遠程抄表監(jiān)控系統(tǒng)原理與應(yīng)用

        自動抄表(Automatic Meter Reading - AMR)系統(tǒng)是指利用傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自動讀取和處理城市居民用戶的水、電、氣表計數(shù)據(jù),并將該信息加以綜合處理的系統(tǒng) 。自動抄表技術(shù)準確而便捷,不但能提高管理部門的工作效率,而且還適應(yīng)現(xiàn)代用戶對用水、用電、用氣繳費的需求。

        隨著電子技術(shù)特別是通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人們開始用新的理念，新的方法來解決自動抄表問題，其主要方式有專線方式、公共信道方式、無線方式等等。 為住宅遠傳抄表的定義、功能、技術(shù)指標等有了明確的規(guī)定，遠程抄表系統(tǒng)極大的促進了住宅遠傳抄表系統(tǒng)產(chǎn)品的規(guī)范化。

        1 、 當前表端獲取數(shù)據(jù)方式

        人們知道，要將機械表轉(zhuǎn)換為數(shù)字表，都必需將機械轉(zhuǎn)動的角度(角位移)轉(zhuǎn)換為可計數(shù)的信號。

        最原始的轉(zhuǎn)換是利用機械觸點開關(guān)以形成脈沖。在上世紀八十年代，光電技術(shù)逐步普及，得到了廣泛應(yīng)用。在抄表系統(tǒng)初級階段，用得較多的是光電二極管和光敏三極管，包括可見光和紅外光，其應(yīng)用方式有穿透式和反射式。

        光電直讀是近幾年出現(xiàn)的讀取表端數(shù)據(jù)的模式之一。其基本原理是將字輪按角度編碼，通過光電讀出該字輪所處位置的數(shù)字。光電直讀最大的優(yōu)點是不必長期供電，只在讀取數(shù)據(jù)供電即可。但是，其結(jié)構(gòu)復雜，易受水、油、氣等污染，從而造成讀表數(shù)據(jù)不準確。表端最重要的問題是解決信號增量必須和機械轉(zhuǎn)動保持一一對應(yīng)關(guān)系，非?？煽?。

        正由于各個自動抄表系統(tǒng)生產(chǎn)商各自解決表端方案不完全相同，在市場上反應(yīng)的效果也自然相異。

        2 、信號傳輸產(chǎn)生的問題

        遠程抄表系統(tǒng)信號傳輸?shù)姆绞胶芏?，有線、無線。在每種方式中，它的拓撲構(gòu)架，它的通信協(xié)議等都直接影響到它的通信質(zhì)量。

        就當前技術(shù)發(fā)展水平，絕大多數(shù)遠程抄表系統(tǒng)采用了有線方式，或部分有線方式。有線方式初期建設(shè)投資大，工程難度大，但是通信質(zhì)量較好。但是由于近年高層建筑增多，高級住宅增多，布線工作面臨新的問題，除了工程難度以外，用戶滿意度就很難解決，特別是已住用戶，要在室內(nèi)打墻鑿孔，很難做到戶戶滿意。在住宅小區(qū)內(nèi)布線，也會影響小區(qū)的人文景觀，在一般情況下，小區(qū)物業(yè)管理和業(yè)主是不允許破土或空中架線的。

        無線傳輸通信近幾年發(fā)展較快，特別是433MHZ 頻段開放以后，很多制造商都把這一技術(shù)優(yōu)勢引入自動抄表系統(tǒng)中，有的企業(yè)甚至直接引進西方發(fā)達國家已作成數(shù)據(jù)采集傳輸一體化的成品模塊，但涉及到信號鏈接、組網(wǎng)等很多問題，使用起來并不理想，推廣很難進行下去。

        GPRS 技術(shù)是當前自動抄表系統(tǒng)中的熱點，它的優(yōu)勢是借用了中國移動通信現(xiàn)成的通信平臺，不需要用戶自己維護和管理。但是，GPRS 通信設(shè)備生產(chǎn)商很多，有的系統(tǒng)雖然選擇了GPRS，卻沒有選擇到一個性能優(yōu)良的GPRS，或?qū)PRS 參數(shù)設(shè)置沒有達到最佳狀態(tài)，使數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量不高，效率不高，直接影響到自動抄表系統(tǒng)的工作效率。

        3 、系統(tǒng)平臺進一步優(yōu)化

        中心控制軟件和工作平臺是自動抄表系統(tǒng)的核心部分，它決定了系統(tǒng)的平臺是否高效、可靠和應(yīng)用自如。

        十多年來，自動抄表系統(tǒng)經(jīng)過科研機構(gòu)和企業(yè)推動，工程技術(shù)人員的努力奮斗，取得了長足的進步，全新的自動抄表系統(tǒng)方案已經(jīng)成熟，并逐步在市場上得到推廣和應(yīng)用。

