智能小區(qū)自動(dòng)抄表系統(tǒng)研究

摘要:建立住宅抄表自動(dòng)化系統(tǒng)成為當(dāng)前住宅建筑技術(shù)，尤其是智能型建筑中不可缺少的重要組成部分，其具有十分重要的實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞:智能遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng);傳感器技術(shù);接口

中圖分類號(hào):TP801文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-3044(2009)33-9119-02

Automatic Meter Reading System for Intelligent Community

BAO Yi-ming

(Huainan Mining Group Information on Branch， Huainan 232082，China)

Abstract: The establishment of automated meter reading system for residential become residential construction technology， especially the intelligent building an indispensable and important component of its great practical significance.

Key words: Intelligent remote meter reading system; Sensor Technology;Interface

1 自動(dòng)抄表系統(tǒng)概述

近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步和人們對(duì)信息化要求的提高，建設(shè)部陸續(xù)頒布了《全國(guó)住宅小區(qū)智能化系統(tǒng)示范工程建設(shè)要點(diǎn)與技術(shù)導(dǎo)則》(試行稿)和《住宅遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等一些指導(dǎo)性文件，確立了信息及智能化小區(qū)工程建設(shè)的總體目標(biāo)，即:在先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)及IC卡技術(shù)基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)集成方法，逐步建立一個(gè)溝通小區(qū)內(nèi)部住戶與住戶、住戶與小區(qū)綜合服務(wù)中心，住戶與外部社會(huì)的多媒體綜合信息交互網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。為住戶提供一個(gè)安全、舒適、節(jié)能、高效的生活環(huán)境，實(shí)現(xiàn)以家庭智能化為主、可持續(xù)發(fā)展的，具有21世紀(jì)風(fēng)范的智能化小區(qū)。智能住宅將逐漸在全國(guó)范圍內(nèi)得到推廣。智能化居住區(qū)的主要功能應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在快捷、高效、安全和方便上，智能樓宇控制系統(tǒng)中的智能抄表系統(tǒng)是智能建筑優(yōu)點(diǎn)的充分體現(xiàn)。

而目前，我國(guó)城市居民住宅的水、電、氣等生活能耗計(jì)量收費(fèi)工作大多采用逐月或隔月入戶驗(yàn)表收費(fèi)的方式，不僅耗費(fèi)大量的人力，而且對(duì)居民生活也是一種干擾，有時(shí)還給不法分子入室犯罪以可乘之機(jī)。隨著改革的深入，住宅商品化的發(fā)展，住宅單元個(gè)性化和獨(dú)立性的增強(qiáng)，這種耗能計(jì)量收費(fèi)方式愈來(lái)愈顯得與社會(huì)發(fā)展不相適應(yīng)。另一方面，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們物質(zhì)文化生活水平的提高，住宅中的家用電器數(shù)量、種類、容量日益增加，相應(yīng)的水、電、氣等生活能耗量也將顯著提高。同時(shí)國(guó)家建設(shè)部在居民住宅相關(guān)技術(shù)規(guī)定中已明確要求必須將3表(水表、電表、燃?xì)獗?出戶。

鑒于上述情況，建立住宅抄表自動(dòng)化系統(tǒng)成為當(dāng)前住宅建筑技術(shù)，尤其是智能型建筑中不可缺少的重要組成部分，其具有十分重要的實(shí)踐意義。

1.1 傳統(tǒng)自動(dòng)抄表系統(tǒng)

目前，新建住宅小區(qū)有的采用了智能卡讀表收費(fèi)系統(tǒng)，它避免了上門抄表，提高了小區(qū)安全性。智能卡表采用先付費(fèi)再使用的方式，對(duì)供水、供電、供氣公司而言，解決了上門抄表、帳款回收兩大難題;對(duì)用戶而言，它改變了目前用了再算的消費(fèi)觀念，起到節(jié)約的積極作用。操作時(shí)，用戶先將充值卡去小區(qū)物業(yè)管理處交款，然后再將買水、電、氣的儲(chǔ)款分別輸入智能卡表即可使用。待表內(nèi)用量接近用完時(shí)，表具有提示功能，但在后期的維護(hù)、折舊、服務(wù)和運(yùn)行費(fèi)用較高，物業(yè)管理部門要有專人全天候辦理充值業(yè)務(wù);對(duì)用戶而言，先付后用、充值至表內(nèi)時(shí)，需要自己操作，增加了麻煩。一旦智能卡表內(nèi)部出現(xiàn)故障或者表內(nèi)資金用完而用戶未注意提示并及時(shí)充值，就會(huì)關(guān)閉表具總閥門，給用戶帶來(lái)極大的不便;對(duì)供水、供電、供氣公司而言，智能卡表的數(shù)據(jù)采集是非即時(shí)的采集方式，無(wú)法及時(shí)知道該小區(qū)每天的使用量和高低峰時(shí)段的變化，不便于及時(shí)監(jiān)控、調(diào)度和管理。

