智能电表集中抄表系统入户子系统 第11页
前 言
传统的供水、供电、供气计量操作通常是由各管理部门派人到装表地点抄表, 由于用户面广、量大, 极易造成差错, 人工抄表不但效率低, 而且不利于科学管理, 给城市管理网络的建模、分析、规划等都带来很大的困难。特别是伴随着人民生活水平的提高及小区物业管理的发展,分时段收费的需求已逐渐提到日程上来。因此智能户外抄表呼声越来越高。尤其对高层、高档居住小区,智能户外抄表是非常必要的,传统抄表方式已经不能适应今后住宅的发展要求随着电子和计算机技术的迅速发展, 实施自动抄表的大环境逐渐成熟, 管理体制现代化呼唤着自动抄表时代的到来。这有利于管道煤气公司、自来水公司和供电部门信息网络的建立, 也有利于将来城市各种信息系统的建设。
快速、准确、实时可靠地获得用水、电、气管理的各类数据, 是进行费用自动结算、用量分析、计量表运行状况监测等应用管理的基础。本文所介绍的电表智能抄表数据远程传输系统是以普通单片机为核心, 通过数据线线路进行数据远传, 并配以显示屏、查询机等装置而组成的分布式数据采集、传输、综合查询和管理电表系统，同样也可以适用于水表和天然气表的数据处理。
第一章 系统概述
1.1 智能抄表系统现状
1.1.1 IC卡表系统
(1) IC卡表在我国的应用状况：
80 年代，辽宁省从国外引进投币预付费电度表，用户通过购买特制的硬币用电。但是不久，有人将仿制成硬币形状的冰币投入币箱中，即可免费用电，又不留任何偷电证据，因此供电部门将耗费巨资安装的设备全部拆除。鉴于预付费系统所具有的显而易见的优越性，国内一直没有停止开发，不久磁卡式预付费系统问世，因为存在失磁的缺点，很快就被淘汰。近年来，IC卡预付费系统开始出现，然而IC卡的一些致命的技术隐患使IC卡的使用受到威胁，有关部门已发布文件停止使用。
(2) IC卡预付费系统的主要问题：
① 技术不成熟。主要表现在它的主要部件质量不过关，经常出现误报警，即用户IC卡中还有足够的电费时，表会产生报警，且停止供电，造成有卡却无法用电的现象。
② IC 卡设备开放的读写窗口，易受外界攻击，造成控制系统失效，难以取证认定，发生用电纠纷。
③ 价格高、寿命短，综合效益差。
④ 随着计算机技术的不断提高，IC卡很容易被解密，造成假卡泛滥的情况，给物业管理部门和国家带来巨大的损失。
⑤ 利用IC卡预付费这种方式，只适合于不便管理的散户。在美国、西欧等国家IC卡仅用于一些低档饭店、汽车旅馆中和一些流动性的场所，未被广泛应用。
1.1.2 电力载波自抄表系统
电力载波的基本原理：通过采集终端将水表、电表、气表的表头数据调制后，通过电力线传送，在接收端解调还原成表头数字信号，在同一台变压器供电范围内用户统一编址，并由采集器巡回读写。电力载波重要优点:利用电力线传输，节省资源。我国的电网在传输过程中，经常会受无线电、电磁、脉冲信号的干扰，导致传输数据错码、丢码的情况，特别是当大功率家用电器启动时，瞬间会产生
极大的电压，产生许多脉冲信号，这些干扰信号叠加在电网上，造成数据传输结果与表头的误差。要解决我国电网的纯净度，就需要相当大的投资，并且必须解决许多关键性技术问题。抗干扰接收问题和信号处理问题，与我国电力线上的电磁干扰和负载变化产生干扰是电力载波抄表系统的难题。电力线各种干扰幅度很大，数据信号可能完全被淹没在噪声之中，无法提取。因此电力载波抄表系统在我国还不太适合。
1.1.3 远传抄表系统
(1) 远传抄表系统的基本工作原理是利用电子技术和传感技术，对传统电表、水表、气表加以改进，使其成为远传表，在户外装一套计量系统，将每一个计量表传感器传出的数据，送到每个表的采集器存储，经过函数变换送到智能电路单元，各单元通过数据总线并联，在数据总线上任何一点皆可以与计算机通讯，自动抄收三表数据。系统包括远传达室检测表头、数据采集器、上位控制器等三个部分。
(2) 远传检测表头:通过对现有电表、水表、煤气表加装传感器,使其既能就地显示计量数据,又能产生相关计量脉冲信号的新型计量表具。传感器实质上是一种基于磁电转换技术或光电转换技术的脉冲发生电路单元。远传检测表头均为机械转盘式,将磁感应探头装在检测表头的某一刻度上,并通过磁屏蔽防止外界磁场的干扰后,便将一台一次表改制成远传检测表头。转轴的圈数通过探头组件的输出端送到数据采集器,该数据通过一定的倍率计算便成为最终的计量数据。例如,在现有转盘计数的水表中加装霍尔元件和磁铁,即可构成基于磁电转换技术的传感器,霍尔元件固定安装在计数转盘附近,永磁铁安装在计数盘(例如0.01m3) 位上,则当转盘每转一圈,永磁铁经过霍尔元件一次,即在信号端产生一个计量脉冲,对应0.01m3 ,其工作电压由采集器提供。同样,可以采用光电转换技术产生计量脉冲,实现远传抄表的目的。
(3) 数据采集器:其主要功能是采集检测表头数据,累积表头数据,通过系统总线上传至上位控制器。其一般具有4 个或8 个通道,每个通道连接1 个检测表头。为保障系统的安全性及可靠性,数据采集器应具有表底数据及采集数据的存储功能,同时应具有用户剪线、系统总线断线、停电报警等功能。数据采集器一般安装在检测表头的附近,比如:可将同一楼层的采集器集中安装于本层弱电竖井中。数据采集器供电由UPS(不间断电源) 集中供电。
(4) 上位控制器:上位控制器可与数据采集器、检测表头组成完整的小规模抄表系统,标准型上位控制器通过屏蔽双绞线可挂接255 个数据采集器,通过扩展上位控制器接口可挂接无限制个数据采集器,只是应保证通讯线路总距离不超过1km即可。上位控制器主要功能是,对数据采集器硬件设备管理,历史数据存储、累积,采集器数据自动下载,数据显示、打印、校对,系统文护用户口令设置,用户计费管理,数据共享等功能。上位控制器提供丰富的接口:可连接打印机、显示器、键盘、鼠标、网卡、USB 设备等。其存储容量为40G,可保存30 年历史数据。并且提供UPS 电源。对于规模较小的小区,可由上位控制器代替抄表服务器完成小
区抄表任务。
(5) 抄表服务器:对于规模较大、通讯线路总距离超过1km的小区,应增设抄表服务器,采用以太网连接上位控制器。抄表服务器除具有网络管理功能外,其余功能与上位控制器相同。
(6)远传抄表系统性能指标:检测表头:指水表、电表和煤气表等计量仪表,抄表系统所用检测表头需加入探测元件,并配有一条信号传输线,其长度为1. 5m 以内。改装后的检测表头分别是符合GBPT 778. 1～3 - 96、GBPT 15283 - 94 和GB 6968 - 86的要求(以上三个标准分别为水、电、煤气表的国家标准) 。数据采集器:以单片微机为核心的数据采集装置,用于采集检测表头数据、剪线报警、实时数据存储、与上位控制器通讯,一般安装在各住户检测表头附近。上位控制器:独立抄表系统的终端装置,提供UPS 电源。抄表系统软件:数据储存、处理、分析的应用软件,具有数据自动采集、数据查询、
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