远程计量（共8篇）
远程计量 篇1
摘要：针对近年来出现的电能计量自动抄表系统, 本文概述了其结构和特点、分析了自动抄表系统的产生背景。结合电能自动抄表系统在通信传输、采集、电能表等方面的内容综述了其技术特征, 从无线扩频通信、自动抄表安全性等角度介绍了其发展现状同时分析了自动抄表系统的安全性。
关键词：电能计量,远程抄表,电能表,采集终端
引言
过去采用人工抄取电表数据的方式, 操作不规范、数据记录不准确、消耗成本大人工多等缺点是很难避免的。针对上述存在的问题, 近年来出现了集合电能表数据自动采集、处理、传输于一体的电能计量自动抄表系统。
所谓电能计量自动抄表系统是指能够将电能计量、数据自动采集、数据处理与传输有机结合与一身的智能化自动管理系统, 它最大的特点就是不需要人到现场进行电能表计量的抄取。最大程度上克服了传统抄表方式的不定性, 对于现代化电能管理、提高电能管理部门的经济效益具有重大意义, 同时也为今后电能管理与发展指明了方向。
1 构成及特点
前段数据采集系统、通信子系统、中心处理系统等三大部分共同构成了电能计量自动化抄表系统。我们针对各部分的特点做简要概述。
1.1 前端采集子系统
所谓前端采集系统, 其主要部分即为电能表, 因为电能计量自动抄表系统可以分为本地抄表和远程抄表, 因此其前端数据采集子系统也有所区别。
本地自动抄表系统的电能表一般是通过红外转换转置将电能转换为红外信号, 抄表人员到现场通过便携计算机直接读取数据。
远程采集子系统的电能表通过加装光电转换器来构成其数据采集最前端。即用户的电能表电量采用脉冲的形式向数据采集装置传递电子脉冲, 不同小区的每个单元定期集中采集数据。
1.2 通信子系统
通信子系统是负责把采集到的数据传输到控制系统的信道。根据不同的实际条件, 我们将其分为多种不同类型。
光纤通信:光纤通信适合上层通信传输, 其主要优势是传输频带宽、速度快、具有较强的抗扰能力, 但是由于其安装成本较高, 目前在基层自动抄表系统中很少使用。
无线通信:在用户居住较为分散且范围很广的地区, 主要采用无线通信。该方法即在某个频点以上以散射通信来实现无线通信。其通信频带宽、通信容量较大, 可以通过中转站进行远距离延伸。主要缺点需要申请频点的使用权, 并且如果不能很好确定频点, 将会带来加到的信道干扰。
租用电话线通信:这种通信子系统是在收发端分别加上调制解调转置, 利用电话网络进行数据传输。该方法可以获得很高的传输可靠性且成本较低, 但是数据传输时间往往要到几秒甚至更长。
低压电力线载波通信:电力线载波通信是将信息调制为高频信号并叠加在电力线路上进行通信的技术。其优势是利用电力线作为通信信道, 不必另外铺设通信信道, 可大大节省投资, 减少维护工作量, 灵活实现“即插即用”。目前, 国内10kv以上电压等级的高压电力线载波技术已较成熟, 但低压电力网络上的载波通信还未能达到令人满意的水平, 这在一定程度上制约了电能计量自动抄表技术在我国的实际应用。
1.3 中心处理子系统
中心处理子系统作为整个远程抄表系统的最高层, 主要由中心处理工作站及其附属软件共同构成。在自动抄表系统中, 用户的数据采集信息通过通信子系统都汇聚到这里, 然后管理人员应用相应软件对采集上来的数据进行数据汇总及分析。由于电能自动抄表系统采集上来的数据量极大, 因此对硬件的运行具有较高要求不仅要保持其存储能力, 还要保持器运行速度, 同时在软件上要求抄表系统使用的软件具有数据批处理能力。
典型的抄表系统软件具备以下功能:可以远程设定采集器内的参数;准确抄取整个系统中的电能数据, 汇总数据生成电费数据库;通过远程控制可以实现自动停电、通电;可以对系统进行查询与管理, 根据电费缴纳情况对用户下发警告提示。
2 发展现状
2.1 电能表
目前, 得益于集成电路以及现代电子技术的告诉发展, 无论电子式电能表和机电脉冲式电能表都可以满足电能计量自动抄表系统的技术需求。采用机电脉冲式的电能表, 只要安装内置的光电转换模块以及与之对应的接口, 就可以发映出电量的电信号。采用这类的模块使得系统精巧且容易拆装, 成本较低, 是目前在大量使用的感应类电能表的很好替代品。电子式电能表可直接读取其脉冲输出, 有的新型电子式电能表本身安装有多种接口, 适用于模拟、数字等各种通信模式。可以预见, 在今后的一段时间内, 电能计量自动化抄表系统的前端数据采集系统将会以上述两种类型为主流。
2.2 采集器和集中器
数据采集及集中器主要有存储器、单片机以及其接口电路共同构成, 主要用来集中汇总电能表电量的装置。目前, 市场上该种产品的生产已经比较成熟。
2.3 通信信道
数据通信信道的选择需要考虑到用户的具体用电行为、实际安装环境、技术特点、投资因素和管理模式等多重因素, 因此一直以来都是电能计量远程抄表系统的关键性技术。采用某一种通信信道, 在很多情况下并不仅仅是满足了其技术指标和经济利益, 主要是综合了上述的多重因素作出的折中选择。目前, 国内外对于通信方式的选择各有侧重。由于西方发达国际对于远程抄表系统的研究起步较早, 因此其电力系统设备配置规范完备, 较为先进的低压电力线载波技术被广泛应用;在我国, 由于受技术水平的限制, 使用较多的则是电话线通信, 但是随着相关技术的不断突破, 低压电力线载波技术通信方式将成为未来我国采用的主要方式。
3 自动抄表的安全性
自动抄表系统是采集器、集中器和中心处理系统之间的数据交互过程, 因此其安全隐患主要包括自动抄表过程中的安全性和中心处理子系统的计算机网络安全。在通信传输中必须确保数据的可靠传输以及不受来自传输网外的恶意攻击。
目前, 安全隐患主要体现在以下几方面:病毒、黑客、操作失误以及网络崩溃等。保护及防御措施主要采用身份验证、密码技术、访问控制以及防火墙技术等。其中, 密码技术是最基本的安全技术, 其原理是利用加密算法对数据进行加密。
参考文献
[1]郭法连.电力远程抄表系统的开发与应用[J].中国石油大学.2009.[1]郭法连.电力远程抄表系统的开发与应用[J].中国石油大学.2009.
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[3]孙红革, 张娟.电能计量远程抄表系统的应用及改进措施[J].陕西电力.2007 (4) .[3]孙红革, 张娟.电能计量远程抄表系统的应用及改进措施[J].陕西电力.2007 (4) .
[4]王志坚, 骆海波.浅论电能计量远程抄表系统[J].内蒙古电力技术.2004 (22) .[4]王志坚, 骆海波.浅论电能计量远程抄表系统[J].内蒙古电力技术.2004 (22) .
