امروزه استفاده از کنتورهای هوشمند گاز در صنعت توزیع گاز طبیعی بهطور فزایندهای در حال گسترش است. در این مقاله با اجزای کنتور هوشمند گاز آشنا میشویم، اجزایی که شامل حسگرهای دقیق، کنترلرهای هوشمند، نمایشگر، حافظه و سیستمهای ارتباطی پیشرفته هستند و نقش مهمی در اندازهگیری دقیق و مدیریت انرژی دارند.
[ez-toc]
اجزای کنتور هوشمند گاز و بررسی دقیق بخش الکترونیکی آن
چرا آشنایی با اجزای کنتور هوشمند گاز مهم است؟
کنتورهای هوشمند گاز، نسل جدیدی از تجهیزات اندازهگیری هستند که با بهرهگیری از فناوریهای الکترونیکی، دقت بالا، کنترل از راه دور و ارسال داده را فراهم میکنند. آشنایی با اجزای الکترونیکی این کنتورها، به درک بهتر عملکرد، نگهداری و توسعه آنها در شبکه گازرسانی کمک میکند. در این مقاله بهصورت کامل اجزای اصلی کنتور هوشمند گاز شامل میکروکنترلر، سنسورها، نمایشگر، حافظه، مودم، باتری، شیر قطعکن و اجزای نرمافزاری آن پرداخته شده است.
معرفی اجزای اصلی کنتور گاز هوشمند
اجزای اصلی کنتور هوشمند گاز 13 بخش است که در ادامه به شرح اجزای بورد الکترونیک کنتور گاز پرداخته خواهد شد.
حسگرها در کنتور گاز
-
حسگر انکودر
-
حسگر آلتراسونیک
-
حسگرهای حرارتی + هیتر
وظیفه حسگر انکودر، تبدیل چرخش شفت اصلی کنتور گاز دیافراگمی به پالس الکتریکی است. این حسگر از نوع مغناطیسی میباشد و با چرخش یک دور چرخ دنده اصلی میتوان میزان مصرف گاز را با دقت بالا با شمارش تعداد چرخشها و در نظر گرفتن ضریب کالیبراسیون کنتور گاز بدست آورد.
حسگر آلتراسونیک که در کنتورهای گاز نوع آلتراسونیک قابل استفاده است؛ میتواند خروجی جریان/ولتاژ را در اختیار میکروکنترلر قرار دهد و با دقت بسیار بالایی حجم گاز مصرفی کنتور قابل محاسبه است.
همچنین در کنتورهای گاز جرمی-حرارتی با توجه به ساختار سنجش آنها، از هیتر به همراه حسگرهای دما برای اندازهگیری حجم گاز عبوری از کنتور باید مورد استفاده قرار گیرد.
میکروکنترلر و نقش آن در پردازش داده
این واحد از بورد الکترونیکی وظیفه کنترل و هماهنگی کلیه وظایف مرتبط با کنتور گاز هوشمند را بر عهده دارد. این میکروکنترلر باید از نوع کم مصرف باشد تا طول عمر باتری برای حداقل 10 سال (با شیر قطعکن و لحاظ بازه ارسال یکبار در روز و بروز رسانی فرمویر) جوابگوی توان مصرفی کنتور باشد. در میکروکنترلر RTC باید در نطر گرفته شود و با در نظر گرفتن تدابیری مانند Watchdog مانع از هنگ کردن میکروکنترلر شد.
مدیریت توان در کنتور هوشمند گاز
با توجه به مصرف توان بسیار کم سامانه، مدیریت توان مصرفی اجزای مختلف سامانه بر عهده این قسمت میباشد تا بتوان حداکثر بهرهوری از سامانه را نسبت به طول عمر باتری بدست آورد. این واحد کمک میکند تا اتلاف انرژی باتری در سیستم به کمینهترین مقدار خود برسد. در صورت عدم در نظر گرفتن چنین واحدی در مدار، طول عمر باتری بشدت کاهش مییابد و حداقل زمان کارکرد باتری کم میشود و در نتیجه تعویض زودهنگام باتری هزینهای مازاد خواهد داشت. نحوه محاسبات مربوط به مصرف باتري توسط پيمانكار بايد ارائه شود.
نمایشگر LCD و اطلاعات قابل مشاهده
برای نمایش اطلاعات موردنظر شامل اطلاعات مصرف، آلارمها و یا نمایش انواع حجم مصرفی و دمای گاز خط لوله از این واحد در بورد الکترونیکی استفاده میگردد. لازم به ذکر است که این نمایشگر به صورت السیدی است.
حافظه داخلی و ثبت دادهها
جهت ذخیره اطلاعات و بایگانی پارامترهای مصرفی مانند حجم گاز مصرفی، دمای گاز و هشدارها و آلارمهای مصرف از یک حافظه الکترونیکی غیرفرار (NVM) و بسیار کم مصرف میتوان استفاده کرد. حجم این حافظه باید متناسب با حجم موردنیاز برای ذخیرهسازی دادهها در نظر گرفته شود. همچنین دادههای مربوط به سنجش کنتور گاز در این حافظه نگهداری میگردد و در صورت تمام شدن طول عمر باتری این داده ها و اطلاعات باید در حافظه باقی بمانند.
