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行业新闻

工业无线技术优化供暖服务,加速供暖行业智能化

2018/11/30    来源:    作者:  浏览次数:344


导  读

随着人民对供暖公共服务需求、品质的提升,越来越多的供暖企业意识到了自身管理及行业现有技术的局限性,纷纷开启了工业转型、智能化改造的浪潮。


冬季采暖是我国北方居民的生活需求之一,历史可追溯至上世纪 50 年代,中国在友国援助下为城市居民安装集中供热系统。随着人民对供暖公共服务需求、品质的提升,越来越多的供暖企业意识到了自身管理及行业现有技术的局限性,纷纷开启了工业转型、智能化改造的浪潮。本篇让我们结合芯讯通在工业供暖领域的应用,一起探究供暖行业,无线智能化改造的解决方案。

 

供暖行业机会空间巨大,智能化改造成为企业增长的新动力



目前,我国供暖分界线位于北纬 33 度附近的秦岭和淮河一带,包括北方十四省市自治区,取暖总面积超过 206 亿平方米。其中,城镇建筑取暖面积 141 亿平方米,农村建筑取暖面积 65 亿平方米。“2+26” 城市城乡建筑取暖面积约 50 亿平方米。

 

根据公开资料整理,2017年我国城镇集中供热管网总里程已超过 31.2 万公里,其中供热一级网长度约 9.6 万公里,供热二级网长度约 21.6 万公里。集中供热管网主要分布在城市,城市集中供热管网总里程约 23.3 万公里,占城镇集中供热管网总里程的 74.6%,县城集中供热管网总里程约 7.9 万公里,占城镇集中供热管网总里程的 25.4%。从供暖时间上看,因地域不同有所差异,华北地区一般为4个月,东北、西北地区一般为 5-7 个月。

 

我国南北供暖线示意图(数据来源: 公开资料整理)


2017年我国城市供暖行业区域集中度(数据来源: 国家统计局)

 

如此巨大的热管网结构以及供热市场数据,势必会影响企业管理的能效。而随着物联网技术的成熟以及NB-IoT基于蜂窝的窄带物联网技术在工业领域的渗透,“泛连接”的概念被广泛用于企业智能化改造的进程当中。企业对换热站的监控,热管网的温度采集,以及对住户室内实际温度的搜集分析,已成为供暖企业提升服务能效的关键。

 

迎击企业痛点,工业无线技术积极推进换热站的智能化改造



为了提高换热站工作的高效性和准确性,通过对企业痛点特别是换热站的具体需求分析,结合工业无线技术的应用,可以为换热站增加如下功能:


1)  PC远程监控现场设备;

2)  通过手机浏览器随时查看设备状态;

3)  现场设备无需额外布置网线,数据通过宽带蜂窝网络传输;

4)  全自动化控制,无人值守;

5)  维护升级容易,简单。

 

换热站系统结构图

 

整套系统采用HMI触摸屏用于现场工作流程显示、参数报警和数据存储等功能,通过标准Modbus总线与智能网关、I/O模块、电参数采集模块相连。I/O模块负责模拟量和数字量的输入输出,电参数模块负责采集系统的用电情况。最终路由器通过4G网络,即SIM7600CE模块提供的4G蜂窝网络连接到服务器,实现用户通过手机或者电脑监控现场的实时情况。

 

基于SIM7600CE的工业4G路由器拆解

 

为了保证换热站参数监控的可靠性,在满足一系列国家规范及行业标准,如GBJ/232-90、92《电气装置安装工程施工及验收规范范》,《分散控制系统工程设计规定》等的同时,在控制上采用远程本地相结合的方式,保证了系统的冗余。在管理上,只需通过主站实时报警就可以针对性的对子站进行紧急处理和及时维护,无需24小时人工看守,这样节省了大量的维护成本、人工和时间,保证系统稳定可靠运行。


换热站实时监控平台

 

无线差压变送器监测管网压力,实现热网压力平衡



目前,我国供热企业二次网蔓延分布距离换热站距离不等,为了换热站辖区范围内各热用户取得理想的供暖效果,对二次网供水压力有一定要求,然而长期的高温高压又会对供热管网寿命造成影响,然而在一些偏远、人员较少、无法利用有线网络加装监控设备、无有效电源提供的环境下,管网的供回水压力差监测是一个期待解决的难题。随着物联网技术的普及,特别是工业无线技术在自动化检测及数据采集系统的进一步完善,使得热源从工厂传递至用户的每一条管网,都可以被实时检测,上报故障状态,从而实现管网压力平衡,极大的延长了管网寿命。