而現(xiàn)有的電力載波自動(dòng)抄表系統(tǒng)，其基本原理是把水、電、氣表的數(shù)據(jù)通過(guò)采集終端設(shè)備將數(shù)據(jù)調(diào)制后，通過(guò)電力線傳送，在接收端解調(diào)還原成數(shù)據(jù)信號(hào)，在同一臺(tái)配電變壓供電范圍內(nèi)對(duì)用戶統(tǒng)一編址，并由采集器巡回讀取。電力載波方式的特點(diǎn)是利用電力線傳輸，節(jié)省資源。但在電力載波的實(shí)際應(yīng)用中，我國(guó)的電網(wǎng)在傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中沒(méi)有專用濾波系統(tǒng)，經(jīng)常受無(wú)線電信號(hào)、電磁信號(hào)和脈沖信號(hào)的干擾，導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)錯(cuò)碼、丟碼，在家用電器啟動(dòng)的瞬間會(huì)產(chǎn)生極大的電壓，產(chǎn)生許多脈沖信號(hào)，這些干擾信號(hào)都疊加在電網(wǎng)上，造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e(cuò)，一次抄讀成功率較低(特別在人們用電活動(dòng)頻繁的時(shí)段)，可靠性差。要解決我國(guó)電網(wǎng)的純凈度，就必須解決電力線上的電磁干擾和負(fù)載變化產(chǎn)生的干擾問(wèn)題。

另外還有一些其它的自動(dòng)抄表方式，但是都由于一些技術(shù)原因和一些實(shí)際原因(如價(jià)位)，并沒(méi)有發(fā)揮出其應(yīng)有的效果和效益。

1.2 智能遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)

智能遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)基本解決了人工抄表和一般自動(dòng)抄表系統(tǒng)的難題，不但能夠?qū)崿F(xiàn)水、電、氣表的遠(yuǎn)程查抄、計(jì)量和收費(fèi)等功能，還具有通斷控制功能(控制中心需取得通斷控制的合法權(quán)限)，同時(shí)在系統(tǒng)中增加了各種防護(hù)措施，包括防斷線、防強(qiáng)磁干擾、防開(kāi)啟等，能夠自動(dòng)檢測(cè)斷線、強(qiáng)磁干擾、非法檢修等狀態(tài)，并由管理中心計(jì)算機(jī)顯示。此外智能采集器預(yù)留多個(gè)數(shù)字采集端口，可采集住戶的若干報(bào)警信息并通過(guò)軟件處理報(bào)警信息，為其他系統(tǒng)的集成進(jìn)入(如安全防護(hù)系統(tǒng))留有接口。

智能遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的優(yōu)越性在于:只要有用水、電、氣的地方，就需要計(jì)費(fèi)結(jié)算，通過(guò)集中計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，可以在不必進(jìn)入住戶住宅的情況下實(shí)現(xiàn)完整、合理的分?jǐn)偱c結(jié)算，并降低抄取數(shù)據(jù)的費(fèi)用;由于從讀數(shù)設(shè)備到帳單打印全部采用嚴(yán)密的電子數(shù)據(jù)傳輸，避免了人為讀數(shù)錯(cuò)誤，增強(qiáng)用戶對(duì)計(jì)費(fèi)計(jì)算的信任度，避免了煩瑣的走訪式抄表，減少了對(duì)用戶的干擾。

1.3 抄表系統(tǒng)方案及其特點(diǎn)

我國(guó)水、電、氣表的計(jì)量方式都是一戶一表制，這就決定了抄表系統(tǒng)具有如下兩個(gè)特點(diǎn):其一，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)多，數(shù)據(jù)量大;其二，系統(tǒng)是一個(gè)覆蓋面很廣的通信網(wǎng)絡(luò)(采集點(diǎn)具有分散性)。

