远程抄表系统研究报告Word文档格式.docx
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自动抄表技术准确而便捷,不但能提高管理部门的工作效率,而且还适应现代用户对用水、用电、用气缴费的需求。
1.远程抄表的历史
我国自动抄表起步于十多年前的上世纪九十年代中期,主要方式为低压电力载波自动抄表系统和智能卡预付费系统。
只处在起步试用阶段,在使用不长的时间内,就发现存在很多的问题。
电力载波自动抄表系统,其基本原理是把燃气表的数据通过电力线传送,可节省布网资源,大大降低了建设成本。
但电力载波应用存在的致命问题是我国电网不同于欧美国家,电力传输环境较差。
我国家用电器种类繁多,质量参差不齐。
特别是一些感性负载的电器,甚至会引起电力线非常复杂的寄生的脉冲调制,这些干扰信号都叠加在电网上,造成数据传输效果很差,在某些用电高峰时段,还会造成信号通路堵死,完全失效。
因此,一次抄读成功率很低,可靠性不高。
要解决这一问题,就必须解决电力线上本身的电磁干扰和负载变化产生的干扰问题,或重新研制新的电力载波集成电路。
直到现在,研制新的电力载波集成电路困难重重,在目前我国电力使用环境在没有根本解决之前,电力载波自动抄表还受到很多瓶颈的制约。
智能卡预付费系统不是远程抄表系统,但是具有智能管理的功能。
目前有些小区采用了燃气智能卡预付费系统。
先付费后使用的方式,解决了上门抄表、帐款回收等问题,提高了小区安全性。
但后期的维运费用较高,物业管理部门需专人全天候办理汇卡充值业务。
对用户而言,先付后用,增加了麻烦,一旦燃气表内部出现故障或燃气表内资金用完而用户未及时充值,就会瞬间关闭燃气表阀门,给用户带来极大的不便;
对燃气公司而言,智能卡表的数据采集是非即时的采集方式,无法及时知道该小区的用气量和高低峰时段的变化,不便于及时监控、调度和管理。
2.当前远程抄表的状况
近几年,随着电子技术特别是通信技术的飞速发展,人们开始用新的理念,新的方法来解决自动抄表问题,而且把相对容易的电表放在首要地位。
其主要方式有专线方式、公共信道方式、无线方式等等。
应当说,就目前的技术水平,通信是不存在大问题的,问题最集中的是在表头数据采集部分。
1)当前表端获取数据方式
人们知道,要将机械表转换为数字表,都必需将机械转动的角度(角位移)转换为可计数的脉冲信号。
最原始的转换是利用机械触点开关以形成脉冲。
在上世纪八十年代,光电技术逐步普及,得到了广泛应用。
在抄表系统初级阶段,用得较多的是光电二极管和光敏三极管,包括可见光和红外光,其应用方式有穿透式和反射式。
这些应用在电表中还有其合理性,其一是因为电表受水、油、气污染较少,另一方面,电表本身有电,不在乎毫安级的功耗。
但是,对于燃气表来说,大部分处于厨房内,高温高潮及油污在所难免,工作环境要恶劣得多;
另一方面,在停电情况下燃器表也要持续工作,耗电多,依靠后备电源就不具备优势了。
光电直读是近几年出现的读取表端数据的模式之一。
其基本原理是将字轮按角度编码,通过光电读出该字轮所处位置的数字。
光电直读最大的优点是不必长期供电,只在读取数据供电即可。
但是,其结构复杂,易受水、油、气等污染,从而造成读表数据不准确。
目前市场上用得较多的是脉冲计数表,脉冲产生的方式不同,使其达到的效果也不同。
比如韦根传感器、霍尔传感器、干簧管磁敏传感器等,它们共同的优点是完全密封,水、油、气污染对它们不再构成威胁。
但由于是利用了磁性原理,需要采取防磁屏蔽处理,此外,韦根传感器和霍尔传感器耗电较高,均在毫安级量纲条件下工作。
干簧管磁敏传感器工作电流小一些,但也接近1毫安左右,这对于一旦市电停电依靠后备电源供电的抄表系统来说是值得非常关注的。
可以看到,表端最重要的问题是解决形成的脉冲必须和机械转动保持一一对应关系,非常可靠;
其二是保证在市电掉电的情况下,利用后备电源完成自动的切换。
正由于各个自动抄表系统生产商各自解决表端方案不完全相同,在市场上反应的效果也自然相异。
2)信号传输产生的问题
信号传输的方式很多,有线、无线。
