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关于燃气表远程集中抄表技术的探讨

发布时间:2010/06/18

    l 概述
  随着我国燃气行业的加速发展,管道燃气用户不断增加,现行燃气费回收仍然是采用查表员按月入户查表,人工收费的办法。目前查表员月入户定额在1500户~2500户之间,沈阳市燃气户大约在100万户左右,查表员则需近400~600人,其工作强度大,效率低且工资、福利及设施管理费用增加。该办法收费使得企业在燃气购销结算上不同步,占用企业大量资金。
  此外人情抄表,人情收费,人为窃气,煤气表故障漏气更使燃气企业的燃气损失率越来越大。为解决上述问题,燃气行业出现了各种新的技术和管理办法。如IC卡煤气表、代码表以实现燃气预收费;银行的“一卡通”实现银行自动代交费;采用POS机现场抄表收费;采用远程集中抄表技术实现了不进户抄表功能等。
  本文对IC卡表计运行中存在的问题、脉冲式和直读式远传表的工作原理及性能进行论述,认为在所有的远传表计方案中,采用直读技术实现表计数据远传在技术和实施性等方面占有最大优势。
2 IC卡预收费系统的主要问题
  (1)技术不成熟,主要表现在它的控制部件质量不过关,经常出现误报警。即用户IC卡中还有足够的用量,但在使用时,表会产生报警。且切断供应,造成有卡却无法用气。
  (2)随着电子技术和微机的不断普及和更新,IC卡很容易被解密造成假卡、伪卡情况,这样就给物业管理和国家带来巨大的损失。很难想象一种卡可以在长达8年的时间里进行交易活动。
  (3)售后服务难以解决,如IC卡表的电池问题,是困扰用户和行业管理者的心病。电池的寿命最为担忧,如果10万用户卡表2、3年后需要更换电池的话,先不考虑材料成本,其浩大的维护工程以及用户与企业间将存在很大的矛盾。
  (4)IC卡表使用中带有某种私有特性,由于其抗干扰能力弱,质量问题表现突出。其读写卡部分易受外界攻击,造成控制系统失效,并且难以取证认定,极易发生用户与企业的纠纷。
  (5)难以上网抄表读表计数据,更不能实现整个小区的自动抄收银行收款的管理模式。
  (6)其价格高、寿命短、综合效益差、使用风险大。
  (7)服务角色倒置,社会形象下降。由原入户查表的服务改为坐堂收费,使原本属于售卖方提供的服务变成消费者自己承担的劳动。若卡式表收费网点过少,用户交费必然不便;若增多,将加重企业的投资和管理负担。
3 远传表(脉冲表、直读表)和抄表系统
  远传表是利用电子技术和传感技术,对传统煤气表加以改进,即能直观显示相关能耗计量数据,又能输出信号或数据的新型计量表具。
  目前使用的远传表有两代产品:脉冲表和直读表,对应两种远传表分别有不同的抄表系统。
3.1脉冲式远传煤气抄表
  在表计的计数盘上加装磁铁,如磁铁安装在计数盘(例如0.01m3)位上,在其附近安装干簧管,当转盘每转一圈,磁铁经过干簧管一次即产生一个开关信号一脉冲,对应0.0lm3,由外部的采集器提供电源并采集累计脉冲个数,通过公式(用气量=脉冲数×每个脉冲代表的气量)计算用气量。
3.2直读式智能远传煤气表
3.2.1工作原理分析
  直读式智能远传煤气表是在皮膜式煤气表的机械计度器上,即字轮0~9位置的边缘印刷特定标记;在外围固定光电传感器及相关电路,工作时由集中器或手操器供电,通过光电传感器判断字轮各种集位置的“有”和“无”的状态,通过组合判断获得字轮的读数(表计的窗口值),并传送到集中器或手操器。
  a.传感器与基表的传动装置如齿轮、字轮等没有任何机械接触。也没有机械动作,在选定的皮膜式煤气表换上符合标准的特别计度器,此项工作由计量站自行改装、校验即可完成。特别适合将来煤气表换轮改造。
  b.其信号发生原理是光电方式,生成的是数字信号。与生成模拟信号相比,不会出现因湿度或时间造成的器件参数漂移产生的误差,其系统稳定性更强。
  c.防盗、防破坏、防误发信号措施,该表计只在读表瞬间通电工作,直接读取表计窗口值,不用累计脉冲换算,而且其传送数据经过加密处理。所以其连接线被破坏后可以及时发现,恢复后读到的仍是表计窗口值,不用设置参数和底数;该数据不会被其它非法系统读取,系统也不会接受非法数据来源;采用加密和冗错技术,可有效防止误码现象,同时保证传感器部分损坏情况下仍然能够读出正确的数据,如传感已损坏到无法读出正确的数据的程度,其提示故障,不会发生误码。
