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關于燃氣表遠程集中抄表技術的探討

字體: 放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2015-01-04  瀏覽次數(shù):879
     l 概述
  隨著我國燃氣行業(yè)的加速發(fā)展,管道燃氣用戶不斷增加,現(xiàn)行燃氣費回收仍然是采用查表員按月入戶查表,人工收費的辦法。目前查表員月入戶定額在1500戶~2500戶之間,沈陽市燃氣戶大約在100萬戶左右,查表員則需近400~600人,其工作強度大,效率低且工資、福利及設施管理費用增加。該辦法收費使得企業(yè)在燃氣購銷結算上不同步,占用企業(yè)大量資金。
  此外人情抄表,人情收費,人為竊氣,煤氣表故障漏氣更使燃氣公司的燃氣損失率越來越大。為解決上述問題,燃氣行業(yè)出現(xiàn)了各種新的技術和管理辦法。如IC卡煤氣表、代碼表以實現(xiàn)燃氣預收費;銀行的“一卡通”實現(xiàn)銀行自動代交費;采用POS機現(xiàn)場抄表收費;采用遠程集中抄表技術實現(xiàn)了不進戶抄表功能等。
  本文對IC卡表計運行中存在的問題、脈沖式和直讀式遠傳表的工作原理及性能進行論述,認為在所有的遠傳表計方案中,采用直讀技術實現(xiàn)表計數(shù)據(jù)遠傳在技術和實施性等方面占有最大優(yōu)勢。

     2 IC卡預收費系統(tǒng)的主要問題
  (1)技術不成熟,主要表現(xiàn)在它的控制部件質量不過關,經(jīng)常出現(xiàn)誤報警。即用戶IC卡中還有足夠的用量,但在使用時,表會產(chǎn)生報警。且切斷供應,造成有卡卻無法用氣。
  (2)隨著電子技術和微機的不斷普及和更新,IC卡很容易被解密造成假卡、偽卡情況,這樣就給物業(yè)管理和國家?guī)砭薮蟮膿p失。很難想象一種卡可以在長達8年的時間里進行交易活動。
  (3)售后服務難以解決,如IC卡表的電池問題,是困擾用戶和行業(yè)管理者的心病。電池的壽命最為擔憂,如果10萬用戶卡表2、3年后需要更換電池的話,先不考慮材料成本,其浩大的維護工程以及用戶與企業(yè)間將存在很大的矛盾。
  (4)IC卡表使用中帶有某種私有特性,由于其抗干擾能力弱,質量問題表現(xiàn)突出。其讀寫卡部分易受外界攻擊,造成控制系統(tǒng)失效,并且難以取證認定,極易發(fā)生用戶與企業(yè)的糾紛。
  (5)難以上網(wǎng)抄表讀表計數(shù)據(jù),更不能實現(xiàn)整個小區(qū)的自動抄收銀行收款的管理模式。
  (6)其價格高、壽命短、綜合效益差、使用風險大。
  (7)服務角色倒置,社會形象下降。由原入戶查表的服務改為坐堂收費,使原本屬于售賣方提供的服務變成消費者自己承擔的勞動。若卡式表收費網(wǎng)點過少,用戶交費必然不便;若增多,將加重企業(yè)的投資和管理負擔。

