论文部分内容阅读
摘要：在供水计量及调度中，需要全天候不间断对压力、流量等数据进行监测，使用了多种类型的远传端站。本文全面介绍市电供电型远传端站、锂电池低功耗远传端站以及低功耗太阳能供电远传端站的使用与维护。
关键词：压力流量监测；远传端站；低功耗；太阳能
组建压力、流量远程监测系统，需在每个监测点配备一套远传端站。供水管网遍布范围广，站点与站点、站点与数据中心的距离近则数千米，远则数十千米。组建稳定可靠的远程监测网，能为供水调度提供保障，同时降低运营维护成本。目前在远程监测中主要使用市电供电型远传端站，并已成规模化，技术比较成熟，维护比较完善。在少数市电电源难以铺设到的站点或者小口径流量计的站点，少量使用了锂电池低功耗远传端站。另外正在测试一种低功耗太阳能供电远传端站，未来有望能替代市电供电型远传端站。
1、远传端站概况
大多数远传端站采用康明KM2000市电供电远程测控终端，主要硬件包括西门子S7-200 PLC、宏電H7710 DTU以及DC24V/12V开关电源。优点是能实时点测、补调数据等，缺点是体积较大、要接市电电源。
少量远传端站采用康明KM86低功耗锂电池供电终端。优点是体积小、功耗低、无需市电供电、安装方便，缺点是无法实时点测，只能每隔两个小时上发一次数据，监测相对滞后。
正在测试的康明KM81低功耗太阳能供电终端，既无需使用市电，又能每15分钟上发一次数据，体积小、功耗低、安装方便。
2、市電供电型远传端站的使用与维护
目前使用的流量计转换器科隆IFC110、IFC090、IFC300、IFC100、IFC050以及威尔泰/开封MagMaster均可由市电供电型远传端站采集数据。根据流量计转换器输出方式的不同，可采集模拟量、脉冲量，也可使用HART、Modbus通讯方式直读流量数据。老款的流量计转换器一般只标配模拟量和脉冲量输出，远传数据采集或多或少存在误差，每隔一段时间就要校正一次远传累计量底数。目前新款的流量计转换器都具有HART通讯或Modbus通讯功能。
基于日常维护情况进行总结，市电供电型远传端站的故障主要有开关电源故障、DTU故障和PLC故障。
（1）开关电源故障
开关电源将220V交流电转换为12V和24V直流电供DTU、PLC及压力变送器使用，具有充电功能，可以对12V蓄电池充电，停市电时能自动切换到蓄电池供电。由于户外使用环境潮湿、高温，或遭受雷击等原因，开关电源常会出现无24V/12V输出、无法使用外电、停电时无法切换到蓄电池供电等故障。
（2）DTU故障
DTU的全称是“无线传输终端单元”，通过电信或移动网络传输数据。为适应电信运营商的网络演进，DTU也相应进行了升级换代。从早期使用电信CDMA普通电话卡，到后来使用移动4G物联卡和电信4G物联卡。目前在用的DTU型号主要有宏电H7710电信CDMA版本、H7710移动GPRS版本以及H7710全网通4G版本。现阶段H7710电信CDMA版本依然占大多数，H7710全网通4G版本数量较少，但会逐渐取代前者成为主要型号。
由于少数端站所处位置的电信网络信号较弱，曾出现过数据传输中断甚至长时间无数据传回的情况，因此这些端站使用了H7710移动GPRS版本DTU搭配移动4G物联卡。采取电信和移动网络互补，使得远传可靠性更有保障。
因电话卡实名制措施的全面落实，大部分远传端站使用的电信CDMA普通电话卡被限制了语音和短信功能，成为只有数据功能的非正式物联卡。此措施使得维护人员无法通过拨打DTU的电话号码判断DTU是否在线，失去了远程判断的途径。目前DTU的故障检测方法主要有：<1>现场测试电话卡是否能正常上网。<2>使用笔记本电脑超级终端或串口调试助手连接DTU检查其信号强度以及是否能正常登录DSC。