目前的智能遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的通信信道主要包括:供水、供電、供氣管理中心與集中器的通信信道;集中器與采集器的通信信道。

根據(jù)兩個(gè)通信信道的不同特點(diǎn)，幾乎所有智能遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都采用分布式體系結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)分上下兩層:上層(管理中心計(jì)算機(jī)與集中器之間)數(shù)據(jù)的采集采用星型結(jié)構(gòu):底層(集中器與采集器之間)數(shù)據(jù)的采集采用總線型結(jié)構(gòu)。如圖1所示。

2 智能抄表系統(tǒng)的方式和基本原理

2.1 預(yù)付費(fèi)表具(如投幣表、磁卡表、IC卡表等)自動(dòng)計(jì)量計(jì)費(fèi)

該系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成:卡或“幣”、管理系統(tǒng)和用戶的控制單元。系統(tǒng)的工作過(guò)程是:首先，在水、電、燃?xì)馊笈涮坠镜墓芾碇行慕⒂脩魴n案，用戶在有關(guān)配套公司的管理中心預(yù)付并購(gòu)卡或“幣”。用戶回家后，將卡或“幣”插入(或投入)表具控制單元，控制單元將卡或“幣”的數(shù)據(jù)讀入，并判斷其合法性。正常時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)閥門或電氣開(kāi)關(guān)，允許用戶用氣、用水或用電。當(dāng)卡內(nèi)貯值余量不足時(shí)，能提示用戶再次交費(fèi)。余量用完后，自動(dòng)關(guān)閉閥門，需重插入有效卡(或“幣”)后才能恢復(fù)使用。

采用預(yù)付費(fèi)表具對(duì)水、電、燃?xì)馊笈涮讋?dòng)司的貨幣回籠(即收費(fèi))來(lái)講，經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性是顯而易見(jiàn)的。該系統(tǒng)雖然尚存在容易產(chǎn)生報(bào)警、易被解密與受攻擊、難以適應(yīng)價(jià)格變動(dòng)以及進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理等問(wèn)題，但在有關(guān)部門的支持下，IC卡表具制造廠商對(duì)產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，功能與性能得到了提高，已有一些小區(qū)采用了IC卡表具。

2.2 就地集中抄表(如車載無(wú)線電、紅外線等)

該系統(tǒng)基本工作原理是:在車載無(wú)線電或紅外線手抄機(jī)到達(dá)用戶附近，采用無(wú)線電或紅外線通信的方式將其表具數(shù)據(jù)抄錄下來(lái)。這種方式曾在20世紀(jì)90年代初作過(guò)實(shí)驗(yàn)，但效果不佳，而且每戶的表具改造成本過(guò)高，因此未能推廣使用。

2.3 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)

2.3.1 簡(jiǎn)要工作原理

水、電、燃?xì)馊矶祭秒娮踊騻鞲屑夹g(shù)，改造成發(fā)出與走表量成正比的脈沖信號(hào)數(shù)，并能保持原計(jì)量顯示部分。而數(shù)據(jù)采集終端只要采集各表具的脈沖數(shù)，即可記錄各表具的走表量。采集終端采集到的各種表具的量值后，進(jìn)行處理、儲(chǔ)存，通過(guò)無(wú)線有線、寬帶網(wǎng)絡(luò)或電力線載波與集中器進(jìn)行通信，有的也可直接與計(jì)算機(jī)通信，將采集到的數(shù)據(jù)傳送到集中器或計(jì)算機(jī)內(nèi)，集中器或計(jì)算機(jī)再通過(guò)市內(nèi)電話或無(wú)線、有線等各種信息通道與三大配套公司計(jì)算機(jī)的管理系統(tǒng)通信，并將數(shù)據(jù)傳送過(guò)去，進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，打印成帳單，也可與銀行系統(tǒng)金卡工程相聯(lián)，進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)劃帳。

2.3.2 實(shí)現(xiàn)方式

目前，國(guó)外絕大部分國(guó)家和地區(qū)應(yīng)用了遠(yuǎn)程抄表技術(shù):主要分為以下三種方案:集中抄表(表具出戶，集中在樓宇);電力載波傳輸以及FTTB+LAN傳輸。但這三種方案都有其自身的缺陷，如集中抄表只解決了不能入戶的問(wèn)題，但仍然耗費(fèi)大量人力資源;電力載波傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸可靠性較差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集;FTTB+LAN傳輸?shù)娜毕菰谟谕顿Y費(fèi)用太高，因此普及程度和全市的覆蓋率根本達(dá)不到遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的要求。

