电磁流量计上关于无线数据传输 的升级改造

彭海

茂名臻能热电有限公司 广东茂名 525000

摘要：随着5G通信技术的出现，传统的火电厂设备也能从该技术中收益，随着设备的升级改造，并结合5G无线通信技术，可以使传统设备获得更高效的生产力。本文以电磁流量计的升级改造为例，描述了这方面的一个实例。

关键词：电磁流量计；电磁感应；无线通信；GPRS；5G

电厂取水站的取水流量计是厂内的重要设备，现在广泛使用的是电磁流量计。电磁流量计精度高，使用寿命长，而且是现代化智能设备。根据该流量计使用说明书标明的有效使用年限为8~10年，而且要求每两年要请相关检测机构校正一次。经过流量计生产厂家的技术人员到现场进行了全面检测，并且为了确保计量准确，我们决定对电磁流量计进行升级改造。并且为其增加5G无线通信功能。

1、电磁流量计原理

根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动切割磁力线时，导体两端即产生感生电势e，其方向由右手定则确定，其大小与磁场的磁感应强度B，导体在磁场的长度L以及导体的速度u成正比，如果B，L，u相互垂直，则e=Blu。

目前，工业上使用的电磁流量计，大多是采用工频（50Hz）电源交流励磁方式，即它的磁场是由正弦交流电流产生的，所以产生的磁场也是一个交变磁场。交变磁场变送器的主要优点是消除了电极表面的极化干扰。另外，由于磁场是交变的，所以输出信号也是交变信号，放大和转换低电平的交流信号要比直流信号容易。

2、原设备状况

原电磁流量计为老旧设备，厂家对现场电磁流量计进行了检测，报告结论为：“检查传感器阻值，发现励磁线圈对地（1-7，8；）绝缘下降，两个电极稍不对称，传感器故障。精度误差稍大，因电磁流量计已使用了10多年，元件出现老化现象，现出现励磁线绝缘下降故障，需要更换电磁流量计。”

3、新设备的技术要求

电磁流量计尺寸需符合我司目前使用的管径要求。橡胶伸缩节已使用十多年，橡胶老化、开裂，紧固件全部锈蚀，本次采购项目中一并更换。为了防止停电现象影响流量计计量决定增加UPS后备电源、浪涌保护器，并能更好的预防雷电对流量计干扰；现使用中的仪表箱布局极不合理，本次一并更换。广东省水利厅和我司均需使用4-20mA 模拟输出，电磁流量计需有2路模拟输出，若只有一路模拟输出，需投标方自行增加一进二出的全隔离型模拟信号分配器。为了方便读取数据，增加基于5G的GPRS 无线远传设备，可以随时、快速地使用手机及网络查看相关数据。

3.1电磁流量计传感器

流量计传感器仪表口径采用法兰式DN600，碳钢材料。外壳采用转换器材质铸铝。传感器导管材质不锈钢。公称压力为1.0MPa。衬里使用聚氯丁橡胶。介质温度要求小于50摄氏度。碳钢镀锌管的测量管。传感器防护等级是 IP68。电极材料为不锈钢316L。采用检测电极、接地电极两种电极形式。连接电缆为长度20米的单根STT3200电缆。配套有VASJA-2伸缩节，紧固件。

安装传感器时，要求内衬与导流管贴紧，厚度均匀，与表体同轴，表面无划痕无污渍；翻边无开裂现象。电极安装过程中，电极应该拉紧拉正以防渗漏，头部露出内衬表面0~1.5mm。测量电极与表体间绝缘电阻不小于200MΩ，接地电极和表体连通线圈。线圈直流电阻不超过理论值±3Ω，和表体间绝缘电阻不小于200 MΩ。要求F4定向膜、F4漆布包扎均匀，衬垫紧贴表体。线圈要对称安装且紧固可靠无松动现象，而矽钢片则要紧贴平整。线圈两端接24V电源，指南针分别靠近两侧线圈，红色指针指向同一方向。安装电极引线时，毛细管焊接要可靠，还要对称分布在和测量电极相同的平面内。电极引线的连接要求可靠，焊片尾部朝向毛细管，热缩管保护。胶封处无裂脱现象。

