3-2 انواع سیستم های پیشرفته موجود برای قرائت کنتورها18
3-2-1 سیستم قرائت از طریق اتصال بدون نیاز به حضور در منزل19
3-2-2 سیستم قرائت خودکار از طریق امواج رادیویی21
3-2-3 سیستم قرائت خودکار از طریق خط تلفن شهری PSTN28
2-2-4 سیستم قرائت خودکار از طریق شبکه GSM29
فصل چهارم ( فرایند طراحی و ساخت )31
4-1 فرایندهای قبل از طراحی32
4-1-1 انتخاب نوع کنتور پایه32
4-1-2 بررسی نوع قرائت دیجیتال34
4-2 روش پیشنهادی قرائت دیجیتال34
4-2-1 استخراج کارکرد از ارقام موجود در کنتور ﺁب38
4-2-2 استخراج کارکرد با کد گذاری رنگی ارقام38
4-2-3 استخراج کارکرد کد گذاری دیجیتال ارقام (بارکد ارقام)39
4-2-4 استخراج با کدگذاری هفت قسمتی دیجیتال (7-Segments)41
4-3 انتخاب روش ارسال داده های قرائت شده از مشترک به مرکز43
4-4 طراحی سامانه قرائت خاموش از راه دور کنتور آب45
4-4-1 شمارشگر کنتور46
4-4-2 سیستم پردازش نصب شده بر روی کنتور مکانیکی:48
4-4-3 ماژول دوربین :50
4-4-4 ماژول ماژول Sim900 :51
4-4-5 نمایشگر سامانه :53
4-4-6 نرم افزار سامانه54
4-5 طراحی سامانه قرائت از راه دور کنتور آب با هزینه پایینتر55
4-5-1 پردازشگر کنتور های کوچک57
4-5-2 دوربین OV767059
4-5-3 فرستنده گیرنده بیسیم60
4-5-4 نمایشگر 16*261
4-6 روش های استفاده و اجرای سامانه62
4-6-1 درخواست از مرکز جهت قرائت کارکرد کنتور62
4-6-2 ارسال اتوماتیک کارکرد کنتور در زمانهای مشخص64
4-6-3 قرائت کنتور به صورت حضوری توسط مشترک یا مامور قرائت آب64
فصل پنجم (بحث و نتیجه گیری)65
5-1 جمع بندی و تبیین نتایج تحقیق66
5-2 ارائه راهبردهای علمی66
5-3 پیش بینی محقق در صورت اجرایی شدن این تحقیق در کشور67
5-4 پیشنهادهای تحقیق67
منابع68
چکیده
با توجه به کاهش منابع آب قابل شرب و همچنین گسترش روز افزون جمعیت شهرها، افزایش تعداد مشترکان، لزوم افزایش سرعت و دقت در قرائت کنتور و کاهش هزینه های مازاد، برای دستیابی به فناوری های روز دنیا تحقیقات گسترده ای در زمینه قرائت خودکار کنتور ها AMR ( Automatic Meter Reading) در شرکت های سازنده و ارایه دهنده این خدمات در کشور های مختلف انجام شده است. در ایران نیز فعالیتهایی صورت گرفته است. عمده این تحقیقات بر مبنای آشکار سازی تعداد چرخش عقربه ای متصل به سیستم چرخ دنده کنتور های مکانیکی متمرکز بوده است که ضرورتا سامانه آشکار سازی حرکت عقربه بصورت مداوم فعال بوده به محض، بروز خرابی حتی موقت در بخش الکترونیکی، قطع برق یا اختلال در منبع تغذیه (باطری) مختل شده و علی رغم کارکرد صحیح بخش شمارش مکانیکی کنتور آب، آشکار سازی و استخراج اعداد واقعی کارکرد پس از برقراری مجدد سیستم تغذیه و یا رفع اختلال موقت بدون دخالت اپراتور فنی در محل میسر نخواهد بود که این نقیصه عملا مانع مهمی برای تحقق سامانه قرائت خودکار کنتور ها AMR به شیوه مذکور محسوب می شود. بدین ترتیب و با ملاحظه عواقب چالش برانگیز وجود اختلاف و یا خطای تدریجی در قرائت الکترونیکی و نمایش شمارش گر مکانیکی، حالت ایده آل یکسان سازی اعداد قرائت شده الکترونیکی و نمایشگر مکانیکی علی رغم هرگونه نقیصه احتمالی موقت یا دائم می باشد که در این پایان نامه به آن پرداخته می شود.
در راستای رسیدن به هدف فوق، طراحی یک نمونه سامانه قرائت کنتور آب الکترونیکی بدون نیاز به منبع تغذیه مداوم و به عبارت دیگر با شیوه خاموش و همراه با امکان ارسال اطلاعات استخراج شده کم حجم با GSM به سامانه نرم افزاری مرکز از نتایج اصلی مورد انتظار این تحقیق می باشد. در این تحقیق یک سامانه قرائت کنتورهای خانگی و ارسال آنها به سرور فرضی سازمان مرکزی توزیع آب منطقه ای و پردازش اطلاعات دریافتی به صورت عددی برای یک مصرف کننده طراحی شده است. تفاوت اصلی روش پیشنهادی در قرائت آف لاین، مصرف توان بسیار کم و تطابق آن با فنآوری های بومی تولید انبوه کنتور های آب در کشور و قابلیت ارتقای کنتورهای مکانیکی نصب شده فعلی و بدون نیاز به پالس شمار مبتنی بر آشکار کننده چرخش عقربه می باشد. سیستم پیشنهادی که نمونه های ساده تر آن قبلا توسط برخی شرکت های خارجی تجاری گردیده است بر اساس نمایش مکانیکی کارکرد کنتورو بطریق تصویر برداری تک نوبتی(یک بار به اذای هر درخواست قرائت) و استفاده از کد های دیجیتال(4 بیتی باینری) اعداد، ارتقاء یافته است که نمونه آزمایشگاهی و برد الکترونیکی عملی آن به منظور امکان سنجی روش پیشنهادی پیاده سازی و نتایج تست آن گزارش گردیده است که حاکی از عملکرد موفق روش پیشنهادی می باشد.
کلید واژه: سامانه قرائت کنتور آب، قرائت خاموش، ارسال اطلاعات، قرائت خودکارAMR، پردازش تصویر
فصل اول (کلیات تحقیق)
1-1 مقدمه
با بررسی وضعیت آب در دنیا متوجه بحران آن و در نتیجه لزوم مصرف صحیح آب می شویم. در موقعیت های خاص جغرافیایی این بحران می تواند نمود بیشتری داشته باشد که کشور ما نیز به دلیل واقع شدن در منطقه خشک و نیمه خشک می تواند جزئی از این موقعیت های خاص جغرافیایی محسوب گردد.
از طرفی از آنجا که توزیع مناسب و مکفی آب در بخش های مصارف خانگی، صنعتی و کشاورزی یکی از ارکان اقتصادی کشور عزیزمان ایران می باشد، با نگاهی به سرانه مصرف آب که بالاتر از سطح جهانی است متوجه می شویم باید به تلاش در راستای رعایت الگوی صحیح مصرف آب ادامه دهیم که راه طولانی در پیش است. بعبارت دیگر رعایت یک الگوی مصرف مناسب و مدیریت آگاهانه منابع آب از اولویت های فعلی و آتی جامعه در حال توسعه ما می باشد که همگان بویژه متصدیان امر آب بر اجرای علمی ، صحیح و سریع آن واقف و مسئولند.
البته موارد دیگر را نیز باید مد نظر قرار داد که از جمله می توان به سلامت آب برای کابرد های مختلف و بویژه آب شرب آحاد جامعه اشاره نمود. بایستی ترتیبی اتخاذ شود که در نقاط مختلف، جامعه ای سالم و به دور از بیماری های فصلی و مزمن بتواند در کار و توسعه خویش همتی برتر مبذول نماید.
