自來水流量計在供水領域的應用及如何組建運程監控系統
點擊次數：2974 發布時間：2021-09-01 09:12:08
科學技術的發展為人類的測量技術的進步帶來極大的推動，自來水流量計就是其中較為典型的例子，自來水流量計利用電磁感應原理測量流量是法拉*電磁感應定律的應用，是眾多流量測量方法中*普遍的方法之一，能夠測量多種形狀流道內導電液體的流速和流量。
自來水流量計*早的應用是在1832年，我們初中物理都學過，電磁感應定律是1831年英國物理學家法拉*發現的，而人類*次利用電磁感應原理來測量流量也是由法拉*進行的。當年他在泰晤士河滑鐵盧橋的兩岸，選擇與水流方向垂直的地磁場方向的地方，放下兩個金屬棒當作電極來測量河水的流速，這是人類文明和科技的一大創舉。在現代的工業測量領域，自來水流量計的使用已經十分的普遍，各種新材料與新技術與自來水流量計的結合也日益緊密，但是自來水流量計有其優點也有其缺點，我們在選用其產品時，要熟悉其工作原理和測量優勢，將其功能和作用發揮至*大，本文著重介紹自來水公司自來水流量計的選用管理情況,并將介紹自來水流量計的遠傳監測管理方法，對流量計使用過程中存在的問題，提出自己的看法和建議。
1、流量計的選型
流量計計量的準確性，對企業的成本核算、能耗等重要指標的計算會產生較大影響，故選擇運行穩定、質量保證、計量準確的流量計極其重要。隨著科學技術的發展，流量計品種越來越多，性能各異，技術參數及使用條件也各不相同，所以選型時應先了解流量計的性能特點并結合本單位的使用工況。
1、葉輪式流量計：葉輪式流量計的工作原理是將葉輪置于被測流體中，受流動流體的沖擊而旋轉，以葉輪旋轉的快慢來反映流量的大小。葉輪式流量計主要有水表和渦輪流量計，輸出方式有機械傳動或電脈沖兩種。機械式傳動輸出的水表準確度較低，誤差約±2％；電脈沖信號輸出的渦輪流量計的準確度較高，一般誤差為±0．2％--0．5％。
2、自來水流量計：自來水流量計是根據法拉*電磁感應定律，即導電液體在磁場中切割磁力線運動時，導體中產生感應電動勢，而感應電動勢又和磁感應強度、流量大小成正比，通過測電動勢來反映管道流量的原理而制成的。主要有管道式和插入式兩種。管道式精度等級為±1.5%--±2.5%，高精度的達到±0.5%--±1.0%；插入式的精度為±1.5%--±2.5%。由于插入式結構上的缺陷和安裝時的誤差就會影響計量精度，所以選用管道式更好些。
3、超聲波流量計：超聲波流量計是以超聲波在流動介質中傳播的速度等于被測介質的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設計的。分多普勒超聲波流量計和時差式超聲波流量計，目前多采用了時差式超聲波流量計。根據使用場合不同，又可以分為固定式超聲流量計和便攜式超聲流量計。固定式超聲流量計又分為外夾式、插入式、管段式三種。固定式超聲波流量計因某些管道材質疏松、壁厚不一、導聲不良或銹蝕嚴重，襯里和管壁有間隙等原因、造成超聲波信號衰減嚴重。
1.2 流量計選型的基本要求：
1、流量計精度要高、運行要穩定。
2、過水壓力損失小。
3、如果用戶用水量變化較大或用水分布很不均衡，則要求流量計量程比要大些。
4、靈敏度要高，滿足低流速計量的準確。
5、流量計對現場工況不要太敏感。
6、根據需要選擇可以正反方向測流量。
7、運行可靠、經久耐用、維護方便。
幾種可以進行比較的流量計的性能特點，見表1。
