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面向大数据时代的物联网智能水表

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2020-02-28 10:50:31    河北智能水表厂家
    面向大数据时代的智能水表
    人类社会已经进入了大数据时代,在这个时代,一切都是相互关联的。随着物联网和大数据技术的发展,各行各业都在研究如何应用物联网和大数据技术来提高行业的管理水平和盈利能力。
    城市供水行业是公共事业,肩负着城市供水服务和水资源管理的双重责任。物联网和大数据技术的应用必将给城市供水行业的发展带来巨大的进步。
    一、智能水表在物联网和大数据技术应用中的作用
    智能水表的初级阶段是IC卡水表,其功能是简单的计量和收费。随着物联网和大数据技术的发展,智能水表将主要实现远程抄表。它们的功能包括计量和收费,还扩展到供水网络的智能管理。后者的经济价值远远大于前者。
    物联网的功能是实现供水网络智能硬件的互联,搭建一个物理平台。大数据的作用是为智能管理平台供水管网提供数据和信息。通过数据收集、分析和处理,可以获得供水管网最佳运行状态的决策信息,然后根据获得的大数据信息实施供水管网的运行管理,从而提高运行效率,减少水资源损失,降低运行成本,提高用户服务能力,增强企业盈利能力。
    测量数据是供水管网运行最重要的数据。通过对大量测量数据的统计分析,可以获得供水管网的运行状态信息,使管理决策更加准确及时。因此,智能水表在物联网和大数据技术的应用中发挥着极其重要的作用。
    智能水表的主要功能是收费管理、供水管理和监控管理。
    收费管理是水表的基本功能。过去,水表的功能只是提供单一的收费数据。随着阶梯水价政策的出台,智能水表在阶梯水价管理中发挥了智能运行的作用。
    供水管理是通过对管网供水数据的收集、统计和分析,为生产和供应管理提供准确的决策信息,使生产和供应的匹配更加合理,为生产计划的制定提供科学依据。
    监控管理是通过对供水数据的收集和分析,及时发现管网中的供水异常现象。当用户使用智能水表时,他们可以建立一个包含用户的区域管理网络。通过分区管理,可以及时发现管网漏水、用户偷水和测漏情况,以便及时检查和维护。通过对用户供水异常的监控,可以及时发现用户端的漏水和偷水情况,及时为用户提供服务。供水监控是水资源管理的重要手段,也是降低运营成本、提高盈利能力的重要手段。
    综上所述,大数据技术在供水网络中的应用可以大大提高效率,减少人力资本支出,减少生产资源的损失。减少水资源的损失,将偷来的水转化为收入;它可以为用户提供泄漏信息服务,减少用户损失。二、现有智能水表存在的问题
    面对大数据技术的应用,从两个角度要求智能水表。一是满足大数据技术应用于智能水表的要求;二是水务部门对智能水表用户的需求。
    从大数据技术应用的角度来看,首先,智能水表的测量数据采集精度应达到0.001立方米。测量数据采集精度低,给供水管网异常现象的监测带来困难。其次,智能水表应具有防盗水和监测爆管的功能,这就要求智能水表具有检测逆流的功能。第三,智能水表具有可靠的数据采集、存储和通信功能。
    满足大数据技术的应用是水务部门的基本要求。另外,水务部门更关心两点,一是智能水表计量数据采集的准确性和可靠性,二是智能水表的综合成本。
    智能水表(从IC卡水表开始)已经进入市场20多年了。水利部对申请结果不满意。首先,测量数据收集的准确性和可靠性使水务部门感到不安。计量数据采集的准确性应贯穿于水表的整个生命周期。事实证明,影响水表计量数据在其整个寿命周期内准确性的主要因素是水表的可靠性,而不仅仅是计量的准确性。可以说可靠性有更大的影响。
    传统的机械水表已经使用了200多年。现在无论是先进国家还是落后国家的机械水表还是主流产品,也就是说,机械水表的准确性和可靠性已经得到普遍认可。机械水表是容积式计量。只要传动机构工作正常,计量就不成问题。只要机械磨损是可控的,测量的准确性就没有问题。环境变化和各种干扰不会影响机械式水表测量的准确性和可靠性。住宅用户使用的小型机械水表从测量精度到价格都应非常适合性价比。
