王同波

摘 要：在國(guó)家提倡節(jié)能環(huán)保和推行供熱計(jì)量改革的背景下，要推行供熱計(jì)量改革，使住戶供熱公司接受熱量計(jì)量收費(fèi)方式，其中，解決好抄表問題是關(guān)鍵。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)住戶的具體情況，對(duì)超聲波熱量表設(shè)計(jì)及遠(yuǎn)程抄表技術(shù)進(jìn)行了闡述，以期推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：熱量表；超聲波；遠(yuǎn)程抄表技術(shù)

節(jié)能減排、降低全社會(huì)的能源消耗水平關(guān)系到整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，是我國(guó)的基本國(guó)策。雖然國(guó)家十分重視供熱計(jì)量改革的推進(jìn)，國(guó)內(nèi)熱量計(jì)量行業(yè)也已初具規(guī)模，但仍處于起步階段，不能滿足市場(chǎng)需要，熱量計(jì)量產(chǎn)品在技術(shù)上存在多種問題，重制約了居民供熱分戶計(jì)量的推廣和發(fā)展。

一、超聲波熱量表設(shè)計(jì)

（一）超聲波流量測(cè)量原理。超聲波流量測(cè)量的原理是：超聲波在流體中傳播時(shí)，傳播速度會(huì)受流速影響而變化，可通過(guò)測(cè)量流體中傳播的超聲波信號(hào)來(lái)計(jì)算流體流速，進(jìn)而得到流量。流量測(cè)量方法有時(shí)差法、頻差法、相關(guān)法和多普勒效應(yīng)法等。超聲波在流體中傳播的過(guò)程中會(huì)疊加水流速度，使相同傳播距離下，順流傳播與逆流傳播存在時(shí)間差，利用該差值可計(jì)算出流體流速，進(jìn)而得到流量。

（二）流量測(cè)量管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。超聲波熱量表的流量測(cè)量管道結(jié)構(gòu)，決定了超聲波換能器的安裝位置，進(jìn)而決定了超聲波在流體中的傳播路徑；同時(shí)，好的測(cè)量管道結(jié)構(gòu)能夠減小管道內(nèi)的壓力損失。超聲波流量測(cè)量中常用的集中測(cè)量結(jié)構(gòu)如下：1、斜射式：兩個(gè)換能器與管道成一個(gè)角度相對(duì)地安裝在管壁，斜射式結(jié)構(gòu)管道內(nèi)部對(duì)流體流動(dòng)沒有阻礙，因此無(wú)壓力損失，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工成本低，常用于大口徑超聲波流量計(jì)，但對(duì)于住戶供暖管道來(lái)說(shuō)，采用斜射式結(jié)構(gòu)會(huì)使超聲波信號(hào)傳播路徑過(guò)短，測(cè)量時(shí)容易產(chǎn)生較大誤差；2、直射式：直射式結(jié)構(gòu)測(cè)量管道通過(guò)改變流體的傳播方向，延長(zhǎng)了超聲波信號(hào)地傳播距離，能夠保證測(cè)量精度，但是，直射式管道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本高，而且復(fù)雜的結(jié)構(gòu)容易造成水垢和雜質(zhì)的沉積，覆蓋換能器發(fā)射接收表面甚至堵塞管道。

（三）數(shù)據(jù)處理方法設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)處理方法是通過(guò)熱量表中的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于系統(tǒng)誤差，可以通過(guò)校準(zhǔn)測(cè)量，并在測(cè)量結(jié)果后加相應(yīng)系數(shù)的方法來(lái)降低。對(duì)于粗大誤差和隨機(jī)誤差，可通過(guò)多次測(cè)量，判斷并剔除粗大誤差，并求平均值的方法來(lái)降低。由于軟件的設(shè)計(jì)要求低功耗，多次測(cè)量的次數(shù)不能太多，因而必須選擇小樣本的數(shù)據(jù)處理方法。可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較，選用格拉布斯準(zhǔn)則作為剔除粗大誤差的準(zhǔn)則。

