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淺談管網(wǎng)監(jiān)測微功耗測控終端產(chǎn)品設(shè)計
摘要：管網(wǎng)壓力監(jiān)測點的環(huán)境比較復(fù)雜，對測控設(shè)備的要求比較高，無電、潮濕限制了許多測控設(shè)備的使用。本文從產(chǎn)品設(shè)計的角度闡述微功耗測控終端如何滿足各供水企業(yè)現(xiàn)場監(jiān)測
的需求。
關(guān)鍵詞：微功耗 測控終端 管網(wǎng)監(jiān)測 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)測內(nèi)容，測控終端被安裝在監(jiān)測現(xiàn)場采集管網(wǎng)壓力、流量、流向等信息，并將信息傳遞到調(diào)度中心。
目前，國內(nèi)水司選用的測控終端各不相同，有的選用數(shù)采模塊加電臺，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)場的需求，也存在著一些不足之處，如：電臺方式維護量大、有線Modem方式費用高、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)測的特點，我公司設(shè)計了一款微功耗測控終端，該終端將微功耗測控技術(shù)和GPRS通信技術(shù)進行了科學(xué)的整合，能夠滿足供水管網(wǎng)監(jiān)測不同使用環(huán)境的要求。現(xiàn)將設(shè)備設(shè)計特點及使用特點介紹如下：
一、設(shè)計特點
1、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計
微功耗測控終端主要由四部分組成：測控單元、通信單元、顯示與操作單元、電源單元。
測控單元是終端設(shè)備的核心，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場壓力變送器的電流或電壓信號、采集流量儀表的脈沖信號或數(shù)字信號、采集水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的模擬信號或數(shù)字信號，提供繼電器信號輸出，為現(xiàn)場變送器等設(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)場與調(diào)度中心之間的通信。采用GPRS無線通信方式，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)場監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場參數(shù)的顯示，使用按鍵操作可查詢監(jiān)測數(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、太陽能供電、電池組供電。不同的現(xiàn)場環(huán)境選用不同的供電模式。
2、防水設(shè)計
城市壓力監(jiān)測點隨管網(wǎng)分布，監(jiān)測終端設(shè)備多數(shù)安裝在觀測井內(nèi)，要求設(shè)備防水、防潮。微功耗測控終端采用如下防水設(shè)計以確保防水效果。
◆外殼防水設(shè)計：
材質(zhì)選用增強尼龍，其防水、防潮、防腐、抗凍、抗熱、強度、韌性等指標(biāo)均滿足觀測井下使用環(huán)境，且重量輕。
終端的上下蓋之間、進出線口是水和潮氣容易進入的地方。終端的上下蓋之間采用H型密封條密封，從三個方向包圍上下蓋之間的接觸壁，上下蓋之間使用14個不銹鋼螺栓的緊固，兩個相鄰的螺栓之間距離為5cm，保證了緊固強度；進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。終端的防護等級可達(dá)IP68。
◆二次防水設(shè)計
微功耗測控終端在現(xiàn)場安裝維護的過程中，有時由于安裝人員操作不規(guī)范，如螺絲緊固的強度不夠，可能會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，針對其使用環(huán)境，我們專門設(shè)計了防水罩，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，積水高過防水罩時，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：
微功耗測控終端安裝在井下時，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
1、供電及工作模式
調(diào)度中心對管網(wǎng)壓力監(jiān)測的實時性要求很高，但許多壓力測點往往不具備供電條件，一般監(jiān)測設(shè)備由于功耗和工作模式的限制，很難滿足客戶的需求。我們依據(jù)微功耗測控終端的特點，規(guī)劃設(shè)計了三種工作模式：
◆普通模式
測點具備220V市電或太陽能供電條件，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)實時上報和調(diào)度中心主動問詢。
◆待機模式
測點無供電條件，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。無線發(fā)送數(shù)據(jù)時設(shè)備的功耗大，采集時的功耗可以忽略。終端設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)定時上報、數(shù)據(jù)超限上報和調(diào)度中心的主動問詢。
蓄電池固定在支架上，外裝防水外殼。微功耗測控終端可以檢測蓄電池的電壓，電壓超過下限時，需要對蓄電池進行充電，充電周期與發(fā)送頻率和選配蓄電池容量相關(guān)。1個100Ah的蓄電池一般可以支持終端設(shè)備正常工作3—4個月。
◆休眠模式
測點無供電條件，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)定時上報和變化上報。終端頻繁采集壓力等數(shù)據(jù)與設(shè)置的上下限數(shù)值進行對比，數(shù)據(jù)超限時立即上報，數(shù)據(jù)未超限時存儲，等到設(shè)定的上報時間一起上報。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)備平時處于休眠狀態(tài)，只有在上報數(shù)據(jù)時才喚醒，平時不支持調(diào)度中心主動問詢。
2、設(shè)置與維護
水司的設(shè)備維護人員通過簡單的培訓(xùn)就可以安裝、設(shè)置、維護微功耗測控終端。這樣不但方便了用戶，還可以大大提升產(chǎn)品可普及率。
微功耗測控終端采用三種設(shè)置方式：現(xiàn)場按鍵設(shè)置、現(xiàn)場計算機設(shè)置、調(diào)度中心遠(yuǎn)程設(shè)置。
普通設(shè)備維護人員可以使用終端按鍵設(shè)置或修改測點編號、采集時間間隔、發(fā)送時間間隔、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)，還可以對現(xiàn)場終端設(shè)備進行遠(yuǎn)程軟件升級。
三、結(jié)論 微功耗測控終端經(jīng)過遼寧、河北、北京、山東等地多家水司長期使用，均認(rèn)為該產(chǎn)品的功能、功耗、防水、維護等設(shè)計都是從現(xiàn)場應(yīng)用實際出發(fā)的，解決了很多現(xiàn)實問題，具備很大的推廣價值。
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