تهیه آب سالم برای دولتها هزینه وصرف انرژی زیادی را به دنبال دارد که این امر به خوبی رسالت متقابل مصرف کننده و توزیع کننده را برای رعایت فرهنگ مصرف صحیح آب روشن می سازد. همانطور که پیشکسوتان امر مدیریت منابع آب نیز اعتقاد دارند اصلاح الگوی مصرف آب باید در جهت تولید ثروت ملی تفسیر شود.
یک فرد ممکن است از خود بپرسد اصلاح الگوی مصرف به چه معنی می باشد. باید گفت الگوی مصرف آب اینگونه تعریف شده است که هر فرد برای رفع نیازهای خود در شرب، بهداشت و فضای سبز آنگونه و فقط به میزان مورد نیاز آب مصرف کند تا آب و حیات برای همه در همه ادوار قابل دسترس باشد.
از طرفی، آموزه های دینی و ملی ما که معتقد است آب از نعمت ها و رحمت بی بدیل الهی و هدیه ای مقدس برای همه انسان ها و حیات طبیعت می باشد. بنابرین نمی توان در کنترل و مدیریت مصرف آب الویت را با تمهیدات قهریه و محرومیت جمعی قرار داد که احدی را تاب تحمل تشنگی خردسالی متصور نیست.
با توجه به این توصیف باید در ایجاد حداکثر تسهیلات در بخش فرهنگ سازی در مصرف بهینه آب و مدیریت مکانیزه آن تلاش شود که ممکن است کمی دیر هم شده است و لذا به تلاش مضاعف نیاز است.
اگر کمی به شرایط واقعی خانواده های مشترکان بنگریم اخذ بهای بیشتر برای آب مصرفی از سرپرست خانوار هم چندان کارگشا نیست، بلکه باید فرهنگ متعالی پرهیز از اسراف و قناعت بر مقداری که نیاز دیگران را غیر قابل تامین نکند را در یک یک آحاد خانواده و جامعه نهادینه کرد. بعبارت دیگر، این امر را باید چالش مشترکی بین دو طرف اخذ کننده و پرداخت کننده آب بها محسوب نمود.
باید میزان مصرف آب شرب به میزانی بسیار پایینتر از آنچه در کشور ما است برسد، به عنوان مثال مصرف آب باید از 350 لیتر به کمتر از 150 لیتر برسد در حالی که این میزان در برخی کشورهای همسایه ایران به 90 لیتر در روز نیز رسیده است.
به نظر می رسد که شاید یکی از راه های نهادینه کردن فرهنگ اصلاح مصرف آب، اطلاع رسانی دقیق و به موقع میزان مصرف به مصرف کنندگان و توزیع کنندگان باشد، تا طرفین بتوانند مدیریتی صحیح در میزان مصرف آب اعمال نمایند. بهره گیری از پیشرفت های صنعتی عصر حاضر تسهیلات بیشتری را فراهم کرده است که در این راستا این طرح تعریف و اجراء شود.
اغلب کنتورهایی که تا کنون ساخته و نصب شده اند در اعمال مدیریت صحیح به مصرف کننده کمک زیادی نمی کنند بلکه نواقصی هم ممکن است دارا باشند که بر پیچیدگی آن بیافزایند. ساخت و نصب کنتور های جدید هم که در نمونه های آزمایشگاهی عالی جواب می دهند، راه حل مناسبی برای موضوع نیست و دلیل براین مدعا هم عدم توفیق در اجرای جهانی و در کشور ماست. از طرفی ساخت و تعویض چنین کنتور هایی هزینه و عوارض جانبی سنگینی را به همراه خواهد داشت که شاید مقدور یا مقرون به صرفه نباشد. آمار وزات نیرو نشان میدهد که بیش از 8/98 درصد کنتور های کشور که تعداد آنها تا پایان سال 1392 به 14.384.059 فقره می رسد از نوع متداول مکانیکی هستند و همچنان این روند ادامه دارد. (سالنامه آماری آب کشور, 1392)
پس با احتساب این آمار و ارقام متوجه خواهیم شد که نباید در حال حاضر به فکر استفاده از کنتور های جدید برقی برای تعویض کنتور های نصب شده کشور بود. برای روشن تر شدن این قضیه باید دانست که اغلب کشورهای جهان هم اقدام به تعویض و جایگزینی کنتور های خود با سیستم های متبادر در ذهن چون کنتور های فراصوت، یا مغناطیسی نکرده اند. دلیل اینکه کنتور های الکترونیکی آب (و گاز) ساخته شده اند ولی هنوز از کنتور های مکانیکی و مکانیکی– مغناطیسی بیشتر استفاده می کنند را باید بر خلاف شرایط حاکم بر کنتور های برق (که خود انتقال دهنده منبع الکتریکی و همزمان اندازه گیری آن هستند) در عدم دسترسی آسان به منبع انرژی مداوم برق الکتریسیته در محل نصب کنتور آب یا گاز جستجو نمود. که عملا اعتماد و اطمینان از تداوم عملکرد آن در شرایط واقعی را فراهم نمی نمایند.
در خصوص امر قرائت از راه دور هم تلاشهائی در طراحی و ساخت و حسب اطلاع در مواردی در نصب و بهره برداری از سامانه قرائت از راه دور کنتور ها (AMR )1 (Bond, 2002)شده است .
حال با این مقدمه ضرورت ها و مفروضات طرح حاضر را می توان بشرحی که متعاقبا خوهد آمد، جمع بندی نمود. در سامانه قرائت کنتور پیشنهاد شده، سعی بر آن می شود که ضمن شناخت و بکار گیری مجدد نکات قوت آنها، مشکلات مهم سامانه های دیگر بررسی و تا حد امکان بر طرف شود و سامانه حاصل با قابلیت نصب و استفاده آسان ، امکان قرائت از راه دور و اطلاع رسانی مکفی و بر خط به مرکز جمع آوری داده و همینطور خود مشترک به منظور تسهیل در امر اصلاح الگوی مصرف اقدام شود که البته باید بطور اصولی و طی چند مرحله پیش رفت.
1-2 بیان مسئله
طراحی نمونه آزمایشگاهی سامانه قرائت کنتور آب الکترونیکی ، به صورت خاموش ، بدون نیاز به منبع تغذیه مداوم، انتقال اطلاعات2 و سامانه نرم افزاری اطلاعات دریافتی از نتایج اصلی مورد انتظار این طرح می باشد. در این طرح با نصب یک سامانه قرائت کنتورهای خانگی و انتقال اطلاعات به مرکز جمع آوری مکانیزه منطقه ای مجهز به سامانه نرم افزاری پردازش اطلاعات مصرف کنندگان و ارسال آنها به صورت GSM 3و یا مخابرات باسیم یا بی سیم به سرور مرکزی و پردازش اطلاعات دریافتی به صورت عددی و نمودار مصرف روزانه و ماهیانه هر مصرف کننده و هر منطقه در حد نمونه آزمایشگاهی ولی مشابه شرایط واقعی اقدام می گردد که در صورت اجرای موفق قابل توسعه خواهد بود.
تفاوت اصلی روش پیشنهادی در قرائت خاموش4 و مصرف توان کم و تطابق آن با فنآوری های بومی تولید انبوه کنتور های آب و کنتور های نصب شده فعلی خواهد بود که در مراحل انجام این پایان نامه به این موارد پرداخته خواهد شد.
1-3 سوالها یا فرضیات

