水电气集中抄表系统方案.docx
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水电气集中抄表系统方案
水电气集中抄表系统方案
远程水电气表集中抄表系统
1、前言
智能建筑（IntelligentBuilding，缩写IB）是信息时代的必然产物，是计算机技术、通信技术、控制技术与建筑技术密切结合的结晶。
随着全球社会信息化与经济国际化的深入发展，智能建筑已成为各国综合经济实力的具体象征，也是各大跨国企业集团国际竞争实力的形象标志。
同时，在国内外正在加速建设信息高速公路的今天，智能建筑也是“信息高速公路（InformationSuperHighway）”的主结点。
因而，全国各地房地产开发商也都在竞相实现其小区建筑智能化，对未来智能小区管理提升重要环节，可见兴建智能型建筑已成为当今跨世纪性的发展目标。
随着供水、供电、供气和供暖系统的改造深化，公共事业迅速发展，水、电、气、暖已作为商品进入了市场，而现在每个住宅楼都需派专人抄表，不仅抄收数据烦琐，而且统计困难，各个耗能单元的耗能数据无法进行统计分析，能量损耗环节不能得到及时有效的判断和处理，系统能耗较高。
更重要的是无法对计费、线损控制、用电分析、营销预测、乃至宏观决策等方面提供及时准确的数据。
只有更新抄表方式，采用远程集中抄表系统管理手段，才是解决用能核算、用能收费方面问题的根本途径。
随着远程集中抄表系统的建设和投入使用，这些难题都将迎刃而解。
远程抄表集中监控系统可以有效的解决以下问题：
✧完善现有的物业管理模式，解决入户难问题。
✧完善水电计量系统，杜绝目前计量系统中存在错抄、估抄、人情抄等问题。
✧提高管理水平，减少抄表扰民问题。
✧实现水电在线监控功能，解决计量统计收费抄收率低下，收费难的问题。
✧实现计量远传，建立起水电数据即时统计平台，提高管理水平，加强对水电消耗的统计，通过对有关数据的分析，查找水电供应系统存在的问题，及时进行维修维护，确保水电气的正常供应。
随时对住户用电、用水情况进行统计分析，每天每户存储一个数据。
✧系统完成后可以支持住房物业收费一卡通功能。
水费、电费等费用全部凭卡支付，由后台软件统一管理。
2、光电直读表技术产生的背景
过去几年，国内普遍采用脉冲式远传水表抄表，其实际应用效果都十分不理想,脉冲表的基本工作原理是利用电子技术和传感技术，对传统的表具加以改造：
在户外安装一套计量系统，将每一个计量表传感器传出的数据，送到计数器存储，经过统计送到控制电路单元；所有的控制电路单元通过数据总线并连，可在数据总线上任何点上使用装有接收卡的计算机来抄收三表数据。
水表远传作为智能化小区的基本功能普遍受到重视，但从大量的市场反馈信息来看，采用脉冲计数表所做的水表远传基本上都存在问题，这其中的原因是多方面的。
首先从脉冲表计数原理来看：
该系统所采用的表具是一种既能直观显示使用量，同时又产生计量脉冲信号的计量表具。
它在原有表具的转轮上加装磁，同时在表具支架上安装相应的感应设备（干簧管、霍尔器件等），每当转轮转动一定的角度，感应设备便产生一个感应脉冲，经过外围电路转变为电脉信号，驱动计数电路进行计数动作。
抄表时，由计数器累加值通过一定的分辩率（计量当量）计算便可以得到表具转过的相对值。
在住宅耗能自动抄收系统中，各种用户耗能数据的采集以及数据信号的各种转换均由所谓远传表具完成，它们都是在普通耗能表的基础上加装脉冲计数及数据传输模块得到的。
从脉冲表具计数器的技术原理和实现方式来看，它存在以下几个方面问题：
其中的技术因素产生出以下难以避免的问题。
a）系统必须每日24小时加电。
这样，不仅对供电要求极高，耗电量也相对较大，而且设备24小时工作，对表具各器件要求极高，也严重影响了表具使用寿命。
