智能遠傳水表技術應用分析

劉虎平

智能遠傳水表根據工作方式可以分為有源脈沖計數式和無源直讀譯碼式兩大類：

一、有源脈沖計數式遠傳水表

有源脈沖計數式遠傳水表傳感技術主要有干簧管傳感器、霍爾傳感器、韋根傳感器等。這些傳感技術都是通過傳感器感應產生脈沖、累計脈沖數暫存、傳送脈沖數據三步來完成數字化自動抄表的。

該類電子遠傳水表機電轉換單元的信號元件一般連續運動，產生機電轉換脈沖信號，由電子裝置記錄信號數量。在整個過程中，遠傳水表的數據采集部份不能脫離電源的支持，必須維持穩定、可靠、不間斷的供電，一旦出現供電故障數據會錯誤，恢復供電后仍無法正常，必需要到現場重新對傳感器進行設置和調試。這類水表統也被稱為有源發訊水表或脈沖水表，都屬于脈沖有源水表。脈沖有源水表的優點是技術簡單、成本低.但在在實際應用中存在以下問題：

l、易受干擾產生誤差：

2、電子單元 24 小時處于工作狀態，造成使用壽命較短：

3、易被攻擊、盜用和破壞；

4、初始化及維護工作量大；

5、存在累計誤差；

6、電池耗完后需要更換電池，更換時需要重新設置，需要大量的維護人員。

二、無源直讀譯碼式水表

1、無源直讀譯碼式水表工作原理

在普通旋翼式水表計數器字輪上安裝位置表征元件，在字輪的縫隙中安裝位置讀取電路，數據處理單元和通訊單元。當需要讀取數據時，接通通訊電源，按照通訊協議發出讀數指令即可直接讀取水表字輪數據。該類電子遠傳電子水表的機電轉換單元直接從機械指示裝置中讀取水表上顯示的實際讀數。

2、無源直讀譯碼式水表的優點：

與脈沖式遠傳水表相比，所有無源直讀譯碼式水表都有兩個共同優點：

2.1 所見即所得：模擬人讀表的過程，直接讀取的是水表的字輪值而不是累計脈沖值，抄表得到的數據與用戶水表字輪示值完全一致。

2.2 維護簡單：系統在首次開通及出現故障維修、重新啟動后都無需對表初始化，維護量得到極大的降低。而且當水表發生倒轉時，自動抄收的數據與用戶水表的讀數保持一致，避免了雙方的爭議。即使發生斷線，重新連接好線后仍然是水表字輪的讀數，供水企業無任何損失。

2.3 使用壽命長：直讀式智能水表數據以機械方式記錄在字輪上，平時不工作不通電，只在讀表瞬間供電，不受采集系統是否斷電、線路是否發生過故障的影響。因此它不但避免了脈沖式水表由于供電不穩定或故障引起的計量誤差及大量的維護工作，而且能確保計量數據不丟失。從理論上講，它讀出的數據和表盤數據是一致的。又因平時不工作，整機故障率和功耗得以大大降低，使用壽命長。

而脈沖式遠傳水表在此以上恰恰處于劣勢，因為脈沖式遠傳水表傳出的信號是脈沖，單片機將遠傳的一個個脈沖累加成數據，如果累加得準確無誤，其數據就等于表盤數據。但是，在這一累加過程中，無論線路中斷還是內部電池斷電，累積就會中斷并造成數據錯誤，重新修復后，底數需要重新設置。從這一角度看，直讀式要比脈沖式優越得多。因此，從理論和宣傳層面上講，無源直讀譯碼式水表處于優勢地位，但在多種技術當中，光電直讀技術最成熟，應用最廣泛。例如：在蘇州新區新寧自來水公司 30 多萬戶、合肥供水集團近20萬戶等。

2.4有關直讀表費用高的問題，目前雖然直讀表費用高（近幾年成本有所下降），但就性價比來說仍和脈沖表相當，這主要在于光電直讀表是一次投資，無限循環使用，特別是電子單元部分，由于大部分時間無須供電，因此所有元器件幾乎沒有消耗，這與脈沖表需要長時間帶電工作會逐漸老化完全不同，脈沖表 6 年到期時，很多傳感器需要更換，而直讀表電子單元部分無須更換，可以更換新機芯組件繼續使用。壽命遠在20 年以上。光電直讀表實際到期更換費用僅僅略高于普通表更換（增加電子檢測費用）。若舊的機芯組件檢定合格，則裝回即可使用，幾乎不產生更換費用。