• در صورت قطعی و یا اختلال در برق ، تلفن ، یا باطری اطلاعات کارکرد کنتور نباید از بین برود و یا اینکه نیاز به تنظیم مجدد داشته باشد.
• قرائت کنتور توسط نیروی انسانی هزینه و تبعات اجتماعی زیادی دارد و لازم است بطریق راه دور و مکانیزه انجام شود.
• دقت آشکار سازی کنتور های مکانیکی مطلوب است و فقط تغییر نوع قرائت آن مد نظر است.
1-4 اهمیت و ضرورت
• مکانیزه نمودن قرائت میزان مصرف آب مشترکان بدون نیاز به مراجعه حضوری یا محلی
• جمع آوری مکانیزه داده های خوانده شده از کنتور های آب برای محاسبه میزان مصرف و پردازش های تکمیلی متمرکز
• حفظ اطلاعات5 میزان مصرف حتی در شرایط قطعی برق، خرابی بخش الکترونیکی و یا مخابراتی
• اطلاع رسانی سریع و به موقع اطلاعات مصرف آب هر مشترک به مرکز و خود مشترک برای ترغیب ایشان به اصلاح الگوی مصرف آب.
• کشف و اعلام هشدار های مهم در خصوص نشتی مداوم و ترکیدگی، یخ زدگی لوله های آب و اتصالات محدوده کنتور، خرابی بخش الکترونیکی و …
• امکان تنظیم تناوب زمانی تجمیع داده های میزان آب مصرفی بر اساس نیاز در بخش پردازش های تکمیلی
• امکان پردازش آماری برای اعمال مدیریت متمرکز شهری و منابع آب
• قابلیت نصب آسان و هزینه مناسب
• امکان تولید بومی و توسعه فنآوری های مرتبط که می تواند در اشتغال زائی مهم باشد.
• قابلیت ارتقاء برای اهداف جدید نظیر چند زمانه نمودن تعرفه برای کاهش اوج مصرف و استفاده در سایر کنتور ها(برق – گاز)
1-4 اهداف
• قرائت اتوماتیک و غیر حضوری کنتور
• اطمینان از حفظ اطلاعات میزان مصرف مشترکان حتی در صورت خرابی سامانه، قطع برق، قطعی ﺁب یا از بین رفتن شارژ باطری
• کاهش مراجعه حضوری و هزینه های قرائت کنتور با توجه به گستردگی جغرافیائی و تعدد رو به افزایش کنتورها
• عدم نیاز به قرائت حضوری و رفع مشکلات مربوط به ﺁن از جمله غیبت مشترک
• مستند سازی مطلوب اطلاعات فنی
• تضمین بیشتر امنیت اجتماعی
• ارزیابی مصارف روزانه، هفتگی و ماهانه، پردازش مکانیزه داده های آب مصرفی وگزارش میزان ﺁب مصرفی مشترکان
• استخراج ویژه گی آماری داده ها که بدلیل کاهش تناوب زمانی قرائت حاصل می شود. از آن جمله می توان به موارد نشتی مداوم، ترکیدگی، یخ زدگی، شناسایی برخی از انواع خرابی ها و انشعاب های غیر مجاز ، شناسایی مصارف بالا و همچنین تجزیه و تحلیل مصارف مشترکان و گزارش رعایت الگوی مصرف اشاره کرد.

