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远程抄表监控系统原理与应用
发布日期：2012-04-13 10:34 点击：次
自动抄表(Automatic Meter Reading - AMR)系统是指利用传感技术、自动控制技术和计算机网络技术自动读取和处理城市居民用户的水、电、气表计数据,并将该信息加以综合处理的系统 。自动抄表技术准确而便捷,不但能提高管理部门的工作效率,而且还适应现代用户对用水、用电、用气缴费的需求。
随着电子技术特别是通信技术的飞速发展，人们开始用新的理念，新的方法来解决自动抄表问题，其主要方式有专线方式、公共信道方式、无线方式等等。 为住宅远传抄表的定义、功能、技术指标等有了明确的规定，远程抄表系统极大的促进了住宅远传抄表系统产品的规范化。
1 、 当前表端获取数据方式
人们知道，要将机械表转换为数字表，都必需将机械转动的角度（角位移）转换为可计数的信号。
最原始的转换是利用机械触点开关以形成脉冲。在上世纪八十年代，光电技术逐步普及，
得到了广泛应用。在抄表系统初级阶段，用得较多的是光电二极管和光敏三极管，包括可见光和红外光，其应用方式有穿透式和反射式。
光电直读是近几年出现的读取表端数据的模式之一。其基本原理是将字轮按角度编码，通过光电读出该字轮所处位置的数字。光电直读最大的优点是不必长期供电，只在读取数据
供电即可。但是，其结构复杂，易受水、油、气等污染，从而造成读表数据不准确。表端最重要的问题是解决信号增量必须和机械转动保持一一对应关系，非常可靠。
正由于各个自动抄表系统生产商各自解决表端方案不完全相同，在市场上反应的效果也自然相异。
2 、信号传输产生的问题
远程抄表系统信号传输的方式很多，有线、无线。在每种方式中，它的拓扑构架，它的通信协议等都直接影响到它的通信质量。
就当前技术发展水平，绝大多数远程抄表系统采用了有线方式，或部分有线方式。有线方式初期建设投资大，工程难度大，但是通信质量较好。但是由于近年高层建筑增多，高级住宅增多，布线工作面临新的问题，除了工程难度以外，用户满意度就很难解决，特别是已住用户，要在室内打墙凿孔，很难做到户户满意。在住宅小区内布线，也会影响小区的人文景观，在一般情况下，小区物业管理和业主是不允许破土或空中架线的。
无线传输通信近几年发展较快，特别是433MHZ 频段开放以后，很多制造商都把这一技术优势引入自动抄表系统中，有的企业甚至直接引进西方发达国家已作成数据采集传输一体化的成品模块，但涉及到信号链接、组网等很多问题，使用起来并不理想，推广很难进行下去。
GPRS 技术是当前自动抄表系统中的热点，它的优势是借用了中国移动通信现成的通信平台，不需要用户自己维护和管理。但是，GPRS 通信设备生产商很多，有的系统虽然选择了GPRS，却没有选择到一个性能优良的GPRS，或对GPRS 参数设置没有达到最佳状态，使数据传输质量不高，效率不高，直接影响到自动抄表系统的工作效率。
3 、系统平台进一步优化
中心控制软件和工作平台是自动抄表系统的核心部分，它决定了系统的平台是否高效、可靠和应用自如。
十多年来，自动抄表系统经过科研机构和企业推动，工程技术人员的努力奋斗，取得了长足的进步，全新的自动抄表系统方案已经成熟，并逐步在市场上得到推广和应用。
第二章、燃气远程抄表系统的总体设计概要
一、燃气远程抄表系统设计的总体准则
在产品的设计时，必须重点考虑以下几个方面。
安全性：燃气表大部分装在室内，由于基表（膜式煤气表）制造原因或管道安装出现纰漏，煤气泄漏不可小视，要求抄表系统中的远传表采集器必须杜绝引发火星的可能性， 保证居民人身财产安全。
准确性：数据采集过程，数据传输过程，必须保证数据的可靠性，在停电情况下，数据不能丢失。
可靠性：从数据采集器到监控中心，涉及多个环节，多种设施，每个运行设备、存储设备必须要安全可靠。
一次抄表成功率：抄表成功率是衡量抄表系统可靠性和效率的重要标志。
环境适应性：环境适应性包括系统工作的气候环境和抗干扰环境，在冬季与夏季温差达60摄氏度环境下，在湿度 90% 环境下必须可靠工作，在电源干扰、外界射频干扰、静电干扰条件下能安全可靠地工作。