在每种方式中,它的拓扑构架,它的通信协议等都直接影响到它的通信质量。
就当前技术发展水平,绝大多数远程抄表系统采用了有线方式,或部分有线方式。
有线方式初期建设投资大,工程难度大,但是通信质量较好。
但是由于近年高层建筑增多,高级住宅增多,布线工作面临新的问题,除了工程难度以外,用户满意度就很难解决,特别是已住用户,要在室内打墙凿孔,很难做到户户满意。
在住宅小区内布线,也会影响小区的人文景观,在一般情况下,小区物业管理和业主是不允许破土或空中架线的。
无线传输通信近几年发展较快,特别是433MHZ频段开放以后,很多制造商都把这一技术优势引入自动抄表系统中,有的企业甚至直接引进西方发达国家已作成数据采集传输一体化的成品模块,但涉及到信号链接、组网等很多问题,使用起来并不理想,推广很难进行下去。
GPRS技术是当前自动抄表系统中的热点,它的优势是借用了中国移动通信现成的通信平台,不需要用户自己维护和管理。
但是,GPRS通信设备生产商很多,有的系统虽然选择了GPRS,却没有选择到一个性能优良的GPRS,还有对GPRS参数设置没有达到最佳状态,使数据传输质量不高,效率不高,直接影响到自动抄表系统的工作效率。
3)系统平台需要进一步优化
中心控制软件和工作平台是自动抄表系统的核心部分,它决定了系统的平台是否高效、可靠和应用自如。
在早期的操作平台中,操作繁琐,人机难于沟通,数据流量低,处理速度慢。
特别是抗病毒、抗攻击能力差,一旦受到影响,往往造成数据错误、数据丢失等严重问题。
到目前为止,还有一些抄表系统工作效率低下,抄收较少用户却花费大量的时间。
从表端到通信,再到监控中心,还有一些自动抄表系统并没有真正地完全解决这一问题。
4)结论:
十多年来,自动抄表系统经过科研机构和企业推动,工程技术人员的努力奋斗,取得了长足的进步,已开始获得市场的响应和用户的信任。
但是,由于自动抄表系统包括表端数据采集、通信、监控中心系统控制软件三大部分和多个环节,总有这样或那样的问题仍未得到很好的解决,其应用成果也不尽人意。
可喜的是,随着时间的推移,技术的进步,企业和工程技术人员再接再厉,全新的自动抄表系统方案已经成熟,并逐步在市场上得到推广和应用。
三、项目的研究内容
1、项目研究的主要内容
项目研究的目标是:
利用现代成熟的通信技术、嵌入式处理器及超大规模集成电路等的硬件和软件设计,研制安全、可靠、实用的燃气远程抄表系统。
其主要功能包括:
实时采集各用户的用气量,与收费系统连接。
实现远程监控功能,掌握气量变化情况,实现系统故障自动诊断与报警功能。
留有应用接口,保持与其他应用软件的兼容性,具有升级和推广扩展功能。
本系统着重对纳安级燃气表头采集器技术的应用技术做进一步的研究和推广。
项目主要从以下几个方面进行研究:
1)、分析以前自动抄表的优点和缺点,确定本系统总体设计原则,给出系统的总体方案,系统的结构框图。
2)、通过数据采集子系统(主要包括集中器、采集终端和采集器)的功能分析,得出设计方案。
3)、对监控中心通信平台的选择,对开发环境软件平台的确定,对大批量突发性数据处理的可靠性和安全性。
四、发展趋势
抄表系统要达到可靠、准确运行的要求,必须解决其计量的准确性和可靠性的问题,而要真正解决准确性及可靠性问题,就必须保证表端源头,使源头在微功耗的情况下,产生的脉冲可靠,计数准确无误。
四川恒芯公司研制的纳安级燃气表头采集器远传表,是在传统的表具内加装纳安级表头采集模块,其可行性和适用性都是原普通脉冲表和直读表不可比拟的。
纳安级燃气表头采集器远传表所组成的抄表系统,将代表了今后抄表系统发展的一个方向。
五、结论
1、社会的发展和人民生活水平的提高,燃气管理部门和居民都希望用现代技术的抄表系统代替传统的落后的抄表方式。
2、过去的远程抄表系统在推广过程中并不理想,是由于受技术条件的限制,使表头信号采集和数据传输都存在缺陷。
现代技术和国家政策为燃气远程抄表系统提供了广阔的环境。
3、重新架构通信平台,是远程抄表系统的必经之路。
4、采用纳安级燃气表头采集器组成的远程抄表系统是当前天然气行业的发展趋势,因为它着眼于解决最大限度地降低功耗,在近乎零功耗的条件下保证数据准确、可靠,使该系统能满足天然气行业的应用需求。