远程计量 篇2
关键词：远程费控；用电计量；装置；设计方案
中图分类号：TM933.4文献标识码：A文章编号：1671-864X（2016）08-0168-01
根据现阶段我国供电领域的整体部署需求，我国某一供电企业初步确定了在2014年要完成用电信息采集系统的全面覆盖，以及全面采集目标，截止到今日该目标已经良好呈现，供电企业的核心发展思想也发生了较大转变。依据以往用电计量信息采集系统建设的经验，总结我国供电网路落实全面费控还存着一些需要解决的问题。本文就是对实现远程费控的用电计量装置设计方案进行深入研究，下面就对相关内容进行详细阐述。
一、用电采集系统现状分析
（一）用电信息采集远程费控系统概况。
供电企业进行用电信息采集系统建设，可以对客户用电负荷实际情况进行深入了解，并且为用户余费查询提供便利，还可以进行用户信誉档案建设，可以应用智能卡表购电等方式，对用户的电力能源供应进行远程控制。用户用电信息采集与监控终端远程协调控制相互配合，然后从远程中央控制中心进行命令发布，终端接收到命令信号后，在内部对信息进行解码，然后根据信息进行正确的操作。从图一中可以较为清楚的了解到用电信息采集远程费控系统的基本结构[1]。
看图一可以了解，系统运行过程中会公务无线公网，完成信息数据的接收和传递，系统同时可以完成远程抄表读数、电力能源应用监控，以及电力能源应用费用自动结算等多项工作内容，根据用户费用剩余情况对分合闸进行指令发布，最终达到远程费控的目的。
（二）某供电局用电采集远程费控现状分析。
现阶段，该供电局所具有的用电信息采集系统中包含了大型变压器用户，以及中型、小型变压器用户，三项一般用户和单项商业用户等多种类型。本文中提到的大型专用变压器用户指的是在315KVA以上的变压器，该设备通常情况下都是在配电室或者是经过专线安装的，用电计量主要也是采用高供高计的模式，都会进行独立计量柜的设置，负控方式呈现的难度性并不高。需要注重的是在控制断路器上会有通信和辅助端子的连接，经过技术人员对断路器设备的控制回路进行综合改造，最终完成远程费控的要求。从图二、图三中可以了解到控制回路基本接线方式。
从图中可以了解到，终端13号与14号端子与按钮采用的是并联的方式，远程控制中心发布跳闸命令后，13、14会呈现出短接状态，也就如同是按下了分闸运行的按钮，促使断路器设备做出相应反应断开。仔细观察图三，在图三中14、15号端子与按钮采用的是串联的方式，在远程控制中心对跳闸指令进行发布后，14、15号端子会断开，与上述内容相同，如同工作人员按下了分闸按钮，断路器会处于断开状态中[2]。
单项通常情况下都是应用于居民用户和一些商业用户用电计量中，目前安装的智能电表中都会进行开关设置。智能电表对用户的用电信息进行采集，并且与计费核算系统进行连接，一旦用户余费不足开关就会运作，达到远程费控的目的。对于中小型专用变压器用户，通常情况下更多是采用杆上安装，主要是应用高供低计的用电计量方式，只有少量情况会应用高供高计的方式。想要实现远程费控，需要对用电计量箱内部进行全面性的改造，改造模式和技术要求都会存在较大的差异性，而且改造工作开展资金投入量较大。还有就是控制开关是由用户自身进行管理的，该内容并没有在计量装置的范围之内，如果不能进行合理化、科学化的改造，是不可能达到远程费控这一要求的。
二、计量装置优化改进设计方案
根据实现远程费控的多元化需求，并且对上述某供电局计量装置管理中存在的不足之处，对经验进行总结，对计量装置进行综合性的改造，在结构优化完成后进行集成处理，应用先进科学技术的优势最终创建功能较为全面的远程费控计量装置。
（一）计量箱。
计量箱外部结构必须要具备非常良好的封闭性，但是也需要进行通风散热结构设计的要求，散热孔需要就被防水性能，这样才能避免外部环境对计量箱运行造成不良影响。生产质量必须要符合规定标准，同时设备便于进行安装，对后续维护、修理工作开展也不会造成较多阻碍。只有经过国家质量认证的计量箱，才能将其应用于实践中去。
对于计量箱的安装方式可以分为以下几种类型，分别为杆上安装和落地安装等。杆上安装可以细化为横担和支架两种。在实际安装过程中为了保证设备安装质量，在箱体内部需要进行膨胀螺栓设置，螺栓必须要可连接牢固，并且满足户外安装的需求。落地安装可以细化为基础和直接安装两种，螺栓尺寸也需要进行慎重就考虑，可以满足室内安装的实际需求[3]。
（二）智能电表和采集终端设置。
智能电表和采集终端会安装在第二层门板上的固定夹具上，或者是安装在栅板上。技术人员通常情况下会将试验接线盒安装在智能电表的下端，二者之间的垂直距离需要控制在40mm之内。还有智能电表与采集终端二者之间存在的水平距离也需要进行严格控制，技术人员需要将距离控制在80mm之内。
（三）控制设备。
控制设备可以概括性的划分为两部分，第一部分就是负控室的远程控制开关，通过远程控制中心和信息数据采集终端远程控制合闸。另一部分就是出线室控制开关。供电企业需要与设备生产厂家更多的进行沟通和交流，要求断路器设备节能性能较为良好，运行噪音污染较低，而且维修较为便捷。还需要注重的是断路器手动分闸后，只有通过手动合闸才能完成恢复。
结语
合理、科学确定用电计量装置设计方案，可以避免用电设施过于混乱，可以消除其中存在的众多不良安全隐患，增强设备管理的难度性。远程费控计量系统建设，可以强化智能电表的应用，对电压、电流进行综合性的分析，预防窃电行为产生，对供电企业与用户的经济效益给予保护，促进我国电力系统进一步发展。
参考文献：
[1]章景平.低压远程用电采集系统的集中器设计[J].电子技术与软件工程.2015（16）：21-22
[2]高圣贵.提高用电采集系统费控执行成功率的措施[J].电子制作.2015（06）：24-25
集群巡控远程计量系统的设计 篇3
近年来,对作为企业信息化建设重要组成部分的物资计量数据的要求越来越高,对物资计量称重环节数据的可靠性、真实性的要求也越来越严格,因此,建立一套高效、准确、智能的集群巡控远程计量系统对大型企业来说是非常重要的。该系统整合质量系统数据、能源数据,实时采集现场实际计量监测数据,通过数据分析、处理,实现了计量系统的远程监控、作业调度、过程管理以及计量分析等功能,不仅能够保证物资计量称重环节数据的真实性,而且能够提高公司物资计量管理水平,为企业生产决策提供有力的数据支持,为大型企业提供及时、准确、全面的物料数据,以适应企业发展的需要。
2 系统总体设计
2.1 计量点设计