3、關于光電直讀譯碼式水表的疑問：

盡管直讀式遠傳水表具有突出的優點，但在推廣普及的過程中存在以下疑問：

3.1 用戶擔心使用成本高：從價格上一只直讀表的價格一般在 300 元之間加上布線和安裝費用，價格就更高，對于一戶多表的用戶，戶表改造 600 元就顯然不夠了：從運營成本上分析：由于直讀式水表將數據抄讀和處理單元密封在基本上做成一體化的表具，那么根據國家貿易結算的水表 6年“到期輪換”的規定，一臺 300 元以上的水表只能使用 6 年就必須更換，使用成本太過昂貴。光電直讀譯碼式水表是一次投資，無限循環使用，特別是電子單元部分，由于大部分時間無須供電，因此所有元器件幾乎沒有消耗，這與脈沖表需要長時間帶電工作會逐漸老化完全不同，脈沖表使用過程中，很多傳感器、電池需要更換，更換過程要對產品進行初始化，其工作量之大、維護人員之多、費用之高可想而知，而直讀表電子單元部分無須更換，壽命在 20 年以上。光電直讀譯碼式水表實際到期更換費用僅僅略高于普通表更換（增加電子檢測費用）。

3.2 電路結構復雜元件多，對原表結構改動較大，嵌入表也較困難。因此成品率很低（約 60%左右），導致制造成本較高。因此如此復雜的產品能否經受得住大批量和長時間的考驗，還有待于探討。光電直讀譯碼模塊十年前采用分立元件方式，但在 2004 年己采用集成電路方案，電路器件己多為集成，器件數量較少。此種方案己非常成熟，在國內外廣泛應用。直接使用 SMT 機器自動完成加工過程，一次直通率己達 99%以上。

3.3 光電直讀譯碼式水表多限于干式水表，采用磁傳搞合技術的干式水表在長期使用中易將鐵屑吸附在磁鐵上，另外磁塊在水里時間長會退磁，有丟轉的可能，從而影響計量效果，由于干式水表計量性能劣于濕式水表，因此大多數水可不使用干式水表。日前有的廠家己在濕式水表上研制出無源直讀式水表，從資料上看，傳感器和電子器件均在水中工作，是否會在觸點與盤面上產生接觸不良，從而影響遠傳計量，還有待考察。早期存在磁鐵吸附雜質及丟轉情況，現有干式水表技術己非常成熟，從原有的中心表結構改進為偏心減速結構，傳動磁鋼己通過減速齒盒保護在其中，僅有葉輪軸與減速齒盒連接，雜質無法接觸傳動磁鋼。通過增加偏心減速齒未解決丟轉現象。此技術己在國內廣泛應用。光電直讀譯碼式水表在檢碼時，傳送有誤碼率存在，特別是字輪進位不完整時有讀數盲區易出錯，一但有錯或傳輸信號出錯時，自來水公司是無法知道的。經過多年的技術進步和沉淀，主流廠家都己國定采用對光電管的編碼設計，不再存在編碼模糊區，完全實現全硬件直接譯碼。

三、智能水表產品使用現狀：

智能水表的應用從上世紀 90 年代開始，出現了以干簧管傳感技術、霍爾傳感技術、韋根傳感技術、光電直讀譯碼式技術、光電編碼技術、電阻接觸技術、攝像識別技術，僅有光電直讀譯碼技術在市場大量應用且效果非常理想，其它技術應用中存在諸多問題，僅有小范圍應用。

光電直讀譯碼式水表己是非常成熟的產品而且可搭載多種傳輸方式：RS-485、M-BUS、無線LORA、NB-IOT等多種傳輸方式。在各大水司廣泛應用，近年來從國內智能水表配套廠家的智能水表基表出貨量來看，光電直讀譯碼基表每年以超過 30%的速度大幅增長，出貨早己超過脈沖基表，2012年長沙水協設備委會議到場的全國各水司討論后一致認為脈沖技術即將向汰，光電直讀技術是目前最適合國內外智能表使用的技術，安裝簡單、可靠性強、穩定性高、具有成熟、穩定、可靠的抄表系統及抄表軟件，己經形成了一股市場主流，市場己廣泛推廣。

（作者單位：深圳市前海海洋儀表科技有限公司）