壓力流量監(jiān)測遠(yuǎn)傳端站的使用與維護(hù)

張熾烽

摘要：在供水計(jì)量及調(diào)度中，需要全天候不間斷對壓力、流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，使用了多種類型的遠(yuǎn)傳端站。本文全面介紹市電供電型遠(yuǎn)傳端站、鋰電池低功耗遠(yuǎn)傳端站以及低功耗太陽能供電遠(yuǎn)傳端站的使用與維護(hù)。

關(guān)鍵詞：壓力流量監(jiān)測；遠(yuǎn)傳端站；低功耗；太陽能

組建壓力、流量遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，需在每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)配備一套遠(yuǎn)傳端站。供水管網(wǎng)遍布范圍廣，站點(diǎn)與站點(diǎn)、站點(diǎn)與數(shù)據(jù)中心的距離近則數(shù)千米，遠(yuǎn)則數(shù)十千米。組建穩(wěn)定可靠的遠(yuǎn)程監(jiān)測網(wǎng)，能為供水調(diào)度提供保障，同時(shí)降低運(yùn)營維護(hù)成本。目前在遠(yuǎn)程監(jiān)測中主要使用市電供電型遠(yuǎn)傳端站，并已成規(guī)?；?，技術(shù)比較成熟，維護(hù)比較完善。在少數(shù)市電電源難以鋪設(shè)到的站點(diǎn)或者小口徑流量計(jì)的站點(diǎn)，少量使用了鋰電池低功耗遠(yuǎn)傳端站。另外正在測試一種低功耗太陽能供電遠(yuǎn)傳端站，未來有望能替代市電供電型遠(yuǎn)傳端站。

1、遠(yuǎn)傳端站概況

大多數(shù)遠(yuǎn)傳端站采用康明KM2000市電供電遠(yuǎn)程測控終端，主要硬件包括西門子S7-200 PLC、宏電H7710 DTU以及DC24V/12V開關(guān)電源。優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)時(shí)點(diǎn)測、補(bǔ)調(diào)數(shù)據(jù)等，缺點(diǎn)是體積較大、要接市電電源。

少量遠(yuǎn)傳端站采用康明KM86低功耗鋰電池供電終端。優(yōu)點(diǎn)是體積小、功耗低、無需市電供電、安裝方便，缺點(diǎn)是無法實(shí)時(shí)點(diǎn)測，只能每隔兩個(gè)小時(shí)上發(fā)一次數(shù)據(jù)，監(jiān)測相對滯后。

正在測試的康明KM81低功耗太陽能供電終端，既無需使用市電，又能每15分鐘上發(fā)一次數(shù)據(jù)，體積小、功耗低、安裝方便。

2、市電供電型遠(yuǎn)傳端站的使用與維護(hù)

目前使用的流量計(jì)轉(zhuǎn)換器科隆IFC110、IFC090、IFC300、IFC100、IFC050以及威爾泰/開封MagMaster均可由市電供電型遠(yuǎn)傳端站采集數(shù)據(jù)。根據(jù)流量計(jì)轉(zhuǎn)換器輸出方式的不同，可采集模擬量、脈沖量，也可使用HART、Modbus通訊方式直讀流量數(shù)據(jù)。老款的流量計(jì)轉(zhuǎn)換器一般只標(biāo)配模擬量和脈沖量輸出，遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)采集或多或少存在誤差，每隔一段時(shí)間就要校正一次遠(yuǎn)傳累計(jì)量底數(shù)。目前新款的流量計(jì)轉(zhuǎn)換器都具有HART通訊或Modbus通訊功能。

基于日常維護(hù)情況進(jìn)行總結(jié)，市電供電型遠(yuǎn)傳端站的故障主要有開關(guān)電源故障、DTU故障和PLC故障。

（1）開關(guān)電源故障

開關(guān)電源將220V交流電轉(zhuǎn)換為12V和24V直流電供DTU、PLC及壓力變送器使用，具有充電功能，可以對12V蓄電池充電，停市電時(shí)能自動(dòng)切換到蓄電池供電。由于戶外使用環(huán)境潮濕、高溫，或遭受雷擊等原因，開關(guān)電源常會(huì)出現(xiàn)無24V/12V輸出、無法使用外電、停電時(shí)無法切換到蓄電池供電等故障。

（2）DTU故障

DTU的全稱是“無線傳輸終端單元”，通過電信或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。為適應(yīng)電信運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，DTU也相應(yīng)進(jìn)行了升級換代。從早期使用電信CDMA普通電話卡，到后來使用移動(dòng)4G物聯(lián)卡和電信4G物聯(lián)卡。目前在用的DTU型號主要有宏電H7710電信CDMA版本、H7710移動(dòng)GPRS版本以及H7710全網(wǎng)通4G版本。現(xiàn)階段H7710電信CDMA版本依然占大多數(shù)，H7710全網(wǎng)通4G版本數(shù)量較少，但會(huì)逐漸取代前者成為主要型號。

由于少數(shù)端站所處位置的電信網(wǎng)絡(luò)信號較弱，曾出現(xiàn)過數(shù)據(jù)傳輸中斷甚至長時(shí)間無數(shù)據(jù)傳回的情況，因此這些端站使用了H7710移動(dòng)GPRS版本DTU搭配移動(dòng)4G物聯(lián)卡。采取電信和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)互補(bǔ)，使得遠(yuǎn)傳可靠性更有保障。