b）受外界客观环境影响，数据可靠性差：
脉冲计量要求所有部件必须“始终如一”地可靠、有效地记录脉冲事件，既不能漏记每一次脉冲也不能误动作伪计数。
而在长期的工作中，断电、外界强电磁场、水管内水的回流等因素均会使计数电路误计或漏计脉冲而产生错误。
同时，脉冲表具极易通过加磁铁干扰脉冲、人为断掉采集器电源等方式破坏表具读数。
c）脉冲表具的计数机理决定了其结果必然是相对值。
这样，脉冲表具采集值完全依赖于初值，需要人为逐一置入正确的初值。
同时，这一特性决定了脉冲表没有任何自我纠错能力。
因此，脉冲表具数据可靠性无法保证。
总之，已有的脉冲表具计数器存在“容易发生计数错误，错误无法自我校正而造成误差积累，初值置入、数据校正必须依赖人工完成”等主要问题。
这使得脉冲远程采集数据与表具刻度盘示数不一致，造成不必要的纠纷。
虽然厂商和科研部门对原有脉冲表进行改进（如防破坏报警，防干扰，加备用电源等措施），但这种种问题是由脉冲表具的机理决定的，无法从根本上加以解决。
全新的技术解决方案—光电直读计数器编码智能表在解决远传智能表具这样一个具有普遍社会意义的问题上，公司始终坚持“细致严谨，实事求是”的作风和“方案论证，科技先行”的原则，以“计量准确，简单实用”为目标进行了为期两年多的开发实验，2003年终于取得了突破性的进展，成功研制了光电智能刻度识别智能表，并获得专利。
基于以上诸因素和市场反馈情况，我们提出了采用字轮刻度识别技术。
光电直读计数器编码智能表其特点为透射式光电转换直读表，读取抄表瞬间计数器字轮位置状态，采用光电编码器原理，将每个字轮作为一个码盘，五个红外接收管感应字轮上的透光槽射过来的红外光而引起的电平变化组成一组五位数码，译码后远传至系统计算机在抄表界面上显示与表具窗口示值相同的数字。
其优点：
1）直透光电转换，直接可靠，不受时间和环境而出现判读困难和误码。
系统数据与基表数据完全相同，真正达到零误差实时抄表。
2）利用独特的编码技术,真正彻底解决了直读表进位时读数不准的难题.
3）直读表计电子模块部分与表计内的计数器等装置没有机械接触，不影响原有计量精度，彻底解决了直读表计量精度的问题。
4）直接读取表计的窗口示值，不是累计脉冲数，没有累计误差，不需设置表底数、表常数等参数，无需存储数据，真正实现了可靠"读表"。
5）平时无需供电，只需在抄表瞬间供电，故障率和功耗低，使用寿命长。
6）电磁兼容（EMC）测试达到国家标准要求,克服了其它智能表受外界电磁干扰的影响其稳定性的难题；且平时电子模块处于不工作状态，不受系统是否发生过断电、故障或干扰甚至雷电的影响。
7）每个表计有属于本表的唯一电子身份编码，方便管理维护。
8）施工安装方便，节省系统施工成本。
3、直读式抄表系统介绍
1）系统结构
直读式集抄系统由四级网络组成，从下至上分别是读数转换层、中继/供电层、数据集中层和管理层（见图1）。
图1***直读式集抄系统结构框图
读数转换层
读数转换层的作用是把各种计量表上计数器的显示值转换成与其对应的读数，并传送给上层设备。
该层的主要设备是各种直读式远传计量表。
中继/供电层
中继/供电层的作用有两个：
一是向下属的直读式表计提供可控的工作电源；二是对通信线路上的信息进行中继。
该层的主要设备是中继器（RTU）。
数据集中层
数据集中层的作用是定时读取和储存下属各表计的数据及传递实时操作命令。
该层的主要设备是集中器（TCU）。
管理层
管理层的作用是对整个系统所采集的数据进行处理、储存，并提供查询、打印等功能。
该层的主要设备是电脑、打印机等。
通过管理层还可以将***系统的数据提供给其它管理系统使用。
直读式集抄系统的工作原理如下：
投入运行后，系统进入“待命”状态，此时只有集中器和中继器处于工作状态，可以随时接收来自管理中心的命令。