汽车衡现场每个磅房安装一台视频监控设备,进行数据采集、外设控制、录像存储、数据上传等操作,完成自动计量的多条件联动和数据处理,进行录像采集和本地存储,并将视频信号上传至中央控制中心。
2.2 计量流程设计
(1)衡器处于空闲状态,设备工作正常时,车辆上衡,系统检测红外信号、自动启动录像保存,同时对服务器端发消息,指示衡器正有计量业务,其他车辆等待。
(2)车辆在稳定状态下,系统采集数据信号,通过红外自动检测车辆停放位置,LED提示相关信息,提示司机请刷卡计量。
(3)车停稳司机下车刷IC卡,系统判断是否完成前级业务。
(4)系统取数的同时抓拍图片信息,与计量信息一起组成计量业务数据存储。图片存储于视频存储阵列中,查询计量数据信息时通过数字编码链接调用。
(5)将重量值和图片信息上传至后台服务器,同时在本地数据库进行数据存储备份,写入IC卡信息。系统进行读数比对,保证写入数据的准确性。
(6)根据系统设置和业务类型,自动打印票据并切纸。
(7)称重完成后,系统语音提示司机车辆下磅,并在显示屏幕上提示司机下一步的业务去向。
(8)车辆下磅后,系统检测仪表重量值,并判断红外信号,车辆进入业务等待状态,允许下一次计量。
2.3 调度机设计
(1)建立空闲池与任务池,无任务时计量员在空闲池排队等待任务,无空闲时任务在任务池排队等待空闲。
(2)计量员进入空闲状态,即刻触发后台服务判断有无计量任务,有则系统自动分配计量任务给计量员,无则继续等待。
(3)计量任务请求一旦进入任务池,即刻触发后台服务判断有无空闲计量员,有则将任务池任务按先进先出原则进行自动分配,无则等待任务分配。
(4)任务与计量员匹配成功,则计量员自动从空闲池退出,任务从任务池退出。
(5)系统建立与远程计量站点的连接通道,完成计量业务处理,关闭通道,计量员重新进入空闲池。
2.4 业务节点模块设计
(1)预报系统模块设计:供销处在系统中维护供应商的预报信息,车辆进厂前供销处通知供应商计划号,再由供应商通知司机计划号。
(2)业务验配模块设计:系统验配分为采购验配、销售验配、调拨验配等,根据客户提供的单据进行相应的信息验配、发卡(如果有ERP系统,则通过ERP进行信息的验配)。发卡处设置在门口,方便司机操作。
(3)门卫查验模块设计:门卫负责车辆的进出查验,采用固定终端读取IC卡的模式。
(4)库房查验模块设计:库房负责装卸物资车辆的查验,与门卫查验一样,采用固定终端,刷卡时系统读出IC卡中信息确认装卸货。
(5)信息查询模块设计:在各部门点设置数据查询终端,实时查询计量信息。
3 系统架构设计
整个系统采用集中管理、分布监控的设计模式,所有的业务数据通过无人值守机和软件系统进行就地处理,通过计量专用光纤网络与控制中心进行交互,同时对计量专网进行网络冗余设计。因为系统的各业务节点操作均依赖于系统网络,冗余设计后,当在线网络出现故障时,系统自动转入备用的冗余网络运行,同时上报网络故障信息,通知系统管理员及时进行维护和抢修。
系统设计采用3层架构,如图1所示,从下往上依次为数据基础层、数据管理层和业务应用层。
3.1 数据采集层(各汽车衡计量站点)
各计量站点的基础数据包括计量仪表的重量数据读取、监控摄像机的音视频信号采集、红外监测信号采集、语音对讲信号的交互、IC卡和RFID卡的信息采集、仪表状态的指令控制等。数据采集层作为系统运行的数据支撑,采用就地控制与远程控制相结合的模式设计。
3.2 数据汇聚层(远程计量监控中心服务器群)
中心服务器是整个系统的核心枢纽,负责整个计量系统的管理、运行、控制以及与其他业务系统的交互。服务器包括:(1)数据库服务器:负责数据存储以及数据查询和检索;(2)应用服务器:是最终用户端程序与数据库服务器之间的桥梁,客户端的应用程序访问数据库的路径;(3)任务管理服务器:实现各计量点数据实时采集功能和各司磅计算机信息采集功能,以及任务监控、任务排队、任务自动分配和记录功能,可与消息服务器使用同一台硬件服务器;(4)存储服务器:负责所有视频信号的存储管理和集中录像的存储和照片的集中存储。另外,还有流媒体服务器、Web服务器、环境监测服务器等。
3.3 业务处理层(远程计量工作站及业务站)
远程监控中心各计量员通过授权使用业务处理系统,实现远程计量业务操作和远程计量监控。各业务站同时还包括门卫检查站、验配管理站、仓库收货站,对应的应用程序分别为门卫检查程序、验配管理系统和物资收货系统。
4 系统软件设计
采用BS+CS的混合模式进行系统设计,整个系统由C#语言开发,主体采用.NET技术来架构整个应用,计量终端通过WebService方式进行服务器的数据存储;数据库选用基于客户/服务器方式的MS SQL Server 2008数据库管理系统;通信协议采用HTTP、TCP/IP。
5 结论
集群巡控远程计量系统的设计将充分整合现有汽车衡,利用分布式网络等技术,构建完善的远程可操控计量管理系统,实现了“无人值守,无单据传递,无缺陷运行”的物流全新管理模式,真正体现了公司公平、公正、公开的企业价值观。它可以改进目前计量管理流程和提高计量管理水平,完善计量管理体制,提高物资计量的效率,缩短计量时间,提高了客户满意度和物流效率,取得了可观的经济效益和社会效益,对提高公司的市场竞争力具有重要意义。
摘要：为提高公司物资计量管理水平,实现物资计量操作与业务管理的集中监控与管理,建立一套集群巡控远程计量系统对大型企业来说是非常重要的。描述了一套集群巡控远程计量系统的系统架构设计、系统软件设计及系统总体设计的思路及相关内容。
远程计量 篇4
随着电力体制改革、厂网分开、电网公司的逐步企业化运作, 电能计量工作对于电网公司来说也越来越重要。其中, 电能计量装置的检定记录是整个电能计量工作的核心部分。它为电网公司评估技术经济效益提供了原始的数据基础, 也是用户与电网公司之间结算电费的重要依据。然而, 目前常见的电能计量装置的检定记录方式主要是由专业人员定期携带仪器设备到现场进行周期检验。这种管理方式无法对互感器二次回路实际负荷和在线运行状况进行周期常规测试或监测, 而且测试结果需由人工进行记录、整理, 并移交管理部门进行分析、处理。因此, 这种电能计量管理方式一直存在着计量精度不高、工作量大、管理效率低、故障处理不及时和难以查处窃电行为等诸多问题[1]。
电能计量装置远程校验系统是一种先进的电能计量管理技术手段。该系统的应用, 可实现对计量装置、负荷状况、电能表和互感器情况的全面实时监测和数据的定期自动分析以及与营销管理系统共享的功能, 从而能够改善计量装置运行监测状况和维护管理水平, 提高电能计量装置的安全性、准确性、可靠性, 保证电网公司的经济效益[2]。
