直讀式遠傳燃氣表集中抄表系統的研究

摘 要

摘要：分析了集中抄表系統的現狀及存在的問題，論述了直讀式遠傳燃氣表及其管理系統的工作流程、各硬件模塊的原理和功能，分析了集中遠傳抄表系統的市場需求及產業化前景。關鍵詞
摘要：分析了集中抄表系統的現狀及存在的問題，論述了直讀式遠傳燃氣表及其管理系統的工作流程、各硬件模塊的原理和功能，分析了集中遠傳抄表系統的市場需求及產業化前景。
關鍵詞：直讀式遠傳燃氣表；手持抄表器；無線通信；集中抄表；遠傳抄表
Study on Centralized Meter Reading System for Direct-reading Remote Gas Meter
LI Jianxia，NI Jianhua，HU Yingzhao
Abstract：The present status and problems of centralized meter reading system are analyzed.The operational processes of direct-reading remote gas meter and its management system as well as the principie and functions of different hardware modules are described.The market demand and industrialization prospect of centralized remote meter reading system are analyzed.
Key words：direct-reading remote gas meter；handheld meter reading device；wireless communication；centralized meter reading；remote meter reading
1 概述
    對于規范的小區和較集中的燃氣用戶，采用集中抄表(以下簡稱集抄)的方式可以大大簡化燃氣公司的工作，提高工作效率。用戶安裝遠傳燃氣表(一般同時還有水表、電表)，通過小區集中抄表系統，將用戶燃氣使用數據集中傳輸到數據中心，實時獲取用戶的使用情況，智能抄錄用戶用氣量數據，方便收費[1]。
    初期的集抄系統普遍采用戶內安裝脈沖式燃氣表。用戶使用燃氣時，由戶外的采集器采集脈沖進行計量，再將數據傳輸到集中器，記錄統計用戶的使用數據。這種方式由于脈沖式燃氣表出戶線路傳輸模擬信號極易受到干擾，并且采集器需要一直通電工作，如果出現停電，系統還必須靠后備電源來維持工作，否則采集器斷電就無法計量用戶使用量的脈沖數據。采集器二次計量與用戶戶內燃氣表機械計量可能產生計量誤差[2]。由于以上種種原因，初期的集抄系統十分脆弱和麻煩，應用不是很理想。
    但是，近幾年出現的各種直讀式遠傳燃氣表，給集抄系統的應用帶來了新的前景。直讀式遠傳燃氣表的計量部分完全采用傳統的機械計量，數據仍然是機械計數器數據。電子部分平常不工作，在需要抄錄用戶數據時，電子部分通電工作，通過傳感器，直接識別判斷機械計數器字輪的位置，轉換為數字信號傳輸出來。此數據就是機械計數器計量的數據，不存在兩次計量誤差，并且由于電子部分平常不工作，不存在供電和干擾問題[3]。
    目前直讀式遠傳燃氣表的數據傳輸方式主要有專線傳輸、短距離無線數據傳輸、有線網絡傳輸等方式[4]。專線遠傳系統經M-BUS或RS485總線讀取表計數器信息。但無論是RS485，還是M-BUS遠程抄表系統，在應用過程中都出現了大量問題：項目施工難度和布線質量要求超出產品設計者、工程安裝和管理者期許；許多進戶通信線受到有意無意破壞，使系統抄收成功率降低，系統維護成本大幅上升。因此，無線數據傳輸方式得到普遍的歡迎和推廣[3]。無線數據傳輸方式可以滿足各種樓群結構，可以遠程維護和升級，網絡通信可以不依靠任何其他的移動通信設備和固定通信網絡設備就能夠迅速地建立網絡鏈。
2 工作流程
    直讀式遠傳燃氣表及其管理系統的總體工作流程見圖1。
 