        第二章、燃氣遠程抄表系統(tǒng)的總體設(shè)計概要

        一、燃氣遠程抄表系統(tǒng)設(shè)計的總體準則

        在產(chǎn)品的設(shè)計時，必須重點考慮以下幾個方面。

        安全性：燃氣表大部分裝在室內(nèi)，由于基表(膜式煤氣表)制造原因或管道安裝出現(xiàn)紕漏，煤氣泄漏不可小視，要求抄表系統(tǒng)中的遠傳表采集器必須杜絕引發(fā)火星的可能性， 保證居民人身財產(chǎn)安全。

        準確性：數(shù)據(jù)采集過程，數(shù)據(jù)傳輸過程，必須保證數(shù)據(jù)的可靠性，在停電情況下，數(shù)據(jù)不能丟失。

        可靠性：從數(shù)據(jù)采集器到監(jiān)控中心，涉及多個環(huán)節(jié)，多種設(shè)施，每個運行設(shè)備、存儲設(shè)備必須要安全可靠。

        一次抄表成功率：抄表成功率是衡量抄表系統(tǒng)可靠性和效率的重要標志。

        環(huán)境適應(yīng)性：環(huán)境適應(yīng)性包括系統(tǒng)工作的氣候環(huán)境和抗干擾環(huán)境，在冬季與夏季溫差達60攝氏度環(huán)境下，在濕度 90% 環(huán)境下必須可靠工作，在電源干擾、外界射頻干擾、靜電干擾條件下能安全可靠地工作。

        系統(tǒng)自檢功能：抄表系統(tǒng)涉及面廣、量大、分散，系統(tǒng)必須有自動診斷功能、斷線報警功能，方便系統(tǒng)的修復。

        二、系統(tǒng)的工作原理

        遠程抄表監(jiān)控系統(tǒng)使用器遠傳燃氣表來實現(xiàn)用氣量的采集和計量。

        采集數(shù)據(jù)時，采集器通過RS485/MBUS 總線通過遠傳表內(nèi)的表頭采集器采集用氣數(shù)據(jù)，并處理和存儲，然后采集器通過無線數(shù)傳模塊把數(shù)據(jù)上傳至集中器。集中器的主要功能是收集每個采集器上傳的數(shù)據(jù)，處理后通過GPRS/CDMA 上傳至抄表系統(tǒng)監(jiān)控中心，在需要抄表的時候，由監(jiān)控中心的計算機發(fā)出采集命令，采集器收到命令后向所有的采集器轉(zhuǎn)發(fā)采集命令，表頭采集板收到采集命令后判斷是否是發(fā)給本終端的命令，如是則把表頭采集板上存儲的數(shù)據(jù)傳回監(jiān)控中心，從而實現(xiàn)遠程抄表。同時，監(jiān)控中心對所返回的數(shù)據(jù)進行分析，如是斷線報警等異常報警信息，則發(fā)出報警信號，如是抄表數(shù)據(jù)，則把數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析比較，判斷是否有用氣不正常等可疑用戶，如有則發(fā)出報警信息，從而完成監(jiān)控中心對用戶表數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控任務(wù)。

        三、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及主要功能

        1、系統(tǒng)組成

        燃氣遠程抄表監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要分為三層:

        第一 層 ：實現(xiàn)燃氣表數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng);

        第二 層 ：主要實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)通信功能的通信子系統(tǒng);

        第三 層 ：對燃氣數(shù)據(jù)和各層設(shè)備實施監(jiān)控管理的監(jiān)控管理中心。

        2、遠傳燃氣表

        通過對機械式燃氣表進行改裝，配備燃氣表頭采集器的方式。

        3、采集器

        每個采集器可通過RS-485/MBUS總線采集、存儲燃氣表的數(shù)據(jù)信息。同時檢測燃氣表是否異常，接收和轉(zhuǎn)發(fā)命令。

        4、集中器

        實時、定時采集并存儲下屬的采集器數(shù)據(jù);偵聽通信子系統(tǒng)的通信請求信號，與通信子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)命令。

        5、監(jiān)控管理中心軟件

        完成下發(fā)抄表、控制命令;完成實時、定時燃氣抄表任務(wù)，存儲 、管理燃氣數(shù)據(jù);實現(xiàn)自動收費、打印報表、圖表分析等功能;對各層狀態(tài)監(jiān)控，對異常事件進行處理。

        第三章 系統(tǒng)主要設(shè)備的原理與應(yīng)用

        一、集中器

        集中器主要由GPRS通訊單元、監(jiān)聽線程單元、數(shù)傳模塊單元和主控程序組成。其主要功能包括兩個方面，一是下發(fā)抄表監(jiān)控指令(抄表、監(jiān)控、校時等)，二是匯集各個采集器的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。