    与传统的机械式水表相比,为实现智能化而增加的电子数据采集装置影响了水表的可靠性。因此,电子数据采集装置是智能水表的核心技术。原则上,如果应用在理想的工作环境中,现有的几个智能水表收集的计量数据应该是准确的。问题在于智能水表工作环境的变化和各种干扰,严重影响了智能水表电子数据采集装置的可靠性。常见的环境变化和干扰包括水泡、水锤、强磁、强光、水质变化、水垢、温度、老化和电子设备漂移。只有不受环境变化和各种干扰影响的智能水表才能在其整个生命周期内可靠而准确地收集数据。为了保护智能水表的电子数据采集装置不受环境变化和各种干扰,原则上必须有可靠的保障措施。原则上有问题,工作中也一定有问题。
    现有的智能水表以电子数据采集设备的形式可分为两类:第一种是智能水表,它是在传统的机械式水表的基础上,增加了一个电子数据转换装置,将机械量转换成电子数据。典型产品包括光电直读水表和脉冲水表。由于增加了这套电子数据转换装置,测量数据收集的准确性和可靠性容易受到各种干扰。
    影响光电直读水表测量数据准确性的因素主要是由其编码原理决定的。光电直读水表在字轮上编码有三个腰形孔,即每个字轮有三个上升沿和三个下降沿。在数据采集过程中,两个或三个边缘将同时出现。在这种情况下,将会出现错误。因此,光电直读水表通过软件判断解决了误码问题。软件判断的条件是根据实验和经验人为设定的,不能包罗万象。只要超出软件设定的判断条件,光电直读水表就会有错误的数据。因此,光电直读水表不是真正的直读水表。这也是国外普遍不同意光电直读水表的原因。当采集精度为1立方米时(字轮转速较慢),光电直读水表几乎不能使用。光电直读水表的优点是没有累积误差。如果这次读数有误,以后收集的数据将被纠正。大数据技术的应用要求水表采集精度达到0.001立方米,每天采集次数多,字轮上的三个边缘移动快,光电直读水表无法正常读取数据。另外,当水锤发生时,字轮上的三个边缘处于晃动状态,严重影响光电直读水表数据的准确读取。当水中的气泡位于发光管和接收管之间时,也会严重影响读数的正确性。光电直读水表抗光干扰能力弱。水表的安装环境非常不同,因此不能设置标准的灯具安装环境。大数据技术被应用到供水管网的管理中,这就需要每天频繁的数据采集,尤其是在白天。强光干扰会严重影响光电直读水表数据采集的准确性。
    脉冲水表的原理是为计数转盘的每转产生一个计量脉冲,并将脉冲数转换成计量数据。脉冲水表收集水流通过时的脉冲信号。当水流平稳连续时,脉冲信号采集准确。当水流波动时,将会导致误读脉冲的数量。倒车时,脉冲计仍测量脉冲数。当高层建筑受压时,管网中会出现水锤,当阀门打开时,会出现水流振荡。所有这些现象都会影响测量数据的准确性。脉冲水表产生的误差是累积的,时间越长,累积误差越大。此外,脉冲水表不能测量逆流。
    第二种是超声波水表。超声波水表的工作原理是用时差法测量流量。超声波换能器分别安装在测量通道(流管)的上游和下游。换能器A向换能器B发送超声波信号(下游),而换能器B向换能器A发送超声波信号(上游)。下游和上游超声波信号在传输过程中形成一定的时间差。在标定管径截面积和标准测量管道长度的情况下,流量计的流量由积分器上的计算芯片计算。原则上,可以看出超声波水表测量的准确性和可靠性受环境变化和各种干扰的影响最大。气泡、水锤、水质变化、水垢、温度、老化和电子设备漂移都会影响超声波水表的测量。超声波水表的被测水必须处于层流状态。气泡、水锤和阀门的开启会使流经水表的水变成湍流状态,从而影响测量的时间差。水质变化会影响测量时差和校准时差之间的差异。水表长时间使用后,传感器会形成水垢。不同的水质等级也会影响测量的时间差。电子设备的温度变化、老化和漂移甚至会影响测量的准确性。影响超声波水表测量精度的因素很多,这是水务部门不安的根本原因。
    建设供水管网大数据系统,最需要投资的是住宅水表。无论是建设投资还是运营维护,企业投入的资金都是巨大的。智能水表的成本是供水企业的一个非常重要的选择。许多企业在谈成本时只谈制造成本,这对供水企业来说是不科学的。供水企业应考虑经济效益。在考虑智能水表的成本时,应考虑两个因素。一是智能水表的制造成本,反映在购买价格上。二是智能水表的运行、维护和更换费用。让我们暂时称这两项综合成本为智能水表。综合成本低应该是供水企业在选择智能水表时要考虑的主要经济因素。目前,在三种智能水表中,脉冲水表综合成本最低,其次是光电直读水表,超声波水表成本较高。
