窄帶物聯(lián)網(wǎng)在壓力遠(yuǎn)傳與監(jiān)控的實(shí)踐與應(yīng)用

閆洪濤　趙國(guó)綱　王志標(biāo)　王曉峰

摘 要：結(jié)合實(shí)例闡述了城市給水管網(wǎng)壓力遠(yuǎn)傳與監(jiān)控的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法，重點(diǎn)采用NB-IOT窄帶物聯(lián)網(wǎng)及云平臺(tái)技術(shù)解決此問題。實(shí)際應(yīng)用表明，安裝自主研發(fā)的窄帶物聯(lián)網(wǎng)壓力遠(yuǎn)傳與監(jiān)控設(shè)施，能夠?qū)崟r(shí)掌控城市供水管網(wǎng)壓力變化，同時(shí)設(shè)置壓力突變報(bào)警功能，減少管網(wǎng)漏損，對(duì)降低產(chǎn)銷差起到關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵詞：供水管網(wǎng)；壓力遠(yuǎn)傳監(jiān)控；窄帶物聯(lián)網(wǎng)；管網(wǎng)漏損；產(chǎn)銷差

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）30-0165-02

Abstract： The design idea and realization method of pressure remote transmission and monitoring for urban water supply network are expounded with examples. The narrow band Internet of things （NB-IOT） and cloud platform technology are mainly used to solve this problem. The practical application shows that the installation of the independently developed narrow band Internet of things pressure remote transmission and monitoring facilities can control the pressure change of urban water supply network in real time and set up the alarm function of sudden change of pressure at the same time， so as to reduce the leakage of the pipe network， which plays a key role in reducing the difference between production and sales.

Keywords： water supply pipe network； pressure remote transmission monitoring； narrow band internet of things； pipe network leakage； production and sale difference

1 項(xiàng)目背景

河南水投錦襄水務(wù)有限公司主要為河南襄城縣城區(qū)服務(wù)供水，擁有南水北調(diào)中線配套地表水廠一座（3萬m3/d），地下水源水廠一座（2萬m3/d），城區(qū)輸水管線186.6km，其中DN63以上配水管件67km，供水服務(wù)人口15萬人。水廠給水泵站采用變頻恒壓供水（0.32MPa）。

一直以來，錦襄水務(wù)對(duì)城區(qū)管網(wǎng)壓力檢測(cè)方面非常薄弱，固定測(cè)壓點(diǎn)少，裝設(shè)的壓力表均為機(jī)械表（青島華泰儀表廠.魯制02000039），人工定期觀察記錄，且夜間管網(wǎng)巡查與測(cè)壓存在空白。特別是夜間突然爆管后，中控調(diào)度僅能采集到水廠出廠壓力數(shù)據(jù)，無法判斷爆管大致范圍，需動(dòng)用人工全城普查，不能做到早發(fā)現(xiàn)早處理，減小管網(wǎng)漏損。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IOT）成為萬物物聯(lián)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要分支。NB-IOT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗大約180KHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本，實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。NB-IOT聚焦于低功耗廣覆蓋物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)，具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構(gòu)優(yōu)等特點(diǎn)，非常適用于管網(wǎng)壓力等數(shù)據(jù)傳輸。

2 設(shè)計(jì)思路及改造要求

首先要解決的就是數(shù)據(jù)傳輸和通訊協(xié)議問題，即將所有裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器的數(shù)據(jù)集中傳輸中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)，以便于遠(yuǎn)程監(jiān)控所有壓力數(shù)據(jù)?？紤]到城市管網(wǎng)面積大，如果采用光纖傳輸，布線、施工難度大且時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高。鑒于三大運(yùn)營(yíng)商N(yùn)B-IOT網(wǎng)絡(luò)在各大城市均已商用，且信號(hào)質(zhì)量比較好，采用NB-IOT傳輸完全能夠滿足數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸要求，改造速度快、成本低，最終確定采用NB-IOT的傳輸方式。

其次要解決的是數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)發(fā)送、電源供電及故障處理問題，經(jīng)過大量資料查詢，最終采用微功耗單片機(jī)和壓力微變和突變技術(shù)、旁路發(fā)電技術(shù)成功解決了此問題。

最后利用云平臺(tái)技術(shù)解決了中控室監(jiān)控、手機(jī)監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄、歷史記錄查詢、歷史曲線、數(shù)據(jù)報(bào)警等問題。

3 改造后達(dá)到的效果

（1）本項(xiàng)目采用了物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)傳技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、管網(wǎng)旁路發(fā)電技術(shù)、光伏發(fā)電技術(shù)及云平臺(tái)技術(shù)。系統(tǒng)包含壓力遠(yuǎn)傳設(shè)備、NB-IOT基站、IOT核心網(wǎng)、IOT平臺(tái)及監(jiān)控平臺(tái)。設(shè)備由壓力傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)發(fā)送處理、NB-IOT模塊、管網(wǎng)旁路發(fā)電電路、光伏發(fā)電電路、電源管理等組成。