        集中器的工作原理

        在遠程抄表系統(tǒng)中，硬件的拓撲為樹型結(jié)構(gòu)。監(jiān)控中心為系統(tǒng)的根端，然后是集中器、采集器、遠傳燃氣表，遠傳燃氣表是這個樹型系統(tǒng)的末梢。監(jiān)控中心支持的集中器達到1018個，每個集中器支持的采集器為60個，每個采集器支持的遠傳表為256個。

        集中器的功能是接收監(jiān)控中心的命令，其中包括數(shù)據(jù)采集、校表、校時、開閥、關(guān)閥等等。集中器接收到命令以后，識別后將命令送到采集器，通過采集器下達到各自所屬的遠傳表，執(zhí)行結(jié)束之后，采集器將各表情況匯總后返回給集中器，集中器將收集的信息返回給監(jiān)控中心。

        由于集中器遠離監(jiān)控中心，與采集器也有數(shù)百米的距離。在具體工程上，集中器到監(jiān)控中心通訊之間，則采用 GPRS/CDMA 公共通信平臺，在集中器與多個采集器之間，采用了無線通訊一點對多點的原理和方法，采用開放的無線頻段數(shù)傳模塊。

        集中器每隔一定的時間，自動向各采集器發(fā)出抄表命令，把返回的數(shù)據(jù)預(yù)存到集中器的SDRAM存儲器中，當集中器收到監(jiān)控中心的抄表命令后，直接從SDRAM中取出數(shù)據(jù)，發(fā)往監(jiān)控中心，這樣可以大大縮短抄表時間及抄表成功率。

        二、采集器

        采集器的功能和集中器是相似的，它的上端是集中器，下端是與RS485/MBUS總線連接的，在總線上可以連接 256 個遠傳表。對于下端，可以看成是一個集線器。和集中器所不同的是，采集器的上端是數(shù)傳接口，通信的對方是集中器;采集器的下端是有線接口，按RS485/MBUS接口和協(xié)議與多個遠傳表通信。

        采集器在規(guī)定的時間內(nèi)，采用輪詢的方式，逐一向每個遠傳表發(fā)出命令，遠傳表收到屬于本表的命令，按命令屬性執(zhí)行抄表數(shù)據(jù)上報或執(zhí)行其它控制命令。采集器收到遠傳表返回的數(shù)據(jù)，按表的編號順序全部保存。當采集器收到集中器命令后，將輪詢結(jié)果的最新數(shù)據(jù)返回給集中器。 同時，采集器負責實時接收集中器轉(zhuǎn)發(fā)下來的監(jiān)控中心的命令，并及時發(fā)送到燃氣表頭采集器的執(zhí)行單元，如有斷線等異常情況，及時發(fā)送到集中器，由集中器轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心，從而可實現(xiàn)監(jiān)控中心對用戶表的實時監(jiān)控。

        三、 燃氣表頭采集器

        燃氣表頭采集器是遠傳燃氣表的一個關(guān)鍵部件，遠程抄表系統(tǒng)必須解決的問題，就是要保證前端表頭數(shù)據(jù)的準確性。

        燃氣表頭采集器內(nèi)具有傳感裝置，它的基本原理是在磁場陣列的作用下，使磁敏元件產(chǎn)生開關(guān)動作，從而將機械轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為脈沖信號。

        微處理器是表板的核心器件，對其它各部分都有控制作用。

        RS485/MBUS總線接口是表板與系統(tǒng)總線連接的門戶，進出數(shù)據(jù)的必經(jīng)之路，一旦損壞，表板就不能與采集器通信了。

        電機閥驅(qū)動接口作為一個執(zhí)行單元，在微處理器的指令下完成開閥或關(guān)閥的功能。

        計數(shù)脈沖轉(zhuǎn)換接口識別傳感器送來的脈沖信號，完成增量計數(shù)。在市電掉電時，由系統(tǒng)的自備電池供電，以保持計數(shù)的準確性。

        報警識別接口包括斷線報警、防磁報警，微處理器一旦認定是報警產(chǎn)生，要采取應(yīng)對措施，向系統(tǒng)報警，關(guān)閥，并刷新用戶個人檔案的不良記錄。

        四、抄表監(jiān)控中心組成

        監(jiān)控中心硬件部分包括計算機、服務(wù)器、GPRS、網(wǎng)絡(luò)接口。它們和通用的設(shè)備并無不同的地方，參考：遠程抄表系統(tǒng)配置。

        監(jiān)控中心軟件主要包括：抄表服務(wù)器軟件、監(jiān)控軟件及客戶端應(yīng)用管理軟件三部分，其功能在監(jiān)控管理中心軟件已作列舉，不再贅述。