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淺談管網(wǎng)監(jiān)測(cè)微功耗測(cè)控終端產(chǎn)品設(shè)計(jì)
摘要：管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的環(huán)境比較復(fù)雜，對(duì)測(cè)控設(shè)備的要求比較高，無(wú)電、潮濕限制了許多測(cè)控設(shè)備的使用。本文從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度闡述微功耗測(cè)控終端如何滿足各供水企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的需求。
關(guān)鍵詞：微功耗 測(cè)控終端 管網(wǎng)監(jiān)測(cè) GPRS
管網(wǎng)的壓力、流量和流向是供水調(diào)度系統(tǒng)中重要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容，測(cè)控終端被安裝在監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)采集管網(wǎng)壓力、流量、流向等信息，并將信息傳遞到調(diào)度中心。
目前，國(guó)內(nèi)水司選用的測(cè)控終端各不相同，有的選用數(shù)采模塊加電臺(tái)，有的選用數(shù)采模塊加有線Modem，有的選用PLC加GPRS，這些設(shè)備雖然能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)的需求，也存在著一些不足之處，如：電臺(tái)方式維護(hù)量大、有線Modem方式費(fèi)用高、普通GPRS功耗大等等。
依據(jù)水司的普遍要求，結(jié)合水司管網(wǎng)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，我公司設(shè)計(jì)了一款微功耗測(cè)控終端，該終端將微功耗測(cè)控技術(shù)和GPRS通信技術(shù)進(jìn)行了科學(xué)的整合，能夠滿足供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)不同使用環(huán)境的要求。現(xiàn)將設(shè)備設(shè)計(jì)特點(diǎn)及使用特點(diǎn)介紹如下：
一、設(shè)計(jì)特點(diǎn)
1、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
微功耗測(cè)控終端主要由四部分組成：測(cè)控單元、通信單元、顯示與操作單元、電源單元。
測(cè)控單元是終端設(shè)備的核心，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)壓力變送器的電流或電壓信號(hào)、采集流量?jī)x表的脈沖信號(hào)或數(shù)字信號(hào)、采集水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，提供繼電器信號(hào)輸出，為現(xiàn)場(chǎng)變送器等設(shè)備提供5V/12V/24V直流供電電源，控制通信單元和供電單元。
通信單元主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)與調(diào)度中心之間的通信。采用GPRS無(wú)線通信方式，兼容GSM短信通信方式。工作模式分三種：普通模式、待機(jī)模式、休眠模式，不同供電模式選用不同的工作模式。
顯示與操作單元主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的顯示，使用按鍵操作可查詢(xún)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)置參數(shù)，采用中文液晶顯示和防水磁感應(yīng)按鍵。
供電單元主要為終端設(shè)備提供工作電源，支持三種供電模式：市電供電、太陽(yáng)能供電、電池組供電。不同的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選用不同的供電模式。
2、防水設(shè)計(jì)
城市壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)隨管網(wǎng)分布，監(jiān)測(cè)終端設(shè)備多數(shù)安裝在觀測(cè)井內(nèi)，要求設(shè)備防水、防潮。微功耗測(cè)控終端采用如下防水設(shè)計(jì)以確保防水效果。
◆外殼防水設(shè)計(jì)：
材質(zhì)選用增強(qiáng)尼龍，其防水、防潮、防腐、抗凍、抗熱、強(qiáng)度、韌性等指標(biāo)均滿足觀測(cè)井下使用環(huán)境，且重量輕。
終端的上下蓋之間、進(jìn)出線口是水和潮氣容易進(jìn)入的地方。終端的上下蓋之間采用H型密封條密封，從三個(gè)方向包圍上下蓋之間的接觸壁，上下蓋之間使用14個(gè)不銹鋼螺栓的緊固，兩個(gè)相鄰的螺栓之間距離為5cm，保證了緊固強(qiáng)度；進(jìn)出線口使用防水接頭，防水接頭與殼體之間采用O型圈與防水膠共同密封，進(jìn)出線與防水接頭之間使用密封膠套和密封膠
共同密封。終端的防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP68。
◆二次防水設(shè)計(jì)
