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工業無線技術優化供暖服務,加速供暖行業智能化

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  • 發布時間:2020-07-11 10:38
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【概要描述】

工業無線技術優化供暖服務,加速供暖行業智能化

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  隨著人民對供暖公共服務需求、品質的提升,越來越多的供暖企業意識到了自身管理及行業現有技術的局限性,紛紛開啟了工業轉型、智能化改造的浪潮。
 
  冬季采暖是我國北方居民的生活需求之一,歷史可追溯至上世紀 50 年代,中國在友國援助下為城市居民安裝集中供熱系統。隨著人民對供暖公共服務需求、品質的提升,越來越多的供暖企業意識到了自身管理及行業現有技術的局限性,紛紛開啟了工業轉型、智能化改造的浪潮。
供暖行業機會空間巨大,智能化改造成為企業增長的新動力
 
  目前,我國供暖分界線位于北緯 33 度附近的秦嶺和淮河一帶,包括北方十四省市自治區,取暖總面積超過 206 億平方米。其中,城鎮建筑取暖面積 141 億平方米,農村建筑取暖面積 65 億平方米。“2+26” 城市城鄉建筑取暖面積約 50 億平方米。
 
  根據公開資料整理,2017年我國城鎮集中供熱管網總里程已超過 31.2 萬公里,其中供熱一級網長度約 9.6 萬公里,供熱二級網長度約 21.6 萬公里。集中供熱管網主要分布在城市,城市集中供熱管網總里程約 23.3 萬公里,占城鎮集中供熱管網總里程的 74.6%,縣城集中供熱管網總里程約 7.9 萬公里,占城鎮集中供熱管網總里程的 25.4%。從供暖時間上看,因地域不同有所差異,華北地區一般為4個月,東北、西北地區一般為 5-7 個月。
 
(圖1—2017年我國城市供暖行業區域集中度)
 
  如此巨大的熱管網結構以及供熱市場數據,勢必會影響企業管理的能效。而隨著物聯網技術的成熟以及NB-IoT基于蜂窩的窄帶物聯網技術在工業領域的滲透,“泛連接”的概念被廣泛用于企業智能化改造的進程當中。企業對換熱站的監控,熱管網的溫度采集,以及對住戶室內實際溫度的搜集分析,已成為供暖企業提升服務能效的關鍵。
 
迎擊企業痛點,工業無線技術積極推進換熱站的智能化改造
 
  為了提高換熱站工作的高效性和準確性,通過對企業痛點特別是換熱站的具體需求分析,結合工業無線技術的應用,可以為換熱站增加如下功能:
 
1)  PC遠程監控現場設備;
 
2)  通過手機瀏覽器隨時查看設備狀態;
 
3)  現場設備無需額外布置網線,數據通過寬帶蜂窩網絡傳輸;
 
4)  全自動化控制,無人值守;
 
5)  維護升級容易,簡單。
(圖2—換熱站系統結構圖)
 
 
  整套系統采用HMI觸摸屏用于現場工作流程顯示、參數報警和數據存儲等功能,通過標準Modbus總線與智能網關、I/O模塊、電參數采集模塊相連。I/O模塊負責模擬量和數字量的輸入輸出,電參數模塊負責采集系統的用電情況。最終路由器通過4G網絡,即SIM7600CE模塊提供的4G蜂窩網絡連接到服務器,實現用戶通過手機或者電腦監控現場的實時情況。
 
(圖3—基于SIM7600CE的工業4G路由器拆解)
 
  為了保證換熱站參數監控的可靠性,在滿足一系列國家規范及行業標準,如GBJ/232-90、92《電氣裝置安裝工程施工及驗收規范范》,《分散控制系統工程設計規定》等的同時,在控制上采用遠程本地相結合的方式,保證了系統的冗余。在管理上,只需通過主站實時報警就可以針對性的對子站進行緊急處理和及時維護,無需24小時人工看守,這樣節省了大量的維護成本、人工和時間,保證系統穩定可靠運行。
圖4—換熱站實時監控平臺)
 