    三.光纤直读水表简介
    光纤直读水表也是一种基于机械水表的智能水表,增加了电子数据转换装置,将机械量转换成电子数据。光纤直读水表和光电直读水表通过光电转换原理将机械量转换成电子数据,但它们在结构和原理上完全不同。因此,两者在性能上完全不同。
    光纤直读水表由光纤基表和电子设备两个独立模块组成。光纤直读水表的核心部件是光纤直读采集器。光纤直读采集器由光纤组件和电子设备组成,具有电子数据采集和传输功能。光纤组件由字符轮编码器、光纤网络和光学接口组成。该电子装置由光电管和电子电路板组成。光纤功率计的结构是将光纤直读采集器的光纤组件安装在外部有光接口的机械仪表中。电子设备的光电池对应于基于光纤的仪表的光学接口。基于光纤的手表也是机械表。里面没有电子设备和光电池,但增加了一套光纤组件。电子设备分为有线和无线两种模式。安装在基于光纤的仪表上的有线电子设备是有线智能水表。安装在光纤基表上的无线电子装置是无线智能水表。光纤直读水表的基本原理是由光纤组件的入射光纤、字轮表面和反射光纤构成光信号采集通道。发光管发出的光通过入射光纤投射到字轮表面。如果字轮表面凸起,光通过反射光纤反射到接收管,反射光纤为“1”;如果字轮的表面是凹面,光被吸收,不能通过反射光纤反射到接收管,反射光纤为“0”;字符轮的计量数据通过5组光纤和5个位置代码来识别。光纤直读水表的优异性能源于上述结构原理。主要特点如下:
    1、测量数据采集准确,可靠性高
    光纤直读水表在结构、编码和光源方面采用了可靠性检测技术,保证了数据采集的准确性,并具有很强的抗干扰能力。
    (1)光纤直读水表字轮编码器采用单边结构和格雷码
    光纤直读水表也编码在字轮上。采用的结构是在径向开一个180度的凹槽。这种结构只有一个上升沿和一个下降沿。每个字轮有五个光信号采集点,用格雷码编码。每个上升沿穿过一个信号采集点,并对应一个唯一的编码状态。穿过信号采集点的每个下降沿也对应于一个唯一的编码状态。每个字轮10个数据对应10个编码状态。光纤直读水表读取的字轮上的代码实际上就是字轮上的数字。因此,光纤直读水表没有用于判断的读数程序。光纤直读水表是一种真正的直读水表。光纤直读水表的单边结构可以保证水锤发生时读数不受影响。
    (2)光在水中和车轮下的传播距离很小
    水泡通常发生在空间大的地方。空间越小,发生和储存水泡的可能性就越小。光纤直读水表的发光点与字轮表面的间隙小于1毫米,在字轮下方。因此,光纤直读水表不受水泡的影响。
    (3)光信号使用620纳米红光
    光纤直读水表的光源采用620nm红光,有效避免了阳光的干扰。光纤直读水表能在强光下正常工作。
    综上所述,光纤直读水表读数准确,抗干扰能力强,可靠性高。电子设备的气泡、水锤、强磁、强光、水质变化、水垢、温度、老化、漂移等常见现象不会影响光纤直读水表的准确读数。
    2、电子数据采集精度为0.001立方米
    光纤直读水表字轮显示8位数据,其中小数点后3位,符合国际标准。数据采集精度为0.001立方米,满足大数据管理的需要。
    3、可测逆流
    光纤直读水表通过水流顺向采集的数据为正常计量数据。如果有逆流,显示负数,表示有逆流。光纤直读水表满足管网监测大数据应用的功能要求。4.模块结构
    光纤直读水表采用基本水表和电子设备相互独立的模块化结构。这种模块化结构给用户的操作和维护带来了极大的方便,有效地降低了操作和维护成本,以及在电表寿命到期时的更换投资。当光纤直读水表的电子装置或光电管出现故障时,排除更换电子装置的故障,基础表可以继续使用;当基本仪表发生故障时,更换基本仪表的故障被消除,并且电子设备可以继续使用。当光纤直读水表的基表寿命到期时,只更换基表,电子设备可以继续使用。

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