如果集中器接收到来自上层的操作命令，或者集中器内预设的定时抄表时间到，系统即进入“工作”状态，此时中继器先接通各直读表的电源，然后就可根据操作命令执行各项操作了。
如果连续15分钟（此时间可设置）内没有新的操作，则系统自动返回“待命”状态。
在日常情况下，管理层电脑不干预系统的运行，由集中器根据预先设定的时间和次数对其下属表计进行抄表，并对所抄数据按一定格式存储在具有掉电保护功能的存储器中。
集中器对下属表计的定时抄表次数至少每天1次。
根据需要，管理层电脑可随时读取集中器中所储存的数据；也可以通过集中器实时地对任一表计进行操作（如读取抄表数据、执行通断控制、设置相关参数等等）。
管理层电脑对所读取的数据作进一步处理后，向用户提供查询服务及输出各种报表。
2）通信方式
直读式集抄系统在组成结构上类似于集散式控制系统，其数据通信由上中下三个层次组成（见图2）。
上层通信是指集中器与主站电脑之间的通信，中层通信是指集中器与其下属中继器之间的通信，下层通信是中继器与其下属直读表之间的通信。
这三层通信在物理结构上相互独立，对通信方式、传输介质、传输速率的要求各不相同，下面分别予以介绍。
图2***直读式集抄通信层次
（一）、上层通信
如前所述，上层通信是指集中器与主站电脑之间的通信。
该层通信的主要特点是数据量较大，传输距离可能很远。
如图3所示，在实际工程项目中，上层通信经常采用的方式有RS232、电话网、GPRS、RS485、局域网等。
1、RS232串行通信方式
如图3（a）所示，这是最简单也是最常用的方式，用一根RS232串行电缆将集中器的RS232口与电脑的RS232口连接起来即可。
这种方式适用于集中器与主站电脑距离很近的场合，该距离应当小于15米。
这种通信方式的传输速率较高，误码率很低，可靠性较高。
2、电话拨号通信方式
如图3（b）所示，当主站电脑与集中器相距较远时，可采用这种方式。
主站电脑和集中器各自通过调制解调器（MODEM）与电话网连接，从理论上讲，只要通电话的地方，都可采用此方式，因此它的传输距离不受限制。
这种通信方式的可靠性会受电话网传输质量的影响。
（a）（b）（c）（d）
图3***系统上层通信方式
3、GPRS通信方式
如图3（d）所示，当主站电脑与集中器相距很远，并且无法采用电话拨号或者电话距离太远布线费用太高，可采用这种方式。
4、RS485串行总线通信方式
如图3（c）所示，当主站电脑与集中器之间有一定距离，并且一个项目中有多台集中器时，可采用这种通信方式。
该方式要求集中器具有上行RS485通信接口，主站电脑也通过一个RS232/RS485转换器与串行总线相联。
在理论上，电脑与集中器间的最大距离可达到1200米，如增加中继器则还能延长传输距离。
这种方式的另一个特点是可以连接多台集中器（最多255台），因此适用于比较大型的项目。
这种通信方式的传输可靠性较高，传输速率也较高。
5、局域网通信方式
如图3（d）所示，随着网络技术的飞速发展，网络的触角已伸展到我们的周围。
“宽带接入”成为新建小区的亮点，因此集抄系统与网络的连接也就势在必行了。
此外近年来随着无线通信网络的发展，GPRS通信方式也可用于集抄系统的上层通信。
这几种通信方式各有特点，应根据项目的具体情况选用，以期达到最佳效果。
下表综合了这几种方式的情况，供参考。
通信方式
传输距离
可靠性
系统费用
适用范围
RS232
≤15m
高
低
近距离，单TCU结构
电话拨号
电话网所及处
较高
中
远程，有电话网处
RS485
≤1200m
高
中
中近距离，多TCU结构
局域网
视网络规模
高
高
距离不限，有局域网处，多TCU
GPRS
GSM覆盖处
高
中
距离不限，有GSM网络处
（二）、中层通信