第二章项目的总体概述
一、燃气远程抄表系统设计的总体准则
关于燃气远程抄表系统设计的基本原则是国家建设部2004年12月1日开始实施的JG/T162-2004《住宅远传抄表系统数据专线传输》行业标准。
在产品的设计时,必须重点考虑以下几个方面。
燃气抄表和其它自动化系统有相似之处,就是最大程度的自动化、智能化。
但是,由于燃气的特殊性,它具有易燃易爆、不易监测而又与居民密切相关,所以,燃气抄表系统的设计还应遵守以下一些准则:
安全性:
燃气表大部分装在室内,由于基表(膜式煤气表)制造原因或管道安装出现纰漏,煤气泄漏不可小视,要求抄表系统中的远传表采集器必须杜绝引发火星的可能性,保证居民人身财产安全。
准确性:
数据采集过程,数据传输过程,必须保证数据的可靠性,在停电情况下,数据不能丢失。
可靠性:
从数据采集器到监控中心,涉及多个环节,多种设施,每个运行设备、存储设备必须要安全可靠。
一次抄表成功率:
抄表成功率是衡量抄表系统可靠性和效率的重要标志。
环境适应性:
环境适应性包括系统工作的气候环境和抗干扰环境,在冬季与夏季温差达60摄氏度环境下,在湿度90%环境下必须可靠工作,在电源干扰、外界射频干扰、静电干扰条件下能安全可靠地工作。
系统自检功能:
抄表系统涉及面广、量大、分散,系统必须有自动诊断功能、断线报警功能,方便系统的修复。
二、项目的特色
四川恒芯科技有限公司研究的“SCHX远程抄表监控系统”,是国内首家同时利用UNIX和INTERNET为运行平台,基于GPRS/CDMA无线分组组网技术及纳安级燃气表头采集器构建的实施远程抄表和管理的系统,系统构建完成之后,将弥补传统抄表方式的不足,实时控制抄表过程,为天燃气公司调度、规划、建模提供数据,为用户用气情况(高峰、时差等)分析、取样、用气量曲线图的绘制创造条件;
实现从传统技术向高科技领域的转变。
天然气公司的管理人员只需要一台能上网的计算机,在INTERNER/GPRS/CDMA能覆盖的任何地方,任何时候都能实时查看到用户的用气情况。
为天然气行业的国际化、集团化、高效化管理打下了基础。
本项目特色如下:
1、融合多种通讯模式系统融合GPRS、CDMA、数传通信、485总线多种通信传输模式。
2、纳安级燃气表头采集器技术公司先后对以色列、日本、美国、法国等国内外远程表进行过研究,对光电直读式、触点直读式、摄像直读式、计数直读式远传表与磁敏效应脉冲式(干簧管、霍尔、韦根)远传表进行过深入的研究和比较试验,我公司自主研发的纳安级燃气表头采集器是目前唯一能保证在超低微功耗的条件下,仍能保证采集准确、数据可靠、性能稳定、长期存储、随时传输的表头采集器。
它具有高稳定性、高可靠性、零功耗的特点。
3、安全性能突出硬件是系统的躯体,软件是系统的灵魂,软件的安全是本系统的一大优势,物理上:
监控中心本身带IPFW防火墙,防止非法链接;
远程访问均采用SSH加密。
软件上:
运行平台使用的是在民航、交通、金融、军事等高安全性行业或领域广泛采用的UNIX操作系统,控制中心服务器软件完全在UNIX平台下开发实现。
4、网络可靠性高采用中国移动GPRS或者中国联通CDMA网络,首先网络支持较大的冗余设备及信道;
其次设备复用;
再次,一旦基站在特殊情况下损坏,抢修非常及时。
覆盖地域广,GPRS网络在城区复盖率为100%,可靠性高。
5、手持智能抄表仪为了方便管理人员调试、检测和维护抄表监控系统。
公司自主研制了自主知识产权的手持智能抄表仪。
它体积小、使用方便、随身携带。
通过手持智能监控仪可以很便捷的实现运行情况的抄表、检测、调试和控制。
5、同时基于INTERNET和UNIX平台构建本系统充分利用INTERNET的优点,通过GPRS/CDMA通讯模块连入INTERNET网络,用户可以在任何一个地方接入INTERNET网就可以实时监测。
6、通用性构建本系统具有很好的通用性,一方面适合这个燃气行业的需要(适合不同的燃气公司),同时系统兼容各种气表,适合各种结构及厂家的气表,而不需要做结构上的调整。
