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基于LoRa技术的无线流量计在寒区供暖系统的应用

发布时间:2019-04-10 17:15:45 浏览:

当下中国能源短缺, 尤其是以煤炭, 石油为代表的传统能源更加稀缺。近年来我国国民经济高速增长, 各行各业的高速发展导致了国家煤炭需求的激增。中国寒旱区面积约占国土总面积的2/3, 冬季需要供暖的地区数量庞大。现有能源条件下, 提高供暖效率, 改善供暖效果变得意义重大。基于LoRa技术的无线流量计可以实现供暖管道数据的远程实时传输, 改变了以往供暖管道数据采集不及时, 不充分的难题, 减少了供暖管道管理人员的工作量。供暖系统出现问题时, 流量计可以即时反映给管理人员并且给管理人员提供维修数据, 方便了寒区供暖系统的管理, 大大减少能源使用中的浪费, 提高了供暖过程中能源的利用效率。

基于LoRa技术的无线流量计在电磁流量计内部安装LoRa无线数传模块数据发送端, 在用户计算机设备上接入LoRa无线数传模块数据接收端, 并配套软件。这种流量计极大地区别于传统液晶显示器流量计, 具有其独特的优势:投入成本低, 扩展灵活性大, 跨越空间阻碍。它可以将流量计所测数据随时传递到管理人员的计算机终端。一名管理人员足不出户就可以在其办公室内实现对整片供暖区域的监测管理。基于LoRa技术的无线流量计是物流网技术在供暖系统的创新性应用。由于其具有数据传输的即时性和快捷性, 这种流量计在寒区供暖系统中具有广泛的应用前景。

1无线流量计的工作原理

1.1基本结构

1.1.1将磁场设置到电磁流量计的管道两端, 依据法拉第电磁感应定律, 当有液体在管道中流动时, 相当于导体在做切割磁感线运动, 会在两个检测电极上产生感应电势, 感应电势的大小与流速成正比。电磁流量计的密封性能好, 而且测量过程中不与流体接触, 不影响流体的自由流动。电磁流量计由流量传感模块和信号转换模块两部分组成, 传感器可以将流量数据转换为感应电势, 信号转换器把电磁传感器输出的毫伏级电压信号放大并转换为可被工业仪表接收的标准直流电源, 电压或脉冲信号输出, 以便与仪器及调节器配合, 实现流量的指示, 记录和运算。

1.1.2 LoRa (Long Range) , 为低功耗广域网 (Low PowerWide Area Network) 通信技术的一种, LoRa无线技术的出现, 改变了关于传输距离与功耗的折中考虑方式, 不仅可以实现远距离传输, 并且同时具备低功耗, 低成本的优点, WiF蓝牙、ZigBee等技术相比, 真正实现了大区域物联网低成本全覆盖。LoRa设备的传输距离在城镇可达2-5千米, 在郊区可达15千米。LoRa无线技术相比于NB-U/r技术, 特点更加突出, 是更加适合企业部署的一种物联网技术。LoRa的覆盖距离要比NB-loT更远, 抗干扰能力更强, 由于低功耗采用空中唤醒技术, 这比缩减数据帧更加具有实际意义, 针对供暖管道的部署环境复杂, 综合考虑, LoRa更适合在寒区供暖系统中使用。

1.2工作原理。基于LoRa技术的无线流量计由控制, 计量, 通信, 电源, 存储五个模块组成。以电磁流量计为主体的计量模块将采集到的供暖管道数据发送到通信模块, 基于LoRa技术的通信模块将流量数据存储并且发送到由管理人员监控的控制模块, 管理人员通过控制模块和通信模块向流量计发送指示。电源模块是无线流量计的能源中心, 可以为流量计的其他模块提供动力支持。流量计安装完毕后可在小区内形成控制网络, 网络示意图如图1所示。