     3 遠傳表(脈沖表、直讀表)和抄表系統(tǒng)
  遠傳表是利用電子技術和傳感技術,對傳統(tǒng)煤氣表加以改進,即能直觀顯示相關能耗計量數(shù)據(jù),又能輸出信號或數(shù)據(jù)的新型計量表具。
  目前使用的遠傳表有兩代產(chǎn)品:脈沖表和直讀表,對應兩種遠傳表分別有不同的抄表系統(tǒng)。
     3.1脈沖式遠傳煤氣抄表
  在表計的計數(shù)盤上加裝磁鐵,如磁鐵安裝在計數(shù)盤(例如0.01m3)位上,在其附近安裝干簧管,當轉盤每轉一圈,磁鐵經(jīng)過干簧管一次即產(chǎn)生一個開關信號一脈沖,對應0.0lm3,由外部的采集器提供電源并采集累計脈沖個數(shù),通過公式(用氣量=脈沖數(shù)×每個脈沖代表的氣量)計算用氣量。
     3.2直讀式智能遠傳煤氣表
     3.2.1工作原理分析
  直讀式智能遠傳煤氣表是在皮膜式煤氣表的機械計度器上,即字輪0~9位置的邊緣印刷特定標記;在外圍固定光電傳感器及相關電路,工作時由集中器或手操器供電,通過光電傳感器判斷字輪各種集位置的“有”和“無”的狀態(tài),通過組合判斷獲得字輪的讀數(shù)(表計的窗口值),并傳送到集中器或手操器。
  a.傳感器與基表的傳動裝置如齒輪、字輪等沒有任何機械接觸。也沒有機械動作,在選定的皮膜式煤氣表換上符合標準的特別計度器,此項工作由計量站自行改裝、校驗即可完成。特別適合將來煤氣表換輪改造。
  b.其信號發(fā)生原理是光電方式,生成的是數(shù)字信號。與生成模擬信號相比,不會出現(xiàn)因濕度或時間造成的器件參數(shù)漂移產(chǎn)生的誤差,其系統(tǒng)穩(wěn)定性更強。
  c.防盜、防破壞、防誤發(fā)信號措施,該表計只在讀表瞬間通電工作,直接讀取表計窗口值,不用累計脈沖換算,而且其傳送數(shù)據(jù)經(jīng)過加密處理。所以其連接線被破壞后可以及時發(fā)現(xiàn),恢復后讀到的仍是表計窗口值,不用設置參數(shù)和底數(shù);該數(shù)據(jù)不會被其它非法系統(tǒng)讀取,系統(tǒng)也不會接受非法數(shù)據(jù)來源;采用加密和冗錯技術,可有效防止誤碼現(xiàn)象,同時保證傳感器部分損壞情況下仍然能夠讀出正確的數(shù)據(jù),如傳感已損壞到無法讀出正確的數(shù)據(jù)的程度,其提示故障,不會發(fā)生誤碼。
  d.防磁功能:表計內(nèi)的直讀傳感器平時不工作不通電,只在讀表瞬間帶電工作,并且讀取的是數(shù)字信號,不受磁性影響。
     3.2.2傳輸原理分析
  直讀傳感器的數(shù)據(jù)傳輸采用M-BUS總線方式通訊。
  a.M-BUS(Meter-BUS,ENl434-3)是消費類儀表國際通行標準。其拓撲結構為樹型總線結構。采用普通的兩芯電纜連接,同時完成提供表計電源和數(shù)據(jù)通信的功能。
  b.M-BUS總線在連接時不用區(qū)分極性,可按照任意拓撲結構布線施工,其施工成本和難度大大下降。
  c.M-BUS總線的工作電壓為20V~30V,驅動能力達到300mA,通訊長度可達到100m,通訊速率為2400bps。一根總線可掛100塊以上的表計。
  d.M-BUS總線具有良好的開放性,可與國外表計直接接口。如美國西門子熱量表,德國荷德魯美特熱量表。
     3.2.3采集原理分析
  智能直讀表計的數(shù)據(jù)通過集中器或手持器裝置采集。
  a.集中器或手持器內(nèi)部具有電源模塊,通過繼電器控制給M-BUS總線供電。表計通過M-BUS總線連接到集中器或手持器,當進行抄表工作時,首先控制接通M-BUS電源,此時總線上的智能直讀表計通電,CPU根據(jù)表計的地址碼分別讀取表記數(shù)據(jù)。
  b.集中器具有4個M-BUS通道,每通道可以接入60塊智能直讀表計。手持器具有1個M-BUS通道,可接入80塊表計。
  c.讀取一只表數(shù)據(jù)的時間小于1s。集中器最小讀表周期為5min。
  d.具有斷線檢測功能:智能直讀表計的M-BUS總線被剪斷后,不影響表計的正常計量,集中器或手持器讀表時就會發(fā)現(xiàn),在重新接好線后,再次讀表,就是表計的當前窗口值。不需要重新置入和修改參數(shù)、底數(shù)等維護。
  e.具有短路防護功能:M-BUS總線短路后,集中器自動保護不會燒壞,并形成報警事件,上報到抄表主站提醒人員檢修。短路修復后,集中器自動恢復運行。
  f.具有國內(nèi)獨有的雙重防護和自環(huán)自愈功能,即總線的兩端分別接入集中器的兩個不同端口,在總線任意位置開路時,系統(tǒng)能夠正常運行,集中器仍然可以讀到所有的表計,并且可判斷出開路位置,為檢修提供了方便。
     3.2.4環(huán)境應用分析
  a.應用于室外時的防雷措施。本系統(tǒng)采用先進的二次電源技術、濾波技術及輸入出回路的屏蔽與隔離技術等,可有效阻塞串模、共模干擾的耦合通道;采用防過壓、防過流措施以及合理設計接地泄放回路等措施,大大提高了裝置的抗雷擊和浪涌能力。
  b.防潮、防水措施。全部電子部分表面包括接口處均采用三防漆(絕緣、防水、防霉)噴涂。保證直接電子部分在潮濕和有水環(huán)境下均能正常工作。
  c.防凍措施。表內(nèi)的直讀電子部分的正常工作環(huán)境是0~+50℃,為了適應更廣的運行環(huán)境,我們對電子部分進行處理,在-20℃和+80℃情況下,電子部分仍能正常工作。