中层通信是指集中器与中继器之间的通信。
目前一般采用RS485和局域网方式较多，其特点如上面介绍，这里不再重复。
（三）、下层通信
下层通信是指中继器与其下属表计之间的通信。
目前采用的通信方式主要是RS485。
图4下层通信连接示意图
从图4中可见，中继器的下行通信接口通过RS485总线与直读表连接，同时中继器所提供的直流电源通过另一对导线与直读表连接。
按照目前设计，考虑到中继器电源的容量，一台中继器所能连接的直读表数为≤64个。
为方便系统的组成及供电，往往在每栋楼或每个楼道配置一台中继器，以连接整个单元各层的直读表。
RS485总线通信是一种比较成熟的通信方式，无论传输速率还是可靠性都很高。
3）设备简介
（一）TCU4000系列集中器
TCU4000型集中器采用模块化结构，可在线修改系统配置，具有两个硬件上互相独立的串行口，各方面的性能均有较大提高。
外形如图5所示。
主要技术参数如下：
Ø设备型号：
TCU4000；
Ø工作电源：
12VDC/2A；
Ø通信方式：
与上位机：
RS232；
与下位机接RS485主干总线；
Ø4、485通信方式：
1200米（加中继器可延长通信距离）。
Ø下属中继数：
≤128台
Ø外形尺寸：
121mmX85mmX27mm
Ø工作环境：
温度：
0℃～55℃；湿度：
5～95%RH。
图5TCU4000系列集中器
（二）RTU7000中继器
RTU7000中继器是直读表系统专用的设备，它由中继器和直流稳压电源两部分组成。
外形如图6所示。
主要技术参数如下：
Ø设备型号：
RTU7000；
Ø通信方式：
上行、下行均为RS485：
与上位机接中继网；与下位机接扩展总线
Ø通信距离：
1200m
Ø连接智能表数量≦64只
Ø接口特性：
兼容RS-485；
Ø电源电压：
12±2V；
Ø电流：
静态电流≤5mA；工作电流:
≤200mA（单路接64只表单元，线长300米）。
Ø保护等级：
RS-485接口每线600W的雷击浪涌保护；
Ø尺寸：
121mmX85mmX27mm
Ø10、使用环境：
温度：
0℃~55℃，相对湿度：
5%到95%。
图6直读式中继器
（三）直读式水表
与传统的集抄系统不同，直读式水表是采用直接读取表计中机械计数器字轮位置的方法来抄表的，因此其抄表部分的电路平时可以不工作，只需在抄表时短暂地通电工作就可以了。
LXSGZ-15～25E（C）旋翼式直读式冷水水表是用于计量流经自来水管道的水体积总量的测量仪表，适用于小型工业企业用水和家庭用水计量，并带有RS485输出接口。
LXSGZ为E型干式结构，LXSZ为C型湿式结构。
计数机构真空密封、表度盘字轮不受水质影响，读数永久清晰。
直读式水表的最大特点是准确和节能。
外形如图8所示。
图8直读式水表
相关参数：
基表技术参数：
a）流量范围：
Ø过载流量qs—水表在短时间内，且无损坏情况下，最大使用的流量。
Ø常流量qp—水表在正常工作条件下，最佳使用的流量。
Ø分界流量qt—流量范围被分割成两个区处所出现的流量。
Ø最小流量qmin—在最大允许误差限之内要求水表给出示值的最低流量。
水表代号
公称口径DN
计量
qs
qp
qt
qmin
mm
等级
m3/h
N1.5
15
A
3
1.5
0.15
0.060
B
0.12
0.030
N2.5
20
A
5
2.5
0.25
0.100
B
0.20
0.050
b）测量误差
Ø从包括最小流量至不包括分界流量的低区：
±5%
Ø从包括分界流量至包括过载流量的高区：
±2%
✓使用温度：
0～40℃
✓公称压力≤1.0MPa
✓压力损失≤0.1MPa
直读式水表的主要技术参数：
Ø直读位数：
3位整数
Ø输出接口：
RS485
Ø通信速率：
