基于蜂窩的窄帶物聯網技術開發的新型智能NB-IoT超聲波熱量表,具有實時監控表計運行數據、計量精度高、功耗低、使用壽命長、安裝方便、智能可靠便于管理等優點,能有效節能,降低成本,提高節能減排的效果。

NB-iot(Narrow Band-Internet of Things)中文名稱為基于蜂窩的窄帶物聯網,具有覆蓋廣、功耗小、成本低、海量連接等優點,是萬物互聯網絡的一個重要分支,NB-iot技術的六大主要應用場景恰恰是現有移動通信很難支持的場景,包括位置跟蹤、環境監測、智能泊車、數據遠傳、農業和畜牧業這些場景。伴隨我國移動電信服務商投入大量技術和資金,在全國大面積對現有4G FDD基站的改造,目前已經能夠提供大范圍的基于NB-iot技術通訊的覆蓋,能夠滿足行業級應用對該通訊覆蓋能力的需要。熱力作為國內重要的公共服務行業,隨著國內熱力行業快速擴充和發展,其運行的安全性、可靠性和穩定的經濟效益給該行業提出了更高的要求;然而,熱力行業先進技術應用的滯后和其特殊的應用環境的限制,造成了熱力行業中很多現實的技術問題無法利用現有的技術手段解決,其最大的問題時由于設備范圍大面積應用,數據有效、低成本的回傳是熱力行業面臨的技術瓶頸,而NB-iot技術出現,給解決熱力行業的數據遠傳的技術難點創造了條件,為熱力行業新技術應用創造了條件。

熱量表的工作原理

在國標GB/T 32224-2015中熱量表的定義即:用于測量及顯示水流經交換系統所釋放或吸收熱能量的儀表。工作原理是:將一對溫度傳感器分別安裝在通過載熱流體的上行管和下行管上,流量計安裝在流體入口或回流管上(流量計安裝的位置不同,最終的測量結果也不同),流量計發出與流量成正比的脈沖信號,一對溫度傳感器給出表示溫度高低的模擬信號,而計算儀采集來自流量和溫度傳感器的信號,利用計算公式算出熱交換系統獲得的熱量。

熱量表的分類

按照熱表流計結構和原理不同,可分為機械式(其中包括:渦輪式、孔板式、渦街式)、電磁式、超聲波式等種類:

機械式熱量表

機械表分為單流束和多流束兩種,單流束表的性能是水在表內從一個方向單股推動葉輪轉動的表為單流束表。不足之外表的磨損大,使用年限短。多流束表的性能是水在表內從多個方向推動葉輪轉動的表為多流束表。該表相對磨損小,使用年限長。葉輪分為兩種形式:螺翼式和旋翼式。一般小口徑DN15-DN40戶用表使用旋翼式。大口徑的工藝表DN50-DN300使用螺翼式。機械表的質量保證期一般是2年。

超聲波式熱量表

采用超聲波式流量計的熱量表的統稱。它是利用超聲波在流動的流體中傳播時,順水流傳播速度與逆水流傳播速度差計算流體的流速,從而計算出流體流量。對介質無特殊要求;流量測量的準確度不受被測流體溫度、壓力、密度等參數的影響。超聲波熱量表有兩種形式,一種是直射式也叫對射式,工作原理是:超聲波換能器直接發射和接收信號確定流量。另一種是反射式也叫對流式,工作原理是超聲波換能器通過反射板平面的反射速度確定流量。

電磁式熱量表

  采用電磁式流量計的熱量表的統稱。具有高精度、高穩定性,無論在環境苛刻的工業行業中(如化工、鋼鐵、污水、冶金行業等),還是在計量檢定行業中的標準表都有電磁式流量計的應用,但價格比較高。

根據熱量表總體結構與設計原理的不同,熱量表可分為:

整體式熱量表

指熱量表的三個組成部分中(積算器、流量計、溫度傳感器),有兩個以上的部分在理論上(而不是在形式上)是不可分割的結合在一起。比如,機械式熱量表當中的標準機芯式(無磁電子式)熱量表的積算器和流量計是不能任意互換的,檢定時也只能對其進行整體測。

組合式熱量表

組成熱量表的三個部分可以分離開來,并在同型號的產品中可以互相替換,檢定時可以對各部件進行分體檢測。

緊湊式熱量表

在型式檢定或出廠標定過程中可以看作組合式熱量表,但在標定完成后,其組成部分必須按整體式熱量表來處理。

超聲波熱量表在供熱計量中的應用

采用分戶熱量表進行供熱計量是目前供熱計量的主要形式,熱量表是與用戶結算的重要表計,其準確性非常重要。很多熱力企業在對比考量后,主要采用了超聲波熱量表。要求使用壽命在9年以上,計量精度滿足9年內達到二級以上精確度要求,電池使用壽命9年以上,最大量程比(常用流量與最小流量比)qp/qi不得低于100。

超聲波熱量表的綜合優點體現在:

1.綜合使用成本低,超聲波流量表無機械葉輪轉動,不產生機械磨損,后期使用維護成本低,使用壽命遠高于機械式熱量表;

2.計量可靠性好,即使有細小雜質流過安裝在熱量表前端的過濾器,也不會對超聲波熱量表的精確計量產生影響;

3.計量糾紛少,超聲波熱量表使用時不堵塞、不磨損、計量精確,有利于供熱計量工作的推廣和應用;

4.維護方便,超聲波熱量表基本屬于免維護產品,運行維護成本低。

中國供熱計量系統的發展趨勢將是:實現“熱量計量、供熱控制、熱費收繳、能效管理”全套功能的智能化、網絡化系統。經驗已經證明:中國供熱計量改革僅靠傳統概念的熱計量儀表企業是無法完成的。在中國,實施熱計量收費的前提、第一步是節能建筑改造;進一步要求是熱力公司才能解決的,因為分戶計量、調控導致的供熱系統必須適應改變的一系列供熱系統、裝置、和相關技術問題;以及實施相關的能效評估、收費財務系統等等大量系列化的,包括軟、硬件的工作。因此,特別需要不僅能生產包括熱量表在內的熱計量工程所需的全套儀表配件裝置;還能被供熱單位認可或密切合作的公司,能夠提供在進行科學的熱量計量同時,實時反饋用熱管理信息、協調供熱管理控制,以及有效實施熱費收繳等全系統技術服務(包括所需軟、硬件產品)。NB-IoT技術作為最新的且有示范性的廣域物聯網底層通信技術,憑借其廣覆蓋,海量連接,低功耗等特點,可以有效彌補傳統通信技術的不足之處。同時,熱力行業數據點有著數量大、分布廣、工作環境嚴苛、要求工作壽命長等多方面要求。因此,在熱力行業中,NB-IoT技術可以充分發揮其技術優點。威利儀表技術研發組綜合分析了NB-IoT的技術優勢,并根據熱力行業的具體要求,以STM32L系列MCU,NB-IoT模組和各類傳感器及數據探頭為基礎,綜合建立并實現了熱力數據的實時回傳模型及計時機制,同時建立并實現了熱力井蓋異常震動實時監測模型。根據實際應用場景的不同,引入了模塊化思想,既降低了系統的耦合度又降低了硬件系統的維護成本。同時,從硬件基礎,通信模型,低功耗設計,算法調優,系統調優等多方面對系統進行優化和改進。

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