1 系统组成与原理
电能计量装置远程校验系统是针对传统的电能计量管理方式的诸多不足而提出的。与传统电能装置及其计量方式相比, 该系统在电能计量的硬件装置方面增添了实时监测和故障判断的设计目标, 在电能计量的管理方法方面引入了先进的数据分析和自动校验算法。同时, 系统的监测范围也进一步得到完善, 不再局限于电能表本身, 还包括了各类互感器及其二次回路。总体来说, 电能计量装置远程校验系统是集状态监测、数据分析和事故处理等多功能于一体的远程智能监测系统[3], 主要由以下三大部分组成。
(1) 本地设备监测。该部分首先应实现对现场本地设备中各电能计量相关信号的各种采集、分析和存储工作。同时, 该部分还需要支持远程通讯方式, 实现数据的远程传输和修改, 具备遥控遥调功能。
(2) 远程主站管理。该部分是整个系统的远程控制管理中心, 用以实现现场数据的远程监测和处理。同时, 该模块也是系统内用以实现各类辅助功能的其他数据管理系统的数据源。
(3) 系统通信网络。系统可支持目前电信领域常用的各类通讯方式, 如广域网、局域网、公共电话网络和本地串行通信网络等。
本系统的组成原理如图1所示。该系统在整体结构上采取模块化集成设计的思路。其中, 标准模块中集合了数据监测所需的各类功能, 微处理器中包含了数据处理所需的各类功能。最后, 通过各类通讯线路, 系统中的电能表、数据采集、数据监测、数据处理和远程控制等模块连为一体。
2 技术实现手段
2.1 电能表误差在线测试
在电能表远程校验系统中引入高准确度标准表, 采用目前常见的标准比较法作为电能表误差的测试方法[4]。即, 将现场被检电能表的脉冲通过脉冲信号相应的采集传输方式送入微处理器模块中, 将被检电能表脉冲与系统内部引入的高准确度标准表脉冲进行比较计算, 从而得到被检电能表的误差。
多回路切换技术是实现电能表批量、循环测试的关键。通过将多路转换开关装置引入电能计量装置远程校验系统的现场监测设备内部, 并结合远程主站管理中心的指令, 可实现用一台现场监测设对厂站内的多条线路的计量装置的在线监测。
2.2 信号切换采集方式
电能表远程校验系统需要切换以下三类信号。
(1) 电压信号
采用并接方式进行电压信号的接入和采集。为此, 系统内部采用了一定的过流保护措施, 以防止监测系统电压回路对电表端电压的正常采集构成影响。当短路现象发生时, 电表电压回路被系统自动断开, 电表电压端的电气连接被隔断。对电压互感器 (PT) 二次回路的电压信号采集, 主要确保防止PT二次回路短路。
为保证系统正常的采集工作, 采用高阻抗采集电路, 阻抗级别选用兆欧级。通过设计相应的继电选择单元, 使得只有在系统测试时才将对应PT二次回路接入采集模块。对于PT二次回路, 在系统进线端装设双保险过电流保护装置, 保证其安全运行。此外, 在模块研究设计上, 确保采集模块之间、对地之间的采集阻抗和绝缘电阻均在20MΩ以上。
(2) 电流信号
电流信号的接入和采集采用串接方式。电流互感器 (CT) 应与电能表及其远程校验系统通过串接形成手拉手的环形布线格局。为此, 系统内部采用了一定的过压保护措施, 以防止监测系统电流回路对电表端电流的正常采集构成影响。在整个采集系统里引入穿心CT (全称为高精度穿心式电流互感器) , 线路电流通过穿心CT转变成为小电流信号。再利用该小电流信号转换成适当的电压信号进行选择切换。再使用该小电流信号转换成电压信号, 以适时选择切换。整个电流互感器二次侧电流的采样和切换工作原理可如图2所示。
此外, 为进一步保证电流信号采集工作的安全可靠进行, 图2中的穿心CT二次端还有相应的过压保护设计。
(3) 脉冲信号
电表脉冲信号首先需通过现场的屏蔽电缆传送出来, 再对信号进行相关的整形处理, 最后传入主机中用于误差分析。
2.3 远程通讯实现
数据传输方式采用Modbus RTU协议, 当前只能支持点对点发送, 即单发模式。通信接口采用RS232接口, 利用转换装置可实现RS232与其他通讯网络对接。通过系统主站管理软件实现数据的下载和上传, 整个通信系统可根据实际情况适当调整通讯方案。
3 系统在南方电网中的应用
电能计量装置远程校验系统在中山市某110 k V变电站完成安装后, 于2010年12月15日正式投入试运行。为验证该系统功能的实际应用情况, 分别通过现场对系统的监测设备、通过远程对系统的主站设备进行相应的操作测试, 结果显示本文所提出的电能计量装置远程校验系统的各项功能均达到预期设计的要求。
电能表远程校验系统的应用功能可按以下四个部分介绍。
(1) 监测参数设置及远程遥控测试
可在系统主站下载和修改现场监测设备的各种测试参数, 如电能表表号、回路名称、误差测试类型、准确度等级、校表圈数、功能开关、脉冲常数、报警门限、自动测试周期等等。并可通过即时遥控实现对现场监测设备测试功能的控制。
(2) 自动生成数据统计和报警报表及运行统计
电能计量装置远程校验系统主站具备数据统计功能, 能够形成电能表误差数据报表 (如图3所示) 、现场电力参数报表 (如图4所示) 、报警事件报表 (如图5所示) 等。
(3) 自动生成各种趋势图
电能计量装置远程校验系统主站可自动生成各时段的电能表误差与负荷对比曲线 (如图6所示) , 以便使用人员更加清楚、直观地判断电能表误差随负荷的波动、变化情况, 从而对评估电能表质量和线路负荷提供有利信息。
(4) 其他辅助功能
电能计量装置远程校验系统主站充分利用互联网资源, 让更多的用户可以共享数据, 可实现通过互联网进行装置信息的查询、修改和统计等功能。系统后台管理软件还可以将被监测回路中的其他计量装置信息录入、存储, 以方便人员查看, 该功能可作为计量装置配置信息管理的辅助工具。
4 结论
本文所述的电能计量装置远程校验系统, 是为解决目前电能计量装置所使用的人工周期定检方式的不足, 采用当前先进的多项电子新技术实现的一个系统化、自动化的在线监测集成系统。它将实现现场计量装置运行情况的远程在线监测, 及时处理计量误差和故障报警等各类问题, 实现数据的自动分析和共享。从而大大减轻了劳动强度, 提高了工作效率, 保证电力生产的公开、公正、公平。电能计量装置远程校验系统在实际电网工程中的应用也说明了其功能的有效性和优越性。
参考文献
[1]郑尧.电能计量技术手册[M].北京:中国电力出版社, 2002.
[2]黄伟.电能计量技术[M].北京:中国电力出版社, 2004.