2无线流量计的优势

2.1流量计内没有可动部件, 测量流体流量时无能量损失, 无机械惯性, 所测得流量数据受流量计本身影响较小, 反应十分灵敏。

2.2测量范围广, 量程比大部分为几十到一百比一, 流速可测范围为0.310米每秒。

2.3流量计外接LoRa无线射频模块, 可将流量数据通过无线信号传送给几公里范围内的供暖管道管理人员。

2.4 LoRa技术在同样的功耗条件下比其他无线传输方式传播的距离更广, 它在同样的功耗下比传统的无线射频技术距离扩大三到五倍, 真正实现低功耗和远距离的统一。

2.5安装方便, 施工简单, 克服了传统电缆传播信号的操作困难, 安装易受环境影响的缺点, 更加适用于寒区复杂的小区供暖系统。

3无线通信流量计的安装

3.1流量计安装地点说明

3.1.1传感器不可安装在供暖管道顶点水平管段上, 管段最高处易集聚气体, 易形成负气压从而影响流量计所测数据的准确性;3.1.2避免将电磁流量计安装在电动机、变压器和其他强电源附近, 安装位置应远离强磁场, 安装位置附近应无动力设备或磁力启动等;3.1.3安装位置应使电磁流量计尽量避免阳光直晒;3.1.4安装时注意LoRa无线射频模块发送端与接收端的距离, 距离不宜超过或接近安装允许距离。3.1.5留足必要的安装及检修空间。

 

1 控制网络示意图   下载原图

3.2流量计安装过程中注意事项

3.2.1无线通信电磁流量计结构为一个整体, 安装过程整体并不复杂, 只是电气和LoRa无线射频模块与计算机连接方面的要求较严格, 过程较为繁琐;

3.2.2传感器、转换器、LoRa无线射频模块、电脑软件是成套包装, 配套使用, 不可随意更换;

3.2.3为了保证测量精度, 在阀门、弯头、变径、三通等影响介质状态稳定的管段上, 流量计应安装在前10D3D的直管段, 条件实在不能满足时, 上游直管段最少不能低于5D

3.2.4管路上的设置的手动阀或自动阀应安装在流量计水流下游, 避免由于水通过阀门时状态发生变化, 从而影响测量精度。

3.2.5安装时应保证流量计测管管道内充满水, 避免在管道内聚集气泡, 否则流量数据的精度会受到影响。

3.2.6安装完毕后, 注意进行数据通信的调试, LoRa软件的兼容性测试。

4无线流量计的故障分析

无线流量计在生产运行中常常会出现以下三类故障, 第一类一是由于仪表本身故障造成的仪表指示错误, 包括仪表的结构件或元器件损坏等;第二类是由于安装过程没有严格按照要求, 仪表安装环境或安装不规范造成的故障, 例如传感器上下游安装直管段不满足要求, 被测介质没有充满管道, 测量环境存在电磁干扰等。三是LoRa无线模块在工作时信号收到干扰数据传输的稳定性收到影响。

针对第一类故障, 首先要做到运输和安装过程中轻拿轻放尤其注意保护流量计传感器和LoRa无线射频模块这些精密的部分, 在安装完毕后注意做现场测试, 在使用过程中注意及时检修。第二类故障主要由安装过程的不规范导致, 针对这类故障, 要确保安装过程的每一步都严格按照安装规范, 注意上文中提到的常见问题。第三类故障往往是由于流量计信号发射端与接收端距离过长所致, 因此为了确保数据传输的稳定, 把使用距离限制在稳定距离内就显得尤为重要。

结束语

基于LoRa技术的无线流量计将新型的物联网技术与传统的电磁流量计相结合, 这种智能流量计在寒区供暖系统中的使用大大提高了供暖管道管理人员的工作效率, 把以前繁琐的暖气检修工作变成工作人员在电脑前的操作, 大大减少了资源浪费, 提高了供暖效率, 这种新型流量计必将在我国构建资源节约型社会进程中发挥重要作用