Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây

Lịch sử phát triển của phương tiện đo đồng hồ nước

Đồng hồ nước, được phát minh cách đây 3000 năm tại Oases Gadames Bắc Phi, đã có vai trò quan trọng trong việc quản lý nguồn nước Thiết bị này chia nước từ suối thành nhiều phần bằng nhau cho các nông trại thông qua việc đong bình hoặc mở cổng ngăn nước Một phương pháp đơn giản là thả cọng rơm theo mương nước; khi cọng rơm trôi đến vị trí cần tưới, người sử dụng sẽ đóng cổng lại Những kỹ thuật này giúp đảm bảo lượng nước được phân phối đồng đều cho các khu vực canh tác.

Vào năm 1730, kỹ sư người Pháp Henri Pilot đã thực hiện thí nghiệm với ống thủy tinh để nghiên cứu mối liên hệ giữa mực nước trong ống và bình phương vận tốc dòng chảy Sau 125 năm, hai kỹ sư, một người Pháp tên Darcy và một người Mỹ là Hiram F Mills, đã cải tiến thiết bị, nâng cao độ chính xác của cột nước tĩnh và giảm thiểu sự giao động của cột nước.

Năm 1790, Benjamin G Hoffman đã xuất bản sách mô tả đồng hồ đo lưu lượng khí và nước do Reinhard Woltman phát minh, được coi là đồng hồ thực tế đầu tiên Kể từ đó, các đồng hồ sau này đã được cải tiến về vật liệu và cấu trúc Đến những năm 1950, đồng hồ nước cơ học phát triển mạnh với nhiều loại như vận tốc đơn tia, đa tia, kiểu Woltman trục đứng, trục ngang, kiểu thể tích và pit tông.

Vào những năm 1980, các nhà phát minh đã phát triển công nghệ đọc số đồng hồ nước không dây, bao gồm đồng hồ nước điện từ, siêu âm và loại kết hợp giữa cơ và điện từ.

Hệ thống sản xuất đồng hồ nước (cỡ nhỏ)

1.2.1 Khái quát về đồng hồ nước: Đồng hồ nước cỡ nhỏ gồm các chi tiết sau:

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Hình 1.1 Mặt cắt ngang đồng hồ nước cỡ nhỏ

1 Nắp đồng hồ nước 6 Trục tua bin

2 Bộ hộp số ghi 7 Lưới lọc

3 Bộ ruột 8 Thân đồng hồ nước

5 Tua bin (cánh quạt) 10 Chì niêm

1.2.2 Các máy móc thiết bị sử dụng trong ngành sản xuất đồng hồ nước:

Hệ thống sản xuất được chia thành ba phân xưởng chính: phân xưởng đúc, phân xưởng gia công cơ khí và phân xưởng lắp ráp cùng kiểm định Phân xưởng đúc đảm nhận việc sản xuất các chi tiết kim loại, trong khi phân xưởng gia công cơ khí thực hiện các công đoạn chế tạo và xử lý bề mặt Cuối cùng, phân xưởng lắp ráp và kiểm định đảm bảo các sản phẩm hoàn thiện đạt tiêu chuẩn chất lượng trước khi đưa vào sử dụng.

Vai trò của đồng hồ nước

Đồng hồ nước là thiết bị đo lượng nước tiêu thụ tính bằng mét khối (m³), được kiểm định và còn hiệu lực Thiết bị này được lắp đặt tại các hộ gia đình, nhà máy, xí nghiệp,… theo hợp đồng giữa đơn vị cấp nước và khách hàng.

Các yêu cầu bắt buộc khi sử dụng đồng hồ nước tại Việt Nam:

Phê duyệt mẫu phương tiện đo là quá trình đánh giá và xác nhận các mẫu phương tiện đo bởi cơ quan quản lý nhà nước có thẩm quyền, nhằm đảm bảo chúng phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật đo lường đã được quy định Quy trình này được thực hiện theo quyết định số 22/2006/QĐ-BKHCN ngày 10/11/2006 của Bộ Khoa học và Công nghệ.

Kiểm định phương tiện đo là quá trình xác định sự phù hợp của thiết bị với các yêu cầu pháp lý và tiêu chuẩn kỹ thuật cụ thể Kết quả kiểm định, do cơ quan nhà nước có thẩm quyền xác định, sẽ cho biết thiết bị đạt hoặc không đạt yêu cầu Việc kiểm định này là bắt buộc đối với các phương tiện đo nằm trong "Danh mục các thiết bị bắt buộc kiểm định" theo quyết định số 13/2007/QĐ-BKHCN ngày 6/7/2007 của Bộ Khoa học và Công nghệ.

Phương tiện đo thiết lập mối quan hệ mới giữa đo lường và thiết bị đo Hiệu chuẩn không bắt buộc, và dựa vào kết quả hiệu chuẩn, khách hàng có quyền quyết định xem có tiếp tục sử dụng thiết bị hay không.