二、抄表網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

（一）抄表網(wǎng)絡(luò)要完成的功能。1、網(wǎng)絡(luò)組織與維護(hù)：抄表網(wǎng)絡(luò)首先要完成的是組網(wǎng)，即所有網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，并為網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備分配地址，建立設(shè)備與用戶的聯(lián)系，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)要能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并發(fā)出警報(bào)。2、全小區(qū)抄表：在該過(guò)程中，抄表中控制抄表網(wǎng)絡(luò)定時(shí)，將小區(qū)內(nèi)所有熱量表的抄表數(shù)據(jù)傳回抄表中。3、單用戶抄表：某用戶熱量表出現(xiàn)可疑抄表數(shù)據(jù)時(shí)，需要對(duì)該用戶熱量表進(jìn)行較高頻率的抄表，以便發(fā)現(xiàn)該用戶供熱過(guò)程中的問題。

（二）抄表網(wǎng)絡(luò)中的消息與數(shù)據(jù)格式設(shè)計(jì)。1、抄表數(shù)據(jù)格式：抄表數(shù)據(jù)格式用于在抄表網(wǎng)絡(luò)中傳輸抄表數(shù)據(jù)。抄表數(shù)據(jù)格式中的基本信息是從上次抄表到本次抄表的累計(jì)熱量值和本次抄表的截止時(shí)間。數(shù)據(jù)在熱量表和集中器中對(duì)相同的格式進(jìn)行存儲(chǔ)并定時(shí)更新。2、M-Sus總線上的消息類型：M-Sus總線上的信息都通過(guò)數(shù)據(jù)帖來(lái)傳遞，報(bào)文格式通常有四種，分別是單字節(jié)幀、短中幀、控制幀和長(zhǎng)幀。

三、抄表管理軟件設(shè)計(jì)

（一）抄表管理軟件總體功能設(shè)計(jì)。管理軟件主要實(shí)現(xiàn)抄表管理、用戶信息管理和網(wǎng)絡(luò)管理三部分功能。1、抄表管理：在正常情況下，抄表管理軟件定時(shí)向抄表網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令，對(duì)所有熱量表進(jìn)行抄表，并更新數(shù)據(jù)庫(kù)中的抄表數(shù)據(jù)；當(dāng)發(fā)現(xiàn)某用戶熱量表抄表數(shù)據(jù)有異?；蛴脩粲幸髸r(shí)，管理軟件可以對(duì)個(gè)別用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)抄表。2、用戶信息管理：完成用戶信息添加、更新和移除，熱量表與用戶的對(duì)應(yīng)，并提供抄表結(jié)果的查詢。3、網(wǎng)絡(luò)管理：網(wǎng)絡(luò)管理負(fù)責(zé)為每個(gè)加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配相應(yīng)的地址，并且要對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔O(jiān)測(cè)，用來(lái)優(yōu)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，要及時(shí)診斷并報(bào)告網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的故障。

（二）網(wǎng)絡(luò)管理功能模塊設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)管理的功能是對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行管理和監(jiān)測(cè)，允許集中器和熱量表等設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，保證設(shè)備正常運(yùn)行。該模塊的功能包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備地址分配、無(wú)線組網(wǎng)管理和網(wǎng)絡(luò)故障報(bào)警。無(wú)線組網(wǎng)管理功能用于獲得無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)未加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，以此作為優(yōu)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、提高信號(hào)傳輸質(zhì)量的依據(jù)，技術(shù)人員可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適當(dāng)調(diào)整無(wú)線節(jié)點(diǎn)位置。網(wǎng)絡(luò)異常報(bào)警包括集中器異常報(bào)警和熱量表異常報(bào)警。抄表中也向某集中器發(fā)出消息，當(dāng)超過(guò)一定的時(shí)間沒有收到應(yīng)答時(shí)，抄表管理軟件會(huì)彈出一個(gè)包含集中器地址的彈窗提示集中器通信異常。

四、結(jié)語(yǔ)

我國(guó)在供熱計(jì)量改革的道路上進(jìn)展緩慢，加強(qiáng)對(duì)超聲波熱量表設(shè)計(jì)及遠(yuǎn)程抄表技術(shù)的研究，能夠很好的解決熱量表運(yùn)行中存在的問題，能夠降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。雖然目前該技術(shù)并沒有得到顯著的發(fā)展，但是，隨著大眾的需要和科研人員的不斷努力，未來(lái)的供熱計(jì)量一定是會(huì)跟上時(shí)代的潮流，邁向網(wǎng)絡(luò)化和智能化。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯影.超聲波熱量表及遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].黑龍江大學(xué)，2013.endprint