微功耗測(cè)控終端在現(xiàn)場(chǎng)安裝維護(hù)的過(guò)程中，有時(shí)由于安裝人員操作不規(guī)范，如螺絲緊固的強(qiáng)度不夠，可能會(huì)降低終端的防水性能。為了保證終端設(shè)備不被井內(nèi)積水浸泡，針對(duì)其使用環(huán)境，我們專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了防水罩，終端設(shè)備安裝在防水罩內(nèi)，防水罩口朝下固定在井壁上，積水高過(guò)防水罩時(shí)，由于罩內(nèi)空氣壓力作用，可以阻止積水接觸終端設(shè)備。
◆接線防水設(shè)計(jì)：
微功耗測(cè)控終端安裝在井下時(shí)，要配帶防水線纜和防水接線盒，終端與防水線纜之間按上述要求做好防水，壓力變送器或其它儀表提供的線纜與終端的線纜在防水盒內(nèi)端子上連接，接好后，防水盒內(nèi)注入防水膠。
二、使用特點(diǎn)
1、供電及工作模式
調(diào)度中心對(duì)管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性要求很高，但許多壓力測(cè)點(diǎn)往往不具備供電條件，一般監(jiān)測(cè)設(shè)備由于功耗和工作模式的限制，很難滿足客戶(hù)的需求。我們依據(jù)微功耗測(cè)控終端的特點(diǎn)，規(guī)劃設(shè)計(jì)了三種工作模式：
◆普通模式
測(cè)點(diǎn)具備220V市電或太陽(yáng)能供電條件，終端設(shè)備可以滿足數(shù)據(jù)的頻繁采集、頻繁傳輸，并支持?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)上報(bào)和調(diào)度中心主動(dòng)問(wèn)詢(xún)。
◆待機(jī)模式
測(cè)點(diǎn)無(wú)供電條件，供電選用可充電大容量蓄電池，由于電池電量限制，需要合理的設(shè)置終端設(shè)備的數(shù)據(jù)采集間隔和數(shù)據(jù)發(fā)送間隔。無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)設(shè)備的功耗大，采集時(shí)的功耗可以忽略。終端設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)定時(shí)上報(bào)、數(shù)據(jù)超限上報(bào)和調(diào)度中心的主動(dòng)問(wèn)詢(xún)。
蓄電池固定在支架上，外裝防水外殼。微功耗測(cè)控終端可以檢測(cè)蓄電池的電壓，電壓超過(guò)下限時(shí)，需要對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，充電周期與發(fā)送頻率和選配蓄電池容量相關(guān)。1個(gè)100Ah的蓄電池一般可以支持終端設(shè)備正常工作3—4個(gè)月。
◆休眠模式
測(cè)點(diǎn)無(wú)供電條件，供電選用一次性鋰電池組，該電池組安裝在微功耗測(cè)控終端內(nèi)。由于電池組的電能有限，終端只能支持?jǐn)?shù)據(jù)定時(shí)上報(bào)和變化上報(bào)。終端頻繁采集壓力等數(shù)據(jù)與設(shè)置的上下限數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，數(shù)據(jù)超限時(shí)立即上報(bào)，數(shù)據(jù)未超限時(shí)存儲(chǔ)，等到設(shè)定的上報(bào)時(shí)間一起上報(bào)。一組4節(jié)的高能鋰電池一般可支持設(shè)備正常工作1—2年。
終端設(shè)備平時(shí)處于休眠狀態(tài)，只有在上報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)才喚醒，平時(shí)不支持調(diào)度中心主動(dòng)問(wèn)詢(xún)。
2、設(shè)置與維護(hù)
水司的設(shè)備維護(hù)人員通過(guò)簡(jiǎn)單的培訓(xùn)就可以安裝、設(shè)置、維護(hù)微功耗測(cè)控終端。這樣不但方便了用戶(hù)，還可以大大提升產(chǎn)品可普及率。
微功耗測(cè)控終端采用三種設(shè)置方式：現(xiàn)場(chǎng)按鍵設(shè)置、現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)設(shè)置、調(diào)度中心遠(yuǎn)程設(shè)置。
普通設(shè)備維護(hù)人員可以使用終端按鍵設(shè)置或修改測(cè)點(diǎn)編號(hào)、采集時(shí)間間隔、發(fā)送時(shí)間間隔、壓力變送器量程、水表倍率、串口速率等參數(shù)。
經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的相關(guān)技術(shù)人員在調(diào)度中心可以遠(yuǎn)程設(shè)置、修改更多的終端設(shè)備參數(shù)，還可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程軟件升級(jí)。
三、結(jié)論 微功耗測(cè)控終端經(jīng)過(guò)遼寧、河北、北京、山東等地多家水司長(zhǎng)期使用，均認(rèn)為該產(chǎn)品的功能、功耗、防水、維護(hù)等設(shè)計(jì)都是從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)際出發(fā)的，解決了很多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，具備很大的推廣價(jià)值。
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