根據以上幾種流量計特點、流量計選型的基本要求和國內外選用流量計的趨勢，選用智能化、無壓損的自來水流量計、超聲波流量計較合理。而從成熟的電路技術、測量的穩定性、靈敏性和精確度、技術特點、安裝維護要求、安裝點使用工況、易于遠程監控等方面比較，選擇自來水流量計比超聲波流量計更適合。事實上，公司計量科多年來堅持定期對在線自來水流量計進行現場比對檢測，相對誤差都滿足要求。
2、自來水流量計的遠程監控管理
2.1遠程監控系統的組成
自來水流量計遠程監控因為使用現場地點與北海自來水公司調度中心管理系統傳輸方式的不同而不同。其中禾塘、龍潭水廠自來水流量計輸出數據經總線輸入禾塘、龍潭水廠調度主機，通過adsl vpn或無線專網將數據傳輸到公司調度中心系統；合浦工業園自來水流量計遠程監控是由現場遠傳終端設備通過gprs將數據傳輸到公司調度中心系統。
2.2自來水流量計現場遠程監控終端系統（以合浦工業園自來水流量計現場遠傳終端為例）
合浦工業園自來水流量計現場遠傳終端設備由以下幾部份組成：
1．自來水流量計：包括傳ifs4000f傳感器和ifc300w信號轉換器。
2．plc：選用西門子s7-200/224，含ai模塊及數據采集處理軟件等。
3．dtu設備：主動撥上gprs網絡，透明傳輸協議。
4．直流穩壓電源：普通開關電源，為plc、dtu和一次儀表提供24v直流電源。
5．不間斷電源：為自來水流量計交流用電停電、斷電時提供電源。
6．天饋系統：dtu配套普通軟質手機天線，可直接安裝在控制箱頂。
7．機箱。
8．電源避雷器：選用進口避雷器，具備自修復功能。
基本的工作原理：自來水流量計輸出數據傳輸到現場終端plc，在dtu上主動撥上gprs網絡，與數據中心(dsc)實現tcp/ip協議進行雙向通信，由dtu軟件和用戶設備通過rs-232/485實現透明可靠的數據傳輸，將數據傳輸到北海自來水公司調度中心管理系統實行遠程實時監控。
合浦工業園自來水流量計遠程監控系統圖如下圖：
3、自來水流量計的遠程監控效果
北海自來水公司自從08年起對5個自來水流量計進行遠程實時監控，有效地對公司供水情況和管網情況進行實時了解，及時發現現場計量設備和運行情況，運行四年多來，效果令人滿意，達到了遠程監控的預期效果。
3.1 對供水、用水情況進行實時監控
通過對電磁流量讀報實時監控，能及時了解生產水的供水規律和合浦工業園的用水規律，對供水和用水情況進行分析、統計，可進一步了解整個管網運行情況，科學地進行供水調度。從圖3中可以查詢各測壓點水壓、各流量計的實時數據如瞬時流量、累計流量等。
3.2提供異常水量水費的結算依據
根據自來水流量計運行數據和遠程監控數據，利用系統可以對供水和用水的歷史數據進行多時段、多參數查詢，從中可以計算某時段的水量，較準確處理異常用水計量糾紛。
3.3計量故障的及時報警
停電、斷電或沒有傳輸數據時會產生報警顯示等，通過報警能及時采取措施，減少損失，降低漏失率，提高水司的效益。
4、自來水流量計遠程監控管理中存在問題
4.1 現場遠傳終端電源供電問題
由于合浦工業園結算自來水流量計使用的電源從園區中的中糧公司接線，用電權限一直處于被動，曾經出現多次人為或意外的斷電現象，隨后安裝了不間斷電源，短期的斷電（約6小時）可由不間斷電源向自來水流量計供電，并由終端設備向公司調度中心發出斷電報告，但長時間的停電還是會產生不計量水量的，將造成供水企業與用水戶之間的水量核算糾紛。經過多方協調，現在人為斷電情況已很少發生。