 

基于NB-IoT模块(SIM7000C)深度定制的无线差压变送器

 

结合对供热管网的需求分析,针对管网导热环境的特殊性,基于强大且低功耗的NB-IoT核心硬件、功能完备的软件系统平台及定制化设计,通过对传统差压变送器的改造,增加了如下主要功能:


  1. 差压传感器数据通过NB-IoT技术,直接上传到云端服务器

  2. 可远程设置压力报警上下限值,压力超限实时上报数据;

  3. 可远程设置数据上传间隔;

  4. 可远程修改现场仪表数据;

  5. 变送器量程在 0~2MPa可选

  6. 测量精度0.1%FS,0.25%FS可选;

  7. 工作温度范围:-25℃~75℃。

  8. 防护等级IP67。

 

无线差压变送器监控平台

 

通过无线差压变送器对管网的实时监控,企业能大幅提升对管网的监控力度,提前预警,有效避免因地区偏远、环境因素造成的供热不均匀,及其进一步带来的企业供热成本增加等问题。也能通过压力回馈,减少用户自行建设的管网和供热设施因质量问题造成的损失,降低供热成本。

 

用户数据精准采集,通过检测节能措施形成数据闭环,提升企业能效



当热能通过管网传递到住宅、写字楼时,由于目前运行的室外供热管网多为枝状管网,近热远冷,而且供热系统普遍不能根据室外温度的变化而适时有效的调节供热流量和供水温度,因此为保证供热标准,供热系统只能大流量超负荷供热,这带来的结果是系统漏损大,耗能高。

 

目前行业内提供节能的措施有如通过在换热站中安装气候补偿器、配套的电动阀门,以及室外温度传感器完善对热能的传导、利用率。然而,节能的措施似乎并没有完成对能量是否有效利用、温差调控是否及时以及住户对供暖的满意程度是否改善等问题。众所周知,安装在写字楼,住宅等室内空间的温湿度传感器,是供暖最后的一层数据,也是供暖的结果。企业若能抓取这层数据,加之与差压控制器或热力变送器配合,能有效解决上述问题。相比于一般的温湿度传感器,这种设备应满足如下几个特点:


  1. 足够美观、小巧,特别是安装在用户住宅内;

  2. 无需用户设置组网(由蜂窝无线(NB-IoT)技术完成数据传输);

  3. 温度、湿度直接上传至云服务器;

  4. 可根据供热时间,远程设置采集频率,周期;

  5. 保证1个供热周期(供热周期通常为:当年秋末到次年春季),储备充足电量工作;

 

通过SIM7020C模块,基于NB-IoT技术实现温、湿度监测

 

通过这款室内温湿度传感器,供热企业能第一时间获得供热效能的分析数据,如:单用户加热到温度稳定的时长及其平均时长、单用户室内温度及平均室内温度等,配合热力变送器及调节水阀转速,达到温差稳定调控。而这些数据,也能反馈作用于企业自身对设备的维护、升级,让服务形成量化的数据,形成:“服务->数据->升级数据->服务”的闭环,提升企业效能,驱动企业成长。

 

总结



我国对供热有着巨大的潜在需求,商品化、社会化、市场化亦是今后城市供热的主要发展趋势。热效率高、节能环保的热电联产机组是城市供热技术的主要发展方向,随即供热管网运行调节自动化程度将越来越高,室内供热系统也将实现分室温控、单户计量。最终,通过工业无线技术,对换热站的无线智能化改造、管网的无线监控改造、终端用户数据的搜集分析,供热企业完成了对供热需求的智能化,解决运营痛点的同时,伴随着工业智能化管理的进一步渗透,相信企业能顺利突破运营瓶颈,提升价值。

 

注:根据《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021 年)》, “2+26”个重点城市具体包括:北京市、天津市,河北省石家庄、唐山、廊坊、保定、沧州、衡水、邢台、邯郸市,山西省太原、阳泉、长治、晋城市,山东省济南、淄博、济宁、德州、聊城、滨州、菏泽市,河南省郑州、开封、安阳、鹤壁、新乡、焦作、濮阳市的行政区域。







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