基于物联网技术下液位变送器市场的突破性发展

    【摘 要】本文主要对物联网技术的液位变送器进行分析，目的对换热站现场运行参数进行实时监测，对阀门开度进行调节，实现补 水泵自动补水、循环泵定温定频运行的效果。以明显改善城市环境看，起到节约能源的作用，因此被国家 积极倡导。 伴随城市化建设的不断发展，集中供热规模也越来 越大，对推动热力管网的平稳运行有重要意义。

    1 液位变送器技术
    集中供热系统中非常重要的组成部分就是换热站， 换热 站直接关系集中供热的效果。 液位变送器技术在科学技 术不断发展的同时也取得了明显的进步。 现阶段无人值班换 热站在集中供热系统中被应运而生， 此种技术极大解放了人力资源，简化了热力系统的操作管理模式，实现了按需分配热量的目标，做到了能源的有效利用。 但是受多种原因的影响， 如不完善的硬件设备和监控软件系统， 导致目前许多换热站还未真正实现无人值守， 该问题直接影响了换热站自动化管 理水平的提升。 基于此就需要加强对无人值守液位变送器的研究，提高换热站自动化水平。 现阶段我国对换热站 自动化水平的研究还停留在理论层面上， 伴随物联网的不断 发展，数据传输以网络为平台的模式被广泛应用。 物联网技术的出现极大提升了智能化服务水平。 因此建立在物联网技术之上的换热站自动化控制系统有较好的发展空间， 可以真正实现液位变送器的无人值守[1]。

    2 液位变送器
    2.1 物联网主战平台 工程控制计算机、宽带网络、组态软件以及 SC64SINAUTServer 服务器软件是物联网主战平台的主要部分。

    2.2 液位变送器
    测量和控制仪表是构成液位变送器的主要部 分， 控制单元上的模块有 S7－200PLC、 通信模块 SINAUTMD720－3GPRS 和天线 SINAUTANT794－4MR。 除了以上控制 模块还有循环泵、变频器和模拟量输入和输出单元等。

    3 物联网技术下液位变送器的控制
    原理无人值守换热站监控系统可以对开关信号和模拟量信号 等进行采集和控制， 其中开关信号包括补水泵运行状态和循 环泵运行状态等，模拟量信号包括热网的压力、温度、流量和补水箱的水位等。 再者无人值守换热站监控系统可以整合多方面的因素，如气象、供热管线的分布情况、热交换的效率等 将数学模型建立在中央控制站的计算单元上， 将计算结果输 送给无人值守换热站监控单元， 整个的供热工程可以在控制单元下进行全方位的检测和控制。 换热站与用户连接相关设 备、管道、阀门、仪表以及控制装置的连接方式是不一样的，具 体选用何种连接方式需要结合热网工况的具体条件，调节、转 换热网输送的热媒，将热量分配给热用户，以此满足热用户的 正常需求。 此外，在无人值守换热站系统下还可以根据热用户的具体需求对供热热媒参数和数量进行集中剂量和检测。 其 中液位变送器结构见图 1。 物联网主战平台的监控 系统的功能是非常多的， 可以检测控制并管理全部的换热子 站，确保管网可以安全平稳的运行，以最低的能耗完成既定的 供热任务[2]。

      4 物联网技术下液位变送器的软件设计
    4.1 控制方式分析 液位变送器所采用的控制方式为双调控制方 式，双调口静置方式可以根据用户的实际需求，并结合供热的 实际情况，对供给的热量进行及时调节，能将换热站循环泵的 流量控制和二次供水设定温度同时完成。 采用双调控制方式起到的量调节能效果是非常明显的。 液位变送器在运行过程中不可避免会出现管网失水的问题， 基于此需要对补水泵的补水量进行控制，确保系统可以平稳运行。 传统换热 站水泵电机与市电是直接连接的，以工频运行方式运行，供暖 负荷的变化不影响输出流量。 调节循环泵的输出流量离不开室外温度传感器和 PLC， 循环泵电机的转速依靠变频器来进行调节，可达到供暖负荷的要求，促使电机伴随供暖负荷的变 化，调整自身需要的能量，将能量消耗降低到最小。 此外变频器还可以将系统功率因数提高，将电机无功损耗减小，提高供 电质量和供电效率。 为了达到以上目的本次设计中采用备用 泵的运行逻辑、PLC 控制运行泵和变频泵控制泵的转速来实 现。 其中循环泵有三台、变频器有一台，依靠一台变频器来推动三台循环泵的运行。 其中启动第一台泵变频， 并加大其转 速，当达到满负荷时，可以启动第二台泵变频，并将第一台泵 切换到工频运行状态。 若此时满足以上要求则可以停止运行 第二台泵，第一台泵使之处于变频运行的模式。 一旦处于运行 的泵发生故障时，可以启动备用泵。 循环泵有手动变频功能、 自动变频功能以及工频功能。 变频模式下采用手动模式对其 进行控制， 可以人为给定频率， 对循环泵的输出流量进行控 制，实现对供暖温度的调节。在自动控制中 PLC 与变频器实现通信， 室外的温度传感器和二次供水温度传感器的信号可以 传输到 PLC 上，在 PLC 得到指令下可以将控制指令发放给变频器，变频器按照供热要求对温度进行调节。 一旦变频器出现 故障可以手动切换到工频运行的模式下， 为热用户继续提供 热量，满足他们的供热需求。 二次供热温度的设定值会跟随室 外温度的变化而变化， 该设定值可以被看成是调节目标调节 一次阀[3-4]。