（3）PLC故障
PLC故障大多数是由于雷击造成，例如PLC串口故障、PLC模拟量输入通道故障等。另外，也有雷击或外电恢复瞬间冲击导致PLC死机的情况。PLC的故障检测可以使用笔记本电脑上位机软件点测。
3、锂电池低功耗远传端站的使用与维护
目前使用的锂电池低功耗远传端站型号是康明KM86，用于采集科隆IFC070和威尔泰WT4200流量计的数据。端站对IFC070采集脉冲输出的累计流量，对WT4200则以RS485 Modbus方式直读瞬时流量和累计流量。使用前需要发短信到远传端站设置站号、数据中心IP地址、上发数据的时间间隔、通道、模拟量量程等参数。如采集脉冲输出的累计流量，需设置脉冲底度。如直读流量计数据，则需设置直读流量计的类型和RS485通讯口的参数。
为减少锂电池的电量消耗，端站每15分钟采集并保存一次数据，每2小时发送一次历史数据。端站平时处于休眠状态，在采集和发送数据时才会唤醒。由于不能实时点测，可能会出现无法及时发现故障的情况，而且偶尔会出现因网络信号差导致数小时没有数据传回的情况，所以目前只对少量小口径流量计使用此类型端站。由于物联卡无收发短信的功能，只能先在端站中插入普通电话卡设置好参数再换回物联卡。端站由7.2V锂电池供电，当锂电池电压低于6.5V时端站休眠后可能会无法自动唤醒，或会自动关闭，会出现无法传输数据的情况。
4、 低功耗太阳能供电远传端站
部分流量计安装于户外偏僻位置，电源线铺设距离较长，检修和维护较困难。针对这种情况，目前正在试用太阳能供电设备及低功耗太阳能供电远传端站。太阳能供电设备选用易事特的太阳能电池板和MPPT太阳能充电控制器，配2节串联的12V/100Ah储能蓄电池。MPPT太阳能充电控制器输出24VDC供流量计转换器、远传端站、HART Modem及电压变送器使用。远传端站采用康明KM81低功耗太阳能供电终端，配套KM63型HART Modem，直读科隆IFC300流量计的数据。另外配有电压变送器监测储能蓄电池的电压，压力变送器监测管网压力。经过一段时间的测试，太阳能供电设备的发电效果理想，即使在阴雨天气情况下，也能将储能蓄电池充满，能保证流量计及远传端站的不间断运行。太阳能供电远传端站的功耗低，一般情况下无需考虑电量耗尽的问题，因此可以更加灵活地设置发送数据的时间间隔，甚至可以达到市电供电型远传端站的监测效果。
5、 展望与建议
（1） 当使用物联卡数量达到一定规模后，可通过电信、移动面向企业推出的M2M物联卡管理平台查询物联卡的在线状态，为远程故障判断提供便利。
（2） 市电供电型远传端站数量众多，在未来相当长的时间内依然会是主要的类型。在物联卡开始普及的大背景下，可考虑借助DTU厂商开发的设备云管理平台远程查看DTU的在线情况，迅速判断故障类型。
6、结束语
随着太阳能供电设备、低功耗远传端站的发展以及物联网的普及，压力流量监测远传端站或许会逐渐向小型化、集成化、低功耗的方向发展，使得运营维护更方便、更具经济效益。
参考文献：
[1]陈琛. 基于GPRS供水调度监控系统应用研究[J]. 电脑知识与技术，2009，（06）：1372-1373.
[2]高专科. 数据采集设备远传RTU的设计和维护[J]. 自动化应用，2015，（12）：28+38.
[3]林崚. 数据采集与监控系统（SCADA）在供水调度中的应用[J]. 上海水务，2008，（03）：52-53+56.
