基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的新型智能NB-IoT超聲波熱量表,具有實(shí)時(shí)監(jiān)控表計(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)、計(jì)量精度高、功耗低、使用壽命長(zhǎng)、安裝方便、智能可靠便于管理等優(yōu)點(diǎn),能有效節(jié)能,降低成本,提高節(jié)能減排的效果。
NB-iot(Narrow Band-Internet of Things)中文名稱為基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng),具有覆蓋廣、功耗小、成本低、海量連接等優(yōu)點(diǎn),是萬(wàn)物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要分支,NB-iot技術(shù)的六大主要應(yīng)用場(chǎng)景恰恰是現(xiàn)有移動(dòng)通信很難支持的場(chǎng)景,包括位置跟蹤、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能泊車、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)這些場(chǎng)景。伴隨我國(guó)移動(dòng)電信服務(wù)商投入大量技術(shù)和資金,在全國(guó)大面積對(duì)現(xiàn)有4G FDD基站的改造,目前已經(jīng)能夠提供大范圍的基于NB-iot技術(shù)通訊的覆蓋,能夠滿足行業(yè)級(jí)應(yīng)用對(duì)該通訊覆蓋能力的需要。熱力作為國(guó)內(nèi)重要的公共服務(wù)行業(yè),隨著國(guó)內(nèi)熱力行業(yè)快速擴(kuò)充和發(fā)展,其運(yùn)行的安全性、可靠性和穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)效益給該行業(yè)提出了更高的要求；然而,熱力行業(yè)技術(shù)應(yīng)用的滯后和其特殊的應(yīng)用環(huán)境的限制,造成了熱力行業(yè)中很多現(xiàn)實(shí)的技術(shù)問(wèn)題無(wú)法利用現(xiàn)有的技術(shù)手段解決,其最大的問(wèn)題時(shí)由于設(shè)備范圍大面積應(yīng)用,數(shù)據(jù)有效、低成本的回傳是熱力行業(yè)面臨的技術(shù)瓶頸,而NB-iot技術(shù)出現(xiàn),給解決熱力行業(yè)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的技術(shù)難點(diǎn)創(chuàng)造了條件,為熱力行業(yè)新技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)造了條件。
熱量表的工作原理
在國(guó)標(biāo)GB/T 32224-2015中熱量表的定義即：用于測(cè)量及顯示水流經(jīng)交換系統(tǒng)所釋放或吸收熱能量的儀表。工作原理是：將一對(duì)溫度傳感器分別安裝在通過(guò)載熱流體的上行管和下行管上，流量計(jì)安裝在流體入口或回流管上(流量計(jì)安裝的位置不同，最終的測(cè)量結(jié)果也不同)，流量計(jì)發(fā)出與流量成正比的脈沖信號(hào)，一對(duì)溫度傳感器給出表示溫度高低的模擬信號(hào)，而計(jì)算儀采集來(lái)自流量和溫度傳感器的信號(hào)，利用計(jì)算公式算出熱交換系統(tǒng)獲得的熱量。
熱量表的分類
按照熱表流計(jì)結(jié)構(gòu)和原理不同，可分為機(jī)械式(其中包括：渦輪式、孔板式、渦街式)、電磁式、超聲波式等種類：
機(jī)械式熱量表
機(jī)械表分為單流束和多流束兩種，單流束表的性能是水在表內(nèi)從一個(gè)方向單股推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的表為單流束表。不足之外表的磨損大，使用年限短。多流束表的性能是水在表內(nèi)從多個(gè)方向推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的表為多流束表。該表相對(duì)磨損小，使用年限長(zhǎng)。葉輪分為兩種形式：螺翼式和旋翼式。一般小口徑DN15-DN40戶用表使用旋翼式。大口徑的工藝表DN50-DN300使用螺翼式。機(jī)械表的質(zhì)量保證期一般是2年。
超聲波式熱量表
采用超聲波式流量計(jì)的熱量表的統(tǒng)稱。它是利用超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)，順?biāo)鱾鞑ニ俣扰c逆水流傳播速度差計(jì)算流體的流速，從而計(jì)算出流體流量。對(duì)介質(zhì)無(wú)特殊要求；流量測(cè)量的準(zhǔn)確度不受被測(cè)流體溫度、壓力、密度等參數(shù)的影響。超聲波熱量表有兩種形式，一種是直射式也叫對(duì)射式，工作原理是：超聲波換能器直接發(fā)射和接收信號(hào)確定流量。另一種是反射式也叫對(duì)流式，工作原理是超聲波換能器通過(guò)反射板平面的反射速度確定流量。
電磁式熱量表
采用電磁式流量計(jì)的熱量表的統(tǒng)稱。具有高精度、高穩(wěn)定性，無(wú)論在環(huán)境苛刻的工業(yè)行業(yè)中(如化工、鋼鐵、污水、冶金行業(yè)等)，還是在計(jì)量檢定行業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)表都有電磁式流量計(jì)的應(yīng)用，但價(jià)格比較高。
