居民用戶燃氣智能計量的技術研究

龍憲韓

摘 要：膜式燃氣表是一種利用天然氣體積測量的儀表，通過使用柔性薄壁腔室交替充放電氣體，它廣泛用于城市商業和家用燃氣計量。目前，大量機械式膜式燃氣表的遠程抄表問題尚未得到可靠解決，手動抄表計費方法存在人力資源浪費，數據更新滯后，氣體信息無法實時監控，無法校正工作氣體體積和溫度等問題。基于此，本文對居民用戶燃氣智能計量的技術進行了研究分析，以供參考。

關鍵詞：居民用戶;燃氣智能計量;技術

中圖分類號：TU996.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）03-0016-02

0 引言

機械式膜式燃氣表在我國仍在廣泛使用，現有的大量膜式燃氣表氣體測量結果已經數字化，具有很多優點。使用智能抄表代替傳統的手動抄表方法可以大大降低人工成本;數字式燃氣計量終端可實時監控用戶的燃氣狀況，實現燃氣終端的遠程控制;安全用戶燃氣設備的安全性用于減少泄漏和爆炸。如果配備溫度和壓力傳感器，可以針對溫度和壓力校正數字測量值，并且可以提高測量精度。此外，經過長期持續改進和完善，IC卡燃氣表具有成本計量和充值限制的功能，但手表的使用仍存在管理漏洞。燃氣公司不能實時向用戶收費，也無法實時監控燃氣設備的運行狀態。并要求人員定期消除用戶的手表故障并更換手表，否則會造成空氣流失。由于用戶市場上大量傳統的機械式膜式燃氣表，智能燃氣管理設備的推廣帶來了很大的困難，但智能產品的發展趨勢已經變得明顯。

1 膜式燃氣表燃氣計量原理

1.1 膜式燃氣表結構

膜式燃氣表是一種機械式燃氣計量裝置，廣泛應用于家用和工業燃氣計量系統。它是最受歡迎的體積式氣體流量計。膜式燃氣表主要由五部分組成：計量裝置，動力傳動系統，氣體分配系統，計數裝置和主體外殼。

1.2 膜式燃氣表工作原理

燃氣表的內部由彈性薄膜測量室和旋轉閥以及與其連接的連接桿組成。腔室由左右兩個測量室組成，每個測量室由彈性薄膜片分成兩個小測量室。總共形成四個相同結構的小測量室。彈性薄膜可以隨著氣體的填充和排出而膨脹和收縮，并且由隔膜分開的兩個腔室具有相反的進氣和排氣狀態，并且當一個腔室處于進氣過程中時，對應于另一個腔室。在排氣過程中。安裝在測量室上方的旋轉閥通過連桿連接到膜上，使得表體的入口和出口交替連接。當腔室從進氣狀態切換到出氣狀態時，腔室的另一側再次被氣體激勵以繼續往復運動[1]。

1.3 膜式燃氣表出氣口氣體流量和壓力特性

當氣體流過燃氣表時，會產生摩擦。同時，由于內部機構的阻塞，在空氣出口和空氣入口之間產生壓力差。隔膜在壓差下縮回并往復運動，腔室壁隔膜的膨脹和收縮迫使氣體計量室中的氣體在前后部分交替充放電，然后曲柄連桿機構推動儀表頭旋轉的頭輪計數機構，以及隔膜往復運動的廢氣量是一定的。目前在家中廣泛使用的膜氣室室具有1.2升的固定體積。

1.4 智能膜燃氣表的基本結構和功能

智能膜式燃氣表通常在膜式氣體儀表的基礎上配備智能氣體測量儀表，由機電轉換傳感器，控制模塊，閥門，通訊模塊和電源組成，具有氣量測量功能。預付款和階梯。計費，監控，報警等功能;集電子技術，傳感器技術，計算機技術和測量技術于一體，滿足國內燃氣科學測量和監測管理的需要。

2 智能計量的技術實踐

2.1 網絡層

網絡層是指用于網絡中數據接收，識別和轉發的每個網絡設備，由通信服務器，通信網絡，集中器等組成，確保主站與備用站之間的信息傳輸站。通常，燃氣公司制定“遠程傳輸表數據傳輸協議和接口規范-主站和集中器數據傳輸協議”以標準化通信協議以滿足不同儀表和主站之間的數據通信。在該協議中，主站和從站，從站和智能儀表之間的聯網模式，主站和從站的數據交互形式和消息規范，從站功能和異常處理情況是定義的。然后，燃氣公司根據協議的技術要求建立了通信服務器，成功實現了指令的翻譯和透明傳輸，為實現不同廠家和不同類型的智能電表和從站，從站之間的數據傳輸奠定了基礎。主站是一個智能計量管理中心，管理數據傳輸，數據處理和應用程序，以確保數據傳輸的穩定性和傳輸安全性。本文的主站是指通信服務器，它安裝在燃氣公司的數據中心。從設備是在整個網絡上具有唯一標識地址，從主站接收信息并與主站交換信息的設備。本文指的是集中器并安裝在用戶構建中[2]。