     4 直讀式表計與其它表計比較
     4.1讀表準確性方面
  直讀技術就是直接讀取表計的計度器碼盤數(shù)字即“窗口值”,無誤差。就像人眼看了表計讀數(shù)一下,或照相機照了表計窗口一下。直讀和脈沖這兩種技術的最終表現(xiàn)的結果差異很大。顯然,直讀技術只有無效數(shù)據(jù)和正確數(shù)據(jù)兩種現(xiàn)象。當出現(xiàn)無效數(shù)據(jù)時需要重讀,重讀仍然無效,可以判定為斷線、表內(nèi)M-BUS故障、通訊誤碼。由嚴密編碼原理和容錯技術保障,不會出現(xiàn)讀錯數(shù)據(jù)現(xiàn)象。
  而脈沖累計換算的關鍵在于脈沖數(shù)是否累計準確。脈沖從產(chǎn)生到統(tǒng)計過程中受到干擾的因素太多,現(xiàn)有技術和實際環(huán)境無法保證其統(tǒng)計準確。如干簧管的抖動,脈沖傳輸線路上的電磁干擾(脈沖一般為+5V)。目前,IC卡表計采用的就是脈沖方式,其問題集中表現(xiàn)在累計數(shù)據(jù)與表計窗口值不一致,造成與用戶交費時糾紛。
     4.2電源和壽命方面
  對于煤氣表來講,本身的工作原理都是機械運動不需要電源。脈沖采集的儀表必須提供一個連續(xù)的、固定的穩(wěn)壓電源,這樣數(shù)據(jù)的準確性對電源的依賴太強。一旦電源故障,累計的數(shù)據(jù)就會丟失,重新恢復時就需要重置入底數(shù)和參數(shù)。由于不間斷的連續(xù)工作,干簧管、霍爾元件、光電管等產(chǎn)品的壽命很難保證長達6年~8年的正常工作。采用電池供電的IC卡表的壽命就更難保證了。這也是IC卡壽命短的致命原因之一。
  智能直讀式表計從原理上改變了表計工作時對電源依賴。讀表傳感器平時不讀表時不通電,不影響表計的正常計量和讀數(shù)的準確性。需要讀表時通電1s即可。這樣,我們對電源的要求也降低了,不要求電源24h通電工作,只在讀表時可靠工作。所以對工作電源以及后備電源的投資就減少了,由于讀表電子部分平時不通電工作,在表計正常使用的6年~8年內(nèi)其有效工作時間不過幾小時,所以直讀表的電子部分的壽命相對于表計本身壽命而言,可以認為是長生不老了。
  脈沖表計、IC卡、TM卡、代碼表計等都屬于脈沖技術的變形,他們共同的特點都是要求連續(xù)采集,要求24h不間斷工作,因此采用后備電源的方式都有致命的缺陷。
     4.3運行可靠性和日常維護方面
  (1)脈沖技術的表計為了保持遠傳數(shù)據(jù)和表上機械讀數(shù)的一致,需要經(jīng)常重新置入窗口值,運行環(huán)境好的系統(tǒng)半年一次,環(huán)境差的三個月修正一次。否則這種累計誤差會越來越大。同時,電源、采集器等設備一旦出現(xiàn)故障,恢復時需要重新入戶抄表計底數(shù)置入采集器中。
  (2)對于IC卡等表計一旦故障(CPU死機、欠費、低電壓、受干擾等)或誤動、閥門就會自動關閉給用戶使用造成不便。另外,IC卡等表的技術一般兩年就已落后,容易造成假卡、偽卡機會。還有一種全數(shù)字顯示的表計,其一旦故障,用戶使用過的用量全部丟失,給用戶和企業(yè)帶來新的糾紛。
  對于直讀式表計來講,以上問題都很容易解決。如電子裝置故障時,首先不影響表計的正常計量,抄表操作時立即可以發(fā)現(xiàn),可提醒物業(yè)公司或企業(yè)部門根據(jù)故障信息及時處理。所換新表只需要正常進行一次抄表即可,在抄表中心的數(shù)據(jù)庫修改一下?lián)Q表記錄。另外,表計電子部分平時不工作,斷電氣、閥門等控制裝置沒有電源,不會因為受干擾而產(chǎn)生誤動。
  所以,直讀式表計的運行可靠性更高,日常維護量最小。同時對于維護人員要求最低。