1-6 تعاریف مفهومی و عملیاتی متغیر ها
با توجه به اینکه کار، بر روی این تحقیق بصورت ماژول های جداگانه می باشد جهت ارسال اطلاعات کنتور قرائت شده به مرکز میتوان از خط تلفن6 یا بیسیم7 استفاده نمود.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

فصل دوم (کنتورآب و انواع رایج آن)

2-1 کنتور آب8
برای اندازه‌گیری9 میزان سیال10 در حال عبور از یک مسیر بسته (مانند خط لوله) یا مسیر باز (مانند کانال) با سطح مقطع مشخص، می‌توان از وسایل و تجهیزات گوناگونی استفاده نمود. در برخی از این وسایل حجم سیال در حال جریان بطور مستقیم خوانده می‌شود و در برخی دیگر پس از اندازه‌گیری دبی11 سرعت و یا وزن سیال حجم آن با تقریب تخمین زده می‌شود.
طبق تعریف استاندارد(1379-OIML R 49) کنتور آب وسیله‌‌ای است که برای اندازه‌گیری مداوم، حفظ و نشان دادن حجم تجمعی (انتگرالی) آب عبوری از یک مسیر بکار می‌رود.
2-2 قسمت‌های تشکیل‌دهنده کنتور آب
• بخش اندازه‌گیرنده
• بخش شمارنده12 (ثبات انتگرال گیر)
• بخش نمایش‌دهنده
در شکل 2-1 این قسمت ها به تصویر کشیده شده است.
شکل 2-1 قسمتهای داخلی کنتور آب
بخش اندازه‌گیرنده کنتور قسمتی است که وظیفه تبدیل حجم، دبی، سرعت یا وزن آب عبوری به علائم یا سیگنال‌‌های قابل شمارش را بر عهده دارد. این سیگنال‌ها از طریق مکانیکی و یا الکترونیکی به قسمت شمارنده منتقل و پس از شمارش و پردازش، نتایج حاصل از قسمت نمایش‌دهنده قرائت می‌گردد.
هر یک از بخش‌های فوق می‌تواند در یک محفظه مجزا و یا اینکه هر سه آنها در محفظه‌‌ای مشترک جاسازی شوند.
2-3 انواع کنتور های آب13
بطور کلی با توجه به شیوه و نوع مکانیزم اندازه‌گیری، انواع کنتور را می‌توان در چهار گروه اصلی زیر دسته‌بندی نمود که تفصیل آن در جدول صفحه بعد آورده شده است. ( شرکت آب و فاضلاب اصفهان, 1391)
• کنتورهای مکانیکی14
• دبی‌سنج‌های مخصوص15
• دبی‌سنج‌های استنباطی16
• کنتورهای مقداری17
کنتورهای مکانیکیکنتورهای سرعتی (توربینی)توربین عمودیتک افشانه18چند افشانه19توربین افقی نوع ولتمنکنتورهای حجمی
(جابجایی مثبت)پیستون نوسانی20 رفت و برگشت21 مارپیچی22دیسک چرخشی23چرخ بیضی24دبی‌سنج‌‌های استنباطیدبی‌سنج‌های اختلاف فشاریونتوری25نازل26اوریفیس27سپری28لوله پیتوت29لوله دال30دبی‌سنج‌‌های سطح متغیر31دبی‌سنج‌های مخصوصفراصوت یا آلتراسونیک32الکترومغناطیسی33خروج گردابی34حرارتی35کنتورهای مقداریکوریولیس36مدار هیدرولیک ویتستون37مدار حرارتی38جدول 2-1 انواع کنتور های آّب
2-4 معرفی و شرح عملکرد بیشترین مدل نصب شده در ایران
2-4-1 کنتورهای مکانیکی
یکی از متداولترین انواع کنتور برای اندازه‌گیری مستقیم حجم آب مصرفی و محصول عمده شرکت‌های بزرگ کنتور ساز دنیا کنتورهای مکانیکی می‌باشد. در این کنتورها از یک جزء تشخیص دهنده جریان نظیر پروانه یا پیستون متحرک استفاده می‌گردد که میزان حرکت و جابجایی آن متناسب و متأثر از حرکت سیال بوده و با انتقال حرکت از این قطعه و از طریق محور مرکزی به شمارنده، میزان حجم آب عبوری اندازه‌گیری و ثبت می‌شود. (Francisco Arregui, 2006) انتقال حرکت پروانه و یا پیستون به شمارنده هم بصورت چرخ دنده‌‌ای (نوع گیربکسی) و هم بصورت تلفیقی از درگیری دو آهن‌ربای دائمی و تعدادی چرخ دنده (نوع مغناطیسی) امکان‌پذیر است.
در کنتورهای نوع گیربکسی چنانچه کلیه قطعات داخلی، با آب در تماس باشند نوع تر و اگر به جز بخش شمارنده بقیه قطعات با آب در تماس بوده نوع نیمه خشک و اگر فقط پروانه با آب در تماس باشد (مانند کنتورهای مغناطیسی) نوع خشک نامگذاری می‌شوند.
مزیت کنتورهای مغناطیسی نسبت به کنتورهای گیربکسی کاهش میزان تماس قطعات داخلی با آب، کاهش رسوب املاح موجود در آن و در نتیجه جلوگیری از خرابی کنتور در اثر گیرکردن قطعات داخلی می‌باشد. اما مواردی نظیر تأثیر میادین مغناطیسی خارجی روی عملکرد کنتور، بروز پدیده قطع اتصال درآهن‌رباهای دائمی و یا جذب براده‌های فلزی احتمالی موجود در آب، از معایب این نوع کنتورها است. بسیاری از شرکت‌های معتبر کنتورسازی با طراحی اصولی و تعبیه حلقه ضد مغناطیس و استفاده از آهن‌رباهای دائمی مناسب و دقیق اشکالات مذکور را در محصولات تولیدی خود مرتفع نموده‌اند.
2-4-2 کنتورهای مکانیکی نوع سرعتی