  d.防磁功能:表计内的直读传感器平时不工作不通电,只在读表瞬间带电工作,并且读取的是数字信号,不受磁性影响。
3.2.2传输原理分析
  直读传感器的数据传输采用M-BUS总线方式通讯。
  a.M-BUS(Meter-BUS,ENl434-3)是消费类仪表国际通行标准。其拓扑结构为树型总线结构。采用普通的两芯电缆连接,同时完成提供表计电源和数据通信的功能。
  b.M-BUS总线在连接时不用区分极性,可按照任意拓扑结构布线施工,其施工成本和难度大大下降。
  c.M-BUS总线的工作电压为20V~30V,驱动能力达到300mA,通讯长度可达到100m,通讯速率为2400bps。一根总线可挂100块以上的表计。
  d.M-BUS总线具有良好的开放性,可与国外表计直接接口。如美国西门子热量表,德国荷德鲁美特热量表。
3.2.3采集原理分析
  智能直读表计的数据通过集中器或手持器装置采集。
  a.集中器或手持器内部具有电源模块,通过继电器控制给M-BUS总线供电。表计通过M-BUS总线连接到集中器或手持器,当进行抄表工作时,首先控制接通M-BUS电源,此时总线上的智能直读表计通电,CPU根据表计的地址码分别读取表记数据。
  b.集中器具有4个M-BUS通道,每通道可以接入60块智能直读表计。手持器具有1个M-BUS通道,可接入80块表计。
  c.读取一只表数据的时间小于1s。集中器最小读表周期为5min。
  d.具有断线检测功能:智能直读表计的M-BUS总线被剪断后,不影响表计的正常计量,集中器或手持器读表时就会发现,在重新接好线后,再次读表,就是表计的当前窗口值。不需要重新置入和修改参数、底数等维护。
  e.具有短路防护功能:M-BUS总线短路后,集中器自动保护不会烧坏,并形成报警事件,上报到抄表主站提醒人员检修。短路修复后,集中器自动恢复运行。
  f.具有国内独有的双重防护和自环自愈功能,即总线的两端分别接入集中器的两个不同端口,在总线任意位置开路时,系统能够正常运行,集中器仍然可以读到所有的表计,并且可判断出开路位置,为检修提供了方便。
3.2.4环境应用分析
  a.应用于室外时的防雷措施。本系统采用先进的二次电源技术、滤波技术及输入出回路的屏蔽与隔离技术等,可有效阻塞串模、共模干扰的耦合通道;采用防过压、防过流措施以及合理设计接地泄放回路等措施,大大提高了装置的抗雷击和浪涌能力。
  b.防潮、防水措施。全部电子部分表面包括接口处均采用三防漆(绝缘、防水、防霉)喷涂。保证直接电子部分在潮湿和有水环境下均能正常工作。
  c.防冻措施。表内的直读电子部分的正常工作环境是0~+50℃,为了适应更广的运行环境,大家对电子部分进行处理,在-20℃和+80℃情况下,电子部分仍能正常工作。
4 直读式表计与其它表计比较
4.1读表准确性方面
  直读技术就是直接读取表计的计度器码盘数字即“窗口值”,无误差。就像人眼看了表计读数一下,或照相机照了表计窗口一下。直读和脉冲这两种技术的最终表现的结果差异很大。显然,直读技术只有无效数据和正确数据两种现象。当出现无效数据时需要重读,重读仍然无效,可以判定为断线、表内M-BUS故障、通讯误码。由严密编码原理和容错技术保障,不会出现读错数据现象。
  而脉冲累计换算的关键在于脉冲数是否累计准确。脉冲从产生到统计过程中受到干扰的因素太多,现有技术和实际环境无法保证其统计准确。如干簧管的抖动,脉冲传输线路上的电磁干扰(脉冲一般为+5V)。目前,IC卡表计采用的就是脉冲方式,其问题集中表现在累计数据与表计窗口值不一致,造成与用户交费时纠纷。
4.2电源和寿命方面
  对于煤气表来讲,本身的工作原理都是机械运动不需要电源。脉冲采集的仪表必须提供一个连续的、固定的稳压电源,这样数据的准确性对电源的依赖太强。一旦电源故障,累计的数据就会丢失,重新恢复时就需要重置入底数和参数。由于不间断的连续工作,干簧管、霍尔元件、光电管等产品的寿命很难保证长达6年~8年的正常工作。采用电池供电的IC卡表的寿命就更难保证了。这也是IC卡寿命短的致命原因之一。
  智能直读式表计从原理上改变了表计工作时对电源依赖。读表传感器平时不读表时不通电,不影响表计的正常计量和读数的准确性。需要读表时通电1s即可。这样,大家对电源的要求也降低了,不要求电源24h通电工作,只在读表时可靠工作。所以对工作电源以及后备电源的投资就减少了,由于读表电子部分平时不通电工作,在表计正常使用的6年~8年内其有效工作时间不过几小时,所以直读表的电子部分的寿命相对于表计本身寿命而言,可以认为是长生不老了。
