直讀式遠傳燃氣表集中抄表系統(tǒng)的研究

摘 要

摘要：分析了集中抄表系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的問題，論述了直讀式遠傳燃氣表及其管理系統(tǒng)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(tǒng)的市場需求及產(chǎn)業(yè)化前景。關(guān)鍵詞
摘要：分析了集中抄表系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的問題，論述了直讀式遠傳燃氣表及其管理系統(tǒng)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(tǒng)的市場需求及產(chǎn)業(yè)化前景。
關(guān)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(guī)范的小區(qū)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(qū)集中抄表系統(tǒng)，將用戶燃氣使用數(shù)據(jù)集中傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，實時獲取用戶的使用情況，智能抄錄用戶用氣量數(shù)據(jù)，方便收費[1]。
    初期的集抄系統(tǒng)普遍采用戶內(nèi)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(shù)據(jù)傳輸?shù)郊衅?，記錄統(tǒng)計用戶的使用數(shù)據(jù)。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(xiàn)停電，系統(tǒng)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(shù)據(jù)。采集器二次計量與用戶戶內(nèi)燃氣表機械計量可能產(chǎn)生計量誤差[2]。由于以上種種原因，初期的集抄系統(tǒng)十分脆弱和麻煩，應用不是很理想。
    但是，近幾年出現(xiàn)的各種直讀式遠傳燃氣表，給集抄系統(tǒng)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(tǒng)的機械計量，數(shù)據(jù)仍然是機械計數(shù)器數(shù)據(jù)。電子部分平常不工作，在需要抄錄用戶數(shù)據(jù)時，電子部分通電工作，通過傳感器，直接識別判斷機械計數(shù)器字輪的位置，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸出來。此數(shù)據(jù)就是機械計數(shù)器計量的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)傳輸方式主要有專線傳輸、短距離無線數(shù)據(jù)傳輸、有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)确绞?sup>[4]。專線遠傳系統(tǒng)經(jīng)M-BUS或RS485總線讀取表計數(shù)器信息。但無論是RS485，還是M-BUS遠程抄表系統(tǒng)，在應用過程中都出現(xiàn)了大量問題：項目施工難度和布線質(zhì)量要求超出產(chǎn)品設(shè)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(tǒng)抄收成功率降低，系統(tǒng)維護成本大幅上升。因此，無線數(shù)據(jù)傳輸方式得到普遍的歡迎和推廣[3]。無線數(shù)據(jù)傳輸方式可以滿足各種樓群結(jié)構(gòu)，可以遠程維護和升級，網(wǎng)絡(luò)通信可以不依靠任何其他的移動通信設(shè)備和固定通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就能夠迅速地建立網(wǎng)絡(luò)鏈。
2 工作流程
    直讀式遠傳燃氣表及其管理系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)5部分組成。燃氣公司可以根據(jù)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(huán)境較差的地區(qū)或者人員居住比較分散的地區(qū)，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(shù)據(jù)通信，將表內(nèi)數(shù)據(jù)讀入手持抄表器，將該樓群(或小區(qū))所有直讀式遠傳燃氣表的數(shù)據(jù)收集完畢后，工作人員再將手持抄表器內(nèi)的數(shù)據(jù)導入燃氣公司的后臺計算機管理系統(tǒng)。
    對于居民小區(qū)分布較集中的地區(qū)，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(tǒng)通過Internet發(fā)出業(yè)務(wù)指令時，位于居民小區(qū)內(nèi)的集中器通過其內(nèi)置GPRS模塊連接到Internet網(wǎng)，接收來自后臺計算機管理系統(tǒng)的各種指令，轉(zhuǎn)換后傳給各個樓宇內(nèi)的采集器。采集器通過其無線遠傳模塊收集其范圍內(nèi)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(xiàn)了遠程數(shù)據(jù)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(chǔ)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(nèi)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(fā)出業(yè)務(wù)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(shù)據(jù)、讀取相關(guān)信息或發(fā)出內(nèi)置電機閥門的相關(guān)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(tài)，只在通信狀態(tài)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(jié)堿性干電池供電。由于數(shù)據(jù)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(tǒng)的脈沖取樣，光電直湊傳感器取樣是對傳統(tǒng)燃氣表計數(shù)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(shù)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(shù)器框架的槽口內(nèi)，保證取樣線路板不易移位和變形。當主控線路板發(fā)出采集數(shù)據(jù)命令時，光電直讀傳感器取樣部分讀取數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳遞給主控線路板。光電直讀傳感器取樣結(jié)構(gòu)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(nèi)部加裝了內(nèi)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(tǒng)對欠費用戶發(fā)出遠程開關(guān)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(qū)動內(nèi)置電機閥門開啟或關(guān)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(tǒng)進行通信。它不僅可以收集燃氣表數(shù)據(jù)，而且可以轉(zhuǎn)發(fā)后臺計算機管理系統(tǒng)發(fā)出的控制命令開啟或關(guān)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(shù)據(jù)，最多儲存10000塊燃氣表數(shù)據(jù)。200m以內(nèi)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(fā)射電流＜90mA，4節(jié)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(fā)模塊收集直讀式遠傳燃氣表的數(shù)據(jù)并進行處理儲存，能和集中器或手持抄表器進行數(shù)據(jù)交換，它可以通過有線或無線方式，上傳數(shù)據(jù)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(wěn)定電源的開關(guān)電源模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程雙向通信的GPRS模塊，實現(xiàn)與采集器無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳漕l無線模塊，實現(xiàn)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(wǎng)，可接收來自后臺計算機管理系統(tǒng)的各種命令，檢查命令幀正確后進行命令幀轉(zhuǎn)換，傳給采集器。
3.5 后臺計算機管理系統(tǒng)
    后臺計算機管理系統(tǒng)以燃氣公司計算機為主體，由打印機、通信接口軟件、數(shù)據(jù)管理軟件構(gòu)成。具有對直讀式遠傳燃氣表的各類數(shù)據(jù)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(jù)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(chǎn)業(yè)化前景
    住宅小區(qū)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化已成為國內(nèi)外住宅建設(shè)的發(fā)展方向，住宅遠傳抄表技術(shù)成為智能化小區(qū)的基礎(chǔ)技術(shù)。建設(shè)部在《中國住宅產(chǎn)品發(fā)展綱要》中明確提出：“實現(xiàn)方便查表，不干擾住戶，使大量人工查表工作逐步過渡到數(shù)字化傳送，開發(fā)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(tǒng)在智能化小區(qū)的應用，推動了住宅遠傳抄表系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展。我國房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，每年城鄉(xiāng)住宅開發(fā)量約13×108m2，折合住宅約1300×104套。每年新建的智能化小區(qū)對遠傳抄表產(chǎn)品的需求量很大，住宅遠傳抄表產(chǎn)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(tǒng)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。
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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(wǎng)絡(luò)中心 山東濟寧 272000)