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远程计量 篇5
电计量数据及时与准确直接关系着生产运营经济效益，随着莱钢生产规模的不断扩大，以及对计量管理理念的推进，电计量以前采用的深圳市朗金科技开发有限公司生产的GPRS采集器(型号：BGDY-1)存在着信号不稳定、容易遭雷击、GPRS技术不成熟等因素，已无法满足电计量日成本核算需要和数据实时监控的要求。这就要求我们在原有的计量方式的基础上进行改造，增加具有采集精度高、可靠性高、容量大、开放性好、性能价格比高等特点的多功能远方抄表终端。同时建立数据远程监控系统，系统利用有线(TCP/IP网络)或无线(GPRS)通讯技术，并通过安装在用电现场的多功能远方抄表终端将电表上或终端本身的运行数据采集回系统主站，从而实现对用电各个环节的运行状态进行监测、数据应用分析和管理。整套系统大大节省了能源损耗，计量更加精确，保证了计量数据的稳定和公正，可使维护人员及时发现故障源，工作效率大大提高。
1 系统总体建设思路
本系统采用“一库两平台”的建设思想，“一库”：是指数据存储到一个数据库中。“两平台”：是指远程数据通讯采集和监控为主的通讯采集平台和实现综合应用分析为主的应用分析平台。
2 一体化系统简介
系统整体上由三个部分构成：
第一部分是由安装在现场的电能表与终端组成，通过终端实现对表计设备的数据采集，为系统提供最基础的数据。
第二个部分是前置机部分，它为系统提供通讯通道、规约处理、数据计算等数据处理功能;它由多台前置机采集工作站组成，每台采集工作站负责将各地区的终端数据通过GPRS或TCP/IP方式的通讯通道采集回主站系统的数据库服务器。
第三部分是前置机应用，系统分为档案管理、随时抄表、报警管理、数据浏览、系统管理、负荷控制、负荷管理、系统信息、统计管理、终端维护、日志维护、一次接线图、WEB查询等几大功能模块，通过对数据并经过一定分析、计算处理的高级系统应用。
采集系统采用多任务并发方式，可同时对多个采集终端进行数据采集，提高了采集的效率;前台应用模块采用面向对象技术，使用模块化的设计，便于功能模块的扩展和升级。
3 系统功能概述
配电运行管理系统主要包括前置机通讯、数据采集、告警服务、档案管理、随时抄表、报警管理、数据浏览、系统管理、负荷控制、负荷管理、系统信息、统计管理、终端维护、日志维护、一次接线图、报表管理、WEB查询等17个模块或子系统以及一个后台处理与计算子模块。该系统的主要功能有：(1)对“发、输、配、用”各个环节的计量点的数据进行自动采集、存储，实现计量自动化管理，为电力营销提供结算电量数据。(2)能根据电网运行情况，制定错峰计划，实现“削峰填谷”。(3)能准实时地监测现场负荷情况，必要时还可实施负荷控制。(4)对电能质量、设备运行情况进行监测管理，提高供电可靠性。(5)系统提供多种考核指标对发电侧进行考核，为电费结算与科学管理提供可靠依据。(6)按整点、日、月或任意时间段准确快速统计计算分类线损，如：分线路、分电压、分元件、分区统计。并且可进行多种方式的比较，可以绘制各类平衡情况的动态变化曲线，可以根据计算结果自动告警，实现用电分析和用电监察自动化，提高管理水平和实时性。
4 一体化主站软件系统组成
从图1中我们看到，主站软件系统由以下程序(功能模块)组成：(1)数据库：存储系统信息。(2)前置机通讯程序：负责主站软件系统与终端通讯，完成报文转发。(3)前置机应用程序：负责终端档案管理等功能。(4)大用户采集程序：定时启动大用户终端数据采集任务，并将采集的数据保存在数据库临时工作表中。(5)告警服务程序：完成终端上报异常事件数据库保存功能。(6)主站工况监测程序：完成主站软件运行状况及工作站监测。(7)后台数据处理程序：完成数据从数据库临时表到工作数据表及数据计算处理等功能。(8)关口采集调度程序：定时启动关口终端数据采集任务，并将采集任务分配给不同的关口定时采集程序。关口采集调度程序可以运行在两台不同机器上，一台为主，另一台备份程序，当主调度程序异常后，备份调度程序会继续工作。(9)关口定时采集程序：接收关口采集调度程序分配的任务执行数据采集，可以运行在两台以上的工作站。(10)WEB程序：数据分析浏览、终端报警事件监测等。
5 WFET1000E多功能配用电管理终端
采用了先进的32位RISC嵌入式CPU(ARM9内核)硬件平台、实时嵌入式LINUX嵌入式操作系统、GPRS/GSM移动通信技术和高精度电能计量等技术研制而成的新一代终端产品。除了具备传统的远方抄表等功能外，还具备了负荷管理、交流采样、防窃电监测及主动上报等功能。具有功能强大、使用简单、运行稳定、维护方便等特点。能够满足我们在数据监控、远程抄表、分时段用电计量计费、异常报警、线损统计与同期比较等多方面的应用需求。
6 GPRS主要特点
支持双频GSM/GPRS，符合ETSI GSM phase 2+标准，数据通信模块永远在线，传输速度多种可配、可高达115200bps，数据进行加密、压缩打包传输。支持虚拟数据专用网(VPN)，短消息数据备用通道，支持无线远程软件升级和维护、本地软件升级和维护，具有远程登录密码校验、本地设置分级管理功能，支持热插拔。
7 改造效果
莱钢电计量数据远程监控系统于2009年1月正式投用，改造后的电计量系统满足了生产单位提出的各项功能要求，实现了对电能表的电量、需量、电压、电流、功率、功率因数、电压合格率等电表数据的自动采集、存储、远传，可以实现对电能量统计分析，为电力营销系统提供各类电量结算数据;对大用户的负荷进行控制和管理，实现“削峰填谷”有序用电，并对接入本系统的电能表运行状况进行实时监视、对用电异常(防窃电)进行实时监察，自动计算分区、分压、分线、分元件线损，提供多维的线损分析比较工具。
从项目的实施结果来看，该系统运行平稳可靠，网络安全性能高，达到较高的稳定性、安全性和可靠性。
结束语
该系统不仅节约了人力资源，而且做到了数据资源共享，为计量数据、成本核算、技术指标等部门提供了准确可靠、实时的电力消耗数据，使灵活、准确、客观的控制各生产厂的电力消耗指标有了依据和可能。通过成本核算和指标控制，显然会提高电力能源在生产中的利用率，并且优化用电模式，而且通过数据监控和成本核算，提高了电力能源利用率，创造了可观的经济效益和社会效益，具有很好的推广价值。
摘要：传统的电计量装置和抄表方式已无法满足莱钢电计量日成本核算需要和数据实时监控的要求,因此我们对电计量装置进行了改造,该系统利用有线(TCP/IP网络)或无线(GPRS)通讯技术,并通过安装在用电现场的多功能远方抄表终端将电表上或终端本身的运行数据采集回系统主站,从而实现对用电各个环节的运行状态进行监测、数据应用分析、考核管理。为电网的安全、稳定、经济运行提供了高效的管理工具。
关键词：计量装置改造,配电运行管理系统,多功能远方抄表终端
参考文献
[1]曹凤田.重视电能计量、经济运行水平[J].吉林电力,1991(6).
[2]孙春桂,王占国,李杏春.多功能电能表及其抄表技术[J].北京交通大学学报,1998(6).