[4]陈钊，黄凤辰，花再军. 基于GPRS网络的低功耗远程图像采集RTU设计[J]. 工业仪表与自动化装置，2016，（03）：37-39.
关键词：压力流量监测；远传端站；低功耗；太阳能
组建压力、流量远程监测系统，需在每个监测点配备一套远传端站。供水管网遍布范围广，站点与站点、站点与数据中心的距离近则数千米，远则数十千米。组建稳定可靠的远程监测网，能为供水调度提供保障，同时降低运营维护成本。目前在远程监测中主要使用市电供电型远传端站，并已成规模化，技术比较成熟，维护比较完善。在少数市电电源难以铺设到的站点或者小口径流量计的站点，少量使用了锂电池低功耗远传端站。另外正在测试一种低功耗太阳能供电远传端站，未来有望能替代市电供电型远传端站。
1、远传端站概况
大多数远传端站采用康明KM2000市电供电远程测控终端，主要硬件包括西门子S7-200 PLC、宏電H7710 DTU以及DC24V/12V开关电源。优点是能实时点测、补调数据等，缺点是体积较大、要接市电电源。
少量远传端站采用康明KM86低功耗锂电池供电终端。优点是体积小、功耗低、无需市电供电、安装方便，缺点是无法实时点测，只能每隔两个小时上发一次数据，监测相对滞后。
正在测试的康明KM81低功耗太阳能供电终端，既无需使用市电，又能每15分钟上发一次数据，体积小、功耗低、安装方便。
2、市電供电型远传端站的使用与维护
目前使用的流量计转换器科隆IFC110、IFC090、IFC300、IFC100、IFC050以及威尔泰/开封MagMaster均可由市电供电型远传端站采集数据。根据流量计转换器输出方式的不同，可采集模拟量、脉冲量，也可使用HART、Modbus通讯方式直读流量数据。老款的流量计转换器一般只标配模拟量和脉冲量输出，远传数据采集或多或少存在误差，每隔一段时间就要校正一次远传累计量底数。目前新款的流量计转换器都具有HART通讯或Modbus通讯功能。
基于日常维护情况进行总结，市电供电型远传端站的故障主要有开关电源故障、DTU故障和PLC故障。
（1）开关电源故障
开关电源将220V交流电转换为12V和24V直流电供DTU、PLC及压力变送器使用，具有充电功能，可以对12V蓄电池充电，停市电时能自动切换到蓄电池供电。由于户外使用环境潮湿、高温，或遭受雷击等原因，开关电源常会出现无24V/12V输出、无法使用外电、停电时无法切换到蓄电池供电等故障。
（2）DTU故障
DTU的全称是“无线传输终端单元”，通过电信或移动网络传输数据。为适应电信运营商的网络演进，DTU也相应进行了升级换代。从早期使用电信CDMA普通电话卡，到后来使用移动4G物联卡和电信4G物联卡。目前在用的DTU型号主要有宏电H7710电信CDMA版本、H7710移动GPRS版本以及H7710全网通4G版本。现阶段H7710电信CDMA版本依然占大多数，H7710全网通4G版本数量较少，但会逐渐取代前者成为主要型号。
由于少数端站所处位置的电信网络信号较弱，曾出现过数据传输中断甚至长时间无数据传回的情况，因此这些端站使用了H7710移动GPRS版本DTU搭配移动4G物联卡。采取电信和移动网络互补，使得远传可靠性更有保障。
因电话卡实名制措施的全面落实，大部分远传端站使用的电信CDMA普通电话卡被限制了语音和短信功能，成为只有数据功能的非正式物联卡。此措施使得维护人员无法通过拨打DTU的电话号码判断DTU是否在线，失去了远程判断的途径。目前DTU的故障检测方法主要有：<1>现场测试电话卡是否能正常上网。<2>使用笔记本电脑超级终端或串口调试助手连接DTU检查其信号强度以及是否能正常登录DSC。