1.4 Phân loại đồng hồ nước: Được phân loại theo 03 dạng cơ bản sau:

Hình 1.2: Sơ đồ phân loại theo kiểu cấu tạo của đồng hồ nước

1.5 Giới thiệu công nghệ đọc số tự động :

Hệ thống đọc đồng hồ tự động AMR (Automatic Meter Reading) sử dụng sóng vô tuyến (RF) là công nghệ tiên tiến giúp các công ty cấp nước toàn cầu giảm thiểu lượng nước thất thoát, cải thiện hiệu quả hoạt động và tăng cường khả năng tiết kiệm tài nguyên.

- liệu của đồng hồ từ xa, bao gồm cả chỉ số đồng hồ

Hệ thống AMR tiên tiến, tích hợp công nghệ phát hiện và ghi nhận dữ liệu qua sóng vô tuyến, hiện đang được áp dụng rộng rãi Với khả năng cung cấp dữ liệu phong phú và chính xác từ đồng hồ, AMR giúp người dùng đưa ra quyết định chính xác hơn mà không lo ngại về việc dữ liệu bị hỏng hay không đầy đủ.

Thiết bị đọc dữ liệu cầm tay cho phép tự động thu thập thông tin bằng cách gửi yêu cầu qua sóng vô tuyến đến thiết bị đọc đồng hồ Sau khi nhận được yêu cầu, thiết bị đọc đồng hồ sẽ truyền lại thông tin cần thiết về thiết bị cầm tay Khi tất cả dữ liệu từ các đồng hồ đã được thu thập, thông tin sẽ được tải lên phần mềm máy chủ để tự động truy xuất vào hệ thống ghi hóa đơn và các hệ thống liên quan khác.

Hệ thống đọc số đồng hồ nước không dây sử dụng sóng vô tuyến bao gồm các thành phần chính như đồng hồ nước, thiết bị đọc đồng hồ, thiết bị đọc cầm tay và phần mềm máy chủ.

- Thiết bị ghi nhận dữ liệu và phát sóng;

- Thiết bị đọc số cầm tay (Hand held);

- Máy chủ có cài phần mềm quản lý

Hình 1.3: Mô tả một hệ thống đọc đồng hồ nước không dây (sóng vô tuyến)

1.5.1 Cấu tạo: a Đồng hồ nước: Đồng hồ nước hoạt động theo nguyên lý nước qua đồng hồ tác động vào tua bin và tryền động lên bộ hộp số để ghi nhận lượng nước sử dụng, trên mặt số có các gờ để

Hình 1.4 Đồng hồ nước vận tốc đa tia có kim lắp nam châm b Thiết bị ghi nhận dữ liệu và phát sóng vô tuyến:

Công nghệ đọc đồng hồ nước từ xa bằng sóng vô tuyến (RF) đang ngày càng trở nên quan trọng trong ngành cấp nước, giúp cải thiện năng suất và cung cấp dịch vụ tiên tiến cho khách hàng Tần số vô tuyến dao động trong khoảng 3 kHz đến 300 GHz, cho phép truyền tải tín hiệu không dây cho nhiều ứng dụng như điện thoại không dây, radar, GPS, và truyền hình Sóng vô tuyến, một dạng sóng điện từ, hiện diện trong nhiều khía cạnh của cuộc sống hàng ngày, từ điện thoại di động đến đồ chơi điều khiển từ xa Thiết bị đọc số cầm tay sử dụng công nghệ này để thu thập dữ liệu một cách hiệu quả và nhanh chóng.

Thiết bị đọc cầm tay sử dụng pin tích hợp bộ thu sóng vô tuyến, cho phép nhận thông tin từ thiết bị ghi nhận dữ liệu Khi hoạt động, thiết bị này thu toàn bộ sóng cùng tần số đã cài đặt để ghi nhận dữ liệu từ đồng hồ nước, sau đó chuyển dữ liệu này vào máy tính.

Phần mềm cài đặt trên máy tính giúp truyền tải thông tin giữa máy tính và thiết bị cầm tay, cho phép hiển thị toàn bộ dữ liệu thu thập từ thiết bị cầm tay trong hệ thống Ngoài ra, phần mềm còn hỗ trợ truy xuất dữ liệu sang các hệ thống khác.

1.5.2 Ưu nhược điểm của phương pháp số không dây bằng sóng vô tuyến:

Để giảm thiểu lượng nước ghi hóa đơn ước lượng do chủ nhà vắng mặt và việc đọc đồng hồ không chính xác, cần thực hiện việc đọc và ghi chép chỉ tiêu thụ nước vào sổ một cách cẩn thận.

- Nâng cao dịch vụ khách hàng thông qua các thông tin tiêu thụ hàng ngày

- Giảm lượng nước thất thoát thông qua việc một số nhân viên cấp nước thỏa thuận với khách hàng khi ghi không đúng chỉ số thực tế

- Giảm được số nhân viên đi đọc số hằng ngày và rút ngắn thời gian đọc

Thời gian đọc số hiện tại mất khoảng 20 giây, so với hơn 2 phút khi đọc thủ công Mỗi nhân viên hiện tại ghi nhận khoảng 120 chiếc số mỗi ngày, và việc áp dụng công nghệ đọc không dây có thể nâng con số này lên hơn 700 chiếc mỗi ngày.

