遠(yuǎn)程抄表監(jiān)控系統(tǒng)原理與應(yīng)用

        自動(dòng)抄表(Automatic Meter Reading - AMR)系統(tǒng)是指利用傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自動(dòng)讀取和處理城市居民用戶的水、電、氣表計(jì)數(shù)據(jù),并將該信息加以綜合處理的系統(tǒng) 。自動(dòng)抄表技術(shù)準(zhǔn)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(duì)用水、用電、用氣繳費(fèi)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(kāi)始用新的理念，新的方法來(lái)解決自動(dòng)抄表問(wèn)題，其主要方式有專線方式、公共信道方式、無(wú)線方式等等。 為住宅遠(yuǎn)傳抄表的定義、功能、技術(shù)指標(biāo)等有了明確的規(guī)定，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)極大的促進(jìn)了住宅遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)產(chǎn)品的規(guī)范化。

        1 、 當(dāng)前表端獲取數(shù)據(jù)方式

        人們知道，要將機(jī)械表轉(zhuǎn)換為數(shù)字表，都必需將機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的角度(角位移)轉(zhuǎn)換為可計(jì)數(shù)的信號(hào)。

        最原始的轉(zhuǎn)換是利用機(jī)械觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)以形成脈沖。在上世紀(jì)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(jí)階段，用得較多的是光電二極管和光敏三極管，包括可見(jiàn)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(guò)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(diǎn)是不必長(zhǎng)期供電，只在讀取數(shù)據(jù)供電即可。但是，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易受水、油、氣等污染，從而造成讀表數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。表端最重要的問(wèn)題是解決信號(hào)增量必須和機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)保持一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，非常可靠。

        正由于各個(gè)自動(dòng)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(chǎng)上反應(yīng)的效果也自然相異。

        2 、信號(hào)傳輸產(chǎn)生的問(wèn)題

        遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)姆绞胶芏?，有線、無(wú)線。在每種方式中，它的拓?fù)錁?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(dāng)前技術(shù)發(fā)展水平，絕大多數(shù)遠(yuǎn)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(jí)住宅增多，布線工作面臨新的問(wèn)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(huì)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(wú)線傳輸通信近幾年發(fā)展較快，特別是433MHZ 頻段開(kāi)放以后，很多制造商都把這一技術(shù)優(yōu)勢(shì)引入自動(dòng)抄表系統(tǒng)中，有的企業(yè)甚至直接引進(jìn)西方發(fā)達(dá)國(guó)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(hào)鏈接、組網(wǎng)等很多問(wèn)題，使用起來(lái)并不理想，推廣很難進(jìn)行下去。

        GPRS 技術(shù)是當(dāng)前自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的熱點(diǎn)，它的優(yōu)勢(shì)是借用了中國(guó)移動(dòng)通信現(xiàn)成的通信平臺(tái)，不需要用戶自己維護(hù)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(méi)有選擇到一個(gè)性能優(yōu)良的GPRS，或?qū)PRS 參數(shù)設(shè)置沒(méi)有達(dá)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(dòng)抄表系統(tǒng)的工作效率。

        3 、系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)一步優(yōu)化

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

        十多年來(lái)，自動(dòng)抄表系統(tǒng)經(jīng)過(guò)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)推動(dòng)，工程技術(shù)人員的努力奮斗，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，全新的自動(dòng)抄表系統(tǒng)方案已經(jīng)成熟，并逐步在市場(chǎng)上得到推廣和應(yīng)用。

        第二章、燃?xì)膺h(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)概要

        一、燃?xì)膺h(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體準(zhǔn)則

        在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)，必須重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面。

        安全性：燃?xì)獗泶蟛糠盅b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(yuǎn)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(cái)產(chǎn)安全。

        準(zhǔn)確性：數(shù)據(jù)采集過(guò)程，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)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(gè)環(huán)節(jié)，多種設(shè)施，每個(gè)運(yùn)行設(shè)備、存儲(chǔ)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(biāo)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(dá)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(dòng)診斷功能、斷線報(bào)警功能，方便系統(tǒng)的修復(fù)。

        二、系統(tǒng)的工作原理

        遠(yuǎn)程抄表監(jiān)控系統(tǒng)使用器遠(yuǎn)傳燃?xì)獗韥?lái)實(shí)現(xiàn)用氣量的采集和計(jì)量。

        采集數(shù)據(jù)時(shí)，采集器通過(guò)RS485/MBUS 總線通過(guò)遠(yuǎn)傳表內(nèi)的表頭采集器采集用氣數(shù)據(jù)，并處理和存儲(chǔ)，然后采集器通過(guò)無(wú)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(gè)采集器上傳的數(shù)據(jù)，處理后通過(guò)GPRS/CDMA 上傳至抄表系統(tǒng)監(jiān)控中心，在需要抄表的時(shí)候，由監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)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(chǔ)的數(shù)據(jù)傳回監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表。同時(shí)，監(jiān)控中心對(duì)所返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如是斷線報(bào)警等異常報(bào)警信息，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，如是抄表數(shù)據(jù)，則把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)對(duì)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(bào)警信息，從而完成監(jiān)控中心對(duì)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?xì)膺h(yuǎn)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(shí)現(xiàn)燃?xì)獗頂?shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng);