國(guó)內(nèi)隨著住宅小區(qū)的大面積建設(shè)和智能化程度的要求，應(yīng)運(yùn)而生了許多生產(chǎn)自動(dòng)抄表系統(tǒng)的廠家，自動(dòng)抄表技術(shù)也逐漸成熟，尤其是近年來(lái)住宅小區(qū)智能化的建設(shè)過(guò)程中，三表(四表)等出戶計(jì)量是必須配備的系統(tǒng)，更加促進(jìn)了該領(lǐng)域的發(fā)展，基于有線、無(wú)線的抄表遠(yuǎn)傳;基于總線式、電力載波、電話網(wǎng)、HFC、IP的抄表遠(yuǎn)傳系統(tǒng)在各種各樣的住宅小區(qū)中已普遍使用。

2.3.3 遠(yuǎn)傳自動(dòng)抄表系統(tǒng)方式的比較

利用電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)逐漸成為了小區(qū)三表(四表)出戶的主要解決方案。不過(guò)具體采用的方案不同，在性價(jià)比上也有較大的不同。一般有以下幾種方案:

1)采用RS485網(wǎng)絡(luò)，這種方案?jìng)鬏斁嚯x受到很大的限制，性能也不穩(wěn)定;

2)采用國(guó)家建設(shè)部推薦的LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，可用雙絞線、電力線和電話線以單獨(dú)或組合的方式構(gòu)成抄表網(wǎng)絡(luò)，選擇靈活，施工簡(jiǎn)單，成本低廉，某一局部器件失常不影響網(wǎng)絡(luò)其它部分的正常工作，可靠性高。但LonWorks網(wǎng)絡(luò)的通訊使用Lon Talk網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它與一般計(jì)算機(jī)或Modem串行口常用的RS-232之間不能直接連接，而要用LonWorks SLTA ( Serial Lon Talk Adapter)模塊作為轉(zhuǎn)換口才能相互通訊。而且，當(dāng)需要進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊時(shí)(如使用電話網(wǎng)絡(luò))，必須要有兩個(gè)Data Modem，分別與SLTA和管理計(jì)算機(jī)連接，整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度高，尤其是對(duì)Lon Talk協(xié)議和兩個(gè)Modem的編程，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。

3)采用無(wú)線抄表技術(shù)，在一個(gè)小區(qū)內(nèi)安裝數(shù)量一定的發(fā)送電臺(tái)，把小區(qū)內(nèi)的三表(四表)數(shù)據(jù)用無(wú)線電波的形式送出，小區(qū)管理中心用接收電臺(tái)進(jìn)行接收。這種方案雖然解決了遠(yuǎn)傳問(wèn)題，但通信距離收到發(fā)射能量的限制，抗干擾的能力低，而且，交互性差，對(duì)小區(qū)內(nèi)的脈沖表無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 總結(jié)

從上面的分析可以看出，以上所列出的三種抄表方式都不同程度的存在一定的缺陷，而數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化是發(fā)展趨勢(shì)，合理地利用網(wǎng)絡(luò)資源，是遠(yuǎn)程抄表設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮的問(wèn)題。如果能把三表(四表)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳送，則許多矛盾問(wèn)題迎刃而解。綜合說(shuō)來(lái)，有以下幾個(gè)方面:

1) 適應(yīng)了新時(shí)期網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì);

2) 徹底地解決了三表(四表)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳問(wèn)題，通信距離不再受距離和空間的限制;抗干擾能力強(qiáng)，加強(qiáng)了小區(qū)管理中心與前端設(shè)備的聯(lián)系，交互能力提高;方便快捷、舒適高效，完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化管理。

從圖2中可以看出，抄表系統(tǒng)分三個(gè)層次，最上層為小區(qū)中央處理機(jī)，用來(lái)全面監(jiān)控;中間層有小區(qū)內(nèi)部局域網(wǎng)構(gòu)成，它構(gòu)成了數(shù)據(jù)傳送的大通道;最底層為三表(四表)數(shù)據(jù)采集層，由RS485網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，完成三表(四表)的數(shù)據(jù)采集，集中和向上位機(jī)傳送的功能。

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