4.2 自來水流量計準確性
公司出廠水流量計使用多年來比較滿意.但作為貿易結算的合浦工業園dn600自來水流量計選擇口徑時有點不匹配,因為合浦工業園目前只有中糧集團這個用水大戶,其它用戶用水較少。在2007年11月至2009年5月，每天用水分布很不均衡,瞬時流量在26-800m3/h以內波動。在170-300m3/h流量的低流速時用便攜式超聲波流量計比對檢測相對誤差為2.8%，在300-600m3/h流量的流速時比對檢測相對誤差為1.6%.所以低流速時相對誤差偏大。隨著合浦工業園用戶和水量的增加，自來水流量計準確性是能夠保證的。
4.3 防雷問題
突出問題是合浦工業園自來水流量計計量房選址空曠，故在2008年4月份信號轉換器受到雷擊,更換信號轉換器后加強了雙重防雷措施，經過調試自來水流量計計量準確，數據傳輸很正常。但北海是南方沿海城市，是臺風、雷擊重災區，加上雷電強度的不可預知，防汛防雷工作要常抓不懈。
4.4 防鼠問題
南方沿海城市鼠害是很嚴重的，所以要加強計量井內電纜和計量間內信號電纜的防鼠工作，避免老鼠咬斷電纜引起不計量或數據信號的傳輸。
4.5 流量計的周期檢定
由于自來水流量計不能拆出檢定，所以周檢比較麻煩，只能作現場檢定，費用較高。合浦工業園自來水流量計從正常使用至今，在08年12月、09年10月分別請廣西計量檢測研究院進行了兩次現場檢定，相對誤差均滿足計量精度要求，擁有合格檢定**。
4.6 長期可靠的維護費用
例如合浦工業園自來水流量計現場遠傳終端采用了流量計、遠傳設備、交流供電、不間斷電源供電和gprs的方式由公司調度中心調度系統進行實時遠程監控，需要電源供電、通信費用、設備維護費、車輛交通和人員的維護費等，要搞好這些管理工作，才能保證更好地實施自來水流量計遠傳監控管理，以較低的投入使公司獲得較大的可持續的經濟效益。
5、結束語
自來水流量計實行遠傳實時監測系統的應用是供水計量信息管理的重要組成部分，計算機技術和通信技術的高速發展，為供水企業解決了用水大戶用水計量管理中的不足，隨著公司今后的發展，會使用更多的大口徑流量計，對占據供水企業重要地位的大口徑流量計實施遠程實時監控，這將為供水管理部門分析供水、用水規律提供依據，采取有效措施降低供水損失率，提高水費回收率發揮更大的作用。
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1、流量計的選型
流量計計量的準確性，對企業的成本核算、能耗等重要指標的計算會產生較大影響，故選擇運行穩定、質量保證、計量準確的流量計極其重要。隨著科學技術的發展，流量計品種越來越多，性能各異，技術參數及使用條件也各不相同，所以選型時應先了解流量計的性能特點并結合本單位的使用工況。
1、葉輪式流量計：葉輪式流量計的工作原理是將葉輪置于被測流體中，受流動流體的沖擊而旋轉，以葉輪旋轉的快慢來反映流量的大小。葉輪式流量計主要有水表和渦輪流量計，輸出方式有機械傳動或電脈沖兩種。機械式傳動輸出的水表準確度較低，誤差約±2％；電脈沖信號輸出的渦輪流量計的準確度較高，一般誤差為±0．2％--0．5％。
2、自來水流量計：自來水流量計是根據法拉*電磁感應定律，即導電液體在磁場中切割磁力線運動時，導體中產生感應電動勢，而感應電動勢又和磁感應強度、流量大小成正比，通過測電動勢來反映管道流量的原理而制成的。主要有管道式和插入式兩種。管道式精度等級為±1.5%--±2.5%，高精度的達到±0.5%--±1.0%；插入式的精度為±1.5%--±2.5%。由于插入式結構上的缺陷和安裝時的誤差就會影響計量精度，所以選用管道式更好些。