（3）PLC故障
PLC故障大多数是由于雷击造成，例如PLC串口故障、PLC模拟量输入通道故障等。另外，也有雷击或外电恢复瞬间冲击导致PLC死机的情况。PLC的故障检测可以使用笔记本电脑上位机软件点测。
3、锂电池低功耗远传端站的使用与维护
目前使用的锂电池低功耗远传端站型号是康明KM86，用于采集科隆IFC070和威尔泰WT4200流量计的数据。端站对IFC070采集脉冲输出的累计流量，对WT4200则以RS485 Modbus方式直读瞬时流量和累计流量。使用前需要发短信到远传端站设置站号、数据中心IP地址、上发数据的时间间隔、通道、模拟量量程等参数。如采集脉冲输出的累计流量，需设置脉冲底度。如直读流量计数据，则需设置直读流量计的类型和RS485通讯口的参数。
为减少锂电池的电量消耗，端站每15分钟采集并保存一次数据，每2小时发送一次历史数据。端站平时处于休眠状态，在采集和发送数据时才会唤醒。由于不能实时点测，可能会出现无法及时发现故障的情况，而且偶尔会出现因网络信号差导致数小时没有数据传回的情况，所以目前只对少量小口径流量计使用此类型端站。由于物联卡无收发短信的功能，只能先在端站中插入普通电话卡设置好参数再换回物联卡。端站由7.2V锂电池供电，当锂电池电压低于6.5V时端站休眠后可能会无法自动唤醒，或会自动关闭，会出现无法传输数据的情况。
4、 低功耗太阳能供电远传端站
部分流量计安装于户外偏僻位置，电源线铺设距离较长，检修和维护较困难。针对这种情况，目前正在试用太阳能供电设备及低功耗太阳能供电远传端站。太阳能供电设备选用易事特的太阳能电池板和MPPT太阳能充电控制器，配2节串联的12V/100Ah储能蓄电池。MPPT太阳能充电控制器输出24VDC供流量计转换器、远传端站、HART Modem及电压变送器使用。远传端站采用康明KM81低功耗太阳能供电终端，配套KM63型HART Modem，直读科隆IFC300流量计的数据。另外配有电压变送器监测储能蓄电池的电压，压力变送器监测管网压力。经过一段时间的测试，太阳能供电设备的发电效果理想，即使在阴雨天气情况下，也能将储能蓄电池充满，能保证流量计及远传端站的不间断运行。太阳能供电远传端站的功耗低，一般情况下无需考虑电量耗尽的问题，因此可以更加灵活地设置发送数据的时间间隔，甚至可以达到市电供电型远传端站的监测效果。
5、 展望与建议
（1） 当使用物联卡数量达到一定规模后，可通过电信、移动面向企业推出的M2M物联卡管理平台查询物联卡的在线状态，为远程故障判断提供便利。
（2） 市电供电型远传端站数量众多，在未来相当长的时间内依然会是主要的类型。在物联卡开始普及的大背景下，可考虑借助DTU厂商开发的设备云管理平台远程查看DTU的在线情况，迅速判断故障类型。
6、结束语
随着太阳能供电设备、低功耗远传端站的发展以及物联网的普及，压力流量监测远传端站或许会逐渐向小型化、集成化、低功耗的方向发展，使得运营维护更方便、更具经济效益。
参考文献：
[1]陈琛. 基于GPRS供水调度监控系统应用研究[J]. 电脑知识与技术，2009，（06）：1372-1373.
[2]高专科. 数据采集设备远传RTU的设计和维护[J]. 自动化应用，2015，（12）：28+38.
[3]林崚. 数据采集与监控系统（SCADA）在供水调度中的应用[J]. 上海水务，2008，（03）：52-53+56.
[4]陈钊，黄凤辰，花再军. 基于GPRS网络的低功耗远程图像采集RTU设计[J]. 工业仪表与自动化装置，2016，（03）：37-39.