浅谈水公司远程计量管理系统.doc

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浅谈水公司远程计量管理系统
随着经济的持续发展，人民生活水平的不断提高，城市系统的供水量也在不断的提高，人民对供水的服务要求也越来越高。近年来，国内兴建了大量的解困型、小康型、高尚型等一系列不同档次的住宅工程，在这些工程中，自来水远程计量管理也得到越来越多的应用。不断扩大的供水管网和服务质量的提高对水公司的抄表计量的工作有了更高的要求，单纯的增加工作人员的数量并不能根本解决这个矛盾，解决的方法是提高抄表及计量系统的自动化程度，减轻工作人员的劳动强度。建设部《城市供水行业2010年技术进步发展规划及2020年远景目标》也明确提出：以“智能远传水表出户集中抄表方式为主，IC卡水表为辅”，构成给水企业的营销抄表体系的规划目标。大力发展远程计量管理系统，能提高用水公用事业管理自动化程度以及抄表收费的工作效率和管理水平，方便了住户的生活和工作，扩大了住户的居住空间。
水公司的远程计量管理系统由远传水表、通讯总线系统、抄收系统及数据处理管理软件平台三部分组成。这三部分选择的好坏直接影响远程计量联网管理系统稳定性、安全性、智能性以及准确性。
一、远传水表
远传水表是远程计量管理系统的基础组成部分，它选择的好坏直接影响整个系统的稳定性和可靠性。远传水表自1996年以来有许多从事电子产品、水表生产的厂家进行研究，经过了十多年的研究和发展。目前根据工作原理的不同，远传水表主要分为脉冲式远传水表和直读式远传水表。
1、脉冲式远传水表
脉冲式远传水表工作原理是通过光电转换或者电磁转换形成脉冲，计数单元通过计算脉冲来得到水量的多少。现在使用的各种脉冲式远传水表产生脉冲的传感器一般可分为：霍尔元件型、干簧管型。霍尔元件型基本原理是：在普通转盘计数的表计中加装霍尔元件和磁铁，即可构成基于磁电转换技术的传感器。霍尔元件固定安装在计数转盘附近，磁铁安装在计数盘位上，当转盘每转一周,磁铁经过霍尔元件一次即在信号端产生一个计量脉冲。干簧管型基本原理是：在普通转盘计数的表计中加装干簧管和磁铁，干簧管固定安装在计数转盘附近，磁铁安装在计数盘位上，当转盘每转一圈,磁铁经过干簧管一次即在信号端产生一个计量脉。从使用效果来看，脉冲式远传水表的情况不尽如人意，原因主要有以下几个方面：
a) 防磁性能 从原理上不难看出,远传水表产生脉冲依赖于磁铁，如果在远传水表的外界施加一强磁场干扰，水表就将不会产生脉冲,而水照样可用。这就导致了抄表系统抄水表时绝对不准确，而用户就可以不付费用水了。因此脉冲水表必须能防磁。然而在实际使用的远传水表中,防磁的远传水表不到20%。
b) 水管发生水锤现象 在供水管道系统中,管流的流速、压力行参数均随时间变化而变化。如果发生水流瞬变流动而引起一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象，管道将发生剧烈振动和较大的声响，这种现象被称为水锤现象。在日常生活中,我们经常遇见水管剧烈抖动和发生声响的情况，也就是水锤现象。正是这种剧烈的抖动造成了干簧管簧片在很短时间里，频繁地吸合,发出大量不该有的脉冲，这也就导致了抄表系统的不准确性。水锤现象产生原因极其复杂，与管道内壁磨擦力、压力、水流速等均有关系，我们并不能从根本上解决它。
c) 运行中会产生累积误差 由于脉冲水表的工作原理限制以及运行情况的复杂等原因，常常使得水表机械读数与电子读数不完全一致，总存在一定误差。
d) 需要持续供电 常用的脉冲式远传水表脉冲计量需要持续供电才能保证计量的连续性，常用的电源模式为电池或者总线持续供电。虽然脉冲的耗电很少，但是由于电池电压不足或者总线故障等电源故障会使计量停止，影响计量的准确性，而且经过一段时间的使用后难免需要更换电池，增加了日后维护的工作量。
由于脉冲式远传水表的种种缺点，脉冲式远传水表已经渐渐被直读式远传水表所代替。
2、直读式远传水表
由于脉冲式远传水表的种种缺点，从2000年开始各生产研究远传水表的厂家机构开始提出直读式远传水表的概念并进行研发。经过多年的开发，直读式远传水表的性能越来约成熟。到2003年，在国家标准的制定过程中还特意编入了直读式远传表的概念。直读式远传水表大致分为光电式、触点式、摄像式，以光电式最早。优点是表具上读出的数据就是表盘上显示的数据，不是脉冲，平时不需要市电，只在读取数据的瞬间上电，因此不怕停电。从理论上讲，它的读出数据和表盘数据总是同步的。
a）、光电式 在每一位水表字轮周面上设置若干反射面，在与之相对应的位置上设置光电耦合器。通过耦合器是否反射对计数字轮的位置进行判定。希望读取几位就在几个字轮上安装传感器。这种直读式水表由于全部器件都在表芯内部字轮周围，因此一般采用干式水表。
b）、触点式 在指针式水表的表盘下面每一位指针轴上装上一只同步电位器，通过触点电位器测出的阻值判定指针所指的位置。这种可用于湿式水表。
c）、 摄像式 在水表读数显示窗前安装一只摄像头，将拍到的数字图像传出即可。
摄像式远传水表传输的数据为图像，传输数据较大，且图像转为数字技术尚不成熟，后期数据处理不太方便，目前使用较少。光电式、触点式远传水表早期有盲区、读数不准等问题，现在随着模糊控制技术、编码技术的使用和改进技术日趋成熟，逐渐成为今后远传水表的主流产品。