3、超聲波流量計：超聲波流量計是以超聲波在流動介質中傳播的速度等于被測介質的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設計的。分多普勒超聲波流量計和時差式超聲波流量計，目前多采用了時差式超聲波流量計。根據使用場合不同，又可以分為固定式超聲流量計和便攜式超聲流量計。固定式超聲流量計又分為外夾式、插入式、管段式三種。固定式超聲波流量計因某些管道材質疏松、壁厚不一、導聲不良或銹蝕嚴重，襯里和管壁有間隙等原因、造成超聲波信號衰減嚴重。
1.2 流量計選型的基本要求：
1、流量計精度要高、運行要穩定。
2、過水壓力損失小。
3、如果用戶用水量變化較大或用水分布很不均衡，則要求流量計量程比要大些。
4、靈敏度要高，滿足低流速計量的準確。
5、流量計對現場工況不要太敏感。
6、根據需要選擇可以正反方向測流量。
7、運行可靠、經久耐用、維護方便。
幾種可以進行比較的流量計的性能特點，見表1。
根據以上幾種流量計特點、流量計選型的基本要求和國內外選用流量計的趨勢，選用智能化、無壓損的自來水流量計、超聲波流量計較合理。而從成熟的電路技術、測量的穩定性、靈敏性和精確度、技術特點、安裝維護要求、安裝點使用工況、易于遠程監控等方面比較，選擇自來水流量計比超聲波流量計更適合。事實上，公司計量科多年來堅持定期對在線自來水流量計進行現場比對檢測，相對誤差都滿足要求。
2、自來水流量計的遠程監控管理
2.1遠程監控系統的組成
自來水流量計遠程監控因為使用現場地點與北海自來水公司調度中心管理系統傳輸方式的不同而不同。其中禾塘、龍潭水廠自來水流量計輸出數據經總線輸入禾塘、龍潭水廠調度主機，通過adsl vpn或無線專網將數據傳輸到公司調度中心系統；合浦工業園自來水流量計遠程監控是由現場遠傳終端設備通過gprs將數據傳輸到公司調度中心系統。
2.2自來水流量計現場遠程監控終端系統（以合浦工業園自來水流量計現場遠傳終端為例）
合浦工業園自來水流量計現場遠傳終端設備由以下幾部份組成：
1．自來水流量計：包括傳ifs4000f傳感器和ifc300w信號轉換器。
2．plc：選用西門子s7-200/224，含ai模塊及數據采集處理軟件等。
3．dtu設備：主動撥上gprs網絡，透明傳輸協議。
4．直流穩壓電源：普通開關電源，為plc、dtu和一次儀表提供24v直流電源。
5．不間斷電源：為自來水流量計交流用電停電、斷電時提供電源。
6．天饋系統：dtu配套普通軟質手機天線，可直接安裝在控制箱頂。
7．機箱。
8．電源避雷器：選用進口避雷器，具備自修復功能。
基本的工作原理：自來水流量計輸出數據傳輸到現場終端plc，在dtu上主動撥上gprs網絡，與數據中心(dsc)實現tcp/ip協議進行雙向通信，由dtu軟件和用戶設備通過rs-232/485實現透明可靠的數據傳輸，將數據傳輸到北海自來水公司調度中心管理系統實行遠程實時監控。
合浦工業園自來水流量計遠程監控系統圖如下圖：
3、自來水流量計的遠程監控效果
北海自來水公司自從08年起對5個自來水流量計進行遠程實時監控，有效地對公司供水情況和管網情況進行實時了解，及時發現現場計量設備和運行情況，運行四年多來，效果令人滿意，達到了遠程監控的預期效果。
3.1 對供水、用水情況進行實時監控