     5 直讀表計質量和采集傳輸精度分析
  直讀表計電子部分安裝在表計內(nèi)部,與表計的計讀器轉動部分(齒輪、字輪)沒有機械接觸,也沒有機械動作,不影響原有的計量精度和性能指標。同時不改變原基表外形。其結構標準、安裝簡單、維護方便,表廠均能自行組裝、校驗。
  智能直讀式表計的產(chǎn)品質量分別由電子部分的生產(chǎn)廠家和基表廠家來共同保證。因為直讀電子部分的工作與否與計量無關,一旦有問題可以立即判明;表計本身的質量只與其制造、工藝、校驗過程有關,與電子部分無關。出現(xiàn)問題很容易區(qū)分,不會出現(xiàn)扯皮現(xiàn)象。脈沖技術的系統(tǒng)往往出現(xiàn)問題后很難界定是表計的問題還是系統(tǒng)的問題。
  對于直讀式表計采言,采集精度和傳輸精度的問題比較簡單。直讀式表計采集的精度只與用戶要求的讀數(shù)最小單位有關。日常用氣的結算m3為最小單位。所以根據(jù)行業(yè)抄表的規(guī)律我們設計直讀式表計的讀表最低位為m3。對于傳輸來講,沒有傳輸精度的概念。因為直讀表計的數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)是由通訊協(xié)議保障的數(shù)字信號,一旦傳輸過程中有干擾出現(xiàn)錯誤,通訊規(guī)約的校驗機制會自動處理判定為誤碼,不進行處理,并報告需要重新通訊。這樣保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和可靠性。
  脈沖信號在傳輸過程中是電子平信號,電平信號是模擬量,沒有方法能完全保證該信號在傳輸過程牛的可靠性和正確性(干擾也是脈沖信號)。

     6 智能直讀表計安裝和使用的便捷性分析
  智能直讀式表計的外觀與原表計一樣,僅多了一根2芯線。其安裝方式和普通表完全一致。不需要特殊、專用工具和專業(yè)人員。
  2芯線與遠傳信號線的連接不分極性和順序,只要不短路即可。所以施工較為簡單。
  在施工材料方面,直讀式抄表系統(tǒng)中對線纜的要求較低,只要RVV2×O.5/0.75的普通兩芯電纜就可以。由于是總線連接方式,連接處不需要特殊的接線盒,只要普通的86接線盒就可以。這樣的施工,其工程定額比脈沖方式抄表系統(tǒng)少許多,而且材料會節(jié)省一半以上。在人力、物力節(jié)省的同時,施工管理成本也大大減少。
  在表計的使用方面:首先,用戶讀表時沒有任何障礙,因為直讀裝置安裝在表內(nèi),比脈沖表外置傳感器的方案優(yōu)越。其次,用戶可以自行與抄表中心核對數(shù)據(jù)。避免數(shù)據(jù)誤差給用戶帶來不滿。第三,現(xiàn)場維護和校驗表計時,只須手持器連接到2芯線上就能直接讀出表數(shù)。
  對于物業(yè)管理而言,表計的運行維護簡單。一旦表計遠抄不出數(shù)據(jù),可判斷該表斷線或故障,如檢查連線正常則判定直讀裝置故障。若遠程抄表正常而數(shù)據(jù)變化緩慢或不變化,可懷疑是否表計量故障。以上故障判別簡單,可由計算機輔助判別,幫助維護人員盡快查明故障。對于故障表計處理只需換表。更換下來的故障表計可以退回表計生產(chǎn)廠家,由廠家維修處理。
  由于直讀式抄表系統(tǒng)與直讀式表計的故障界限分明,不會出現(xiàn)相互推委的扯皮現(xiàn)象。對該系統(tǒng)的長期運行和維護提供了技術上的保障

 
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