در کنتورهای سرعتی، جزء تشخیص دهنده جریان، توربین39 یا پروانه‌ای است که در مسیر آب قرار گرفته و توسط نیروی ناشی از حرکت آب بطور آزادانه دوران می‌کند بواسطه حرکت پروانه، حجم آب عبوری از کنتور اندازه‌گیری می‌شود. طراحی پروانه و محفظه مربوطه به گونه‌ای است که بین چرخش پروانه و سرعت جریان سیال تناسب مستقیم برقرار می‌گردد. در این کنتورها چنانچه محور توربین در امتداد مسیر جریان سیال قرار گیرد کنتور را توربین افقی و اگر محور مذکور بر مسیر جریان سیال عمود باشد کنتور را توربین عمودی می‌نامند. کنتورهای توربین افقی معمولا در سایزهای بالا (حجیم) و نوع توربین عمودی در سایزهای پایین (کنتورهای خانگی) بکار گرفته می‌شود. در صورتی که آب از چند روزنه به پروانه برخورد کند، کنتور چند افشانه و اگر از یک جهت به پروانه برخورد نماید تک افشانه نامیده می‌شود. کنتورهای تک افشانه نسبت به کنتورهای چندافشانه در سرعت‌های کمتر آب شروع بکار می‌کنند. در صورتی که کنتورهای چند افشانه مقاومت بیشتری نسبت به ضربات دینامیکی از خود نشان می‌دهند.
2-4-3 نصب40 ، بهره‌برداری41 و نگهداری42 کنتورهای مکانیکی
کنتور آب یکی از وسایل ابزار دقیق است که توجه به نصب و نگهداری صحیح آن موجب بهره‌گیری طولانی مدت و کارکرد بهینه آن خواهد شد. در این رابطه توجه به نکات زیر ضروری است:
ـ کنتورهای مکانیکی، برخلاف استحکام ظاهری به دلیل داشتن چرخ‌دنده‌هایی که همواره میزان درگیری و لقی بین آنها باید در حد تعریف شده‌ای باشد، نسبت به ضربات حساسند و به همین دلیل شرکت‌های معتبر تولیدکننده کنتور بر روی بسته‌بندی این محصولات علائم شکستنی را حک می‌نمایند.
ـ محل نصب کنتور باید به گونه‌‌‌ای باشد که از وارد آمدن هرگونه ضربه احتمالی مصون باشد. اکثر خرابی کنتورهای برگشتی از شبکه ناشی از نصب نادرست آنها می‌باشد. آثار مصالح ساختمانی به جا مانده  بر روی برخی از کنتورها بیانگر بهره‌برداری نادرست و عدم توجه به حساسیت این وسیله می‌باشد.
ـ معمولاً عمده دلیل خرابی کنتورهای نو ناشی از ورود ذرات خارجی (نظیر گل و لای، ذرات بجا مانده از محل برش لوله و غیره) به داخل کنتور می‌باشد. لذا تمیز نمودن لوله قبل از نصب کنتور بوسیله عبور آب آزاد می‌تواند از بروز این نوع خرابی‌ها جلوگیری نماید.
ـ موقعیت کنتور در خط لوله بایستی به گونه‌ای باشد که از ورود هوا به داخل آن اجتناب شود. در صورتی که جلوگیری از ورود هوا به داخل کنتور امکان‌پذیر نباشد، نصب شیر اتوماتیک تخلیه هوا قبل از کنتور می‌تواند راهگشا باشد. بعد از نصب کنتورهای نو، هواگیری و پر نمودن خط لوله و کنتور می‌باید با جریان آرام آب (بازکردن آهسته) صورت پذیرد. باز نمودن ناگهانی شیر آب موجب ضربه دیدن مکانیزم داخلی کنتور می‌شود.
2-4-4 دستورالعمل نصب و نگهداری کنتورهای سایز پایین (خانگی)
با توجه به مشخصات آب و شبکه مورد نظر (اعم از حداقل دبی عبوری، حداکثر فشار کاری، سختی آب43، ذرات معلق و ماکزیمم درجه حرارت آب) بخش عمده‌ای از مشکلات کنتور مربوط به نحوه نصب، نگهداری و بهره‌برداری از کنتور می‌باشد. در این ارتباط توجه به موارد ذیل ضروری است.
• قبل از نصب کنتور باید از سالم بودن پلمپ، وجود فیلتر و عدم ذرات خارجی در محل اتصال اطمینان حاصل نمود. توصیه می‌شود قبل از نصب، مقداری آب با فشار زیاد از لوله عبور داده شود.
• محل نصب باید به شکلی انتخاب گردد که اولاً کنتور را از یخ‌زدگی مصون دارد، ثانیاً در حد امکان از خالی شدن کنتور از آب جلوگیری نماید، ثالثاً تا حد ممکن مانع از فشارهای ضربه قوچ شود.
• کنتورهای سرعتی باید بصورت افقی نصب گردد، بطوری که صفحه شمارنده رو به بالا باشد. هرگوه انحراف کنتور از حالت افقی باعث کاهش دقت کاری این وسیله می‌شود. (نصب کنتورهای حجمی از این قاعده مستثنی می‌باشد).
• به منظور جلوگیری از برگشت آب خروجی بخصوص ورود آب گرم به داخل کنتور، نصب شیر یکطرفه بعد از کنتور ضروری است.
• از پرتاپ نمودن و ضربه زدن به کنتور اجتناب شده و در هنگام نصب به هم جهت بودن فلش حک شده روی کنتور و جهت جریان آب توجه گردد.
• پس از نصب کنتور و به منظور تخلیه کامل هوای داخل آن باید آب را به تدریج از کنتور عبور داد.
• در صورت رعایت نکات توصیه شده متوسط عمر مفید کنتور حدود پنج سال می‌باشد، به همین دلیل لازم است پس از گذشت زمان مربوطه کنتور مورد تعویض قرار گیرد.
فصل سوم (فناوری های نوین در سامانه قرائت خودکار کنتورها)
3-1 اصول قرائت خودکار کنتور ها (AMR )