（2）實(shí)現(xiàn)了管網(wǎng)水壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史記錄查詢、歷史曲線查詢等。

（3）當(dāng)管網(wǎng)發(fā)生泄漏引起管網(wǎng)壓力突然變化，設(shè)備立即采樣壓力數(shù)據(jù)并發(fā)送數(shù)據(jù)到平臺(tái)，平臺(tái)接收到數(shù)據(jù)后立即發(fā)出壓力突變報(bào)警并可通過微信、短信發(fā)送報(bào)警信息到設(shè)定的手機(jī)上，做到及時(shí)報(bào)警、及時(shí)處置。

（4）根據(jù)實(shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù)變化隨時(shí)調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力，減少用戶投訴。

（5）降低人工成本，不再進(jìn)行人工測(cè)壓。

（6）項(xiàng)目實(shí)施后，產(chǎn)銷差逐步降低。

4 與目前市場(chǎng)遠(yuǎn)傳設(shè)備的價(jià)位、效果比較

目前市場(chǎng)遠(yuǎn)傳設(shè)備開發(fā)公司眾多，針對(duì)單獨(dú)開發(fā)壓力遠(yuǎn)傳設(shè)備監(jiān)測(cè)公司較少，通過對(duì)全國(guó)智慧水務(wù)及科技公司網(wǎng)上查詢、電話咨詢情況如下：

（1）對(duì)寧波某水表股份有限公司咨詢，流量監(jiān)測(cè)及壓力檢測(cè)每個(gè)測(cè)點(diǎn)報(bào)價(jià)兩萬以上，售后保障一年，主要是對(duì)流量監(jiān)測(cè)，無針對(duì)管網(wǎng)壓力專項(xiàng)檢測(cè)設(shè)備。

（2）對(duì)重慶某自動(dòng)化股份有限公司咨詢，遠(yuǎn)程監(jiān)控著重于流量的監(jiān)測(cè)，對(duì)單獨(dú)壓力檢測(cè)無法實(shí)現(xiàn)，報(bào)價(jià)五個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)十萬元，售后保障一年。

（3）對(duì)上海某水業(yè)科技有限公司咨詢，每個(gè)測(cè)壓設(shè)備18000元，軟件15萬元。

（4）經(jīng)調(diào)查現(xiàn)在市面上無專用的管網(wǎng)壓力遠(yuǎn)傳設(shè)備、設(shè)備不支持實(shí)時(shí)監(jiān)控。部分廠家使用定時(shí)采樣和定時(shí)打包發(fā)送數(shù)據(jù)，每天數(shù)據(jù)傳輸6次，發(fā)生管網(wǎng)泄漏不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、且價(jià)位較高，同時(shí)壓力表井內(nèi)所使用電池易于水淹損壞、更換頻繁。

本項(xiàng)目充分利用水廠現(xiàn)有中控設(shè)備，對(duì)選定的測(cè)壓點(diǎn)進(jìn)行設(shè)備采購(gòu)安裝使用，每個(gè)測(cè)壓點(diǎn)全套設(shè)施費(fèi)用約0.65萬元。

本項(xiàng)目自主研發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)窄帶遠(yuǎn)傳測(cè)壓設(shè)備，采用壓力微變和突變技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控管網(wǎng)壓力，如出現(xiàn)管網(wǎng)泄漏能夠及時(shí)的發(fā)送壓力數(shù)據(jù)并在平臺(tái)上發(fā)出報(bào)警信息、且成本較低。在城市管網(wǎng)流量計(jì)井、閥門井等潮濕的環(huán)境條件下設(shè)備供電是個(gè)非常難以解決問題，對(duì)此采用了小型旁路發(fā)電技術(shù)，利用管網(wǎng)水動(dòng)能進(jìn)行發(fā)電，配合鋰電池的電能儲(chǔ)存做到長(zhǎng)期免維護(hù)使用。

5 結(jié)束語

智慧水務(wù)建設(shè)是供水企業(yè)發(fā)展的方向和趨勢(shì)。特別是物聯(lián)網(wǎng)及云平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展，為解決城市給水管網(wǎng)壓力遠(yuǎn)傳監(jiān)控的智能化提供了技術(shù)支撐。本項(xiàng)目的實(shí)施能夠?qū)崟r(shí)掌控城市供水管網(wǎng)壓力變化，解決了壓力傳送過程中的取電用電難題，數(shù)據(jù)傳輸可靠，特別是壓力突變報(bào)警功能的運(yùn)用，能夠精準(zhǔn)分析判斷管網(wǎng)漏損點(diǎn)，及時(shí)采用應(yīng)對(duì)措施，有效降低產(chǎn)銷差。

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