根據(jù)熱量表總體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)原理的不同，熱量表可分為：
整體式熱量表
指熱量表的三個(gè)組成部分中(積算器、流量計(jì)、溫度傳感器)，有兩個(gè)以上的部分在理論上(而不是在形式上)是不可分割的結(jié)合在一起。比如，機(jī)械式熱量表當(dāng)中的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)芯式(無(wú)磁電子式)熱量表的積算器和流量計(jì)是不能任意互換的，檢定時(shí)也只能對(duì)其進(jìn)行整體測(cè)。
組合式熱量表
組成熱量表的三個(gè)部分可以分離開來(lái)，并在同型號(hào)的產(chǎn)品中可以互相替換，檢定時(shí)可以對(duì)各部件進(jìn)行分體檢測(cè)。
緊湊式熱量表
在型式檢定或出廠標(biāo)定過(guò)程中可以看作組合式熱量表，但在標(biāo)定完成后，其組成部分必須按整體式熱量表來(lái)處理。
超聲波熱量表在供熱計(jì)量中的應(yīng)用
采用分戶熱量表進(jìn)行供熱計(jì)量是目前供熱計(jì)量的主要形式，熱量表是與用戶結(jié)算的重要表計(jì)，其準(zhǔn)確性非常重要。很多熱力企業(yè)在對(duì)比考量后，主要采用了超聲波熱量表。要求使用壽命在9年以上，計(jì)量精度滿足9年內(nèi)達(dá)到二級(jí)以上精確度要求，電池使用壽命9年以上，最大量程比(常用流量與最小流量比)qp/qi不得低于100。
超聲波熱量表的綜合優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：
1.綜合使用成本低，超聲波流量表無(wú)機(jī)械葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，不產(chǎn)生機(jī)械磨損，后期使用維護(hù)成本低，使用壽命遠(yuǎn)高于機(jī)械式熱量表；
2.計(jì)量可靠性好，即使有細(xì)小雜質(zhì)流過(guò)安裝在熱量表前端的過(guò)濾器，也不會(huì)對(duì)超聲波熱量表的精確計(jì)量產(chǎn)生影響；
3.計(jì)量糾紛少，超聲波熱量表使用時(shí)不堵塞、不磨損、計(jì)量精確，有利于供熱計(jì)量工作的推廣和應(yīng)用；
4.維護(hù)方便，超聲波熱量表基本屬于免維護(hù)產(chǎn)品，運(yùn)行維護(hù)成本低。
中國(guó)供熱計(jì)量系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)將是：實(shí)現(xiàn)“熱量計(jì)量、供熱控制、熱費(fèi)收繳、能效管理”全套功能的智能化、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證明：中國(guó)供熱計(jì)量改革僅靠傳統(tǒng)概念的熱計(jì)量?jī)x表企業(yè)是無(wú)法完成的。在中國(guó)，實(shí)施熱計(jì)量收費(fèi)的前提、第一步是節(jié)能建筑改造；進(jìn)一步要求是熱力公司才能解決的，因?yàn)榉謶粲?jì)量、調(diào)控導(dǎo)致的供熱系統(tǒng)必須適應(yīng)改變的一系列供熱系統(tǒng)、裝置、和相關(guān)技術(shù)問(wèn)題；以及實(shí)施相關(guān)的能效評(píng)估、收費(fèi)財(cái)務(wù)系統(tǒng)等等大量系列化的，包括軟、硬件的工作。因此，特別需要不僅能生產(chǎn)包括熱量表在內(nèi)的熱計(jì)量工程所需的全套儀表配件裝置；還能被供熱單位認(rèn)可或密切合作的公司，能夠提供在進(jìn)行科學(xué)的熱量計(jì)量同時(shí)，實(shí)時(shí)反饋用熱管理信息、協(xié)調(diào)供熱管理控制，以及有效實(shí)施熱費(fèi)收繳等全系統(tǒng)技術(shù)服務(wù)(包括所需軟、硬件產(chǎn)品)。NB-IoT技術(shù)作為示范性的廣域物聯(lián)網(wǎng)底層通信技術(shù),憑借其廣覆蓋,海量連接,低功耗等特點(diǎn),可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)通信技術(shù)的不足之處。同時(shí),熱力行業(yè)數(shù)據(jù)點(diǎn)有著數(shù)量大、分布廣、工作環(huán)境嚴(yán)苛、要求工作壽命長(zhǎng)等多方面要求。因此,在熱力行業(yè)中,NB-IoT技術(shù)可以充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。威利儀表技術(shù)研發(fā)組綜合分析了NB-IoT的技術(shù)優(yōu)勢(shì),并根據(jù)熱力行業(yè)的具體要求,以STM32L系列MCU,NB-IoT模組和各類傳感器及數(shù)據(jù)探頭為基礎(chǔ),綜合建立并實(shí)現(xiàn)了熱力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)回傳模型及計(jì)時(shí)機(jī)制,同時(shí)建立并實(shí)現(xiàn)了熱力井蓋異常震動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模型。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的不同,引入了模塊化思想,既降低了系統(tǒng)的耦合度又降低了硬件系統(tǒng)的維護(hù)成本。同時(shí),從硬件基礎(chǔ),通信模型,低功耗設(shè)計(jì),算法調(diào)優(yōu),系統(tǒng)調(diào)優(yōu)等多方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。