浅谈供热计量远程抄表系统的实现 篇6
随着供热产业的不断发展, 按热计量收费已成为供热行业的必然趋势, 随着新建建筑热计量装置的配套安装和既有建筑热计量改造的有序进行, 使分户计量逐渐成为供热企业的新课题。怎样全面、准确、及时地统计出热量表的数据, 为热费结算提供数据依据成为人们重点研究的课题。由于人工抄表方式工作量大、效率低, 为此本文从热量表集中抄表的角度作了一些探讨。
1 抄表系统的发展轨迹
在20世纪90年代前采用的是人工抄表的方式, 到20世纪90年代中出现了集中抄表系统, 但这只是半自动的, 直至20世纪90年代末期才真正诞生了全自动远程抄表系统。目前的自动抄表系统是利用当代微机技术、数字通讯技术与户用表计量技术的完美结合, 集计量、数据采集、处理于一体, 从根本上减少了人工抄表的劳动强度。远程集中抄表系统是供热计量中十分重要的环节, 是决定供热计量改革工作的成功关键。
2 远程集中抄表系统的技术要点
2.1 系统概述
M-BUS系统是欧洲专为仪表数据传输而设计的总线制系统, 是一种用于各种测量装置的自动秒表总线结构, 至今已成为欧洲标准, 目前太原市热力公司将该系统应用于远程集中抄表网络, 具有可靠性强、成本较低、易于施工、维护简便等优点。整个系统充分利用目前成熟可靠的无线通讯手段, 将GPRS网络与服务器存储相结合, 实现数据的远程传递, 由前端热量表测量用户的所有热量以及相关参数。热量表具有M-BUS标准接口, 系统带有GPRS通讯接口的集中器, 集中器将热表数据集中后通过GPRS网络传输至热表厂家的数据服务器进行存储, 以备热力公司今后的数据调用, 并通过远程抄表软件平台最终对用热数据实现定时采集、实时监控以及图表分析。
2.2 系统特点
(1) 运行费用低。采用M-BUS数据总线设计, 具有价格低廉且传送距离长的特点。它对每个询问的反应时间为0.1s~0.5s。
(2) 效率高。按时就地采集热量表数据, 数据传输采用无线传输模式, 最大化地提高了系统效率, 方便了经营收费系统及生产监控系统随时调用数据。
(3) 可靠性强。远程集中抄表全过程是自动完成的, 排除了主观因素, 其准确性大大提高, 避免了人工抄表、计费所产生的人为误差。
(4) 数据管理能力强。集中抄表软件功能强大, 其实时采集与大批量的数据存储与图表分析都是人力所不能及的。
3 系统结构
远程抄表系统包括前端采集数据层、传输网络层和管理数据层, 见图1。
(1) 前端采集数据层:主要包括用户家中所安装的热计量装置即户热量表, 前端热量表的主要功能是测量用户所用热量。通过热计量表屏幕显示读取相关热参数, 再通过M-BUS线路与集中器连接。
(2) 传输网络层:集中器将热量表数据集中后通过GPRS调制解调器 (即GPRS MODEM) 进行分组交换, 用户通过GPRS网络实现远程无线数据的传输与交互。
(3) 管理数据层:数据通过GPRS无线网络传输, 最终存储至公司数据服务器中, 因此数据服务器中的数据是最原始最完整的, 以备今后远程抄表软件系统中的经营收费系统及生产监控系统随时调用数据。
4 远程集中抄表系统软件
远程抄表软件的研发和应用也是非常重要的, 在推进热计量改革的过程中, 热企是通过远程抄表软件的实际操作与应用来实现对用热数据的监控与管理的。图2为远程抄表系统功能选项图, 对照此图主要从5个方面介绍其主要功能。
(1) 供热参数的采集。包括供水温度、回水温度、温差、瞬时流量、累计流量、用热量、累计热量的采集。通过这些基础数据的显示, 管理人员可以实时监测用热数据动态, 方便快捷。
(2) 供热参数存储及查询。可以通过软件系统平台, 点击查询到任意时间点和任意时间段的用热原始数据, 并可以通过Excel电子表格导出, 为工作人员在每个采暖季需要做相应的年、月、周“热计量管理值班报表”提供了有力的数据依据。
(3) 用户权限管理。通过管理阶层的不同和使用对象不同可以将远程系统登录权限设置成几级模式。管理人员可通过IE浏览器输入用户名和密码进行数据查询, 管理的权限越高, 可设置的功能模块选项越多;用户可通过IE浏览器查询自家抄表读数。其保密性强, 操作便利。
(4) 系统报警平台。可根据现场情况对异常现象进行报警, 分为表具故障报警、数据异常报警、自定义设置报警。自定义设置报警是除基础报警之外的又一种自主设定报警选项功能, 它可由用户自行设定异常条件, 根据异常条件筛选出异常设备, 并且可以通过系统自行设置任意号码, 以短信形式通知到其指定相关责任人。
(5) 综合统计功能。综合统计功能是一个非常重要而实用的功能, 它可以实现年度热费报表、耗热量分析及各种相关统计报表。热力企业在每一个采暖季过后都要将年度统计报表中的数据作为与热用户进行结算的依据。此外各月份用热柱状图、曲线图可以非常直观地显示出用热量的变化趋势, 作为能耗分析的依据。
5 远程抄表系统存在的问题
(1) 集中器掉线问题。如果集中器断电, 就会直接中断远程抄表系统的工作状态, 造成数据采集缺失, 影响数据的传输及查询。如果在采集器有电的情况下, 由于卡欠费, 热力企业可以通过服务器把暂时无法上传的数据找回来。
(2) 兼容问题。各热表厂家的软件系统各不相同, 热力企业在管理上很不方便, 如果能够做到兼容会更便利、更有序。
(3) 拓展功能。在数据自由组合对比功能上并没有拓展, 很多用热数据比对分析所需要的参数, 系统上并不能直接查到, 这就需要工作人员通过下载已有的数据进行繁琐的人工运算。希望在将来的远程抄表系统发展中, 能够针对热力企业的实际要求拓展功能选项, 真正立足于热力企业来设计软件, 便于操作与管理。
(4) 换表问题。在供暖期如果发现数据异常, 工作人员就会到现场排查, 若发现是热量表出现了质量问题, 就应立即更换热表, 这样就产生了在取下旧表与换上新表的间隔时间里所产生的热损耗该如何计算的问题。热表厂家告诉我们可以通过用热数据环比得来的相应数据作为补偿热量来计算, 但是在热表更换的实际过程中并未得到证实, 因而尽可能地减少换表间隔时间才是减少热力企业损失的有效手段。
6 远程抄表系统改进的意义
数据是一切工作的依据, 有了这个系统, 供热企业可以实时监控热网的运行情况, 为实现供热计量收费奠定基础。此外, 还能通过数据分析出真实的供热运行情况和节能情况。相信通过一系列配套设施的改进和系统的不断完善, 并通过社会各部门的相互配合, 热计量改革事业会朝着更健康有序的方向发展。
参考文献
[1]吕士健, 杨健.热量表中华人民共和国城镇建设行业标准CJ128-2007[S].北京:中国标准出版社, 2007:1-36.
防作弊方法在远程计量中的应用 篇7
新疆某公司目前有5台汽车衡,负责厂区进出厂物资及厂内周转物资计量业务,用于对货物重量的称量,以进行精确的贸易结算.但是无论是领导者还是管理员很多时候都忽略了电子汽车衡在使用中所存在的隐患。比如:每天大量的手工填单使计算工作极易发生错误;车辆在上秤的过程中不规则的上秤方法会改变称重数值;不同的车辆调换牌照或同一辆车重复上秤计量;更严重的还有内外勾结进行造假及使用地磅遥控器改变称重数值等等。对于这些存在的隐患很多领导者与管理员并不知道,有时即使知道也不易及时发现和控制,久而久之,无形中就给企业造成了巨大的经济损失,电子汽车衡防作弊技术很好的解决了远程无人值守存在的隐患问题。
2 远程计量的作弊现象
根据笔者多年来从事计量工作的经验,远程计量作弊现象层出不穷,而且随着信息技术的发展,舞弊者也借助新技术从原始的作弊方式实现远程控制等,以下就将各种作弊行为现象简要阐述。
2.1 司机舞弊现象
电子汽车衡在使用过程中,整个秤台处于自由状态,车辆上秤后只有处于秤台的有效称量区域才能进行计量,如果车辆偏离有效称量区域,如车轮压在护边框或引坡位置,必将减少车辆称重重量,这类现象常发生于进厂原燃料物资回皮计量或外发物资毛重计量过程中.通过车辆停靠位置的改变是常见的司机舞弊现象.