4800bps
Ø传输距离：
≤1200m
Ø工作电源：
DC8~15V
Ø工作方式：
间歇
Ø待机电流：
≤8mA
Ø工作电流：
≤30mA
Ø通信方式及距离：
RS485，1200米（加中继器可延长通信距离）
Ø工作环境：
-10℃～55℃，RH≤93%
（四）、RS485电表（甲方自购）
电子式集抄单相电能表采用单相电能计量芯片作为电量采样，采用微控制器实现电量数据的处理及显示，具有RS485编程、抄表和继电器拉合闸控制功能。
该电能表可设置12位表号，并具有电能测试脉冲输出功能。
该电能表具有计量准确、功耗低、寿命长、过载能力强，抗干扰性能好，能长期稳定、可靠地工作。
外形如图10所示。
图10RS485电表
a．工作原理
单相电子式复费率电能表组成框图如图10所示。
电能表工作时，电压、电流经取样电路分别取样，并经电能计量专用集成电路处理后，输出一个频率正比于输入电能的电能脉冲到MCU；MCU据此处理的电量数据，分别送至数码管显示及RS485通信等输出设备。
b．电气、环境要求
规格：
（可定制）
序号
工作电压
额定频率
标定电流
脉冲常数
1
220V±20%
50Hz
5（30）A
3200imp/kWh
2
10（40）A
1600imp/kWh
3
15（60）A
800imp/kWh
4
20（80）A
400imp/kWh
Ø功耗≤3W，12VA
Ø绝缘耐压：
≥2000V
Ø工作温度：
-25℃～＋55℃
Ø相对湿度：
≤85%
Ø贮存和运输的温度：
-40℃～＋70℃
Ø尺寸：
171mm⨯110mm⨯62mm
Ø重量：
0.8kg
c．技术要求
等级：
1级
Ø有功无源脉冲光隔输出，脉冲宽度：
80ms±20ms
Ø启动、潜动符合国标要求
ØLED脉冲灯指示
Ø数码管显示累计用电量，电量显示位数：
六位，分辨力：
1kWh
Ø内置磁保持继电器，触点电流≥50A,控制器可通过指令控制其通断
Ø电能表提供5V/70mA的电流，供控制器使用
Ø断电后数据保存10年以上
d．主要功能
Ø有功电能计量，电能反向时正向累计。
Ø记录并显示累计用电量
Ø记录上次抄表到本次抄表期间的用电量
Ø通过RS485通信完成表号设置、抄表和继电器拉合闸控制
Ø控制器发出抄表命令后，可抄回电能表当前的累计用电量和上次抄表到本次抄表期间的用电量。
Ø5分钟无操作（即无RS485通讯或无按键按下）数码管熄灭，有操作则点亮数码管。
e.电能表接线图
ØPC：
校表脉冲输出正
ØPE：
校表脉冲输出负
Ø485A、485B：
RS485通信端子
Ø+5V、地：
+5V输出（+5V与地之间不允许短路）
（五）、直读式燃气表
与传统的集抄系统不同，直读式燃气表是采用直接读取表计中机械计数器字轮位置的方法来抄表的，因此其抄表部分的电路平时可以不工作，只需在抄表时短暂地通电工作就可以了。
直读表的最大特点是准确和节能。
燃气表为容积式膜式燃气表，J型系列燃气表包括：
J1.6、J2.5、J4三个规格型号，具有左、右进气两种进气方向，表接头中心距有160mm和130mm两种间距。
该系列燃气表适用于人工煤气、天然气、液化石油气等气体流量的计量，执行GB/T6968--1997《膜式煤气表》B级标准。
J型系列燃气表具有左、右进气两种进气方式，采用独立机心式结构，其结构主要分为外壳、机心、计数器三个部分，产品结构简单，零部件数量少，这不仅有利于提高产品质量，而且便于用户维修。
直读式燃气表如图8所示。
图8直读式燃气表
燃气表的优点：
工艺性能方面：
1、上壳组件采用电阻焊工艺，膜夹板组件采用超声焊工艺，提高了联接强度，保证了部分和整机的稳定性，可提高产品精度。
2、在防腐处理上采用电泳涂漆工艺，其抗腐蚀性与表面镀锌处理比较，在同等环境和腐蚀条件下，是镀锌寿命的4倍。