  脉冲表计、IC卡、TM卡、代码表计等都属于脉冲技术的变形,他们共同的特点都是要求连续采集,要求24h不间断工作,因此采用后备电源的方式都有致命的缺陷。
4.3运行可靠性和日常维护方面
  (1)脉冲技术的表计为了保持远传数据和表上机械读数的一致,需要经常重新置入窗口值,运行环境好的系统半年一次,环境差的三个月修正一次。否则这种累计误差会越来越大。同时,电源、采集器等设备一旦出现故障,恢复时需要重新入户抄表计底数置入采集器中。
  (2)对于IC卡等表计一旦故障(CPU死机、欠费、低电压、受干扰等)或误动、阀门就会自动关闭给用户使用造成不便。另外,IC卡等表的技术一般两年就已落后,容易造成假卡、伪卡机会。还有一种全数字显示的表计,其一旦故障,用户使用过的用量全部丢失,给用户和企业带来新的纠纷。
  对于直读式表计来讲,以上问题都很容易解决。如电子装置故障时,首先不影响表计的正常计量,抄表操作时马上可以发现,可提醒物业企业或企业部门根据故障信息及时处理。所换新表只需要正常进行一次抄表即可,在抄表中心的数据库修改一下换表记录。另外,表计电子部分平时不工作,断电气、阀门等控制装置没有电源,不会因为受干扰而产生误动。
  所以,直读式表计的运行可靠性更高,日常维护量最小。同时对于维护人员要求最低。
5 直读表计质量和采集传输精度分析
  直读表计电子部分安装在表计内部,与表计的计读器转动部分(齿轮、字轮)没有机械接触,也没有机械动作,不影响原有的计量精度和性能指标。同时不改变原基表外形。其结构标准、安装简单、维护方便,表厂均能自行组装、校验。
  智能直读式表计的产品质量分别由电子部分的生产厂家和基表厂家来共同保证。因为直读电子部分的工作与否与计量无关,一旦有问题可以马上判明;表计本身的质量只与其制造、工艺、校验过程有关,与电子部分无关。出现问题很容易区分,不会出现扯皮现象。脉冲技术的系统往往出现问题后很难界定是表计的问题还是系统的问题。
  对于直读式表计采言,采集精度和传输精度的问题比较简单。直读式表计采集的精度只与用户要求的读数最小单位有关。日常用气的结算m3为最小单位。所以根据行业抄表的规律大家设计直读式表计的读表最低位为m3。对于传输来讲,没有传输精度的概念。因为直读表计的数据传输已经是由通讯协议保障的数字信号,一旦传输过程中有干扰出现错误,通讯规约的校验机制会自动处理判定为误码,不进行处理,并报告需要重新通讯。这样保证了数据传输的准确性和可靠性。
  脉冲信号在传输过程中是电子平信号,电平信号是模拟量,没有方法能完全保证该信号在传输过程牛的可靠性和正确性(干扰也是脉冲信号)。
6 智能直读表计安装和使用的便捷性分析
  智能直读式表计的外观与原表计一样,仅多了一根2芯线。其安装方式和普通表完全一致。不需要特殊、专用工具和专业人员。
  2芯线与远传信号线的连接不分极性和顺序,只要不短路即可。所以施工较为简单。
  在施工材料方面,直读式抄表系统中对线缆的要求较低,只要RVV2×O.5/0.75的普通两芯电缆就可以。由于是总线连接方式,连接处不需要特殊的接线盒,只要普通的86接线盒就可以。这样的施工,其工程定额比脉冲方式抄表系统少许多,而且材料会节省一半以上。在人力、物力节省的同时,施工管理成本也大大减少。
  在表计的使用方面:首先,用户读表时没有任何障碍,因为直读装置安装在表内,比脉冲表外置传感器的方案优越。其次,用户可以自行与抄表中心核对数据。避免数据误差给用户带来不满。第三,现场维护和校验表计时,只须手持器连接到2芯线上就能直接读出表数。
  对于物业管理而言,表计的运行维护简单。一旦表计远抄不出数据,可判断该表断线或故障,如检查连线正常则判定直读装置故障。若远程抄表正常而数据变化缓慢或不变化,可怀疑是否表计量故障。以上故障判别简单,可由计算机辅助判别,帮助维护人员尽快查明故障。对于故障表计处理只需换表。更换下来的故障表计可以退回表计生产厂家,由厂家维修处理。
  由于直读式抄表系统与直读式表计的故障界限分明,不会出现相互推委的扯皮现象。对该系统的长期运行和维护提供了技术上的保障
 

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