- Thông báo khi đồng hồ dừng hoạt động

- Ghi nhận khi có sự phá hoại đồng hồ nước

- Giá thành cao đầu tư ban đầu cao,

- Phụ thuộc vào nhà sản xuất khi mua sắm hoặc thay thế thiết bị

1.6 Tình hình nghiên cứu và sử dụng công nghệ đọc số đồng hồ nước không dây bằng sóng radio:

1.6.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới:

Từ đầu thập kỷ 80, các phương pháp nghiên cứu và ứng dụng đọc số đồng hồ nước không dây đã phát triển mạnh mẽ Các công ty hàng đầu thế giới như Itron, Zenner, ABB, Siemens, Rockwell và Badger đã áp dụng nhiều công nghệ tiên tiến để cung cấp giải pháp cho các công ty cấp nước toàn cầu.

 Đồng hồ điện từ: dùng để đo đếm sản lượng nước đi qua, gồm: bộ cảm biến

- liệu này về trung tâm qua hệ thống GSM hoặc GPRS chủ yếu dùng cho đồng hồ tổng cỡ lớn

Giới thiệu công nghệ đọc số tự động

Hệ thống đọc đồng hồ tự động AMR (Automatic Meter Reading) sử dụng sóng vô tuyến (RF) là một công nghệ tiên tiến, giúp các công ty cấp nước trên toàn cầu giảm thiểu lượng nước thất thoát Công nghệ này không chỉ nâng cao hiệu quả hoạt động mà còn tăng cường khả năng tiết kiệm tài nguyên quý giá.

- liệu của đồng hồ từ xa, bao gồm cả chỉ số đồng hồ

Hệ thống AMR tiên tiến, tích hợp công nghệ phát hiện và ghi nhận dữ liệu, là giải pháp hàng đầu trong lĩnh vực thiết bị sử dụng sóng vô tuyến Công nghệ này hiện đang được áp dụng rộng rãi, mang lại ưu điểm nổi bật với dữ liệu phong phú và chính xác từ đồng hồ Nhờ đó, thông tin được sử dụng hiệu quả mà không lo ngại về việc dữ liệu bị hỏng hay không đầy đủ, giúp đưa ra quyết định chính xác hơn.

Thiết bị đọc dữ liệu cầm tay cho phép tự động thu thập thông tin bằng cách gửi yêu cầu qua tần số sóng vô tuyến đến thiết bị đọc đồng hồ Sau khi nhận được yêu cầu, thiết bị đọc đồng hồ sẽ trả lại thông tin qua sóng vô tuyến Khi hoàn tất việc đọc tất cả các đồng hồ, dữ liệu sẽ được tải lên phần mềm máy chủ để tự động tích hợp vào hệ thống ghi hóa đơn và các hệ thống liên quan khác.

Hệ thống đọc số đồng hồ nước không dây hoạt động bằng sóng vô tuyến, bao gồm các thành phần chính như đồng hồ nước, thiết bị đọc đồng hồ, thiết bị đọc cầm tay và phần mềm máy chủ.

- Thiết bị ghi nhận dữ liệu và phát sóng;

- Thiết bị đọc số cầm tay (Hand held);

- Máy chủ có cài phần mềm quản lý

Hình 1.3: Mô tả một hệ thống đọc đồng hồ nước không dây (sóng vô tuyến)

1.5.1 Cấu tạo: a Đồng hồ nước: Đồng hồ nước hoạt động theo nguyên lý nước qua đồng hồ tác động vào tua bin và tryền động lên bộ hộp số để ghi nhận lượng nước sử dụng, trên mặt số có các gờ để

Hình 1.4 Đồng hồ nước vận tốc đa tia có kim lắp nam châm b Thiết bị ghi nhận dữ liệu và phát sóng vô tuyến:

Công nghệ đọc đồng hồ nước từ xa bằng sóng vô tuyến (RF) là giải pháp tiên tiến giúp cải thiện năng suất và cung cấp dịch vụ tốt hơn cho khách hàng trong ngành cấp nước Tần số vô tuyến, dao động từ 3 kHz đến 300 GHz, là phương thức giao tiếp cho các công nghệ không dây như điện thoại, radar, GPS, và truyền hình Sóng vô tuyến, với khả năng lan truyền với tốc độ ánh sáng, đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày, từ điện thoại di động đến các thiết bị điều khiển từ xa Thiết bị đọc số cầm tay cũng là một ứng dụng quan trọng trong việc quản lý và giám sát hệ thống cấp nước.