در این فصل مفاهیم و اصول پایه ای عمده روش های قرائت از راه دور و نحوه جمع آوری مکانیزه میزان آب مصرفی مشترکان در مرکز به اختصار مرور می گردد. طبیعی است هر کدام از روشهای بیان شده دارای مزایا و معایب کاربردی خاص خود می باشند. لکن بررسی مقایسه ای آنها مراتب انتخاب نهائی را برای مقاصد بعدی طرح تسهیل می نماید.
با توجه به گسترش روز افزون جمعیت شهرها، افزایش تعداد مشترکان، لزوم افزایش سرعت و دقت در قرائت کنتور و کاهش هزینه های مازاد، برای دستیابی به فناوری های روز دنیا تحقیقات گسترده ای در زمینه قرائت خودکار کنتور ها (AMR ) در شرکت های سازنده و ارایه دهنده این خدمات در کشور های مختلف انجام شده است. در ایران نیز بصورت همزمان در این راستا فعالیت می شود که روش کار اصولا مشابه می باشد و اهداف نیز کم و بیش یکسان هستند، در اغلب این روش ها از شمارش چرخش یک عقربه متصل به چرخ دنده اصلی کنتور بصورت مستمر استفاده می شود که اولا مداوم نیاز به مصرف باتری دارد و ثانیا در صورت اختلال در برق یا باطری اطلاعات کارکرد از تنظیم و تطابق خارج خواهد شد که برای تنضیم مجدد نیاز به اپراتور ماهر دارد.
در موارد اندکی هم در خارج از کشور از روش عکس برداری و انتقال عکس44 به مرکز استفاده می شود که برای ارسال تصویر نیاز به خط ارتباطی با حجم بیشتر دارد که خود عامل بوجود آمدن خطا می باشد.
 
3-2 انواع سیستم های پیشرفته موجود برای قرائت کنتورها
سیستم های شناسایی شده موجود به منظور قرائت کنتورها در4 گروه به شرح زیر طبقه بندی می شوند: (فراهانی, 1387)
• سیستم قرائت از طریق اتصال بدون نیاز به حضور در منزل
• سیستم قرائت خودکار از طریق امواج رادیویی (Zhang, 2010)
• سیستم قرائت خودکار از طریق خط تلفن شهری (PSTN 45)
• سیستم قرائت از طریق شبکه GSM (Al-Ali, 2006)
3-2-1 سیستم قرائت از طریق اتصال بدون نیاز به حضور در منزل

در این سیستم اطلاعات مربوط به کنتور که شامل: کد شناسایی، رقم مربوط به حجم مصرفی و … به وسیله تماس مستقیم46 یا از طریق ارتباط نوری، قرائت می شود. در این سیستم می توان سنسور مربوط را از طریق سیم کشی، بیرون از منزل نصب کرد.
  در این سیستم، در زمان قرائت کنتور، نیازی به ورود به داخل منازل نیست و در صورت نبود ساکنان در منزل قرائت کنتور به راحتی انجام می شود. ولی همانند سیستم های موجود قرائت، باید خانه به خانه صورت گیرد. در این سیستم با توجه به اینکه وارد کردن مقادیر به صورت دستی انجام نمی شود میزان خطاهای انسانی به صفر می رسد.
شکل3-1 نحوه قرائت اطلاعات در خارج از منزل (فراهانی, 1387)
       
شکل 3-2 قرائت کنتورها از طریق اتصال مستقیم (فراهانی, 1387)
3-2-2 سیستم قرائت خودکار از طریق امواج رادیویی

در این سیستم در ابتدا باید کنتورها به صورتی طراحی شوند که دارای ایجاد کننده پالس باشند. ایجاد پالس به گونه ای است که با تعبیه سیستم مغناطیسی در یکی از عقربه ها با هر گردش این عقربه شمارشگر به صورت افزایشی عمل می گند. برحسب اینکه کدامیک از عقربه ها دارای سیستم ایجاد پالس باشد، میزان دبی عبوری از کنتور از حاصل ضرب تعداد پالس های شمارش شده در میزان دبی هر پالس محاسبه می شود.
در شکل3-3 نمونه ای از این کنتور قابل مشاهده است.
شکل 3-3 مدول رادیویی که بطور مستقیم روی کنتور نصب می شود (فراهانی, 1387)
بعد از ایجاد پالس در کنتور، این پالس باید قابلیت انتقال برای قرائت را داشته باشد. در سیستم قرائت رادیویی این پالس به یک مدول رادیویی که قابلیت ارسال امواج رادیویی را داشته باشد منتقل شود. سیستم های مدول رادیویی موجود به دو گونه هستند. در مواردی، مدول های رادیویی به همراه پالسر ( گیرنده پالس از طریق چرخش عقربه ) به صورت واحد روی کنتور تعبیه می شود.
در نمونه ای از مدول های رادیویی، پالسر ( گیرنده پالس از طریق چرخش عقربه ) از طریق سیم به مدول رادیویی متصل می شود. این مدول های رادیویی در پشت دیوار منازل و در محل مناسبی نصب می شود.
تا اینجا پالس مربوط به میزان مصرف هر کنتور ایجاد و وارد مدول رادیویی شده است. مدول های رادیویی بر اساس فرکانس های مختلفی کار می کنند که فرکانس قابل استفاده در ایران 433 مگا هرتز بوده (فراهانی, 1387)، گام بعد دریافت امواج از رادیو مدول ها توسط گیرنده های رادیویی است.
        شایان ذکر است، مدول های رادیویی و گیرنده های امواج رادیویی از طریق رایانه و نرم افزار های مربوط قابل برنامه ریزی هستند.
   