مودم ارتباطی و آنتن بیسیم
برای ارتباط کنتور گاز هوشمند با شبکه LPWAN به این مودم نیاز است که توان مصرفی آن نیز باید بسیار پایین باشد. این مودم باید منطبق با استانداردهای مربوطه بوده و در باند فرکانسی در نظر گرفته شده کار نماید.
جهت ارتباط رادیویی و بیسیم بین فرستنده و گیرنده از این آنتن استفاده میشود. این آنتن باید متناسب با فرکانس قابل دسترس در شبکه مخابرات کشور انتخاب شود و به صورت Embedded در کنتور گاز طراحی شود که باعث عدم دسترسی از بیرون به آن شود.
واسط نوری و دسترسی امن
برای تخلیه اطلاعات و یا خواندن پارامترهای سیستم یا نوشتن این پارامترها، میتوان از واسط نوری استفاده کرد. دسترسی به این اطلاعات باید با وارد نمودن رمز صورت گیرد و بدون آن امکان خواندن این اطلاعات وجود نداشته باشد. مشخصات این واسط نوری باید مطابق با پروتکل و استاندارد EN62056-21 باشد و مطابق این استاندارد محدوده نرخ انتقال داده آن میتواند بین 300 الی 19200 بیت بر ثانیه باشد. حداقل نرخ ارسال اطلاعات (Baud rate) بر روی پورت نوری 9600 بيت بر ثانيه باشد و ReadOut بر اساس مود C باشد.
همچنین باید بتوان کلیه دادههای آرشیو کنتور گاز را از طریق این واسط بروزرسانی نمود. رمز دسترسی به واسط نوری میتواند از طریق پروتکل ارتباطی از راه دور مدیریت شود که این کار باعث بالا رفتن امنیت دسترسی به مقادیر و پارامترهای مشخص شده در کنتور گاز میگردد.
باتری و نکات مربوط به دوام انرژی
سامانه باید دارای باتری لیتیومی غیرقابل شارژ و مطابق با استانداردهای ضد انفجار باشد و طول عمر باتری حداقل 10 سال باشد. همچنین باتری پشتیبان برای نگهداری و ارسال دادهها تا حداقل 70 روز باید در نظر گرفته شود. جایگزینی باتری باید بدون از دست دادن داده ها صورت گیرد.
شیر قطعکن و عملکرد ایمن از راه دور
کنتور گاز هوشمند باید دارای یک شیر قطعکن باشد تا از راه دور بتوان در مواقع لازم جریان گاز مشترک را قطع و یا وصل نمود. همچنین از طریق واسط نوری کنتور گاز با دانستن رمز باید بتوان این شیر را قطع و وصل نمود. مشخصات فنی مربوط به شیرقطعکن در سند جداگانه ای ارائه خواهد شد.
لازم به ذکر است که این شیر در مسیر عبور جریان گاز نباید هیچ گونه افت فشاری ایجاد نماید و بایستی با توان دریافتی از باتری کنتور گاز کار نماید. همچنین باید استانداردهای ضد انفجار را داشته باشد و گواهینامه ضد انفجار آن همراه به گواهینامه ضد انفجار خود سامانه به ناظر/ کارفرما ارائه شود.
سنسورهای فشار و دما
کنتور گاز هوشمند باید مطابق استانداردOIML R137 دارای یک جبرانساز یا تصحیح دمای گاز باشد. استفاده از این حسگر در داخل کنتورهای گاز هوشمند مطابق EN12405 برای کلیه گروههای ظرفیتی 1 الی 3 الزامی است.
در این سامانه برای تصحیح فشار گاز و آنالیز اجزای گاز، باید ضرایب ثابت برای مشترکین گروه ظرفیتی 1 و 2 در نظر گرفته شود و فشار برای مشترکین گروه ظرفیتی 3 با استفاده از حسگر فشار انجام شود.
کلیدها و سوئیچهای عملکردی
در داخل بورد الکترونیکی کنتور گاز سوئیچ هایی برای کاربردهای مختلف منجمله درب کنتور گاز باید در نظرگرفته شود که به عنوان ورودی به میکروکنترلر در نظر گرفته خواهد شد.
بر روی برد الکترونیکی کنتور گاز کلیدهایی برای کاربردهای مختلف باید در نظر گرفته شود؛ مانند کلید برای ریست کردن شیر قطعکن، روشن شدن نمایشگر. این کلیدها به عنوان ورودی در میکروکنترلر وارد شده و کنترلر مطابق با آنها خروجیهای موردنظر را فعال/غیرفعال میکند.
عملکرد نرمافزاری کنتور گاز هوشمند
میتوان وظایف نرم افزاری و فرمویر ایندکس را به دو بخش مترولوژی (سنجش گری) و ارتباطی تقسیم کرد که در ادامه به طور خلاصه وظایف هر کدام بیان شده است.