Thiết bị đọc cầm tay sử dụng pin có tích hợp bộ thu sóng vô tuyến, cho phép nhận thông tin từ thiết bị ghi nhận dữ liệu Khi hoạt động, thiết bị này thu thập toàn bộ sóng ở tần số đã cài đặt để ghi nhận dữ liệu từ đồng hồ nước và sau đó chuyển dữ liệu này vào máy tính.

Phần mềm cài đặt trên máy tính giúp truyền tải thông tin giữa máy tính và thiết bị cầm tay, cho phép hiển thị toàn bộ dữ liệu thu thập từ thiết bị cầm tay của hệ thống Đồng thời, phần mềm này cũng hỗ trợ truy xuất dữ liệu sang các hệ thống khác.

1.5.2 Ưu nhược điểm của phương pháp số không dây bằng sóng vô tuyến:

Để giảm thiểu lượng nước ghi hóa đơn ước lượng do chủ nhà vắng mặt và việc đọc đồng hồ không chính xác, cần thực hiện việc đọc và ghi chép chỉ tiêu thụ nước vào sổ một cách thường xuyên và chính xác.

- Nâng cao dịch vụ khách hàng thông qua các thông tin tiêu thụ hàng ngày

- Giảm lượng nước thất thoát thông qua việc một số nhân viên cấp nước thỏa thuận với khách hàng khi ghi không đúng chỉ số thực tế

- Giảm được số nhân viên đi đọc số hằng ngày và rút ngắn thời gian đọc

Việc áp dụng công nghệ đọc số không dây giúp rút ngắn thời gian đọc từ hơn 2 phút xuống chỉ còn khoảng 20 giây Hiện tại, mỗi nhân viên có thể đọc 120 số ghi mỗi ngày, nhưng với công nghệ mới, con số này có thể tăng lên hơn 700 số/ngày.

- Thông báo khi đồng hồ dừng hoạt động

- Ghi nhận khi có sự phá hoại đồng hồ nước

- Giá thành cao đầu tư ban đầu cao,

- Phụ thuộc vào nhà sản xuất khi mua sắm hoặc thay thế thiết bị

1.6 Tình hình nghiên cứu và sử dụng công nghệ đọc số đồng hồ nước không dây bằng sóng radio:

1.6.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới:

Từ đầu thập kỷ 80, các phương pháp nghiên cứu và ứng dụng đọc số đồng hồ nước không dây đã phát triển mạnh mẽ Các công ty hàng đầu thế giới như Itron, Zenner, ABB, Siemens, Rockwell và Badger đã áp dụng nhiều công nghệ tiên tiến để cung cấp giải pháp cho các công ty cấp nước toàn cầu.

 Đồng hồ điện từ: dùng để đo đếm sản lượng nước đi qua, gồm: bộ cảm biến

- liệu này về trung tâm qua hệ thống GSM hoặc GPRS chủ yếu dùng cho đồng hồ tổng cỡ lớn

Đồng hồ bán điện từ là thiết bị dùng để đo lượng nước tiêu thụ thông qua bộ cảm biến gắn trên mặt đồng hồ Các dữ liệu được thu thập sẽ được truyền đến bộ ghi nhận dữ liệu qua sóng vô tuyến Phương pháp này thường được áp dụng cho các đồng hồ nước của khách hàng cỡ nhỏ.

1.6.2 Tình hình nghiên cứu trong nước:

Công nghệ đọc số đồng hồ nước không dây đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới, vì vậy việc áp dụng công nghệ này tại Việt Nam là rất cần thiết Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn TNHH MTV, doanh nghiệp nhà nước cung cấp nước sạch cho thành phố Hồ Chí Minh, hiện đang sử dụng hơn 900.000 đồng hồ nước với kích cỡ từ DN15 mm đến DN2400 mm, trong đó đồng hồ cỡ nhỏ (DN15 – DN25 mm) chiếm hơn 95% Việc nghiên cứu và áp dụng công nghệ đọc số không dây sẽ giúp Tổng Công ty hiện đại hóa ngành nước, nâng cao chất lượng phục vụ khách hàng và sản xuất đại trà tại Việt Nam.

Tính cấp thiết của đề tài

Để nâng cao hiệu quả quản lý và thúc đẩy nội địa hóa thương hiệu Việt Nam, việc phát triển đồng hồ nước không dây là cần thiết Việc thay thế kim chỉ số lít bằng kim loại (nam châm) cho phép tích hợp giữa việc đọc chỉ số trên mặt số và đọc số từ xa qua sóng vô tuyến Đây là một lĩnh vực mới mẻ, đang thu hút sự quan tâm lớn từ các doanh nghiệp cấp nước, nhưng vẫn chưa được nghiên cứu nhiều tại Việt Nam, tạo cơ hội cho việc hiện đại hóa ngành cấp nước trong nước.