    二次供水温度设定值保持不变的情况是在室外温度进入 模糊区时，此时应该将阀门的动作减小，这样可以对执行器起 到保护的作用。 实际生活中很多液位变送器在运行 几年后会发生故障， 分析产生故障的原因大多是由于电动阀 门的执行器损坏。 通常情况下电动调节阀门的使用寿命为 2×105-3×105 次，其中电动阀动作一次的标准为电动阀行程超过5%。 若是在电动阀坏了的情况下，不及时采取措施进行处理，那么自动控制系统的使用寿命也就在两年以内， 超出两年自动控制系统就难以再继续使用。 基于此种问题需要采取换而战电动调节阀特殊的调节方法， 特殊的调节方法可以保障电 动阀动作在每小时十次以内， 这样可以延长电动阀的使用寿 命，至少延长到八年[5-6]。

    4.2 变频调速技术分析
    变频调速技术主要应用在补水系统上， 恒压供水原理是保证补水系统正常运行的关键， 在该原理下可以实现定点补 水。 供热系统中的热水在运行时，若阀门和管道出现泄漏，此 时循环水的水压会明显降低。 此种情况下如果补水不及时，会影响供热系统的正常运行。 为了解决循环水压力过低的问题， 可以在回水主管上安装压力变送器， 在压力变送器的支持下 官网上的压力可以发生变化，将 4~20 mA 的信号反馈到变频 器 PI 调节器输入端。 此时可以变频器的给定值可以与之进行 比较，一旦变频器的给定值大于官网上的压力时，可以加大变 频器的输出频率，此时可以实现补水。 当网管上的压力值与变 频器的给定值基本一致时，此时需要降低变频器的输出频率，满足停止供水的需求。 其中物联网主战平台的设计思路如下，信息生成及数据通讯和操作工作环境之间， 依靠系统运行操 作监督管理系统、集中分析采集数据、对现场进行进本控制、 预分析信号、采集现场仪表信号等实现相互传达和反馈。 现阶 段供热系统自动控制中物联网技术应用最为典型的就是无人 值守换热站模式， 该模式属于前端多子站信号采集－GPRS 通 讯－中央控制站网络版组态软件远程控制形式。 此种模式下首 先需要设置的模块为 DTU 模块，接着设定 DTU 的 ID 等配置 参数和中心站计算机的 IP 地址和端口号。 然后调试中心站组 态软件和 I/O 设备组态， 该过程就是构建一个设备并将设备 运行参数配置好，其中设备运行参数包括工作周期、地质等内 容。 最后环节就是对配置好的参数再次检查，一直到通讯设备 可以顺利连接[7-8]。

    5 结 语
    热用户和供热站之间的连接方式为换热站， 换热站直接 关系到过滤的供热质量和安全， 因此需要保障换热站的安全可靠性。 现阶段换热站管理中人工方式为最普遍的管理模式， 每个环节都需要人工检查，对人力资源是极大的浪费。 此外， 人工管理模式下换热站存在的安全隐患不容易及时发现，设备故障问题频发，对集中供热的效果产生严重影响。 导致以上问题出现的原因在于，在参数测量手段缺失的情况下，供热站 整体的运行情况很难把控，无法正确分析判断运行工况，一旦 运行工况失调的情况得不到及时解决时， 会发生冷热不均的情况。 供热站得不到最佳的运行工况，会出现供热量和需热量 不匹配的问题。 加上运行数据的不全面更是加大了量化管理 的难度。 基于此就需要加强对物联网技术下液位变送器 的研究，提高液位变送器水平。