7、设立异地远程维护响应中心 本中心可以通过客户远程授权的方式实现在异地远程维护响应中心对系统进行“零距离”的售后服务,及时解决抄表工程中遇到的系统故障和了解系统运行状况。
三、项目的工作原理
《SCHX远程抄表监控系统》使用纳安级燃气表头采集器远传表来实现用气量的采集和计量。
采集数据时,采集终端通过RS485总线通讯收集纳安级燃气表头采集器远传表采集用气及状态数据,并处理和存储,然后采集终端通过无线数传模块把数据上传至集中器。
(这里的数据分为上传和下发两种)。
集中器的主要功能是收集每个采集终端上传的数据,处理后通过GPRS/CDMA上传至抄表系统监控中心,在需要抄表的时候,由监控中心的计算机发出采集命令,采集终端收到命令后向所有的采集器转发采集命令,表头采集板收到采集命令后判断是否是发给本终端的命
令,如是则把表头采集板上存储的数据传回监控中心,从而实现远程抄表。
同时,监控中心对所返回的数据进行分析,如是断线报警等异常报警信息,则发出报警信号,如是抄表数据,则把数据存储到数据库中,通过对历史数据的分析比较,判断是否有用气不正常等可疑用户,如有则发出报警信息,从而完成监控中心对用户表数据的采集和监控任务。
实现原理见图2-1和图2-2:
图2-1数据采集(下发数据)原理图
图2-2返回数据(上传数据)原理图
四、系统组成结构及主要功能
1、系统组成
SCHX燃气远程抄表监控系统的总体结构主要分为三层:
第一层:
实现燃气表数据采集的数据采集子系统;
第二层:
主要实现复杂的远程数据通信功能的通信子系统;
第三层:
对燃气数据和各层设备实施监控管理的监控管理中心。
其中,第一层的数据采集子系统包括燃气表、采集器、集中器等;
第二层的通信子系统主要包括GPRS、无线数传模块等;
第三层的监控管理中心主要是指燃气管理部门安装了监控管理软件的计算机。
SCHX远程抄表监控系统结构见图2-3所示:
图2-3系统结构图
数据采集子系统中的采集器通过对燃气表内的纳安级燃气表头采集器输出数字信号实现数据采集。
集中器通过无线数据传输模块对小区内所有采集终端的数据进行预处理,再传输到通信子系统。
采集器与采集终端之间采用RS-485总线模式通讯,集中器与采集终端之间均采用无线数据传输模块作为数据传输链路。
通信子系统与监控管理中心计算机之间可通过GPRS或CDMA联网连接,传输数据和信息。
系统重要组成部分功能及其技术参数概述如下:
(1)燃气表:
通过对机械式燃气表进行改装,配备纳安级燃气表头采
集器的方式。
燃气表需有厂商的计量合格证明,且内置的纳安级燃气表头采集器对燃气表精度和性能需无影响,充分考虑磁场干扰的屏蔽和信号线的防护。
燃气表属流量型计量器,纳安级燃气表头采集器因燃气表内齿轮转动产生电脉冲作为信号,供采集器对燃气表进行数据采集。
(2)采集终端:
每个采集终端可采集、存储60个燃气表的数据信息,通过RS-485总线将数据传输到采集终端。
采集器的主要任务为检测燃气表是否异常;
实时采集气表读数处理、储存数据;
侦听通信信号,接收、执行命令;
现场和远程设置基表的功能。
(3)集中器:
实时、定时采集并存储下属的采集器数据;
侦听通信子系统的通信请求信号,与通信子系统进行数据传输,执行命令。
(4)监控管理中心软件:
完成下发抄表、控制命令;
完成实时、定时燃气抄表任务,存储、管理燃气数据;
实现自动收费、打印报表、图表分析等功能;
对各层状态监控,对异常事件进行处理。
2、主要功能
《SCHX恒芯远程抄表监控系统》是针对于燃气行业一体化、智能化、完全产品化的远程企业级集中抄表系统。
该系统采用公司独立研发的无线组网技术、GPRS应用技术、嵌入式技术,智能控制技术和节能技术解决了远程抄表系统中的低功耗和长距离、跨区域、大量突发数据处理等难题。
主要实现以下的功能:
●用户管理:
主要有增加、删除、修改操作员的名称、部门、备注等信息。
●权限设置:
为操作员分配使用权限。
●修改密码:
每个操作员登录后可以修改自己的密码。
●站点管理:
对集中器(站点)进行管理,可以增加、修改、删除集中器的手机卡号、安装地点、模块编号等信息。
●采集器/远传表管理:
