.1 基本結(jié)構(gòu)
1.1.1 將磁場設(shè)置到污泥回流流量計的管道兩端，依據(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律，當有液體在管道中流動時，相當于導體在做切割磁感線運動，會在兩個檢測電*上產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢的大小與流速成正比。污泥回流流量計的密封性能好，而且測量過程中不與流體接觸，不影響流體的自由流動。污泥回流流量計由流量傳感模塊和信號轉(zhuǎn)換模塊兩部分組成，傳感器可以將流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電勢，信號轉(zhuǎn)換器把電磁傳感器輸出的毫伏級電壓信號放大并轉(zhuǎn)換為可被工業(yè)儀表接收的標準直流電源，電壓或脈沖信號輸出，以便與儀器及調(diào)節(jié)器配合，實現(xiàn)流量的指示，記錄和運算。1.1.2 LoRa （Long Range），為低功耗廣域網(wǎng)（LowPowerWide Area Network） 通信技術(shù)的一種，LoRa 無線技術(shù)的出現(xiàn)，改變了關(guān)于傳輸距離與功耗的折中考慮方式，不僅可以實現(xiàn)遠距離傳輸，并且同時具備低功耗，低成本的優(yōu)點，與 WiFi藍牙、ZigBee 等技術(shù)相比，真正實現(xiàn)了大區(qū)域物聯(lián)網(wǎng)低成本全覆蓋。LoRa 設(shè)備的傳輸距離在城鎮(zhèn)可達 2-5 千米，在郊區(qū)可達 15千米。LoRa 無線技術(shù)相比于 NB- U/ r 技術(shù)，特點更加突出，是更加適合企業(yè)部署的一種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。LoRa 的覆蓋距離要比 NB- loT 更遠，抗干擾能力更強，由于低功耗采用空中喚醒技術(shù)，這比縮減數(shù)據(jù)幀更加具有實際意義，針對供暖管道的部署環(huán)境復雜，綜合考慮，LoRa 更適合在寒區(qū)供暖系統(tǒng)中使用。
1.2 工作原理。
基于 LoRa 技術(shù)的無線流量計由控制，計量，通信，電源，存儲五個模塊組成。以污泥回流流量計為主體的計量模塊將采集到的供暖管道數(shù)據(jù)發(fā)送到通信模塊，基于 LoRa 技術(shù)的通信模塊將流量數(shù)據(jù)存儲并且發(fā)送到由管理人員監(jiān)控的控制模塊，管理人員通過控制模塊和通信模塊向流量計發(fā)送指示。電源模塊是無線流量計的能源中心，可以為流量計的其他模塊提供動力支持。流量計安裝完畢后可在小區(qū)內(nèi)形成控制網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖 1 所示。

2 無線流量計的優(yōu)勢
2.1 流量計內(nèi)沒有可動部件，測量流體流量時無能量損失，無機械慣性，所測得流量數(shù)據(jù)受流量計本身影響較小，反應(yīng)十分靈敏。
2.2 測量范圍廣，量程比大部分為幾十到一百比一，流速可測范圍為 0.3 到 10 米每秒。
2.3 流量計外接 LoRa 無線射頻模塊，可將流量數(shù)據(jù)通過無線信號傳送給幾公里范圍內(nèi)的供暖管道管理人員。
2.4 LoRa 技術(shù)在同樣的功耗條件下比其他無線傳輸方式傳播的距離更廣，它在同樣的功耗下比傳統(tǒng)的無線射頻技術(shù)距離擴大三到五倍，真正實現(xiàn)低功耗和遠距離的統(tǒng)一。
2.5 安裝方便，施工簡單，克服了傳統(tǒng)電纜傳播信號的操作困難，安裝易受環(huán)境影響的缺點，更加適用于寒區(qū)復雜的小區(qū)供暖系統(tǒng)。
3 無線通信流量計的安裝
3.1 流量計安裝地點說明
3.1.1 傳感器不可安裝在供暖管道頂點水平管段上，管段*高處易集聚氣體，易形成負氣壓從而影響流量計所測數(shù)據(jù)的準確性；
3.1.2 避免將污泥回流流量計安裝在電動機、變壓器和其他強電源附近，安裝位置應(yīng)遠離強磁場，安裝位置附近應(yīng)無動力設(shè)備或磁力啟動等；
3.1.3 安裝位置應(yīng)使污泥回流流量計盡量避免陽光直曬；
3.1.4 安裝時注意 LoRa 無線射頻模塊發(fā)送端與接收端的距離，距離不宜超過或接近安裝允許距離。
3.1.5 留足必要的安裝及檢修空間。
3.2 流量計安裝過程中注意事項
3.2.1 無線通信污泥回流流量計結(jié)構(gòu)為一個整體，安裝過程整體并不復雜，只是電氣和 LoRa 無線射頻模塊與計算機連接方面的要求較嚴格，過程較為繁瑣；
3.2.2 傳感器、轉(zhuǎn)換器、LoRa 無線射頻模塊、電腦軟件是成套包裝，配套使用，不可隨意更換；
3.2.3為了保證測量精度，在閥門、彎頭、變徑、三通等影響介質(zhì)狀態(tài)穩(wěn)定的管段上，流量計應(yīng)安裝在前 10D 后 3D 的直管段，條件實在不能滿足時，上游直管段*少不能低于 5D。3.2.4 管路上的設(shè)置的手動閥或自動閥應(yīng)安裝在流量計水流下游，避免由于水通過閥門時狀態(tài)發(fā)生變化，從而影響測量精度。
3.2.5 安裝時應(yīng)保證流量計測管管道內(nèi)充滿水，避免在管道內(nèi)聚集氣泡，否則流量數(shù)據(jù)的精度會受到影響。
3.2.6 安裝完畢后，注意進行數(shù)據(jù)通信的調(diào)試，和 LoRa 軟件的兼容性測試。
4 無線流量計的故障分析
無線流量計在生產(chǎn)運行中常常會出現(xiàn)以下三類故障，*一類一是由于儀表本身故障造成的儀表指示錯誤，包括儀表的結(jié)構(gòu)件或元器件損壞等；*二類是由于安裝過程沒有嚴格按照要求，儀表安裝環(huán)境或安裝不規(guī)范造成的故障，例如傳感器上下游安裝直管段不滿足要求，被測介質(zhì)沒有充滿管道，測量環(huán)境存在電磁干擾等。三是 LoRa 無線模塊在工作時信號收到干擾，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性收到影響。
針對*一類故障，*先要做到運輸和安裝過程中輕拿輕放，尤其注意保護流量計傳感器和 LoRa 無線射頻模塊這些精密的部分，在安裝完畢后注意做現(xiàn)場測試，在使用過程中注意及時檢修。*二類故障主要由安裝過程的不規(guī)范導致，針對這類故障，要確保安裝過程的每一步都嚴格按照安裝規(guī)范，注意上文中提到的常見問題。*三類故障往往是由于流量計信號發(fā)射端與接收端距離過長所致，因此為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定，把使用距離限制在穩(wěn)定距離內(nèi)就顯得尤為重要。
結(jié)束語
基于 LoRa 技術(shù)的無線流量計將新型的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)的污泥回流流量計相結(jié)合，這種智能流量計在寒區(qū)供暖系統(tǒng)中的使用大大提高了供暖管道管理人員的工作效率，把以前繁瑣的暖氣檢修工作變成工作人員在電腦前的操作，大大減少了資源浪費，提高了供暖效率，這種新型流量計必將在我國構(gòu)建資源節(jié)約型社會進程中發(fā)揮重要作用。

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