二、通讯总线系统
水公司的远程计量管理系统采用的总线系统多为RS-485和M-bus。
RS-485是平衡传送的电气标准, RS-485串行接口的电气标准实际上是RS-422的变型,它属于七层OSI(Open System Interconnection,开放系统互连)模型物理层的协议标准。由于性能优异、结构简单、组网容易,RS-485总线标准得到了越来越广泛的应用。
RS-485的电气特性: RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗共模干扰能力增强,即抗噪声干扰性好。 RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺,实际上可达3000米。与RS-232比较，RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器,即单站能力，而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性,长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。因为RS485接口组成的半双工网络,一般只需二根连线,所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。
M－Bus是Paderborn大学的Dr．Horst Ziegler与TI公司的Deutschland GmbH和TechemGmbH共同提出的，专门用于公共事业仪表的总线结构，称Meter－Bus，简称M－Bus。M－Bus仪表总线属于局域网（Local Area Net－work，简称LAN），是处于同一幢建筑、同一大学或方圆几公里远地域内的专用网络，被用于连接远程监控计算机和工作站、测量仪表等设备，以便 资源共享和数据传输。M－Bus具有星形、环形和总线形拓扑结构。M－Bus一般采用总线形拓扑结构。 M－Bus仪表总线可以满足由电池供电或远程供电的计量仪表的特殊要求。当计量仪表收到数据发送请求时，将当前测量的数据传送到主站，（主站可以是手持单元、计算机或其它终端）。主站定期地读取某幢建筑中安装的计量仪表的数据。 一般而言，挂接在仪表总线上的计量仪表的数目可达数百个，数据传输距离达数千米，在总线上传送的数据具有高度的完整性和快速性。
RS-485和M-bus总线系统使用方便、优点突出，所以在水公司的智能化远程计量联网管理系统中均得到了广泛的应用。

三、抄收系统及数据处理管理软件平台
远传水表抄收系统由区域集中器、隔离中继器、智能型数据网络节点、总线系统、水公司数据处理服务器组成。如图所示
区域集中器
隔离中继器220V
智能数据网络节点
智能数据网络节点
隔离中继器220V
主干总线
中继总线
表单元
小区A
小区B
公共电话网/GPRS/INTERNET互联网
扩展总线
扩展总线
自来水公司
手抄器
掌上电脑
小区物业管理中心
12V/24V
12V/24V
表单元

系统提供多种抄表方式，可利用手掌机到现场集中抄表，也可利用有线电话、移动GPRS、无线传输等多种方式实现远距离抄收。系统具有数据存储、保护功能。一般采用大容量存储器存储数据，掉电后数据保证不会丢失，可长期保存各种数据。数据存储带校验措施，避免无效数据送出。系统具备定时抄收与实时抄收两种模式，定时抄收一般为按月抄收，实时抄收一般为方便用户查询水量。系统网络有各种较完善的自检报警功能,对系统各点连线的短路、断路故障都可进行定位报警。当用户水表或者系统终端发生故障，系统可自动向管理部门报警,提示管理部门组织及时查看维修。
数据处理管理软件除了具有一般的实时、定时抄表功能外还具有其他的功能，如数据管理功能：支持用户用量等数据的初始化、统计、查询、报表打印等功能，远传抄表，远程抄读数与用户号表号能自动对应。系统管理功能：支持管理各种系统参数的设置（如设备型号、表径、用户地址等），管理员操作全新分级设定，密码分级管理。水表周期检定、更换：支持周期检定、更换表的管理。数据自动导入、导出及分析：支持将自动抄收的数据导入营收系统，同时支持数种格式的数据导出功能，并能分析水量、水费等情况形成相应的报表。设计优秀的数据管理软件能使水公司的远程计量管理系统更加先进、科学、智能化，使得系统能够更加稳定、准确的运行。

本文简单介绍了水公司的远程计量管理系统。系统由远传水表、通讯总线系统、抄收系统及数据处理管理软件平台三部分组成。对各部分的性能、工作原理、优缺点进行了一定的评价和分析以供同行参考。

孔令颖
2008-12-8