主要是对集中器下面的采集器进行管理,可以增加、修改、删除采集器的采集器编号、所在楼栋和集中器地址等信息。
可以对采集器下面的远传表进行管理,增加、修改、删除远传表的表头编号、远传表编号、户名、地址、控制阀等信息。
●集中器校时:
主要是对集中器进行远程校时操作,以达到各集中器的时间与控制中心一致。
●开关阀管理:
主要是对有控制阀的远传表进行开阀或关阀操作。
●立即抄表:
主要是对选择的采集器进行抄表操作,系统实时显示抄表进度和任务成功率。
●远程校表:
主要是对远传表的读数进行校验操作。
●数据上传:
主要是将抄表数据上传到收费管理系统中,作为当月的抄表读数。
●定时抄表:
主要是按周、天定时自动抄表。
●自动报警:
主要是启用或禁用自动报警功能。
●通信状态查询:
主要是查询各集中器的通信状态。
●报警信息查询:
主要是查询报警信息情况。
●控制板日志查询:
主要是对各采集器的运行记录进行查询。
●操作员日志查询:
主要是对操作员的操作日志进行查询。
●抄表数据查询:
主要是对抄表数据的查询,可以打印或导出抄表数据。
●地理位置查询:
主要是在地图上对各集中器的地理位置的查询和运行状态的显示。
●抄表数据分析:
可以对抄表数据进行图形化的分析和统计。
五、系统流程图
1、数据获取(采集)
系统严格按照国家、部委和行业要求设计。
为了满足大容量、大数据、大范围的突发数据处理和传输,系统同时支持户内采集、户外多点汇集、分散集中处理存储、多点汇集、分时传输的设计理念。
同时,采集和集中的数据可以进行缓冲存储,做到了多点用户数据的快速采集、大量数据的分类存储和分片(分区域)集中汇集。
采集部分数据流见图2-4所示
图2-4采集部分流程图
2、数据传输
数据传输部分主要包括两个部分,其一是将多点采集的数据和汇集到集中器并存储的数据发送到数据中心(数据上传),其二是接收来自数据中心的指令,决定集中器和采集器如何工作(数据下传)。
而且,系统采用有线和无线相结合的方式。
实现了大范围、多点位、大量突发性数据的传输处理,双向控制数据的输和处理。
成功解决了远程抄表通信传输的瓶颈。
数据传输部分数据流图如下:
图2-5通信传输部分流程图
3、数据处理
数据处理主要包括主动数据处理和被动数据处理两部分。
主动数据处理是指客户端程序向采集服务器主动发送控制指令(抄表、校表、开关阀等指令)后,进入数据接收处理状态。
完成各种控制功能(抄表、校表、开关阀等)。
同时客户端软件对返回的数据进行分析,完成报表、统计、归档、查询等,并能够进行智能分析,发现异常数据,进行相关比对后,形成决策信息。
被动数据处理是指采集服务器捕获硬件系统状态信息(表头断线、GPRS网络通,信故障等),同时将信息以短消息的形式发送到指定的手机,达到实时监控的目的。
图2-6数据处理流程图
六、项目的主要特征
本项目具有以下主要特征:
1、技术(性能)特征
1)、抄表成功率:
●一次抄表成功率:
≥99%
●二次抄表成功率:
100%。
2)、抄表准确率:
100%;
3)、抄表效率:
抄表效率高,10万用户只需要10分钟即可完成全部抄表过程。
4)、可靠性:
●系统平均无故障时间:
MTBF≥10000h
●设备故障后的平均维修时间MTTR≤0.5小时
●掉电保存时钟10年,数据>
10年
●电源采用UPS保护电源,掉电72小时内不影响正常抄表
5)、系统容量:
单套系统最大容量可达1832400个,可以满足大型燃气公司的需要。
●系统支持的集中器最大容量1018个。
●每个集中器支持的采集终端容量可达30户。
●每个采集终端可支持的远程表容量可达60个
6)、通信方式:
●通信模块:
GPRS(内含MC35I)
●数据传输速率:
2400-9600BPS
●命令执行时间:
≤10秒
●一次信号接通率(100次计):
≥99%
●二次信号接通率:
100%
7)、时间精度:
●校时方案:
监控中心、当地、GSM、GPRS
●定时精度:
±
60秒
●走时精度:
- 配套讲稿:
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