2.2 應用層

應用層是指包括服務器硬件和軟件程序的一組應用系統。它安裝在燃氣公司的數據中心，主要承擔收集后的數據顯示和指令發布等任務。它是智能測量結果的最終體現。在成功解決不同類型的智能電表和從站之間的通信的基礎上，燃氣公司根據業務管理的需要建立了數據采集平臺-用戶燃氣消耗收集和管理平臺，并建立并進一步完善了現有協議和接口規范。利用運營商的網絡資源，構建適合燃氣集團的統一智能電表遠程數據采集網絡，成功連接智能電表廠家不同類型的智能電表，實現智能電表對智能電表的實時數據采集站通過集中器。遠程閥門控制。此時，燃氣公司實現了主站與網絡層和應用層的不同智能電表制造商的智能電表之間的互連。數據采集平臺和燃氣集團營銷管理平臺建立數據共享和交互機制，實現抄表，終端組網，數據采集，貿易結算的全過程管理。

2.3 物理層

物理層是指用戶的智能電表，它安裝在用戶家中。這是一個智能計量終端實施。它使用統一協議來控制特定組件，以實現智能電表的數據采集和閥門控制。在應用和網絡層面取得突破后，天然氣公司或鐘表制造商開始為不同的智能電表開發無線傳輸控制單元。無線傳輸控制單元是單片機系統，包括微控制系統，無線通信模塊，電源系統和閥控制系統。內置的燃氣行業專用數據傳輸協議實現了智能電表的數據采集，數據處理，數據存儲和數據通信，數據顯示和控制相關的插件。通過物理層技術標準的統一，最終實現了不同智能電表制造商智能電表的互聯互通。

3 智能計量實現的難點和解決思路

3.1 規范通信消息

每個集中器制造商生產的集中器（從站）如何與通信服務器（主站）通信是第一個需要解決的問題。網絡中雙方之間的通信是通過商定的通信消息進行的。通信消息是在網絡中交換和傳輸的數據單元，包含要發送的完整數據信息。長度和長度根據數據信息量不一致和長度。不受限制和變數。通信信息就像人類交流的語言。兩個語言不流利的人無法相互溝通。為了正常交流和溝通，必須按照一定的規則進行語言翻譯。為了實現從站與主站之間的相互通信，需要建立一套在網絡中常見的通信消息機制，這是實現統一通信的主要技術難點。具體方法如下[3]：

（1）定義統一的標準化通信消息。該消息指定了雙方之間信息交互的形式，并定義了每個功能的抄表，閥門控制，異常情況處理，信息查詢等功能。指定指令代碼，即與每個指令對應的數據包的消息格式，消息指令代碼，表代碼，集中器代碼，返回代碼等。同時，也同意主站與從站之間通信過程中使用的通信機制，包括：每個命令通信消息的主-從關系，通信驗證算法，加密算法，心跳算法，峰-峰算法，以及故障重傳算法。（2）在通信服務器（主站）和集中器（從站）中建立通信消息系統，并根據建立的通信消息進行通信。同時，集中器承擔將通信信息的指令翻譯和翻譯成手表可識別的基本指令的工作，打破了不同智能手表制造商之間的技術壁壘。此時，主站和從站之間的統一通信，即通信服務器和集中器。

3.2 建立基本指令規范

雖然主站和從站實現統一通信，但是從站（集中器）與每個智能電表之間的通信導致集中器不同，因為智能電表制造商的驅動組件和傳感器工作的基本命令不同。與來自不同智能電表制造商的智能電表進行統一通信存在障礙。實現“互操作性，可互換性和互操作性”的最終目標是建立可以驅動不同組件和傳感器的操作的基本指令規范，以實現每個智能儀表制造商的傳輸協議的一致性和多功能性[4]。具體方法如下：

（1）從站與智能電表之間的無線通信用于定義通信方的基本命令格式，以及無線參數，如信道頻率，喚醒時間和雙方采用的權力達成一致。（2）定義從站和智能表之間可能發生的應用程序。根據應用定義不同的命令幀和幀格式，并明確定義命令幀中各種代碼的含義，校驗和和加密算法。（3）定義從站和智能儀表之間的通信過程和各種通信策略。

3.3 無線傳輸控制單元的開發

為了真正實現不同智能電表制造商的智能電表之間的“互連，互換和互操作性”，核心應該從物理層解決。定義統一的智能控制部分可以從根本上實現從站與智能電表之間的統一通信。具體做法：（1）開發智能電表無線傳輸控制單元的單片機系統，分別控制電路和通信電路，控制電路和通信電路可以獨立運行，通過標準接口實現連接和集成。（2）在單片機系統內集成統一指令系統，實現統一協同。

4 結語

本文闡述了燃氣表的工作原理和無線智能電表的網絡結構，使用戶可以了解民用燃氣表的測量和數據傳輸方式，從而在產品中首先考慮燃氣表的計量特性。用戶要考慮的因素是“儀器性能，流體特性，環境溫度和壓力，數據傳輸方法，經濟條件”等，以確保準確的氣體測量和可靠的傳輸。

參考文獻

[1] 王海，姚晟宇，朱彤，吳竺.寬量程組合燃氣計量方法及計量特性實驗研究[J].上海煤氣，2016（5）：27-32.

[2] 張志，徐小豐.法國智能燃氣計量系統AMR項目[J].煤氣與熱力，2015，35（12）：43-46.

[3] 高峰.淺析階梯氣價燃氣計量的難點與要點[J].城市燃氣，2014（8）：42-45.

[4] 蘭洪，曾杰，胡慶，陳忠平.淺談提高城市燃氣計量準確性的途徑[J].信息通信，2013（10）：10-11.