微功耗測控終端的特點(diǎn)、工作模式及在管網(wǎng)監(jiān)測中的應(yīng)用

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。該系統(tǒng)適用于城鎮(zhèn)供水企業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測供水管網(wǎng)，工作人員可以在水司調(diào)度中心遠(yuǎn)程監(jiān)測全市供水管網(wǎng)的壓力及流量情況。科學(xué)指揮各水廠啟停供水設(shè)備，保障供水壓力平衡、流量穩(wěn)定；及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)測爆管事故的發(fā)生。

微功耗測控終端采用鋰電池供電，可采集串口水表、脈沖水表的流量數(shù)據(jù)，可采集水位、壓力、水質(zhì)等變送器的標(biāo)準(zhǔn)信號。通過GPRS網(wǎng)或短消息遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，廣泛用于供水企業(yè)管網(wǎng)壓力流量監(jiān)測、大客戶抄表、分區(qū)計(jì)量、水位監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、水源井監(jiān)控等。也可用于水務(wù)、環(huán)保、環(huán)境、地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、公安系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)中。

依據(jù)水司的普遍要求，結(jié)合水司管網(wǎng)監(jiān)測的特點(diǎn)，我公司設(shè)計(jì)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(jìn)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?，F(xiàn)將設(shè)備設(shè)計(jì)特點(diǎn)及使用特點(diǎn)介紹如下：

一、設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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。

通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service）的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌且苑獍≒acket）式來傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps

工作模式分三種：普通模式、待機(jī)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。

2、防水設(shè)計(jì)城市壓力監(jiān)測點(diǎn)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(jì)以確保防水效果。

◆外殼防水設(shè)計(jì)：材質(zhì)選用增強(qiáng)尼龍，其防水、防潮、防腐、抗凍、抗熱、強(qiáng)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(jìn)出線口是水和潮氣容易進(jìn)入的地方。終端的上下蓋之間采用H型密封條密封，從三個(gè)方向包圍上下蓋之間的接觸壁，上下蓋之間使用14個(gè)不銹鋼螺栓的緊固，兩個(gè)相鄰的螺栓之間距離為5cm,保證了緊固強(qiáng)度；進(jìn)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(jìn)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(hù)等級可達(dá)IP68.

◆二次防水設(shè)計(jì)微功耗測控終端在現(xiàn)場安裝維護(hù)的過程中，有時(shí)由于安裝人員操作不規(guī)范，如螺絲緊固的強(qiáng)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(jì)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(shí)，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(jì)：微功耗測控終端安裝在井下時(shí)，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(diǎn)

1、供電及工作模式調(diào)度中心對管網(wǎng)壓力監(jiān)測的實(shí)時(shí)性要求很高，但許多壓力測點(diǎn)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。

微功耗測控終端數(shù)據(jù)采集功能：采集單脈沖、雙脈沖、三脈沖、倒流可測水表的流量數(shù)據(jù)；采集壓力、水位、溫度、水質(zhì)等變送器輸出的電流電壓信號；采集智能儀表的串口輸出數(shù)據(jù)。

我們依據(jù)微功耗測控終端的特點(diǎn)，規(guī)劃設(shè)計(jì)了三種工作模式：

◆普通模式測點(diǎn)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(shí)時(shí)上報(bào)和調(diào)度中心主動問詢。

◆待機(jī)模式測點(diǎn)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(shí)設(shè)備的功耗大，采集時(shí)的功耗可以忽略。終端設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)定時(shí)上報(bào)、數(shù)據(jù)超限上報(bào)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(shí)，需要對蓄電池進(jìn)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(gè)100Ah的蓄電池一般可以支持終端設(shè)備正常工作3-4個(gè)月。

◆休眠模式測點(diǎn)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(shí)上報(bào)和變化上報(bào)。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(jìn)行對比，數(shù)據(jù)超限時(shí)立即上報(bào)，數(shù)據(jù)未超限時(shí)存儲，等到設(shè)定的上報(bào)時(shí)間一起上報(bào)。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(shí)處于休眠狀態(tài)，只有在上報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)才喚醒，平時(shí)不支持調(diào)度中心主動問詢。

2、設(shè)置與維護(hù)水司的設(shè)備維護(hù)人員通過簡單的培訓(xùn)就可以安裝、設(shè)置、維護(hù)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(jì)算機(jī)設(shè)置、調(diào)度中心遠(yuǎn)程設(shè)置。普通設(shè)備維護(hù)人員可以使用終端按鍵設(shè)置或修改測點(diǎn)編號、采集時(shí)間間隔、發(fā)送時(shí)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(jìn)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(hù)等設(shè)計(jì)都是從現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)際出發(fā)的，解決了很多現(xiàn)實(shí)問題，具備很大的推廣價(jià)值。