因電話卡實(shí)名制措施的全面落實(shí)，大部分遠(yuǎn)傳端站使用的電信CDMA普通電話卡被限制了語音和短信功能，成為只有數(shù)據(jù)功能的非正式物聯(lián)卡。此措施使得維護(hù)人員無法通過撥打DTU的電話號碼判斷DTU是否在線，失去了遠(yuǎn)程判斷的途徑。目前DTU的故障檢測方法主要有：<1>現(xiàn)場測試電話卡是否能正常上網(wǎng)。<2>使用筆記本電腦超級終端或串口調(diào)試助手連接DTU檢查其信號強(qiáng)度以及是否能正常登錄DSC。

（3）PLC故障

PLC故障大多數(shù)是由于雷擊造成，例如PLC串口故障、PLC模擬量輸入通道故障等。另外，也有雷擊或外電恢復(fù)瞬間沖擊導(dǎo)致PLC死機(jī)的情況。PLC的故障檢測可以使用筆記本電腦上位機(jī)軟件點(diǎn)測。

3、鋰電池低功耗遠(yuǎn)傳端站的使用與維護(hù)

目前使用的鋰電池低功耗遠(yuǎn)傳端站型號是康明KM86，用于采集科隆IFC070和威爾泰WT4200流量計(jì)的數(shù)據(jù)。端站對IFC070采集脈沖輸出的累計(jì)流量，對WT4200則以RS485 Modbus方式直讀瞬時(shí)流量和累計(jì)流量。使用前需要發(fā)短信到遠(yuǎn)傳端站設(shè)置站號、數(shù)據(jù)中心IP地址、上發(fā)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔、通道、模擬量量程等參數(shù)。如采集脈沖輸出的累計(jì)流量，需設(shè)置脈沖底度。如直讀流量計(jì)數(shù)據(jù)，則需設(shè)置直讀流量計(jì)的類型和RS485通訊口的參數(shù)。

為減少鋰電池的電量消耗，端站每15分鐘采集并保存一次數(shù)據(jù)，每2小時(shí)發(fā)送一次歷史數(shù)據(jù)。端站平時(shí)處于休眠狀態(tài)，在采集和發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)才會(huì)喚醒。由于不能實(shí)時(shí)點(diǎn)測，可能會(huì)出現(xiàn)無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的情況，而且偶爾會(huì)出現(xiàn)因網(wǎng)絡(luò)信號差導(dǎo)致數(shù)小時(shí)沒有數(shù)據(jù)傳回的情況，所以目前只對少量小口徑流量計(jì)使用此類型端站。由于物聯(lián)卡無收發(fā)短信的功能，只能先在端站中插入普通電話卡設(shè)置好參數(shù)再換回物聯(lián)卡。端站由7.2V鋰電池供電，當(dāng)鋰電池電壓低于6.5V時(shí)端站休眠后可能會(huì)無法自動(dòng)喚醒，或會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，會(huì)出現(xiàn)無法傳輸數(shù)據(jù)的情況。

4、 低功耗太陽能供電遠(yuǎn)傳端站

部分流量計(jì)安裝于戶外偏僻位置，電源線鋪設(shè)距離較長，檢修和維護(hù)較困難。針對這種情況，目前正在試用太陽能供電設(shè)備及低功耗太陽能供電遠(yuǎn)傳端站。太陽能供電設(shè)備選用易事特的太陽能電池板和MPPT太陽能充電控制器，配2節(jié)串聯(lián)的12V/100Ah儲(chǔ)能蓄電池。MPPT太陽能充電控制器輸出24VDC供流量計(jì)轉(zhuǎn)換器、遠(yuǎn)傳端站、HART Modem及電壓變送器使用。遠(yuǎn)傳端站采用康明KM81低功耗太陽能供電終端，配套KM63型HART Modem，直讀科隆IFC300流量計(jì)的數(shù)據(jù)。另外配有電壓變送器監(jiān)測儲(chǔ)能蓄電池的電壓，壓力變送器監(jiān)測管網(wǎng)壓力。經(jīng)過一段時(shí)間的測試，太陽能供電設(shè)備的發(fā)電效果理想，即使在陰雨天氣情況下，也能將儲(chǔ)能蓄電池充滿，能保證流量計(jì)及遠(yuǎn)傳端站的不間斷運(yùn)行。太陽能供電遠(yuǎn)傳端站的功耗低，一般情況下無需考慮電量耗盡的問題，因此可以更加靈活地設(shè)置發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔，甚至可以達(dá)到市電供電型遠(yuǎn)傳端站的監(jiān)測效果。

5、 展望與建議

（1） 當(dāng)使用物聯(lián)卡數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模后，可通過電信、移動(dòng)面向企業(yè)推出的M2M物聯(lián)卡管理平臺(tái)查詢物聯(lián)卡的在線狀態(tài)，為遠(yuǎn)程故障判斷提供便利。

（2） 市電供電型遠(yuǎn)傳端站數(shù)量眾多，在未來相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)依然會(huì)是主要的類型。在物聯(lián)卡開始普及的大背景下，可考慮借助DTU廠商開發(fā)的設(shè)備云管理平臺(tái)遠(yuǎn)程查看DTU的在線情況，迅速判斷故障類型。

6、結(jié)束語

隨著太陽能供電設(shè)備、低功耗遠(yuǎn)傳端站的發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)的普及，壓力流量監(jiān)測遠(yuǎn)傳端站或許會(huì)逐漸向小型化、集成化、低功耗的方向發(fā)展，使得運(yùn)營維護(hù)更方便、更具經(jīng)濟(jì)效益。

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