通過對電磁流量讀報實時監控，能及時了解生產水的供水規律和合浦工業園的用水規律，對供水和用水情況進行分析、統計，可進一步了解整個管網運行情況，科學地進行供水調度。從圖3中可以查詢各測壓點水壓、各流量計的實時數據如瞬時流量、累計流量等。
3.2提供異常水量水費的結算依據
根據自來水流量計運行數據和遠程監控數據，利用系統可以對供水和用水的歷史數據進行多時段、多參數查詢，從中可以計算某時段的水量，較準確處理異常用水計量糾紛。
3.3計量故障的及時報警
停電、斷電或沒有傳輸數據時會產生報警顯示等，通過報警能及時采取措施，減少損失，降低漏失率，提高水司的效益。
4、自來水流量計遠程監控管理中存在問題
4.1 現場遠傳終端電源供電問題
由于合浦工業園結算自來水流量計使用的電源從園區中的中糧公司接線，用電權限一直處于被動，曾經出現多次人為或意外的斷電現象，隨后安裝了不間斷電源，短期的斷電（約6小時）可由不間斷電源向自來水流量計供電，并由終端設備向公司調度中心發出斷電報告，但長時間的停電還是會產生不計量水量的，將造成供水企業與用水戶之間的水量核算糾紛。經過多方協調，現在人為斷電情況已很少發生。
4.2 自來水流量計準確性
公司出廠水流量計使用多年來比較滿意.但作為貿易結算的合浦工業園dn600自來水流量計選擇口徑時有點不匹配,因為合浦工業園目前只有中糧集團這個用水大戶,其它用戶用水較少。在2007年11月至2009年5月，每天用水分布很不均衡,瞬時流量在26-800m3/h以內波動。在170-300m3/h流量的低流速時用便攜式超聲波流量計比對檢測相對誤差為2.8%，在300-600m3/h流量的流速時比對檢測相對誤差為1.6%.所以低流速時相對誤差偏大。隨著合浦工業園用戶和水量的增加，自來水流量計準確性是能夠保證的。
4.3 防雷問題
突出問題是合浦工業園自來水流量計計量房選址空曠，故在2008年4月份信號轉換器受到雷擊,更換信號轉換器后加強了雙重防雷措施，經過調試自來水流量計計量準確，數據傳輸很正常。但北海是南方沿海城市，是臺風、雷擊重災區，加上雷電強度的不可預知，防汛防雷工作要常抓不懈。
4.4 防鼠問題
南方沿海城市鼠害是很嚴重的，所以要加強計量井內電纜和計量間內信號電纜的防鼠工作，避免老鼠咬斷電纜引起不計量或數據信號的傳輸。
4.5 流量計的周期檢定
由于自來水流量計不能拆出檢定，所以周檢比較麻煩，只能作現場檢定，費用較高。合浦工業園自來水流量計從正常使用至今，在08年12月、09年10月分別請廣西計量檢測研究院進行了兩次現場檢定，相對誤差均滿足計量精度要求，擁有合格檢定**。
4.6 長期可靠的維護費用
例如合浦工業園自來水流量計現場遠傳終端采用了流量計、遠傳設備、交流供電、不間斷電源供電和gprs的方式由公司調度中心調度系統進行實時遠程監控，需要電源供電、通信費用、設備維護費、車輛交通和人員的維護費等，要搞好這些管理工作，才能保證更好地實施自來水流量計遠傳監控管理，以較低的投入使公司獲得較大的可持續的經濟效益。
5、結束語
自來水流量計實行遠傳實時監測系統的應用是供水計量信息管理的重要組成部分，計算機技術和通信技術的高速發展，為供水企業解決了用水大戶用水計量管理中的不足，隨著公司今后的發展，會使用更多的大口徑流量計，對占據供水企業重要地位的大口徑流量計實施遠程實時監控，這將為供水管理部門分析供水、用水規律提供依據，采取有效措施降低供水損失率，提高水費回收率發揮更大的作用。