    直讀式遠傳燃氣表控制及管理系統主要由直讀式遠傳燃氣表、手持抄表器、采集器、集中器、后臺計算機管理系統5部分組成。燃氣公司可以根據自身實際情況，自由靈活地組合抄表方案：點對點抄表或GPRS遠程抄表。
    對于一些安裝環境較差的地區或者人員居住比較分散的地區，燃氣公司工作人員可以拿上手持抄表器進行點對點抄表，即通過手持抄表器與帶有無線遠傳模塊的直讀式遠傳燃氣表或者采集器直接進行數據通信，將表內數據讀入手持抄表器，將該樓群(或小區)所有直讀式遠傳燃氣表的數據收集完畢后，工作人員再將手持抄表器內的數據導入燃氣公司的后臺計算機管理系統。
    對于居民小區分布較集中的地區，燃氣公司可以采用GPRS遠程抄表方案。
    當燃氣公司的后臺計算機管理系統通過Internet發出業務指令時，位于居民小區內的集中器通過其內置GPRS模塊連接到Internet網，接收來自后臺計算機管理系統的各種指令，轉換后傳給各個樓宇內的采集器。采集器通過其無線遠傳模塊收集其范圍內的所有直讀式遠傳燃氣表信息并向上回傳，從而燃氣公司實現了遠程數據收集功能。
3 各模塊的原理與功能
3.1 直讀式遠傳燃氣表
    直讀式遠傳燃氣表在原機械燃氣表基礎上加裝了帶有射頻無線模塊的主控線路板部分、光電直讀傳感器取樣部分、內置電機閥門控制部分。
    直讀式遠傳燃氣表通過帶有射頻無線模塊的主控線路板與手持抄表器及采集器進行雙向通信。當手持抄表器及采集器發出業務指令時，直讀式遠傳燃氣表接收信號后，采集光電直讀傳感器數據、讀取相關信息或發出內置電機閥門的相關動作指令，然后將表的狀況信息傳遞回手持抄表器及采集器。直讀式遠傳燃氣表帶有射頻無線模塊的主控線路板以極低的功耗和高速率通信，而且在用戶平時用氣過程時處于休眠狀態，只在通信狀態時被喚醒，通信完畢立刻休眠，因此可以在最大程度上降低能耗，維持工作僅需用4節堿性干電池供電。由于數據采用無線傳輸方式，安裝時不需布線，與原機械表安裝方式完全相同，安裝方便，運行可靠性高，日常維護量小。
    直讀式遠傳燃氣表的光電直讀傳感器取樣部分不同于傳統的脈沖取樣，光電直湊傳感器取樣是對傳統燃氣表計數器的字輪和取樣方式改造而成。先對取樣字輪式樣改造，在每一位(小數位、個、十、百、千位等，可以任意選擇)字輪上都開一個尺寸精準的半圓透光槽。然后將與取樣輪配套的光電直讀傳感器取樣線路板固定在計數器框架的槽口內，保證取樣線路板不易移位和變形。當主控線路板發出采集數據命令時，光電直讀傳感器取樣部分讀取數據并將數據傳遞給主控線路板。光電直讀傳感器取樣結構上比脈沖取樣復雜，但計量更加精準、可靠。
    直讀式遠傳燃氣表內部加裝了內置電機閥門控制部分后，燃氣公司工作人員可以通過手持抄表器或后臺計算機管理系統對欠費用戶發出遠程開關閥指令，直讀式遠傳燃氣表通過帶有無線模塊的主控線路板接收指令并驅動內置電機閥門開啟或關閉，有效地解決了燃氣公司收費困難、欠費糾紛等問題。
3.2 手持抄表器
    手持抄表器具有3種通信方式：射頻無線通信、有線通信、USB通信，可以非常靈活方便地與直讀式遠傳燃氣表、采集器、后臺計算機管理系統進行通信。它不僅可以收集燃氣表數據，而且可以轉發后臺計算機管理系統發出的控制命令開啟或關斷直讀式遠傳燃氣表的閥門。
    手持抄表器的射頻無線通信速率為9600b/s，抄1塊表時間小于2.5s。它1次最多可以直接抄取60塊燃氣表的數據，最多儲存10000塊燃氣表數據。200m以內均可與直讀式遠傳燃氣表或采集器進行通信。
   手持抄表器的休眠電流＜20μA，接收電流＜35mA，發射電流＜90mA，4節AAA鎳氫充電電池即可供電。
3.3 采集器
   采集器通過射頻無線收發模塊收集直讀式遠傳燃氣表的數據并進行處理儲存，能和集中器或手持抄表器進行數據交換，它可以通過有線或無線方式，上傳數據或接收指令。每臺采集器一般能掛200塊燃氣表，考慮到通信效果，一般每幢樓裝1臺采集器。
3.4 集中器
    集中器主要由4部分組成：為其自身提供寬電壓穩定電源的開關電源模塊，實現數據的遠程雙向通信的GPRS模塊，實現與采集器無線數據傳輸的射頻無線模塊，實現對集中器的邏輯控制等功能的MCU控制模塊。
   集中器通過GPRS模塊連接到Internet網，可接收來自后臺計算機管理系統的各種命令，檢查命令幀正確后進行命令幀轉換，傳給采集器。
3.5 后臺計算機管理系統
    后臺計算機管理系統以燃氣公司計算機為主體，由打印機、通信接口軟件、數據管理軟件構成。具有對直讀式遠傳燃氣表的各類數據進行儲存、費用計算、故障顯示、信息分析等各項管理功能。對于直讀式遠傳燃氣表返回信息異常的用戶，燃氣公司根據信息及時派出工作人員進行情況核實，進而可以更加積極有效地開展工作。
4 市場需求及產業化前景
    住宅小區的智能化、網絡化已成為國內外住宅建設的發展方向，住宅遠傳抄表技術成為智能化小區的基礎技術。建設部在《中國住宅產品發展綱要》中明確提出：“實現方便查表，不干擾住戶，使大量人工查表工作逐步過渡到數字化傳送，開發智能化的水、電、氣、熱計量裝置及接口箱柜。”該指導文件推動了住宅遠傳抄表系統在智能化小區的應用，推動了住宅遠傳抄表系統行業的發展。我國房地產業發展迅速，每年城鄉住宅開發量約13×108m2，折合住宅約1300×104套。每年新建的智能化小區對遠傳抄表產品的需求量很大，住宅遠傳抄表產品迎來很好的市場機遇。直讀式遠傳燃氣表控制及管理系統會給燃氣公司的管理帶來全新的、高效的管理方式，其市場應用空間很大，推廣應用前景十分廣闊。
參考文獻：
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(本文作者：李建霞 倪建華 胡瑩昭 濟寧華潤燃氣有限公司藍威智能網絡中心 山東濟寧 272000)