        第二 層 ：主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信功能的通信子系統(tǒng);

        第三 層 ：對(duì)燃?xì)鈹?shù)據(jù)和各層設(shè)備實(shí)施監(jiān)控管理的監(jiān)控管理中心。

        2、遠(yuǎn)傳燃?xì)獗?/strong>

        通過(guò)對(duì)機(jī)械式燃?xì)獗磉M(jìn)行改裝，配備燃?xì)獗眍^采集器的方式。

        3、采集器

        每個(gè)采集器可通過(guò)RS-485/MBUS總線采集、存儲(chǔ)燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)信息。同時(shí)檢測(cè)燃?xì)獗硎欠癞惓?，接收和轉(zhuǎn)發(fā)命令。

        4、集中器

        實(shí)時(shí)、定時(shí)采集并存儲(chǔ)下屬的采集器數(shù)據(jù);偵聽(tīng)通信子系統(tǒng)的通信請(qǐng)求信號(hào)，與通信子系統(tǒng)進(jìn)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(shí)時(shí)、定時(shí)燃?xì)獬砣蝿?wù)，存儲(chǔ) 、管理燃?xì)鈹?shù)據(jù);實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收費(fèi)、打印報(bào)表、圖表分析等功能;對(duì)各層狀態(tài)監(jiān)控，對(duì)異常事件進(jìn)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(tīng)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(gè)方面，一是下發(fā)抄表監(jiān)控指令(抄表、監(jiān)控、校時(shí)等)，二是匯集各個(gè)采集器的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。

        集中器的工作原理

        在遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中，硬件的拓?fù)錇闃?shù)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(yuǎn)傳燃?xì)獗?，遠(yuǎn)傳燃?xì)獗硎沁@個(gè)樹(shù)型系統(tǒng)的末梢。監(jiān)控中心支持的集中器達(dá)到1018個(gè)，每個(gè)集中器支持的采集器為60個(gè)，每個(gè)采集器支持的遠(yuǎn)傳表為256個(gè)。

        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(shí)、開(kāi)閥、關(guān)閥等等。集中器接收到命令以后，識(shí)別后將命令送到采集器，通過(guò)采集器下達(dá)到各自所屬的遠(yuǎn)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(yuǎn)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(tái)，在集中器與多個(gè)采集器之間，采用了無(wú)線通訊一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的原理和方法，采用開(kāi)放的無(wú)線頻段數(shù)傳模塊。

        集中器每隔一定的時(shí)間，自動(dòng)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(chǔ)器中，當(dāng)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(shí)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(gè)遠(yuǎn)傳表。對(duì)于下端，可以看成是一個(gè)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(duì)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(gè)遠(yuǎn)傳表通信。

        采集器在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，采用輪詢的方式，逐一向每個(gè)遠(yuǎn)傳表發(fā)出命令，遠(yuǎn)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(bào)或執(zhí)行其它控制命令。采集器收到遠(yuǎn)傳表返回的數(shù)據(jù)，按表的編號(hào)順序全部保存。當(dāng)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(shí)，采集器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)接收集中器轉(zhuǎn)發(fā)下來(lái)的監(jiān)控中心的命令，并及時(shí)發(fā)送到燃?xì)獗眍^采集器的執(zhí)行單元，如有斷線等異常情況，及時(shí)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(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對(duì)用戶表的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

        三、 燃?xì)獗眍^采集器

        燃?xì)獗眍^采集器是遠(yuǎn)傳燃?xì)獗淼囊粋€(gè)關(guān)鍵部件，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)必須解決的問(wèn)題，就是要保證前端表頭數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

        燃?xì)獗眍^采集器內(nèi)具有傳感裝置，它的基本原理是在磁場(chǎng)陣列的作用下，使磁敏元件產(chǎn)生開(kāi)關(guān)動(dòng)作，從而將機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)。

        微處理器是表板的核心器件，對(duì)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(jìn)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(jī)閥驅(qū)動(dòng)接口作為一個(gè)執(zhí)行單元，在微處理器的指令下完成開(kāi)閥或關(guān)閥的功能。

        計(jì)數(shù)脈沖轉(zhuǎn)換接口識(shí)別傳感器送來(lái)的脈沖信號(hào)，完成增量計(jì)數(shù)。在市電掉電時(shí)，由系統(tǒng)的自備電池供電，以保持計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。

        報(bào)警識(shí)別接口包括斷線報(bào)警、防磁報(bào)警，微處理器一旦認(rèn)定是報(bào)警產(chǎn)生，要采取應(yīng)對(duì)措施，向系統(tǒng)報(bào)警，關(guān)閥，并刷新用戶個(gè)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(jì)算機(jī)、服務(wù)器、GPRS、網(wǎng)絡(luò)接口。它們和通用的設(shè)備并無(wú)不同的地方，參考：遠(yuǎn)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。