關(guān)于超聲波熱量表設(shè)計及遠程抄表技術(shù)的研究

1、    關(guān)于超聲波熱量表設(shè)計及遠程抄表技術(shù)的研究    王同波摘 要：在國家提倡節(jié)能環(huán)保和推行供熱計量改革的背景下，要推行供熱計量改革，使住戶供熱公司接受熱量計量收費方式，其中，解決好抄表問題是關(guān)鍵。本文針對國內(nèi)住戶的具體情況，對超聲波熱量表設(shè)計及遠程抄表技術(shù)進行了闡述，以期推動該技術(shù)的發(fā)展。關(guān)鍵詞：熱量表；超聲波；遠程抄表技術(shù)節(jié)能減排、降低全社會的能源消耗水平關(guān)系到整個社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，是我國的基本國策。雖然國家十分重視供熱計量改革的推進，國內(nèi)熱量計量行業(yè)也已初具規(guī)模，但仍處于起步階段，不能滿足市場需要，熱量計量產(chǎn)品在技術(shù)上存在多種問題，重制約了居

2、民供熱分戶計量的推廣和發(fā)展。一、超聲波熱量表設(shè)計（一）超聲波流量測量原理。超聲波流量測量的原理是：超聲波在流體中傳播時，傳播速度會受流速影響而變化，可通過測量流體中傳播的超聲波信號來計算流體流速，進而得到流量。流量測量方法有時差法、頻差法、相關(guān)法和多普勒效應(yīng)法等。超聲波在流體中傳播的過程中會疊加水流速度，使相同傳播距離下，順流傳播與逆流傳播存在時間差，利用該差值可計算出流體流速，進而得到流量。（二）流量測量管道結(jié)構(gòu)設(shè)計。超聲波熱量表的流量測量管道結(jié)構(gòu)，決定了超聲波換能器的安裝位置，進而決定了超聲波在流體中的傳播路徑；同時，好的測量管道結(jié)構(gòu)能夠減小管道內(nèi)的壓力損失。超聲波流量測量中常用的集中測量

3、結(jié)構(gòu)如下：1、斜射式：兩個換能器與管道成一個角度相對地安裝在管壁，斜射式結(jié)構(gòu)管道內(nèi)部對流體流動沒有阻礙，因此無壓力損失，結(jié)構(gòu)簡單，加工成本低，常用于大口徑超聲波流量計，但對于住戶供暖管道來說，采用斜射式結(jié)構(gòu)會使超聲波信號傳播路徑過短，測量時容易產(chǎn)生較大誤差；2、直射式：直射式結(jié)構(gòu)測量管道通過改變流體的傳播方向，延長了超聲波信號地傳播距離，能夠保證測量精度，但是，直射式管道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本高，而且復(fù)雜的結(jié)構(gòu)容易造成水垢和雜質(zhì)的沉積，覆蓋換能器發(fā)射接收表面甚至堵塞管道。（三）數(shù)據(jù)處理方法設(shè)計。數(shù)據(jù)處理方法是通過熱量表中的軟件來實現(xiàn)。對于系統(tǒng)誤差，可以通過校準測量，并在測量結(jié)果后加相應(yīng)系數(shù)的方法來

4、降低。對于粗大誤差和隨機誤差，可通過多次測量，判斷并剔除粗大誤差，并求平均值的方法來降低。由于軟件的設(shè)計要求低功耗，多次測量的次數(shù)不能太多，因而必須選擇小樣本的數(shù)據(jù)處理方法?？梢酝ㄟ^實驗數(shù)據(jù)的比較，選用格拉布斯準則作為剔除粗大誤差的準則。二、抄表網(wǎng)絡(luò)設(shè)計（一）抄表網(wǎng)絡(luò)要完成的功能。1、網(wǎng)絡(luò)組織與維護：抄表網(wǎng)絡(luò)首先要完成的是組網(wǎng)，即所有網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，并為網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備分配地址，建立設(shè)備與用戶的聯(lián)系，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出現(xiàn)故障時，網(wǎng)絡(luò)要能夠及時發(fā)現(xiàn)并發(fā)出警報。2、全小區(qū)抄表：在該過程中，抄表中控制抄表網(wǎng)絡(luò)定時，將小區(qū)內(nèi)所有熱量表的抄表數(shù)據(jù)傳回抄表中。3、單用戶抄表：某用戶熱量表出現(xiàn)可疑抄表數(shù)

5、據(jù)時，需要對該用戶熱量表進行較高頻率的抄表，以便發(fā)現(xiàn)該用戶供熱過程中的問題。（二）抄表網(wǎng)絡(luò)中的消息與數(shù)據(jù)格式設(shè)計。1、抄表數(shù)據(jù)格式：抄表數(shù)據(jù)格式用于在抄表網(wǎng)絡(luò)中傳輸抄表數(shù)據(jù)。抄表數(shù)據(jù)格式中的基本信息是從上次抄表到本次抄表的累計熱量值和本次抄表的截止時間。數(shù)據(jù)在熱量表和集中器中對相同的格式進行存儲并定時更新。2、m-sus總線上的消息類型：m-sus總線上的信息都通過數(shù)據(jù)帖來傳遞，報文格式通常有四種，分別是單字節(jié)幀、短中幀、控制幀和長幀。三、抄表管理軟件設(shè)計（一）抄表管理軟件總體功能設(shè)計。管理軟件主要實現(xiàn)抄表管理、用戶信息管理和網(wǎng)絡(luò)管理三部分功能。1、抄表管理：在正常情況下，抄表管理軟件定時向抄

6、表網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令，對所有熱量表進行抄表，并更新數(shù)據(jù)庫中的抄表數(shù)據(jù)；當發(fā)現(xiàn)某用戶熱量表抄表數(shù)據(jù)有異?；蛴脩粲幸髸r，管理軟件可以對個別用戶進行實時抄表。2、用戶信息管理：完成用戶信息添加、更新和移除，熱量表與用戶的對應(yīng)，并提供抄表結(jié)果的查詢。3、網(wǎng)絡(luò)管理：網(wǎng)絡(luò)管理負責為每個加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配相應(yīng)的地址，并且要對無線網(wǎng)絡(luò)進行網(wǎng)絡(luò)拓撲監(jiān)測，用來優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)，同時，要及時診斷并報告網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的故障。（二）網(wǎng)絡(luò)管理功能模塊設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)管理的功能是對網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進行管理和監(jiān)測，允許集中器和熱量表等設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，保證設(shè)備正常運行。該模塊的功能包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備地址分配、無線組網(wǎng)管理和網(wǎng)絡(luò)故障報警。無線組網(wǎng)管理功能用于獲得無線網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的拓撲結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)未加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，以此作為優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)、提高信號傳輸質(zhì)量的依據(jù)，技術(shù)人員可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，適當調(diào)整無線節(jié)點位置。網(wǎng)絡(luò)異常報警包括集中器異常報警和熱量表異常報警。抄表中也向某集中器發(fā)出消息，當超過一定的時間沒有收到應(yīng)答時，抄表管理軟件會彈出一個包含集中器地址的彈窗提示集中器通信異常。四、結(jié)語我國在供熱計量改革的道路上進展緩慢，加強對超聲波熱量表設(shè)計及遠程抄表技術(shù)的研究，能夠很好的解決熱量表運行中存在的問題，能夠降低整個系統(tǒng)的成本。雖然目前該技術(shù)并沒有得到顯著的發(fā)展，但是，