Mục tiêu , phạm vi và phương pháp thực hiện nghiên cứu của đề tài

- Tìm hiểu công nghệ đọc số đồng hồ nước không dây bằng sóng vô tuyến

Nghiên cứu này tập trung vào việc thay thế kim chỉ số lít bằng kim loại nam châm trên mặt số đồng hồ nước, nhằm tạo ra từ trường cho cảm biến Từ đó, cảm biến sẽ chuyển đổi hoạt động thành xung, với 1 xung tương ứng với 1 lít nước và 1 vòng quay, giúp đo đếm chỉ số tiêu thụ nước một cách chính xác hơn.

- Kết hợp được tính năng đọc số truyền thống và đọc từ xa bằng sóng vô tuyến thông qua thiết bị đọc cầm tay (Hand held)

- So sánh sai số giữa chỉ số hiển thị trên mặt số đồng hồ và chỉ số đọc không dây

1.8.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

Sau khi đã phân tích các vấn đề được nghiên cứu, đề tài sẽ tập trung nghiên cứu về vấn đề sau:

- Tổng quan về công nghệ sản xuất đồng hồ nước hiện nay tại Việt Nam

- Phân tích lựa chọn mẫu đồng hồ nước phù hợp với điều kiện sử dụng tại Việt Nam và xác định các đặc tính kỹ thuật

Thiết kế kim chỉ số lít trên mặt số đồng hồ nước cần được tính toán cẩn thận để đảm bảo tương thích với thiết bị ghi nhận dữ liệu và phát sóng vô tuyến.

- Tính toán và thiết kế bộ ghi nhận dữ liệu và phát sóng vô tuyến

Khi lựa chọn thiết bị đọc cầm tay và phần mềm ứng dụng, trước tiên cần kết nối thiết bị thu sóng với máy tính và phát triển phần mềm để ghi nhận dữ liệu trên bộ vi điều khiển.

1.8.3 Phương pháp thực hiện đề tài:

Nghiên cứu tài liệu kết hợp với thực nghiệm lắp đặt và ghi nhận kết quả nhằm đánh giá và hoàn thiện quy trình đọc số đồng hồ nước không dây qua sóng vô tuyến.

11

Các loại đồng hồ cỡ nhỏ được sử dụng rộng rãi hiện nay

2.1.1 Loại vận tốc đa tia:

Hình 2.1: Đồng hồ nước vận tốc đa tia

Nguyên lý hoạt động của đồng hồ nước là dòng nước chảy qua cánh quạt hoặc tuốc bin, truyền động qua các bộ bánh răng giảm tốc đến bộ phận ghi Đây là loại đồng hồ nước phổ biến nhất hiện nay, chiếm hơn 80% thị phần trong cùng kích cỡ, nhờ vào quy trình sản xuất đơn giản, dễ bảo trì, phù hợp với nguồn nước hiện tại và giá cả cạnh tranh.

2.1.2 Loại thể tích kiểu pít tông:

Nguyên lý hoạt động của đồng hồ đo lưu lượng thể tích dựa trên việc nước chảy qua buồng đo có dung tích được tính toán trước Pít tông trong buồng đo liên tục chuyển động, làm đầy và rỗng buồng, từ đó cho phép một lượng nước nhất định chảy qua sau mỗi lần dao động Số lần dao động này được chuyển hóa thành các vòng quay cơ khí, tỷ lệ thuận với lượng nước chảy qua Mặc dù loại đồng hồ này có độ chính xác cao, nhưng chưa phù hợp với điều kiện nguồn nước tại Việt Nam và có giá thành tương đối cao.

Hình 2.2: Đồng hồ nước đĩa dao động

Bài viết so sánh hai loại đồng hồ nước phổ biến tại Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn và Việt Nam, tập trung vào đồng hồ vận tốc đa tia Tác giả nhận thấy loại đồng hồ này có nhiều điều kiện thuận lợi để nghiên cứu lắp đặt thiết bị đọc số không dây bằng sóng radio.

2.1.3 Cấu tạo của đồng hồ nước vận tốc đa tia : Đồng hồ nước có cấu tạo như sau:

Hình 2.3:Cụm hộp phun và cánh quạt đồng hồ nước

Hình 2.4:Cụm mặt số hiển thị và các bộ bánh răng đồng hồ nước

Hình 2.5: đồng hồ nước được lắp đặt hoàn chỉnh và kiểm định

Yêu cầu kỹ thuật của đồng hồ nước:

- Đồng hồ nước sau khi lắp đặt hoàn chỉnh phải được kiểm định, niêm chì và dán tem

- Quy trình thử nghiệm và các yêu cầu kỹ thuật phải tuân thủ theo ISO 4064: 2005 (Part 1 – 5), ĐLVN 17:2009 và ĐLVN 96:2002

Hình 2.6: Đường đặc tuyến sai số cho phép của đồng hồ nước

2.2 Quy trình công nghệ sản xuất đồng hồ nước cỡ nhỏ:

Quy trình sản xuất đồng hồ nước tại Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn được thực hiện theo các bước cụ thể, đảm bảo hiệu quả và chất lượng sản phẩm Các bước này được trình bày rõ ràng trong sơ đồ quy trình sản xuất.