3.2.智能型转换器

这次改造采用智能型转换器，其电导率：≥5us/cm，测量精度为0.5%，重复性是0.2%。可以测量0.1~15m/s流速范围的水流。要求的环境温度是-10℃~+60℃。输出信号为常用的 4~20mA直流电流输出信号。可以显示正反向瞬时流量、累积流量（正、反流量）流速、报警指示等。为了方便之后接入无线远程设备，通讯接口采用RS232接口。还要提供流量上下限报警功能

对于显示按键的安装，要求转换器接通电源，72小时老化，仪表显示正常，无缺笔划，背光正常，各按键动作可靠。在互换操作上，接上模拟信号发生器，在相应的信号档上，仪表显示相应的流量，误差不超过±0.1%。对于存储方面的要求是：断电后，累计流量数据保存十年以上，数据不丢失。输出上要求输出电流线性，误差不超过±0.3%，RS-485通讯正常。

3.3.电磁流量计整套精度检测

电磁流量计检定需根据JJG1033-2007电磁流量计检定规程进行检定。每台流量计均进行实流标定，按规程标定范围选择3-5个检定点。每点连续检验次数不少于3次，各个检定点的实际流量值不得超过上述检定点规定值的±0.5%。每台设备必须经由国家水大流量计量站具有恒水头（溢流水塔式）静态容积法水流量标准装置检定合格并出具检定证书。

3.4.数据采集器

采集器要求采用GPRS+互联网方式，支持动态及静态IP，拥有无线通信功能。采用220V AC 50HZ或者12/24DC的供电电压都可以。还要求有自备电池，12V 4AH（锂电），且自备电池内置在RTU采集器， GPRS通讯的频率范围是900—1800MHZ。使用ATMEL AT91SAM7X256的微处理器、SIM900A的通讯模块。输入上有模拟量输入和开关量输入，两者有不同的技术要求。对于模拟量输入，采用4路模拟量输入，要求可接收4-20MA，1-5V，0-5V，0-1V，0-10V模拟信号，通过增加功能模块可外扩至8路或者16路。对于开关量输入，则要求有4路开关量输入，可接收有源无源脉冲信号，通过增加模块可外扩至8路或者16路。采集器要求有1路RS485和1路RS232通讯接口。对于数据接传输，主要通过串口通讯，采集仪表累计量和瞬时量。为了确保采集时间的准确可靠，采集器和服务器每天12点进行一次时钟同步。另外还要对数据进行存储，所以RTU内置有2G数据卡，按5秒存储一次，可存储3年的历史数据。在安全上，还要设置电源检测，用于监控供电状态发生的变化， 并且RTU可以主动发出电源告警，并以短信息形式上报到监控中心和监控人员手机上。采集到压力低于设定下限或者高于设定上限时，RTU还要主动发出压力报警，并以短信息上报到监控中心和监控人员手机上。而且这次改造还增加了远程控制功能，使得操作人员可以远程关闭市电，控制阀门、电机等。

结语

这次改造我们增加了UPS 后备电源、浪涌保护器，用以防止停电现象影响流量计计量和预防雷电对流量计干扰，又增加一进二出的全隔离型模拟信号分配器，为了方便我们厂和自来水公司双方读取数据。更是趁着5G通信兴起的浪潮，增加了基于5G的GPRS 无线远传设备，可以随时使用手机及网络查看相关数据，并且使得数据查询更快捷高效。

参考文献

曾为民, 李斌. 电磁流量计综述[J]. 上海大学学报(自然科学版), 1997(S1):273-276.

Salkintzis A K, Fors C, Pazhyannur R. WlAN-GPRS integration for next-generation mobile data networks[M]. 2002.