- وظایف نرم افزاری و فرمویر در قسمت مترولوژی
- اندازهگیری فلوی واقعی گاز توسط انکودر/ حسگر آلتراسونیک/هیتر و حسگرهای دمای جرمی- حرارتی
- اندازهگیری دمای گاز (Tm)
- تبدیل فلو به حجم مصرفی (Vm)
- تبدیل حجم مصرفی واقعیVm به حجم شرایط پایه Vb
- اعمال فشار محلی برای جبرانسازی فشار (اعمال فشار مطلق Pa)
- نمایش پیش فرض حجم پایه Vb و با فشردن دکمه نمایش حجم واقعی Vm و حجم گاز مصرفی تحت شرایط آلارم Vd بر روی LCD
- نمایش دمای واقعی گاز Tm بر روی LCD
- نمایش وضعیت شیر قطعکن بر روی LCD
- نمایش وضعیت آلارمها
- رکوردگیری کلیه پارامترهای مترولوژی مطابق استاندارد OIML R 137-1
- ارتباط با فرمویر از طریق واسط نوری و اعمال تنظیمات
- محاسبه باقیمانده عمر باتری و نمایش آلارم آن در حالت 10% باقیمانده
- کنترل شیر قطعکن همراه با پسورد از راه دور و یا واسط نوری با پسورد
- مدیریت زمان و تقویم سامانه به صورت سنکرون کردن ماهانه با پلتفرم نرم افزاري
- وظایف فرموير در قسمت ارتباط
- مدیریت زمانی ارتباط و زمان و دوره ارتباط
- اعمال پشته ارتباطی
- اعمال بروزرسانی فرمویر از راه دور FOTA
- انجام ارتباط از طریق واسط نوری با پروتکلIEC 62056-21
- انجام فرآیند امنیت برای ارتباط با پلتفرم نرم افزاري
- مدیریت زمان ارتباط و مدیریت تغذیه مصرفی در حالت کمینه برای طول عمر بیشتر باتری
- نمایش عمر باقیمانده باتری
- مدیریت از راه دور دستگاه
- مدیریت شناسایی کنتور گاز در شبکه برای اولین بار
نتیجهگیری: آینده اندازهگیری هوشمند گاز
یک کنتور هوشمند گاز متشکل از مجموعهای هماهنگ از اجزای الکترونیکی است که نهتنها اندازهگیری حجم گاز را دقیقتر میسازد، بلکه با امکاناتی چون ارسال داده، قطعکردن گاز از راه دور و ذخیره اطلاعات، گام مهمی در هوشمندسازی شبکه گازرسانی کشور محسوب میشود. شناخت دقیق این اجزا برای توسعهدهندگان، مهندسین و تصمیمگیران در این حوزه ضروری است.
در دنیای امروز که دقت، امنیت و قابلیت کنترل از راه دور اهمیت بیشتری پیدا کرده است، استفاده از کنتورهای هوشمند گاز اجتنابناپذیر شده است. شناخت دقیق اجزای الکترونیکی این کنتورها از جمله سنسورها، کنترلر، نمایشگر، حافظه و شیر قطعکن به بهرهبرداران کمک میکند تا با انتخاب صحیح، هزینهها را کاهش داده و کارایی شبکه را افزایش دهند. اگر در طراحی، تولید یا بهرهبرداری از این کنتورها فعالیت دارید، درک اجزای آن کلید موفقیت شما در پروژههای اندازهگیری هوشمند گاز خواهد بود.
سوالات متداول درباره اجزای کنتور هوشمند گاز
❓ اجزای اصلی کنتور هوشمند گاز چیست؟
کنتور هوشمند گاز شامل اجزایی مثل میکروکنترلر، نمایشگر LCD، حافظه، مودم مخابراتی، سنسورهای دما و فشار، باتری، شیر قطعکن، و واحد مدیریت توان است.
❓ نقش میکروکنترلر در کنتور گاز هوشمند چیست؟
میکروکنترلر مغز مرکزی سامانه است و وظیفه مدیریت عملیات، دریافت داده از حسگرها و ارسال اطلاعات به پلتفرم مرکزی را دارد.
❓ آیا کنتورهای گاز هوشمند قابلیت قطع و وصل از راه دور دارند؟
بله، یکی از اجزای مهم این کنتورها شیر قطعکن است که امکان کنترل جریان گاز از راه دور یا از طریق واسط نوری را فراهم میکند.
❓ باتری کنتور هوشمند گاز چقدر عمر میکند؟
کنتور هوشمند گاز باید باتری با عمر حداقل ۱۰ سال داشته باشد و در صورت قطع برق یا تعویض باتری، دادهها از بین نروند.
❓ کنتور هوشمند چطور به شبکه متصل میشود؟
اتصال از طریق مودم کممصرف در شبکههای LPWAN با فرکانسهای مشخص انجام میشود و اطلاعات از طریق آنتن Embedded ارسال میگردد.