شکل 3-4 طرح شماتیک انتقال اطلاعات از مدول رادیویی به گیرنده امواج
     
همانگونه که در شکل 3-4 نشان داده شده است، امواج ارسالی از مدول رادیویی توسط گیرنده امواج دریافت و ثبت می شود. میزان برد امواج رادیویی بستگی به نوع عوارض و ساختمان های موجود در منطقه دارد، برد امواج کمتر خواهد بود. در قسمت هایی بدون عوارض در نمونه ای از دستگاه ها این برد تا حدود یک کیلومتر هم می رسد.
سیستم قرائت کنتور ها در یک سطح وسیع به گونه ای است که با حرکت دادن گیرنده رادیویی در سطح منطقه ( توسط قاری پیاده یا نصب تجهیزات بر روی خودرو ) عمل قرائت کنتور ها از طریق دریافت امواج ارسالی از کنتور ها ( شامل: کد شناسه، میزان دبی و … ) صورت می گیرد.
 
شکل 3-4 نحوه دریافت اطلاعات در روش پیاده یا حرکت با خودرو
مدول رادیویی که به صورت مستقیم روی کنتور نصب می شوند، جوابگوی ارسال اطلاعات برای یک کنتور هستند. در صورتی که در مدل هایی که پالس توسط سیم به مدول رادیویی منتقل می شود، امکان اتصال تعداد بیشتری کنتور به یک مدول رادیویی وجود دارد.
  از خصوصیات قابل ذکر مدول های رادیویی، می توان به مواردی چون ظرفیت بالای باتری های داخلی ( قابل استفاده تا 7 سال )، قابلیت استفاده در محدوده وسیع دما ( 20 – تا 50+ سانتیگراد ) و کلاس حفاظتی بالاIP68  اشاره کرد. طرح کلی سیستم قرائت خودکار کنتورها از طریق امواج رادیویی می تواند به صورت شکل 3-6 باشد.
همانگونه که در شکل آمده است. قرائت کنتورها دارای 6 مرحله است:
1-     در سیستم صدور قبوض تعداد کنتورها و کد مربوط به آنها مشخص شده و به سیستم نرم افزاری مربوط به تجهیزات قرائت کننده دستی ( گیرنده امواج ) و مدول های رادیویی ارسال می شود.
2-     این اطلاعات در نرم افزار مربوط به تجهیزات بازخوانی شده و برای انتقال به گیرنده های دستی آماده می شود.
3-     فرمان قرائت ( شامل تعداد و کد شناسه کنتورها ) به قرائت کننده دستی47 منتقل و در این مرحله قرائت توسط حرکت پیاده قاری یا حرکت خودرو صورت گرفته و اطلاعات در قرائت کننده ها ثبت می شود.

شکل 3-6 نمای کلی مراحل مختلف قرائت کنتورها
       4 – اطلاعات دریافت شده در قرائت کننده ها به سیستم مجهز به نرم افزار مربوط منتقل می شود.
       5 – در این قسمت قابلیت گزارش گیری از اطلاعات وجود دارد. همچنین بر اساس قابلیت های نرم افزار امکان شناسایی کنتورهای قرائت نشده، به منظور بررسی مشکل، وجود دارد. همچنین با مقایسه مصرف یک کنتور با مصارف چند ماه قبل و در صورت افزایش غیر منطقی مصرف برای بررسی امکان وجود دارد، آلارم هایی ارسال می شود.
       6 – در مرحله آخر دوباره اطلاعات کنتورها ( کد شناسه و میزان مصرف ) به سیستم صورت حساب ارسال و قبوض مربوط صادر می شود.
در نمونه ای ازتجهیزات به منظور قرائت آنان به خصوص در مواقعی که سیستم قرائت روی خودرو نصب می شود. میتوان از دستگاه های تقویت کننده استفاده کرد. در این زمینه که بیشتر از آن در مناطقی که دارای بافت قدیمی هستند و امکان عبور و مرور در آنها سخت است استفاده می شود.
این طرح در شکل 3-7 نشان داده شده است .
 
شکل 3-7 سیستم قرائت رادیویی همراه با تکرار کننده
 همان گونه که دیده می شود امواج کنتورها از طریق یکRepeater  ( تکرار کننده ) گرفته می شود و دوباره ارسال می شود. مکان نصب Repeater باید به گونه ای باشد که کنتور های مورد نظر را به خوبی به مکانی که محل عبور قرائت کننده است انتقال دهد. تعداد کنتورهایی که می تواند توسطRepeater پشتیبانی شود، بسته به نوع تجهیزات است.
 
3-2-3 سیستم قرائت خودکار از طریق خط تلفن شهری PSTN 
     در سیستم قرائت اتوماتیک کنتورها از طریق خط تلفن شهری نیز باید کنتورها دارای قابلیت ایجاد پالس باشند. پالس ایجاد شده در این روش به جای اتصال به مدول رادیویی می بایستی که یک دیتالاگر با مودم قابل اتصال به خط تلفن شهری نصب شود.
  مراحل مختلف قرائت به شرح زیر است:
1- ارسال فهرست مربوط به کنتورها از نرم افزار صدور قبوض به کامپیوتر مجهز به نرم افزار تجهیزات با  قابلیت اتصال از طریق خط تلفن. 
2- پردازش اطلاعات در نرم افزار مربوط به تجهیزات
3- برقراری اتصال از مرکز و با شماره تماس های مربوط به دیتالاگرهای نصب شده برای کنتورهای مختلف وبازخوانی اطلاعات
4- پردازش اطلاعات در کامپیوتر با نرم افزار مربوط به تجهیزات
5- ارسال اطلاعات به نرم افزار مربوط به صدور صورت حساب
  
