遠程抄表監控系統原理與應用

2022-01-10 16:25:59| 來源：網絡| 次| 0次

自動抄表(Automatic Meter Reading - AMR)系統是指利用傳感技術、自動控制技術和計算機網絡技術自動讀取和處理城市居民用戶的水、電、氣表計數據,并將該信息加以綜合處理的系統。自動抄表技術準確而便捷,不但能提高管理部門的工作效率,而且還適應現代用戶對用水、用電、用氣繳費的需求。

隨著電子技術特別是通信技術的飛速發展，人們開始用新的理念，新的方法來解決自動抄表問題，其主要方式有專線方式、公共信道方式、無線方式等等。為住宅遠傳抄表的定義、功能、技術指標等有了明確的規定，遠程抄表系統極大的促進了住宅遠傳抄表系統產品的規范化。

1 、當前表端獲取數據方式

人們知道，要將機械表轉換為數字表，都必需將機械轉動的角度(角位移)轉換為可計數的信號。

最原始的轉換是利用機械觸點開關以形成脈沖。在上世紀八十年代，光電技術逐步普及，得到了廣泛應用。在抄表系統初級階段，用得較多的是光電二極管和光敏三極管，包括可見光和紅外光，其應用方式有穿透式和反射式。

光電直讀是近幾年出現的讀取表端數據的模式之一。其基本原理是將字輪按角度編碼，通過光電讀出該字輪所處位置的數字。光電直讀最大的優點是不必長期供電，只在讀取數據供電即可。但是，其結構復雜，易受水、油、氣等污染，從而造成讀表數據不準確。表端最重要的問題是解決信號增量必須和機械轉動保持一一對應關系，非常可靠。

正由于各個自動抄表系統生產商各自解決表端方案不完全相同，在市場上反應的效果也自然相異。

2 、信號傳輸產生的問題

遠程抄表系統信號傳輸的方式很多，有線、無線。在每種方式中，它的拓撲構架，它的通信協議等都直接影響到它的通信質量。

就當前技術發展水平，絕大多數遠程抄表系統采用了有線方式，或部分有線方式。有線方式初期建設投資大，工程難度大，但是通信質量較好。但是由于近年高層建筑增多，高級住宅增多，布線工作面臨新的問題，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，要在室內打墻鑿孔，很難做到戶戶滿意。在住宅小區內布線，也會影響小區的人文景觀，在一般情況下，小區物業管理和業主是不允許破土或空中架線的。

無線傳輸通信近幾年發展較快，特別是433MHZ 頻段開放以后，很多制造商都把這一技術優勢引入自動抄表系統中，有的企業甚至直接引進西方發達國家已作成數據采集傳輸一體化的成品模塊，但涉及到信號鏈接、組網等很多問題，使用起來并不理想，推廣很難進行下去。

GPRS 技術是當前自動抄表系統中的熱點，它的優勢是借用了中國移動通信現成的通信平臺，不需要用戶自己維護和管理。但是，GPRS 通信設備生產商很多，有的系統雖然選擇了GPRS，卻沒有選擇到一個性能優良的GPRS，或對GPRS 參數設置沒有達到最佳狀態，使數據傳輸質量不高，效率不高，直接影響到自動抄表系統的工作效率。

3 、系統平臺進一步優化

中心控制軟件和工作平臺是自動抄表系統的核心部分，它決定了系統的平臺是否高效、可靠和應用自如。

十多年來，自動抄表系統經過科研機構和企業推動，工程技術人員的努力奮斗，取得了長足的進步，全新的自動抄表系統方案已經成熟，并逐步在市場上得到推廣和應用。

第二章、燃氣遠程抄表系統的總體設計概要

一、燃氣遠程抄表系統設計的總體準則

在產品的設計時，必須重點考慮以下幾個方面。

安全性：燃氣表大部分裝在室內，由于基表(膜式煤氣表)制造原因或管道安裝出現紕漏，煤氣泄漏不可小視，要求抄表系統中的遠傳表采集器必須杜絕引發火星的可能性，保證居民人身財產安全。

準確性：數據采集過程，數據傳輸過程，必須保證數據的可靠性，在停電情況下，數據不能丟失。

可靠性：從數據采集器到監控中心，涉及多個環節，多種設施，每個運行設備、存儲設備必須要安全可靠。

一次抄表成功率：抄表成功率是衡量抄表系統可靠性和效率的重要標志。

環境適應性：環境適應性包括系統工作的氣候環境和抗干擾環境，在冬季與夏季溫差達60攝氏度環境下，在濕度 90% 環境下必須可靠工作，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。

