關于超聲波熱量表設計及遠程抄表技術的研究

王同波

摘 要：在國家提倡節能環保和推行供熱計量改革的背景下，要推行供熱計量改革，使住戶供熱公司接受熱量計量收費方式，其中，解決好抄表問題是關鍵。本文針對國內住戶的具體情況，對超聲波熱量表設計及遠程抄表技術進行了闡述，以期推動該技術的發展。

關鍵詞：熱量表；超聲波；遠程抄表技術

節能減排、降低全社會的能源消耗水平關系到整個社會經濟的可持續發展，是我國的基本國策。雖然國家十分重視供熱計量改革的推進，國內熱量計量行業也已初具規模，但仍處于起步階段，不能滿足市場需要，熱量計量產品在技術上存在多種問題，重制約了居民供熱分戶計量的推廣和發展。

一、超聲波熱量表設計

（一）超聲波流量測量原理。超聲波流量測量的原理是：超聲波在流體中傳播時，傳播速度會受流速影響而變化，可通過測量流體中傳播的超聲波信號來計算流體流速，進而得到流量。流量測量方法有時差法、頻差法、相關法和多普勒效應法等。超聲波在流體中傳播的過程中會疊加水流速度，使相同傳播距離下，順流傳播與逆流傳播存在時間差，利用該差值可計算出流體流速，進而得到流量。

（二）流量測量管道結構設計。超聲波熱量表的流量測量管道結構，決定了超聲波換能器的安裝位置，進而決定了超聲波在流體中的傳播路徑；同時，好的測量管道結構能夠減小管道內的壓力損失。超聲波流量測量中常用的集中測量結構如下：1、斜射式：兩個換能器與管道成一個角度相對地安裝在管壁，斜射式結構管道內部對流體流動沒有阻礙，因此無壓力損失，結構簡單，加工成本低，常用于大口徑超聲波流量計，但對于住戶供暖管道來說，采用斜射式結構會使超聲波信號傳播路徑過短，測量時容易產生較大誤差；2、直射式：直射式結構測量管道通過改變流體的傳播方向，延長了超聲波信號地傳播距離，能夠保證測量精度，但是，直射式管道結構復雜，加工成本高，而且復雜的結構容易造成水垢和雜質的沉積，覆蓋換能器發射接收表面甚至堵塞管道。

（三）數據處理方法設計。數據處理方法是通過熱量表中的軟件來實現。對于系統誤差，可以通過校準測量，并在測量結果后加相應系數的方法來降低。對于粗大誤差和隨機誤差，可通過多次測量，判斷并剔除粗大誤差，并求平均值的方法來降低。由于軟件的設計要求低功耗，多次測量的次數不能太多，因而必須選擇小樣本的數據處理方法。可以通過實驗數據的比較，選用格拉布斯準則作為剔除粗大誤差的準則。

二、抄表網絡設計

（一）抄表網絡要完成的功能。1、網絡組織與維護：抄表網絡首先要完成的是組網，即所有網絡中的所有設備加入網絡，并為網絡中的所有設備分配地址，建立設備與用戶的聯系，在網絡設備出現故障時，網絡要能夠及時發現并發出警報。2、全小區抄表：在該過程中，抄表中控制抄表網絡定時，將小區內所有熱量表的抄表數據傳回抄表中。3、單用戶抄表：某用戶熱量表出現可疑抄表數據時，需要對該用戶熱量表進行較高頻率的抄表，以便發現該用戶供熱過程中的問題。

（二）抄表網絡中的消息與數據格式設計。1、抄表數據格式：抄表數據格式用于在抄表網絡中傳輸抄表數據。抄表數據格式中的基本信息是從上次抄表到本次抄表的累計熱量值和本次抄表的截止時間。數據在熱量表和集中器中對相同的格式進行存儲并定時更新。2、M-Sus總線上的消息類型：M-Sus總線上的信息都通過數據帖來傳遞，報文格式通常有四種，分別是單字節幀、短中幀、控制幀和長幀。

三、抄表管理軟件設計

（一）抄表管理軟件總體功能設計。管理軟件主要實現抄表管理、用戶信息管理和網絡管理三部分功能。1、抄表管理：在正常情況下，抄表管理軟件定時向抄表網絡發送命令，對所有熱量表進行抄表，并更新數據庫中的抄表數據；當發現某用戶熱量表抄表數據有異常或用戶有要求時，管理軟件可以對個別用戶進行實時抄表。2、用戶信息管理：完成用戶信息添加、更新和移除，熱量表與用戶的對應，并提供抄表結果的查詢。3、網絡管理：網絡管理負責為每個加入網絡的設備分配相應的地址，并且要對無線網絡進行網絡拓撲監測，用來優化無線網絡，同時，要及時診斷并報告網絡出現的故障。

（二）網絡管理功能模塊設計。網絡管理的功能是對網絡中的設備進行管理和監測，允許集中器和熱量表等設備加入網絡，保證設備正常運行。該模塊的功能包括網絡設備地址分配、無線組網管理和網絡故障報警。無線組網管理功能用于獲得無線網絡中各節點的拓撲結構，發現未加入網絡的節點，以此作為優化無線網絡、提高信號傳輸質量的依據，技術人員可根據網絡的拓撲結構，適當調整無線節點位置。網絡異常報警包括集中器異常報警和熱量表異常報警。抄表中也向某集中器發出消息，當超過一定的時間沒有收到應答時，抄表管理軟件會彈出一個包含集中器地址的彈窗提示集中器通信異常。

四、結語

我國在供熱計量改革的道路上進展緩慢，加強對超聲波熱量表設計及遠程抄表技術的研究，能夠很好的解決熱量表運行中存在的問題，能夠降低整個系統的成本。雖然目前該技術并沒有得到顯著的發展，但是，隨著大眾的需要和科研人員的不斷努力，未來的供熱計量一定是會跟上時代的潮流，邁向網絡化和智能化。

參考文獻：

[1]侯影.超聲波熱量表及遠程抄表系統的設計與實現[D].黑龍江大學，2013.endprint