無線差壓變送器監測管網壓力,實現熱網壓力平衡
 
  目前,我國供熱企業二次網蔓延分布距離換熱站距離不等,為了換熱站轄區范圍內各熱用戶取得理想的供暖效果,對二次網供水壓力有一定要求,然而長期的高溫高壓又會對供熱管網壽命造成影響,然而在一些偏遠、人員較少、無法利用有線網絡加裝監控設備、無有效電源提供的環境下,管網的供回水壓力差監測是一個期待解決的難題。隨著物聯網技術的普及,特別是工業無線技術在自動化檢測及數據采集系統的進一步完善,使得熱源從工廠傳遞至用戶的每一條管網,都可以被實時檢測,上報故障狀態,從而實現管網壓力平衡,極大的延長了管網壽命。
 
(圖5—基于NB-IoT模塊(SIM7000C)深度定制的無線差壓變送器)
 
  結合對供熱管網的需求分析,針對管網導熱環境的特殊性,基于強大且低功耗的NB-IoT核心硬件、功能完備的軟件系統平臺及定制化設計,通過對傳統差壓變送器的改造,增加了如下主要功能:
 
差壓傳感器數據通過NB-IoT技術,直接上傳到云端服務器
 
可遠程設置壓力報警上下限值,壓力超限實時上報數據;
 
可遠程設置數據上傳間隔;
 
可遠程修改現場儀表數據;
 
變送器量程在 0~2MPa可選
 
測量精度0.1%FS,0.25%FS可選;
 
工作溫度范圍:-25℃~75℃。
 
防護等級IP67。
 
(圖6—無線差壓變送器監控平臺)
 
  通過無線差壓變送器對管網的實時監控,企業能大幅提升對管網的監控力度,提前預警,有效避免因地區偏遠、環境因素造成的供熱不均勻,及其進一步帶來的企業供熱成本增加等問題。也能通過壓力回饋,減少用戶自行建設的管網和供熱設施因質量問題造成的損失,降低供熱成本。
 
用戶數據精準采集,通過檢測節能措施形成數據閉環,提升企業能效
 
  當熱能通過管網傳遞到住宅、寫字樓時,由于目前運行的室外供熱管網多為枝狀管網,近熱遠冷,而且供熱系統普遍不能根據室外溫度的變化而適時有效的調節供熱流量和供水溫度,因此為保證供熱標準,供熱系統只能大流量超負荷供熱,這帶來的結果是系統漏損大,耗能高。
 
  目前行業內提供節能的措施有如通過在換熱站中安裝氣候補償器、配套的電動閥門,以及室外溫度傳感器完善對熱能的傳導、利用率。然而,節能的措施似乎并沒有完成對能量是否有效利用、溫差調控是否及時以及住戶對供暖的滿意程度是否改善等問題。眾所周知,安裝在寫字樓,住宅等室內空間的溫濕度傳感器,是供暖最后的一層數據,也是供暖的結果。企業若能抓取這層數據,加之與差壓控制器或熱力變送器配合,能有效解決上述問題。相比于一般的溫濕度傳感器,這種設備應滿足如下幾個特點:
 
足夠美觀、小巧,特別是安裝在用戶住宅內;
 
無需用戶設置組網(由蜂窩無線(NB-IoT)技術完成數據傳輸);
 
溫度、濕度直接上傳至云服務器;
 
可根據供熱時間,遠程設置采集頻率,周期;
 
保證1個供熱周期(供熱周期通常為:當年秋末到次年春季),儲備充足電量工作;
 
 
 
(圖7—通過SIM7020C模塊,基于NB-IoT技術實現溫、濕度監測)
 
  通過這款室內溫濕度傳感器,供熱企業能第一時間獲得供熱效能的分析數據,如:單用戶加熱到溫度穩定的時長及其平均時長、單用戶室內溫度及平均室內溫度等,配合熱力變送器及調節水閥轉速,達到溫差穩定調控。而這些數據,也能反饋作用于企業自身對設備的維護、升級,讓服務形成量化的數據,形成:“服務->數據->升級數據->服務”的閉環,提升企業效能,驅動企業成長。
 
總結
 
  我國對供熱有著巨大的潛在需求,商品化、社會化、市場化亦是今后城市供熱的主要發展趨勢。熱效率高、節能環保的熱電聯產機組是城市供熱技術的主要發展方向,隨即供熱管網運行調節自動化程度將越來越高,室內供熱系統也將實現分室溫控、單戶計量。最終,通過工業無線技術,對換熱站的無線智能化改造、管網的無線監控改造、終端用戶數據的搜集分析,供熱企業完成了對供熱需求的智能化,解決運營痛點的同時,伴隨著工業智能化管理的進一步滲透,相信企業能順利突破運營瓶頸,提升價值。
 
 
 
 

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