Hình 2.7 : Quy trình sản xuất đồng hồ nước kiểu vận tốc đa tia cỡ nhỏ Đúc thân (vỏ) đồng hồ nước

Dây chuyền lắp ráp bộ hộp số

Gia công vỏ đồng hồ nước

Dây chuyền lắp ráp bộ ruột đồng hồ nước Đơn vị kiểm định chức năng

Dàn kiểm định đồng hồ nước

Niêm chì và đóng gói

Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn TNHH MTV đã áp dụng quy trình sản xuất đồng hồ nước tại Việt Nam, với hơn 200.000 đồng hồ cỡ nhỏ 15 mm và 50.000 đồng hồ cỡ 20 mm được sản xuất Các chi tiết bên trong bộ ruột đồng hồ nước được nhập khẩu và lắp ráp hoàn chỉnh tại Việt Nam.

Nhãn hiệu đồng hồ nước đã được sản xuất “LUGIACO” loại vận tốc đa tia có cỡ từ

Quy trình cải tiến bộ phận đọc số không dây của đồng hồ nước chỉ cần thay thế kim chỉ số lít bằng kim loại có từ tính và thiết kế lại nắp để lắp đặt bộ ghi nhận dữ liệu mà không làm thay đổi kết cấu hay nguyên lý hoạt động của đồng hồ Việc thay thế này có chi phí gia công thấp và không ảnh hưởng đến quy trình sản xuất cũng như bảo trì định kỳ Nghiên cứu và chế tạo bộ ghi nhận dữ liệu, thiết bị đọc số cầm tay và phần mềm ứng dụng là những công việc quan trọng nhất trong quá trình này.

17

Phương pháp đọc không dây (từ xa) cho đồng hồ nước

Hiện nay, nhiều giải pháp đọc số đồng hồ nước không dây được áp dụng để hiện đại hóa ngành cấp nước và giảm thất thoát nước Có hai giải pháp chính cho việc sử dụng đồng hồ nước, tùy thuộc vào kích thước và số lượng mà các đơn vị cấp nước đang triển khai.

3.1.1 Đồng hồ nước dùng làm đồng hồ tổng:

Đồng hồ nước điện từ là loại đồng hồ cỡ lớn (trên 40 mm) được sử dụng để đo lượng nước trong các khu vực dân cư hoặc tổ chức có nhu cầu sử dụng nước lớn Hiện nay, nhiều hãng sản xuất lớn trên thế giới như ABB, Siemens, Isoil Mag, Krone, Sensus Elster và Badger cung cấp các sản phẩm này, đáp ứng đa dạng nhu cầu của người tiêu dùng.

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của đồng hồ nước điện từ

Hình 3.2: Sơ đồ đồng hồ có tích hợp bộ phận ghi nhận dữ liệu và truyền về cơ sở dữ liệu PMAC qua tin nhắn SMS về trung tâm

Quá trình đọc số đồng hồ nước được thực hiện thông qua sóng vô tuyến, cho phép dữ liệu được gửi về trung tâm để ghi nhận và xử lý một cách hiệu quả.

3.1.2 Đồng hồ nước dùng làm đồng hồ khách hàng:

Đồng hồ nước là thiết bị nhỏ gọn dùng để đo lường lượng nước tiêu thụ hàng tháng của khách hàng Thiết bị này cho phép người dùng dễ dàng đọc số tiêu thụ trên mặt số và có khả năng kết nối để đọc số từ xa qua sóng radio hoặc GSM Với số lượng đồng hồ nước khách hàng chiếm tới 95% trong một đơn, việc sử dụng công nghệ hiện đại giúp tối ưu hóa quá trình ghi nhận và quản lý dữ liệu tiêu thụ nước.

- phí đầu tư thấp, không cần thuê bao đường truyền, tần số sóng ổn định và chỉ đọc số một lần/ tháng.

Chọn giải pháp đọc từ xa cho đồng hồ nước cỡ nhỏ

Các thiết bị điều khiển hoặc ghi nhận dữ liệu từ xa thường sử dụng công nghệ tần số vô tuyến RF và công nghệ hồng ngoại IR Hiện nay, cả hai loại điều khiển từ xa này đều được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày.

3.2.1 Điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại (IR):

Ngày nay, điều khiển từ xa hồng ngoại đóng vai trò quan trọng trong hầu hết các thiết bị gia đình Một điều khiển hồng ngoại thường bao gồm các bộ phận cơ bản như nút bấm, bảng mạch tích hợp, núm tiếp điểm và đi ốt phát quang (đèn LED).

Điều khiển từ xa hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng ánh sáng hồng ngoại, không nhìn thấy bằng mắt thường, để truyền tín hiệu đến thiết bị Bộ phát tín hiệu phát ra các xung ánh sáng hồng ngoại chứa mã số nhị phân cụ thể Khi nhấn nút trên điều khiển, một chuỗi hoạt động được kích hoạt, khiến thiết bị thực hiện lệnh tương ứng.

