直读式远传燃气表集中抄表系统的研究

摘 要

摘要：分析了集中抄表系统的现状及存在的问题，论述了直读式远传燃气表及其管理系统的工作流程、各硬件模块的原理和功能，分析了集中远传抄表系统的市场需求及产业化前景。关键词
摘要：分析了集中抄表系统的现状及存在的问题，论述了直读式远传燃气表及其管理系统的工作流程、各硬件模块的原理和功能，分析了集中远传抄表系统的市场需求及产业化前景。
关键词：直读式远传燃气表；手持抄表器；无线通信；集中抄表；远传抄表
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
    对于规范的小区和较集中的燃气用户，采用集中抄表(以下简称集抄)的方式可以大大简化燃气公司的工作，提高工作效率。用户安装远传燃气表(一般同时还有水表、电表)，通过小区集中抄表系统，将用户燃气使用数据集中传输到数据中心，实时获取用户的使用情况，智能抄录用户用气量数据，方便收费[1]。
    初期的集抄系统普遍采用户内安装脉冲式燃气表。用户使用燃气时，由户外的采集器采集脉冲进行计量，再将数据传输到集中器，记录统计用户的使用数据。这种方式由于脉冲式燃气表出户线路传输模拟信号极易受到干扰，并且采集器需要一直通电工作，如果出现停电，系统还必须靠后备电源来维持工作，否则采集器断电就无法计量用户使用量的脉冲数据。采集器二次计量与用户户内燃气表机械计量可能产生计量误差[2]。由于以上种种原因，初期的集抄系统十分脆弱和麻烦，应用不是很理想。
    但是，近几年出现的各种直读式远传燃气表，给集抄系统的应用带来了新的前景。直读式远传燃气表的计量部分完全采用传统的机械计量，数据仍然是机械计数器数据。电子部分平常不工作，在需要抄录用户数据时，电子部分通电工作，通过传感器，直接识别判断机械计数器字轮的位置，转换为数字信号传输出来。此数据就是机械计数器计量的数据，不存在两次计量误差，并且由于电子部分平常不工作，不存在供电和干扰问题[3]。
    目前直读式远传燃气表的数据传输方式主要有专线传输、短距离无线数据传输、有线网络传输等方式[4]。专线远传系统经M-BUS或RS485总线读取表计数器信息。但无论是RS485，还是M-BUS远程抄表系统，在应用过程中都出现了大量问题：项目施工难度和布线质量要求超出产品设计者、工程安装和管理者期许；许多进户通信线受到有意无意破坏，使系统抄收成功率降低，系统维护成本大幅上升。因此，无线数据传输方式得到普遍的欢迎和推广[3]。无线数据传输方式可以满足各种楼群结构，可以远程维护和升级，网络通信可以不依靠任何其他的移动通信设备和固定通信网络设备就能够迅速地建立网络链。
2 工作流程
    直读式远传燃气表及其管理系统的总体工作流程见图1。
 