提高了燃气表的防腐性，增加了使用寿命。
3、采用钢结构外壳，用整体型壳卡封装外壳，全线密封无接头，密封性好，使产品外壳最高封耐压提高到50kPa，增强了燃气表的安全性。
材料方面：
1、滑阀和滑阀座采用专有技术生产的特种酚醛塑料代替普通的酚醛塑料加工而成，其耐腐蚀性强、不变形，密封严。
2、根据用户要求，可选择特殊材料，生产用于-30摄氏度的燃气表。
3、表壳内部零件合理选用工程塑料，不仅可减少零件数量，而且耐腐蚀性强，保证了内部零部的使用寿命，使整机性能准确可靠。
直读式燃气表部分参数:
型号 公称流量 最大流量 最小流量
J1.6 1.6m³/h 2.5m³/h 0.016m³/h
J2.5 2.5m³/h 4m³/h 0.025m³/h
J4 4m³/h 6m3/h 0.040m³/h
1、工作压力范围：
0.5-30kPa
2、工作环境温度：
-10℃-40℃
3、压力损失：
总压力损失平均值≤200Pa
4、基本误差：
Qmin≤Q<0.1Qmax时±3%
0.1Qmax≤Q≤Qmax时±1.5%
5、密封耐压：
在一般大气压力下，输入气压为50kPa空气不漏气。
6、重复性误差
燃气表在同一试验方法和同一试验条件下，以0.1Qmax为测量点，输入给定气量为50dm的空气，连续重复测量30次，其标准偏差最大值为0.2dm³。
7、耐久性
燃气表以Qmax为试验流量运行2000小时，该试验可以是不连续的，要求在100天内完成，耐久性实验后，燃气表符合下列要求：
a、耐久性检验后燃气表的基本误差限为：
Qmin≤Q<0.1Qmax时为-6%,+3%
0.1Qmax≤Q≤Qmax时为±2.5%
b、在0.1Qmax～Qmax范围内基本误差曲线的最大值和最小值之差不超过3%。
c、在0.1Qmax～Qmax范围内。
各点的基本误差值与耐久性检验前各点的基本误差值之差不允许超过1%。
直读式燃气（山城）表的主要技术参数：
✧直读位数：
4位整数
✧输出接口：
RS485
✧通信速率：
4800bps
✧传输距离：
≤1200m
✧工作电源：
DC8~15V
✧工作方式：
间歇
✧待机电流：
≤8mA
✧工作电流：
≤30mA
✧通信方式及距离：
RS485，1200米（加中继器可延长通信距离）
✧工作环境：
-10C℃～55℃，RH≤93%
4）系统特点
a）抄表的准确性
直接读取表计的“窗口值”，减少了累计脉冲换算的故障点，没有累计误差；直读表计电子部分与表内的计数器等装置没有机械接触，不受抖动影响而引起误差；抄表时瞬时读取数据，不受电磁干扰影响。
因此抄表更趋准确可靠。
b）技术先进、抄表方便
由于采用了直读抄表技术，直接读取表计直接读取表计的“窗口值”，不需设置表底数，表常数等各种参数，无需存储数据，技术先进，操作方便实用。
c）低功耗“省能”
电子采样器件只在抄表时由中继器提供工作电源，内部不设电源，平时不工作，不耗电，功耗大大降低。
d）防雷电等安全性能
由于表内的电子部分平时不工作，与外界隔绝，不受外界电磁干扰，也不对其他弱电系统产生干扰，大大提高了防雷的性能和阻绝了电磁干扰。
e）系统使用寿命长
由于直读表计不需要长期工作，避免了在运行过程中受到各种干扰的伤害（如雷电、静电等），实时抄表时瞬时工作，从而大大延长了抄表系统的使用寿命。
f）系统施工简单、性能稳定、维护量少、费用低
采用总线方式，布线简单方便；直读式抄表系统无读数误差，性能稳定，维护工作量少，主要维护通信线路，省时省力；系统不需要长期供电，不需要备用电池，不工作时不耗电，因此维护量少、费用低。
g）系统的开放性
采用完全开放的设计思想，充分考虑了与其他各种系统的兼容性。
4、系统软件设计的功能说明
1）费用管理：
升级会员 