Hình 3.4: Điều khiển bằng hồng ngoại

Quy trình hoạt động của thiết bị bắt đầu khi người dùng nhấn nút “bật thiết bị”, kích hoạt núm tiếp điểm và hoàn thành mạch điện trên bản mạch Các mạch tích hợp tự động nhận diện mạch tương ứng với từng nút bấm và gửi tín hiệu đến đèn LED Đèn LED sau đó phát ra chuỗi xung ánh sáng mã nhị phân, bao gồm các mã lệnh như khởi động, bật thiết bị, mã địa chỉ thiết bị, và dừng khi thả nút Bộ phận điều khiển được trang bị bộ thu tín hiệu hồng ngoại ở mặt trước, giúp dễ dàng nhận tín hiệu từ điều khiển.

Sau khi xác minh mã địa chỉ từ điều khiển, các xung ánh sáng sẽ được giải mã thành dữ liệu nhị phân, giúp bộ vi xử lý của thiết bị hiểu và thực hiện các lệnh tương ứng.

- Tầm hoạt động ngắn chỉ 10 mét

- Do tuân theo tính chất truyền thẳng của ánh sáng nên tia hồng ngoại không thể xuyên qua được kính, tường hay truyền vòng qua các góc

- Dễ bị nhiễu sóng do ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời, bóng đèn huỳnh quang, hay bức xạ của con người

- Sử dụng bộ lọc cho các thiết bị thu chỉ thu nhận các bước sóng đặc biệt hay tần số riêng biệt do thiết bị phát phát ra

Hiện nay, ta sử dụng thiết bị điều khiển bằng tia hồng ngoại cho hầu hết các vật dụng trong nhà như tivi, máy stereo, điều hòa nhiệt độ…

3.2.2 Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến (RF)

Điều khiển từ xa, loại thiết bị đầu tiên xuất hiện, vẫn giữ vai trò quan trọng trong cuộc sống hiện đại Trong khi điều khiển bằng tia hồng ngoại chỉ sử dụng trong nhà, điều khiển vô tuyến được áp dụng rộng rãi cho nhiều thiết bị bên ngoài, bao gồm các thiết bị ghi nhận dữ liệu, hệ thống báo hiệu, đồ chơi điện tử, và thậm chí là kiểm soát vệ tinh cùng các hệ thống máy tính xách tay và điện thoại thông minh.

Điều khiển này hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự như điều khiển bằng tia hồng ngoại, nhưng thay vì sử dụng tín hiệu ánh sáng, nó truyền sóng vô tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân Thiết bị được điều khiển có bộ phận thu sóng vô tuyến để nhận và giải mã tín hiệu.

- Bị nhiễu sóng do bên ngoài có rất nhiều các thiết bị máy móc sử dụng các tần số khác nhau

Để tránh nhiễu sóng, việc truyền tín hiệu ở các tần số đặc biệt và nhúng mã kỹ thuật số địa chỉ của thiết bị nhận vào trong các tín hiệu vô tuyến là rất quan trọng Cách làm này giúp bộ thu vô tuyến trên thiết bị có thể hồi đáp tín hiệu tương ứng một cách chính xác.

Qua so sánh hai loại ghi nhận dữ liệu không dây, tác giả chọn giải pháp sóng vô tuyến ghi nhận dữ liệu từ xa.

Các thống số về sóng vô tuyến (RF)

Tần số vô tuyến (RF) là tỷ lệ dao động từ 3 kHz đến 300 GHz, liên quan đến sóng vô tuyến và tín hiệu radio RF chủ yếu đề cập đến điện, không phải dao động cơ học, và là phương thức giao tiếp cho các công nghệ không dây như điện thoại không dây, radar, GPS, cùng với các chương trình phát sóng radio và truyền hình Công nghệ RF hiện diện trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, từ màn hình điện thoại di động đến đồ chơi điều khiển từ xa Bluetooth® Sóng vô tuyến là dạng sóng điện từ lan truyền với tốc độ ánh sáng.

Bước sóng là khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp và tỉ lệ nghịch với tần số Trong chân không, sóng vô tuyến di chuyển với tốc độ 299,792,458 mét mỗi giây, tương đương với bước sóng của tín hiệu vô tuyến 1 Hertz Đối với tín hiệu vô tuyến 1 Megahertz, bước sóng sẽ là 299 mét.

Các sóng vô tuyến được phân thành các loại như sau:

Loại sóng Tần số Bước sóng

Sóng dài và cực dài

- Ở đây chúng ta sẽ đi xét 02 dạng dữ liệu nhập vào để truyền đi:

Để truyền dữ liệu số, tín hiệu cần được điều chế để máy nhận có thể phân biệt giữa bit 0 và 1 Điều chế là quá trình xử lý tín hiệu để nó có thể đại diện cho nhiều mẫu dữ liệu khác nhau, biến tín hiệu thành sóng mang Có ba kiểu điều chế chính: điều biên (Amplitude Shift Keying - ASK), dễ bị nhiễu; điều tần (Frequency Shift Keying - FSK), phổ biến hiện nay; và điều pha (Phase Shift Keying - PSK), thường được sử dụng trong quân đội.