    直读式远传燃气表控制及管理系统主要由直读式远传燃气表、手持抄表器、采集器、集中器、后台计算机管理系统5部分组成。燃气公司可以根据自身实际情况，自由灵活地组合抄表方案：点对点抄表或GPRS远程抄表。
    对于一些安装环境较差的地区或者人员居住比较分散的地区，燃气公司工作人员可以拿上手持抄表器进行点对点抄表，即通过手持抄表器与带有无线远传模块的直读式远传燃气表或者采集器直接进行数据通信，将表内数据读入手持抄表器，将该楼群(或小区)所有直读式远传燃气表的数据收集完毕后，工作人员再将手持抄表器内的数据导入燃气公司的后台计算机管理系统。
    对于居民小区分布较集中的地区，燃气公司可以采用GPRS远程抄表方案。
    当燃气公司的后台计算机管理系统通过Internet发出业务指令时，位于居民小区内的集中器通过其内置GPRS模块连接到Internet网，接收来自后台计算机管理系统的各种指令，转换后传给各个楼宇内的采集器。采集器通过其无线远传模块收集其范围内的所有直读式远传燃气表信息并向上回传，从而燃气公司实现了远程数据收集功能。
3 各模块的原理与功能
3.1 直读式远传燃气表
    直读式远传燃气表在原机械燃气表基础上加装了带有射频无线模块的主控线路板部分、光电直读传感器取样部分、内置电机阀门控制部分。
    直读式远传燃气表通过带有射频无线模块的主控线路板与手持抄表器及采集器进行双向通信。当手持抄表器及采集器发出业务指令时，直读式远传燃气表接收信号后，采集光电直读传感器数据、读取相关信息或发出内置电机阀门的相关动作指令，然后将表的状况信息传递回手持抄表器及采集器。直读式远传燃气表带有射频无线模块的主控线路板以极低的功耗和高速率通信，而且在用户平时用气过程时处于休眠状态，只在通信状态时被唤醒，通信完毕立刻休眠，因此可以在最大程度上降低能耗，维持工作仅需用4节碱性干电池供电。由于数据采用无线传输方式，安装时不需布线，与原机械表安装方式完全相同，安装方便，运行可靠性高，日常维护量小。
    直读式远传燃气表的光电直读传感器取样部分不同于传统的脉冲取样，光电直凑传感器取样是对传统燃气表计数器的字轮和取样方式改造而成。先对取样字轮式样改造，在每一位(小数位、个、十、百、千位等，可以任意选择)字轮上都开一个尺寸精准的半圆透光槽。然后将与取样轮配套的光电直读传感器取样线路板固定在计数器框架的槽口内，保证取样线路板不易移位和变形。当主控线路板发出采集数据命令时，光电直读传感器取样部分读取数据并将数据传递给主控线路板。光电直读传感器取样结构上比脉冲取样复杂，但计量更加精准、可靠。
    直读式远传燃气表内部加装了内置电机阀门控制部分后，燃气公司工作人员可以通过手持抄表器或后台计算机管理系统对欠费用户发出远程开关阀指令，直读式远传燃气表通过带有无线模块的主控线路板接收指令并驱动内置电机阀门开启或关闭，有效地解决了燃气公司收费困难、欠费纠纷等问题。
3.2 手持抄表器
    手持抄表器具有3种通信方式：射频无线通信、有线通信、USB通信，可以非常灵活方便地与直读式远传燃气表、采集器、后台计算机管理系统进行通信。它不仅可以收集燃气表数据，而且可以转发后台计算机管理系统发出的控制命令开启或关断直读式远传燃气表的阀门。
    手持抄表器的射频无线通信速率为9600b/s，抄1块表时间小于2.5s。它1次最多可以直接抄取60块燃气表的数据，最多储存10000块燃气表数据。200m以内均可与直读式远传燃气表或采集器进行通信。
   手持抄表器的休眠电流＜20μA，接收电流＜35mA，发射电流＜90mA，4节AAA镍氢充电电池即可供电。
3.3 采集器
   采集器通过射频无线收发模块收集直读式远传燃气表的数据并进行处理储存，能和集中器或手持抄表器进行数据交换，它可以通过有线或无线方式，上传数据或接收指令。每台采集器一般能挂200块燃气表，考虑到通信效果，一般每幢楼装1台采集器。
3.4 集中器
    集中器主要由4部分组成：为其自身提供宽电压稳定电源的开关电源模块，实现数据的远程双向通信的GPRS模块，实现与采集器无线数据传输的射频无线模块，实现对集中器的逻辑控制等功能的MCU控制模块。
   集中器通过GPRS模块连接到Internet网，可接收来自后台计算机管理系统的各种命令，检查命令帧正确后进行命令帧转换，传给采集器。
3.5 后台计算机管理系统
    后台计算机管理系统以燃气公司计算机为主体，由打印机、通信接口软件、数据管理软件构成。具有对直读式远传燃气表的各类数据进行储存、费用计算、故障显示、信息分析等各项管理功能。对于直读式远传燃气表返回信息异常的用户，燃气公司根据信息及时派出工作人员进行情况核实，进而可以更加积极有效地开展工作。
4 市场需求及产业化前景
    住宅小区的智能化、网络化已成为国内外住宅建设的发展方向，住宅远传抄表技术成为智能化小区的基础技术。建设部在《中国住宅产品发展纲要》中明确提出：“实现方便查表，不干扰住户，使大量人工查表工作逐步过渡到数字化传送，开发智能化的水、电、气、热计量装置及接口箱柜。”该指导文件推动了住宅远传抄表系统在智能化小区的应用，推动了住宅远传抄表系统行业的发展。我国房地产业发展迅速，每年城乡住宅开发量约13×108m2，折合住宅约1300×104套。每年新建的智能化小区对远传抄表产品的需求量很大，住宅远传抄表产品迎来很好的市场机遇。直读式远传燃气表控制及管理系统会给燃气公司的管理带来全新的、高效的管理方式，其市场应用空间很大，推广应用前景十分广阔。
参考文献：
[1] 陈国勇，倪建华，马英.IC卡燃气表的可靠性探讨[J].煤气与热力，2010，30(8)：B18-B20.
[2] 张秀英，张传民，钟长秀.家用燃气表的性能的改进[J].煤气与热力，2007，27(11)：38-40.
[3] 王伟，冯良.低功耗IC卡燃气表的研究及开发[J].煤气与热力，2006，26(4)：31-34.
[4] 王幸之，王雷，翟成，等.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1999：20-21.
[5] 杨峥.IC卡燃气表的现状和发展趋势[J].煤气与热力，2007，27(1)：34-26.
 
(本文作者：李建霞 倪建华 胡莹昭 济宁华润燃气有限公司蓝威智能网络中心 山东济宁 272000)