2.2 计量相关人员舞弊现象
司秤员是远程计量过程中的操作人员,由于管理或软件漏洞等因素,会出现司秤员舞弊行为发生,如司秤员在计量单据开具和传递过程中,对计量的物资重量进行修改,或是司秤员与司机相互勾结,在计量过程中共同舞弊。此外,计量数据的管理人员也会为牟取私利,对计量数据进行修改等。
3 防作弊方法的应用
针对目前存在的计量作弊现象,我们的远程计量防作弊方法主要从两个方面入手,即计量技术的改进和计量管理的完善。在计量技术的改进方面,采用集群轮询机制及红外检测等技术来预防外部人员的舞弊行为,对于厂内各部门,建立一套完整的计量管理制度,包括权限管理及数据管理等。
3.1 计量技术的全面改进
计量技术全面改进,颠覆以往的“一对一”“单对单”计量模式,采用集群轮询技术,实现“一机多秤”,配合红外检测、视频监控等技术,从源头上堵住舞弊者的投机行为。
3.1.1“一机多秤”技术
采用调度机集群轮巡技术,计量主机根据调度机自动分配任务进行计量,做到随机分配业务,杜绝计量人员与司机的串通舞弊行为。同时调度机24小时不间断工作,时时监测秤房称重仪表的数据变化,并提供语音播报,可以很好的预防对称重传感器及秤体的舞弊投机行为,如破坏传感器线路安装作弊器等。
3.1.2 红外线检测和语音交互技术
针对过秤司机经常出现的舞弊行为,如车辆压秤或车辆未完全上秤等,我们有针对性地采用红外线检测和语音交互技术,具体做法如下:
汽车衡秤体两端安装红外对射光栅,红外线设备通过信号线连接到开关量IO卡。当光束被阻挡时,红外对射光栅将信号发送到开关量IO卡,计量软件从开关量输入卡提取信号,当检测到报警信号后,系统禁止计量系统数据保存,计量流程终止。车辆停稳后,系统通过红外自动检测车辆停放位置,停放位置正确,声音提示司机请刷卡计量,如停放不正确,系统通过声音提示司机调整车辆,车辆在系统中每经过一个环节,系统都会发出语音提示,当侦测到车辆有违规操作时,系统会及时发出警告,然后系统将告知来访车辆如何正确操作对其纠正,待系统确定没有问题后便通知车辆进入下一环节。
3.1.3 全面实现IC卡计量技术
计量车辆全部采用IC卡模式计量,进厂车辆制卡时必须输入随车单上的来车重量信息,包括毛重、皮重及净重,远程计量过程中通过调取IC卡信息,与计量重量作比对,同时皮重存入历史数据库中,以做备用。如果重量差值超过预设差值,司秤员停止计量,由专业维护人员进驻现场进行处理。
完善的IC卡计量模式,一车一卡,杜绝了司机套牌等舞弊行为的现象。
3.1.4 视频监控抓拍技术
计量过程全程进行视频监控,防止驾驶室多人、车厢留货,录像资料保存在计量点本地和中控室服务器上,监控画面嵌入到计量程序中,抓拍的照片与计量信息相关联,并一一对应。
3.1.5 完善的数据采集技术和皮重合法性检测
系统采集称重仪表数据,按照设定的时间采集5个重量值,放入系统内存中,如果此组数据相同,则判断仪表稳定,可以认为此计量数据有效.车辆计量皮重的时候,系统会查询一个阶段内的历史皮重做平均值,皮重与平均值的差值在允许范围内的,车辆允许计量,否则系统报警,暂停计量。通过完善的数据采集技术和皮重合法性检测,很好的解决了舞弊者对车辆重量的改变来获利的行为。
3.2 完善计量管理制度
完整的制度是远程计量的根本,只有建立一套完整的计量管理制度,如权限管理、数据管理等,才能保证计量工作的稳定运行。
3.2.1 完善权限管理制度
根据业务种类对操作权限进行分级管理,每个用户只能操作授权的功能模块,每次登陆均记录登录设备地址、用户名、登陆时间、注销时间等。此外,设置计量系统管理员,对各用户进行统一管理。通过对用户的权限控制,实现了计量操作人员的有效管理,杜绝计量人员的舞弊行为。
3.2.2 完善数据管理制度
计量数据的管理是计量工作的核心,对计量数据的管理必须建立一套完善的数据管理制度,如实现数据的汇总、发布,数据的修改等。
对于更改或者删除数据,系统会将此条数据做作废处理,并没有真正删除,统计时不作为业务数据,但管理员可以查阅作废记录,包含原始信息,操作后信息,操作员、时间、IP地址等,实现数据的可追溯性,杜绝操作人员为牟取私利私自改动数据行为。
3.2.3 完善计量单据管理制度
采用统一的单据打印格式,配以计量流水号,且只有车辆离开厂区才打印单据,单据打印完成后,根据流水号关闭该车再次打印功能,若需要进行补打单据,需要管理员权限人员操作,且补打单据上会标明补打单据人员及补打原因等信息,从而杜绝一车多单的现象发生。
对于厂内周转物资计量,不再打印单据,各相关单位可通过数据发布系统根据各单位权限查询,杜绝单据传递过程中的舞弊行为的发生。
3.2.4“黑名单”管理制度
对于违规或者作弊车辆采用黑名单制,如果车辆被加入到黑名单中,则系统根据等级判断是否允许计量,并进行系统报警。
黑名单按照等级设置成3级,对于有一次违规或者违章操作的车辆,系统将车辆列入三级黑名单,车辆进厂、验配、计量时系统允许业务操作,数据进行颜色标示,提示门卫、计量员注意。如果车辆有两次违规或者违章记录,系统将车辆列入二级黑名单,进门、验配时由安保人员进行查验,计量时系统提示,不允许进行自动计量,只能进行远程计量,刷卡时系统自动转入远程计量序列,并通过颜色进行报警提示。对于有三次违规或违章车辆,系统列入一级黑名单,车辆不允许承担运输业务和进厂。
“黑名单”管理制度的实施,有效的扼制了投机行为,对于出现在“黑名单”的客户,进行严格查验,杜绝舞弊者的侥幸心理。
4 结束语
电子汽车衡远程计量防作弊方法在新疆某公司的应用,节省大量的人力、物力成本,使需要贸易结算、车辆检测、货主管理工作的企业和单位能够准确、快捷的完成计量及车辆和货物取样及化验工作,将各物资计量点与集中计量监控中心有机联合,该系统的应用有效的防止了称重过程中的人为作弊行为,从而大大减少了企业资产的损失,这一技术在新疆某公司已经得到成功的应用,得到了用户的一致好评。
参考文献
[1]张放等.谈电子汽车衡的作弊与防作弊[J].衡器,2003,(04).
[2]刘景峰,佟仕忠,李晋,张忠洋,宋君祥.电子汽车衡防作弊系统的开发与应用[J].当代化工,2009,(09).