系統自檢功能：抄表系統涉及面廣、量大、分散，系統必須有自動診斷功能、斷線報警功能，方便系統的修復。

二、系統的工作原理

遠程抄表監控系統使用器遠傳燃氣表來實現用氣量的采集和計量。

采集數據時，采集器通過RS485/MBUS 總線通過遠傳表內的表頭采集器采集用氣數據，并處理和存儲，然后采集器通過無線數傳模塊把數據上傳至集中器。集中器的主要功能是收集每個采集器上傳的數據，處理后通過GPRS/CDMA 上傳至抄表系統監控中心，在需要抄表的時候，由監控中心的計算機發出采集命令，采集器收到命令后向所有的采集器轉發采集命令，表頭采集板收到采集命令后判斷是否是發給本終端的命令，如是則把表頭采集板上存儲的數據傳回監控中心，從而實現遠程抄表。同時，監控中心對所返回的數據進行分析，如是斷線報警等異常報警信息，則發出報警信號，如是抄表數據，則把數據存儲到數據庫中，通過對歷史數據的分析比較，判斷是否有用氣不正常等可疑用戶，如有則發出報警信息，從而完成監控中心對用戶表數據的采集和監控任務。

三、系統組成結構及主要功能

1、系統組成

燃氣遠程抄表監控系統的總體結構主要分為三層:

第一層：實現燃氣表數據采集的數據采集子系統;

第二層：主要實現遠程數據通信功能的通信子系統;

第三層：對燃氣數據和各層設備實施監控管理的監控管理中心。

2、遠傳燃氣表

通過對機械式燃氣表進行改裝，配備燃氣表頭采集器的方式。

3、采集器

每個采集器可通過RS-485/MBUS總線采集、存儲燃氣表的數據信息。同時檢測燃氣表是否異常，接收和轉發命令。

4、集中器

實時、定時采集并存儲下屬的采集器數據;偵聽通信子系統的通信請求信號，與通信子系統進行數據傳輸、轉發命令。

5、監控管理中心軟件

完成下發抄表、控制命令;完成實時、定時燃氣抄表任務，存儲、管理燃氣數據;實現自動收費、打印報表、圖表分析等功能;對各層狀態監控，對異常事件進行處理。

第三章系統主要設備的原理與應用

一、集中器

集中器主要由GPRS通訊單元、監聽線程單元、數傳模塊單元和主控程序組成。其主要功能包括兩個方面，一是下發抄表監控指令(抄表、監控、校時等)，二是匯集各個采集器的數據和狀態信息。

集中器的工作原理

在遠程抄表系統中，硬件的拓撲為樹型結構。監控中心為系統的根端，然后是集中器、采集器、遠傳燃氣表，遠傳燃氣表是這個樹型系統的末梢。監控中心支持的集中器達到1018個，每個集中器支持的采集器為60個，每個采集器支持的遠傳表為256個。

集中器的功能是接收監控中心的命令，其中包括數據采集、校表、校時、開閥、關閥等等。集中器接收到命令以后，識別后將命令送到采集器，通過采集器下達到各自所屬的遠傳表，執行結束之后，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控中心。

由于集中器遠離監控中心，與采集器也有數百米的距離。在具體工程上，集中器到監控中心通訊之間，則采用 GPRS/CDMA 公共通信平臺，在集中器與多個采集器之間，采用了無線通訊一點對多點的原理和方法，采用開放的無線頻段數傳模塊。

集中器每隔一定的時間，自動向各采集器發出抄表命令，把返回的數據預存到集中器的SDRAM存儲器中，當集中器收到監控中心的抄表命令后，直接從SDRAM中取出數據，發往監控中心，這樣可以大大縮短抄表時間及抄表成功率。

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 個遠傳表。對于下端，可以看成是一個集線器。和集中器所不同的是，采集器的上端是數傳接口，通信的對方是集中器;采集器的下端是有線接口，按RS485/MBUS接口和協議與多個遠傳表通信。

采集器在規定的時間內，采用輪詢的方式，逐一向每個遠傳表發出命令，遠傳表收到屬于本表的命令，按命令屬性執行抄表數據上報或執行其它控制命令。采集器收到遠傳表返回的數據，按表的編號順序全部保存。當采集器收到集中器命令后，將輪詢結果的最新數據返回給集中器。同時，采集器負責實時接收集中器轉發下來的監控中心的命令，并及時發送到燃氣表頭采集器的執行單元，如有斷線等異常情況，及時發送到集中器，由集中器轉發到監控中心，從而可實現監控中心對用戶表的實時監控。