Tín hiệu truyền đi xa, dùng anten để thu, muốn có hiệu quả cao cần có tần số cao, và cho phép với nhiều tần số khác nhau

So sánh giữa hai dạng điều chế: điều chế ở dữ liệu số và điều chế ở dữ liệu tương tự, tác giả đã lựa chọn điều chế ở dữ liệu số (điều tần) vì tính phổ biến và sự sẵn có của các modul thu phát sóng trên thị trường.

3.3.3 Các phương pháp mã hóa:

 Điều biên AM (Amplitude Modulation)

 Điều tần FM (Frequency Modulation)

 Điều pha PM (Phase Modulation)

Tín hiệu truyền cũng giống như hình vẽ trên nhưng khác ở chuỗi bit là số Còn dữ liệu tương tự không phải là chuỗi số

Phương tiện truyền thông không dây được hướng dẫn truyền và tiếp nhận bởi an ten

Dải tần số ứng dụng trong phương tiện truyền thông vô tuyến

Dải tần Tên Dữ liệu tương tự Dư liệu số

Sự biến thiên Độ rộng dải tần

Sự điều biến Tốc độ dữ liệu Ứng dụng

2000 Hz

+ Tần số hoạt động: 500 Hz

+ Chuyển mạch điện áp lớn nhất: 200V

+ Loại thiết bị đầu cuối: hàn

+ Độ nhạy cảm với từ trường : 1.3 mV/G ( 1 Tesla = 10000Gauss)

Hình 4.12: Sơ đồ đấu dây và sơ đồ khối của công tắc Reed

Trong sơ đồ đấu dây cho công tắc Reed, cần lắp thêm một điện trở R = 1000K để tạo mức logic 1 và một tụ điện C = 100pF nhằm bảo vệ tiếp điểm của công tắc Reed khỏi hiện tượng dội.

Việc tính toán các mật độ từ trường, sai số trong đo đếm và năng lượng tiêu thụ cho công tắc Reed gồm:

+ Khoảng cách từ cảm biến đến vị trí của nam châm:

Theo nhà sản xuất công tắc Reed KSK-A166, khoảng cách hoạt động tối ưu giữa công tắc Reed và nam châm là từ 0 đến 15mm Thiết kế của sản phẩm quy định khoảng cách từ mặt kim chỉ số nam châm đến cảm biến.

Khoảng cách tính toán giữa nam châm và công tắc Reed được xác định bằng công thức l = a + b + c + d, với giá trị tổng cộng là 12 mm Trong đó, a là khoảng cách từ kim đến mặt dưới của lớp kính (1 mm), b là bề dày của tấm kính (5 mm), c là bề dày của lớp vỏ bộ ghi nhận dữ liệu và phát sóng (3 mm), và d là khoảng cách cảm biến đến vỏ bộ ghi nhận dữ liệu và phát sóng (3 mm) Mật độ từ trường B do nam châm tạo ra ảnh hưởng đến công tắc Reed.

Trong đó : Br = 1130 G (từ trường của nam châm do nhà sản xuất) l = 12 mm ( khoảng cách từ nam châm đến cảm biến)

L m = 0,5 mm ( bề dày nam châm)

D = 10 mm ( đường kính của nam châm)

Công tắc Reed KSK-A166 hoạt động hiệu quả trong mật độ từ trường từ 20 G đến 60 G, theo yêu cầu của nhà sản xuất Để đảm bảo hoạt động tối ưu, khoảng cách giữa nam châm và cảm biến cần được chú ý, với nam châm có kích thước đường kính 10 mm và độ dày 0,5 mm được lắp trên kim chỉ số.

Đồng hồ nước có kích thước 15 mm có lưu lượng sử dụng danh định là Qn = 1,5 m³/h, tương đương với 0,42 lít/s Mỗi xung từ cảm biến tương ứng với 1 lít nước, trong khi một vòng quay của kim chỉ số thể hiện 0,1 lít.

- Theo ĐLVN 17-2009 có 04 cấp lưu lượng gồm :

+ Q max = 3 m 3 /h gọi là lưu lượng lớn nhất

+ Q n = 1,5 m 3 /h gọi là lưu lượng danh định

+ Q t = 0,12m 3 /h = 120 l/h gọi là lưu lượng chuyển tiếp

62

67

Tiêu đề	Nghiên Cứu Cải Tiến Bộ Đọc Thông Số Đồng Hồ Nước Truyền Thống Bằng Phương Pháp Đọc Không Dây
Tác giả	Trần Thái Nguyên
Người hướng dẫn	PGS- TS Trần Doãn Sơn
Trường học	Đại học Bách Khoa
Chuyên ngành	Công nghệ chế tạo máy
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2012
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	101
Dung lượng	3,99 MB