远程计量 篇8
计量泵作为往复泵的分支,广泛运用于石油、化工、水处理、食品、制药、环保、医疗器械等行业的流体定量投加和比例投加(简称流体定比投加),已成为流程工业的心脏和发动机[1]。
对于一个工业系统来说,研究者往往需要对液体排量进行严格的控制,例如在工业尾气处理中,处理液使用过少,达不到处理作用,而处理液使用过多往往又会造成另一种污染的产生。这样的工业系统便对计量泵的排量控制提出了很高的精度要求。
由于受制造工艺、作业环境等因素的影响,计量泵的实际排量和理论排量会产生一定的偏差,需要调节和补偿。而计量泵常常被用来传输有毒液体、腐蚀性液体、易燃易爆液体等,在许多危险的环境下,工作人员很难进入现场对计量泵排量进行手工调节,这就使得计量泵的应用受到了很大的限制[2]。
在实际工业现场,有时更需要几台或者更多的计量泵组成计量泵组进行协同作业,完成精确的排量任务。显然这样的协同工作若是由工作人员手动完成,其精准度必然会受到一定的影响。
为了弥补上述计量泵的缺陷,本研究对计量泵排量的误差进行了具体分析,并通过设计计量泵远程控制系统对计量泵排量进行远程控制和补偿。
1 理论排量值的计算
计算排量的误差首先要计算出排量的理论值,再与实际排量值相减,才能得出排量误差值,并对其进行补偿。
隔膜计量泵结构如图1所示,它主要由3部分组成:电机、传动机构和泵头。减速机是一种传动机构,通过利用齿轮转换速度,将电机的回转数降下来,减到所需的回转数,从而得到较大转矩。通过该减速机便把电机所产生的旋转运动转变成了柱塞的往复运动[3]。图1中的柱塞和隔膜实际上是相连接的,这里为了更加形象地描述工作原理而把它们分开。隔膜的凹变化和凸变化是随着柱塞的往复运动产生的,这种交替的变化能够使得泵缸内的压强进行改变,当压强减小时,从下面吸进流体,反之则从上面排出流体。
设电机旋转n0圈,经减速机后驱动活塞往复一次,那么传动比为n0,当电机的转速为n(单位:r/min)时,每秒活塞的往复次数(冲程频率)f可用下式表示:
电机转速可以根据脉冲数进行计算,在电机轴上设置一个霍尔传感器并均匀安装了4个磁钢,当电机运转一周,则检测到4个脉冲,当活塞往复一次时,检测到的脉冲数nm为4n0。将nm代入上式,得:
在一定的有效隔膜面积下,泵的输出流体的体积流量与冲程长度和冲程频率成正比。因此,当使用往复式隔膜计量泵时,其有效隔膜面积A是确定的,只需考虑另外两个因素对流体排量的影响:
令冲程长度为S,冲程频率为f,可以把流体的理论排量Q1(单位:m3/h)表示成一个函数:
Q1=3 600λASf (3)
式中:λ—比例系数;A—有效隔膜面积,m3;S—冲程长度,m;f—冲程频率。
将式(2)代入式(3),可得理论排量Q1(单位:m3/h)与电机转速n(单位:r/min)的关系式:
柱塞的往复运动,带动隔膜运动做凹凸变化,令凹变化的最大弯曲曲面与凸变化的最大弯曲曲面所围成的体积为V1,即一次理论冲程排量为V1,则流体的理论排量Q1(单位:m3/h)可以表示为:
由公式(4,5)可得:
V1=λAS (6)
2 排量误差分析
导致隔膜计量泵的排量误差的因素有很多[4],包括制造精度引起的误差、出口压力引起的误差、流体粘度不同造成的误差、工作磨损引起的误差等[5]。其中制造进度以及流体粘度引起的误差较为显著。以下便对这两处进行详细分析。
2.1 制造精度排量误差
本研究将因制作精度引起的误差记为ΔV(ξ),实际排量用V1,可表示为:
V′1=V1+ΔV(ξ) (7)
笔者根据实际情况使其他因素稳定,测出可靠的实验数据,确定每台泵的ΔV(ξ)。
设k为实验次数,检测到的脉冲数为nms1,nms2,…,nmsk,测得的流体体积为Q′11,Q′12,…,Q′1k,将误差记作ΔV1(ξ),ΔV2(ξ),...,ΔVk(ξ),那么:
可得:
2.2 流体粘度排量误差
流体的粘度系数η不同,在其他条件全都相同的情况下,其实际排量将存在误差[6]。本研究用函数x(η)表示粘度系数η不同带来的误差影响,可将一次实际排量表示成:
Vs=x(η)V1 (10)
所以:
该数据的获得需要研究者对测量进行必要的控制,使得其他因素不影响理论排量的大小;本研究设定所用流体均为清水,可得清水所对应的函数x(η)值为1。
对η,取一些典型的值:η1,η2,…,ηn通过实验确定x(ηi)(i=1,2,…,m),对于η的非典型值ηα,通过线性差值可求得相对应的x(ηα)。
3 系统结构
由于计量泵的控制有着很高的实时性要求,而基于TCP/IP的以太网采用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问协议(CSMA /CD),无法保证数据传输的实时性要求。而CAN网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据,且CAN协议废除了站地址编码,而代之以对通信数据进行编码,这可使不同的节点同时接收到相同的数据,这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强,并且容易构成冗余结构,提高系统的可靠性和系统的灵活性。
但是CAN总线无论是其通信距离还是通信速率都无法和以太网相比,且不易于与上位控制机直接接口,现有的CAN接口卡与以太网网卡相比大都价格昂贵。因此该系统设计了协议转换器这个中间环节,来连接以太网和CAN网络,使得两者的优劣能够形成互补[7]。
计量品泵远程控制系统结构如图2所示,分为3个部分:监控平台及其服务器、协议转换器、CAN网络组成的计量泵组。
协议转换器的实现原理较为简单,笔者将接收到的CAN数据帧分离出数据部分,然后对数据打包成以太网协议栈格式,发送到以太网,以太网到CAN的数据转换过程正好和CAN到以太网的数据转换过程相反。
4 排量补偿方法
在上述计量泵远程控制系统中,每一台计量泵可以把自身集成的传感器采集到的流量、转速、流体粘度等数据通过网络转发给主机。控制主机可以把计量泵组实时传递上来的工业现场数据放入对应的数据库中。这样工作人员便可以在控制室,通过数据库的监控和管理,来实时得调节不同区域、不同排放任务的计量泵组的转速,并实时监控排量情况。
通过这样一个远程计量泵组网络控制系统,本研究可以对不同工作情况下的计量泵组进行对应的排量误差的补偿。在实际的操作中,研究者并不能对排量进行直接的控制,而是通过改变控制芯片输出PWM占空比的配置,来改变三相异步电机的转速,从而改变了计量泵柱塞运动的频率,来达到排量控制的目的[8]。由于各种误差的存在,同样的PWM占空比配置在不同的单台计量泵控制系统中所产生的排量并不相同。此时就需要研究者通过网络远程地更改PWM占空比的配置,使得排量能够精确地达到理想值。
在排量补偿的过程中可以引入模糊规则,对排量补偿进行智能控制[9,10,11]。根据计量泵的运行特点和使用情况,本研究把排量误差和误差变化的语言值取为{负极大,负非常大,负很大,负较大,负微大,零,正微大,正较大,正很大,正非常大,正极大},并用数字来表示,即{-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5}。而同样的,对于PWM占空比配置变化的模糊化也可以用相同的数字来表示。根据图3所示模糊规则隶属度函数,产生的模糊规则控制表如表1所示,在实际的排量补偿中,本研究便可以通过模糊规则表来进行解模糊化,来控制PWM占空比配置的智能调节,从而达到对排量调节的智能调节。
V—PWM占空比改变量
5 结束语
针对实际工业中计量泵运行的状况,以及目前国内外相关研究的欠缺,本研究详尽地分析了计量泵的排量及其误差计算,并根据工业现场的实际情况提出了对计量泵组进行网络控制其排量补偿的方法,搭建了基于以太网以及CAN总线的远程控制系统。在补偿的过程中,笔者加入了模糊控制器,来对补偿过程进行智能控制。
对计量泵的排量进行补偿对有着精确排量要求的工业控制将有很大的帮助作用,网络化的排量补偿使得大规模的计量泵组的排量精度都得到了保障。
摘要：计量泵作为一种能够按照比例调节排量的计量设备,其主要性能指标是计量精度。为了解决实际的工业控制中计量泵的计量精度误差问题,以及恶劣环境下手动调节计量泵的局限性问题,对制造工艺、流体粘度系数等因素所造成的计量泵排量误差值进行了计算与分析,提出了一种基于CAN总线和以太网的计量泵远程网络控制系统。通过协议转换器将实时性强的CAN现场总线网络与通信距离远、通信速率高的以太网相连,运用模糊控制算法,对不同工作条件下的计量泵组进行实时的远程补偿,以达到精确的排量控制。实验结果表明,计量泵远程网络控制系统稳定性高,速率调节快,能够有效提高计量泵的输出精度,实现精确的远程流体定比投加控制。
关键词：隔膜,计量泵,排量误差,远程补偿
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