   تفاوت این روش نسبت به قرائت از طریق امواج رادیویی حذف کلی تیم قرائت کننده و نیاز به تامین خطوط تماس برای امکان انتقال اطلاعات است. از این رو، در این روش باید از دیتالاگرهای با ورودی های بالا استفاده شود. به گونه ای که بتوان برای انتقال اطلاعات چندین کنتور از یک خط تلفن استفاده کرد. نمونه ای از تجهیزات شناسایی شده است که قابلیت ثبت اطلاعات بیش از 30 کنتور درآنها وجود دارد، یعنی می توان با یک خط تماس اطلاعات مربوط به بیش از 30 کنتور را از انتقال داده در مقابل این صرفه جویی در خط تلفن نیاز به سیم کشی از کنتور ها تا محل نصب دیتالاگر به وجود می آید و به تبع، نیاز به تمهیدات خاص در زمان اجرا و بهره برداری دارد.
2-2-4 سیستم قرائت خودکار از طریق شبکه GSM
در این روش هم مانند روش های دیگر کنتورها باید به گونه ای باشند که پالس میزان مصرف دبی درآنها ایجاد شود.               
همانند روش انتقال از طریق خط تلفن مراحل مختلف قرائت شامل بخش های زیر است:
1-     ارسال فهرست مربوط به کنتورها از نرم افزار صدور قبوض به رایانه مجهزبه نرم افزارمربوط به تجهیزات با امکان بر قراری ارتباط از طریق مودم GSM
2-     پردازش اطلاعات در نرم افزار مربوط به تجهیزات
3-     برقراری ارتباط از دفتر مرکزی و از طریق شبکه GSM با شماره سیم کارت های مربوط به دیتالاگرها یا متمرکز کننده های نصب شده برای کنتورهای مختلف و بازخوانی اطلاعات
4-     پردازش اطلاعات در کامپیوتر از طریق نرم افزار مربوط به تجهیزات
5-     ارسال اطلاعات به نرم افزار مربوط به صدور قبوض
  
    در این روش دو نوع تجهیزات مختلف با قابلیت اتصال از طریق شبکه GSM وجود دارد.
• مدل اول نمونه ای از دیتالاگرهایی هستند که با تعبیه یک عدد سیم کارت درآنها امکان ارتباط از طریق شبکه GSM و از دفتر مرکزی با آنها بر قرار می شود. نمونه هایی از این دیتالاگرها قابلیت ارسال هم زمان اطلاعات مربوط به حدود 30 کنتور را دارا هستند که از طریق اتصال با سیم پالس ایجاد شده در کنتور به دیتالاگر منتقل می شود.
حذف کلی تیم قرائت کننده و لزوم سیم کشی و تعبیه محل نصب دیتالاگر به منظور بهینه سازی سیم کشی ها و تهیه کارت برای هر دیتالاگر از موارد قابل ذکر در این روش است.
• مدل دوم انتقال اطلاعات از طریق سیستم GSM در شکل شماره 3-11 نشان داده شده است.
   در این مدل همان گونه که در شکل نشان داده شده است، اطلاعات مربوط به کنتورها به صورت مستقیم یا از طریق تکرار کننده ها به یک متمرکز کننده می رسد. این متمرکز کننده، قابلیت دریافت و ثبت امواج را دارد و از طریق سیم کارتی که در این متمرکز کننده در نظر گرفته شده است امکان برقراری ارتباط از طریق شبکه GSM با دفتر مرکزی و انتقال اطلاعات فراهم می شود. انتخاب محل متمرکز کننده به گونه ای است که دارای پوشش کافی شبکه GSMباشد و امکان دریافت امواج ارسالی از مدول های رادیویی و تکرار کننده ها برای آن وجود داشته باشد. هر کدام از این متمرکز کننده ها قابلیت انتقال اطلاعات تا حدود1000 کنتور را دارا ست.
  
   در این روش نیز تیم قرائت کننده به کلی حذف می شود و فراهم آوری تجهیزات مربوط لازم است.
 شکل 3-8 نحوه انتقال اطلاعات مربوط به کنتور از طریق متمرکزکننده در سیستمGSM
فصل چهارم ( فرایند طراحی و ساخت )
4-1 فرایندهای قبل از طراحی
قبل از فرایند طراحی و ساخت می بایست نوع کنتور و نوع قرائت برر سی و انتخاب گردد.
4-1-1 انتخاب نوع کنتور پایه
هدف اصلی این تحقیق اساسا نمی تواند ایجاد تحول بنیادین در نحوه اندازه گیری دبی آب (ساختار کنتور) باشد. در حال حاضر پیاده سازی سامانه قرائت از راه دور بر روی نمونه اصلاح شده یکی از انواع قابل تولید انبوه کنتور های دارای شاخص های معین شده در استاندارد مربوطه متمرکز شده است. لذا بایستی از بین انواع کنتورهای قابل تهیه و ساخت شامل:
1- کنتورهای مکانیکی
2- کنتورهای مکانیکی – مغناطیسی
3- کنتور های فراصوت
4- کنتور های مبتنی بر پدیده ورتکس48
ورتکس ، حالت خاصی از حرکت سیال است که ریشه در چرخش المان سیال دارد. در دینامیک سیالات ورتکس  یا جریان های گردابی اغلب به الگوی چرخش سیال حول یک محور عمودی مستقیم گفته می شود.  ورتکس را می توان نواحی متصل سیال با تمرکز بسیار بالای ورتیسیتی نامید.
در این تحقیق کنتورهای مکانیکی یک مورد را به عنوان فرض دستگاه پایه انتخاب نمائیم. کنتورهای مکانیکی– مغناطیسی (کنتور مکانیکی با کوپلاژ مغناطیسی و دارای عقربه مغناطیسی) را بنا به دلایل ذیل بعنوان اولویت اول و پایه طرح پیشنهادی انتخاب می کنیم .

دسته بندی : پایان نامه ارشد

دیدگاهتان را بنویسید