分体式管网压力监测设备的设计应用

1、【Word版本下载可任意编辑】 分体式管网压力监测设备的设计应用 一、前言 管网压力是自来水公司保障供水和预防爆管事故的重要数据。各自来水公司已充分认识到管网压力监测的重要意义，并采取了多样的信息化手段来加以实现。目前，自来水公司普遍采用GPRS无线设备对压力数据开展远程监测，监测设备的安装方式通常为以下两种： 监测井内安装压力变送器，监测井附近立杆安装GPRS设备、太阳能或市电供电装置。压力变送器的信号线引到地面上的GPRS设备中以实现数据远传，设备的工作电源由太阳能或市电供电装置提供。 此种方式可实现管网压力数据的实时监测，但需要破路、挖沟和铺设线缆，施工难度大、建设成本高。尤其当监测井在

2、马路上时，该方式难以实现。 在监测井内安装GPRS设备、压力变送器和蓄电池，GPRS设备采集压力变送器的输出信号后直接远传给监控中心，设备的工作电源由蓄电池提供。 此种方式为延长蓄电池的更换周期，只能采取定时采集、定时上报的工作模式，无法实现实时监测。该监测方式存在以下几个问题： 1、部分监测井内GPRS信号弱或没有信号，压力数据不能按时上报或根本无法上报。 2、需频繁为蓄电池充电，维护成本高，且耗时费力。 3、监测井内环境潮湿、易被水淹，影响设备的稳定性。 基于上述难题，我们将低功耗技术、433MHz和GPRS无线通信技术相结合，设计了分体式供水管网监测设备。该设备由无线压力变送器和433M

3、/GPRS双模无线网关两部分构成。 二、产品设计 1、工作方式 监测井内安装无线压力变送器（由低功耗压力变送器 和 433M数据采集通信终端两部分组成），监测井附近的楼顶、路灯杆或专用安装杆上安装433M/GPRS双模无线网关和太阳能供电设备，供水管网监测中心安装服务器和管网压力实时监测系统软件，如下列图所示。 无线压力变送器采集供水管网的压力数据后通过433MHz向表井外发送，表井外的433M/GPRS双模无线网关接收到压力数据后再转由GPRS网络远传给监控中心。井内、井外设备穿透金属井盖的有效通信距离可达150米，使得433M/GPRS双模无线网关的安装位置十分灵活，大大降低了施工难度。

4、2、关键技术 2.1、 433MHz和GPRS接力传输，解决信号难题。 433MHz通信技术使用的是433MHz频段，无需申请和付费，其显著优势是无线信号的穿透能力和绕射能力强，特别是在地下监测井内，优势更加明显。但因433MHz属于超短波，其传输距离受限，而自来水公司的管网监测点分布在几十甚至几百公里的范围内，所以采用433MHz和GPRS接力传输的方式既解决了表井内GPRS信号弱的难题又满足了远程监测的需要。 2.2、电池供电低功耗设计，解决井内电源问题。 针对井内设备的供电问题， 无线压力变送器中的433M数据采集通信终端特别选用了低功耗的电源、CPU和通信芯片，将工作功耗降到了，并配置

5、了20AH的高能量锂电池组。433M数据采集通信终端不仅给自己供电，还为低功耗压力变送器提供工作电源。 低功耗压力变送器工作电源为DC 5V，信号输出为DC 0.252.25V，工作电流仅为微安级，真正了实现低功耗运行。 为进一步降低功耗，433M数据采集通信终端在采集压力数据时瞬间为低功耗压力变送器供电，数据采集完毕后随即停止供电，直至下一个抄表周期（抄表周期可任意设置）。按3分钟抄表周期计算，433M数据采集通信终端的电池寿命可达2.5年。 通讯时序及功耗图： 433M数据采集通信终端的电池寿命很容易计算。 首先，计算平均电流，公式如下： Iaverage=It*Tt+Ir*Tr+Is*（

6、T-Tt-Tr）/T （公式1） 其中，Iaverage：平均电流； It：发射电流； Tt：发射时间； Ir：接收电流； Tr：接收时间； Is：休眠电流； T：抄表周期。 如上图中所示： It = 75mA； Tt =2s； Ir = 10mA； Tr =1s； Is = 0.004mA； T = 180s。 带入公式1计算： Iaverage = （150+10+0.708）/180 = 0.893mA 其次，计算电池使用寿命，公式如下： Tlife=C/Iaverage （公式2） 其中，Tlife：电池使用寿命； C：电池容量；Iaverage：平均电流。 将C=20Ah，则带入公式

7、2计算： Tlife = 20000/0.893 = 22396（h） 2.5（年） 2.3、采用全防水设计，解决井内潮湿、易水淹的难题。 433M数据采集通信终端的外壳采用优质的透明工程塑料，具有出色的耐热、耐寒和耐腐蚀特性；具有良好的构造稳定性和电绝缘性以及重量轻、强度高、抗压、耐磨等优点。 433M数据采集通信终端采用全方位防水设计： 壳体两侧端盖采用螺纹压紧方式，安装方便。 为防止安装时密封垫挤压变形，采用内压盖直接按压方式开展密封。 壳体内置4个固定卡扣，端盖旋转时能够防止内压盖转动。 密封垫采用优质硅胶材料，表面采用双弧形设计，工作时能形成上、下两个真空室，形成真空隔离。 内压盖上开有直径为16mm的出线孔（用于连接433M防水天线和低功耗压力变送器的信号线）并配置进口防水接线头，确保潮气、水无法进入。 产品防水试压实验到达0.8MPa，打压72小时后产品没有发生漏水、变形等情况；经过长期的表井内安装检验，完美到达了设计预期。 低功耗压力变送器也特别采用了绝压型的设计，无需外置导气管，从根本上杜绝了湿气、水进入设备的可能性。 由上述两部分组成的无线压力变送器整体防水等级到达IP68，完全适应了井下的安装环境。 三、结语