系统自检功能：抄表系统涉及面广、量大、分散，系统必须有自动诊断功能、断线报警功能，方便系统的修复。
二、系统的工作原理
远程抄表监控系统使用器远传燃气表来实现用气量的采集和计量。
采集数据时，采集器通过RS485/MBUS 总线通过远传表内的表头采集器采集用气数据，并处理和存储，然后采集器通过无线数传模块把数据上传至集中器。集中器的主要功能是收集每个采集器上传的数据，处理后通过GPRS/CDMA 上传至抄表系统监控中心，在需要抄表的时候，由监控中心的计算机发出采集命令，采集器收到命令后向所有的采集器转发采集命令，表头采集板收到采集命令后判断是否是发给本终端的命令，如是则把表头采集板上存储的数据传回监控中心，从而实现远程抄表。同时，监控中心对所返回的数据进行分析，如是断线报警等异常报警信息，则发出报警信号，如是抄表数据，则把数据存储到数据库中，通过对历史数据的分析比较，判断是否有用气不正常等可疑用户，如有则发出报警信息，从而完成监控中心对用户表数据的采集和监控任务。
三、系统组成结构及主要功能
1、系统组成
燃气远程抄表监控系统的总体结构主要分为三层:
第一 层 ：实现燃气表数据采集的数据采集子系统;
第二 层 ：主要实现远程数据通信功能的通信子系统;
第三 层 ：对燃气数据和各层设备实施监控管理的监控管理中心。
2、远传燃气表
通过对机械式燃气表进行改装，配备燃气表头采集器的方式。
3、采集器
每个采集器可通过RS-485/MBUS总线采集、存储燃气表的数据信息。同时检测燃气表是否异常，接收和转发命令。
4、集中器
实时、定时采集并存储下属的采集器数据；侦听通信子系统的通信请求信号，与通信子系统进行数据传输、转发命令。
5、监控管理中心软件
完成下发抄表、控制命令；完成实时、定时燃气抄表任务，存储 、管理燃气数据；实现自动收费、打印报表、图表分析等功能；对各层状态监控，对异常事件进行处理。
第三章 系统主要设备的原理与应用
一、集中器
集中器主要由GPRS通讯单元、监听线程单元、数传模块单元和主控程序组成。其主要功能包括两个方面，一是下发抄表监控指令（抄表、监控、校时等），二是汇集各个采集器的数据和状态信息。
集中器的工作原理
在远程抄表系统中，硬件的拓扑为树型结构。监控中心为系统的根端，然后是集中器、采集器、远传燃气表，远传燃气表是这个树型系统的末梢。监控中心支持的集中器达到1018个，每个集中器支持的采集器为60个，每个采集器支持的远传表为256个。
集中器的功能是接收监控中心的命令，其中包括数据采集、校表、校时、开阀、关阀等等。集中器接收到命令以后，识别后将命令送到采集器，通过采集器下达到各自所属的远传表，执行结束之后，采集器将各表情况汇总后返回给集中器，集中器将收集的信息返回给监控中心。
由于集中器远离监控中心，与采集器也有数百米的距离。在具体工程上，集中器到监控中心通讯之间，则采用 GPRS/CDMA 公共通信平台，在集中器与多个采集器之间，采用了无线通讯一点对多点的原理和方法，采用开放的无线频段数传模块。
集中器每隔一定的时间，自动向各采集器发出抄表命令，把返回的数据预存到集中器的SDRAM存储器中，当集中器收到监控中心的抄表命令后，直接从SDRAM中取出数据，发往监控中心，这样可以大大缩短抄表时间及抄表成功率。
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，下端是与RS485/MBUS总线连接的，在总线上可以连接 256 个远传表。对于下端，可以看成是一个集线器。和集中器所不同的是，采集器的上端是数传接口，通信的对方是集中器；采集器的下端是有线接口，按RS485/MBUS接口和协议与多个远传表通信。
采集器在规定的时间内，采用轮询的方式，逐一向每个远传表发出命令，远传表收到属于本表的命令，按命令属性执行抄表数据上报或执行其它控制命令。采集器收到远传表返回的数据，按表的编号顺序全部保存。当采集器收到集中器命令后，将轮询结果的最新数据返回给集中器。 同时，采集器负责实时接收集中器转发下来的监控中心的命令，并及时发送到燃气表头采集器的执行单元，如有断线等异常情况，及时发送到集中器，由集中器转发到监控中心，从而可实现监控中心对用户表的实时监控。
三、 燃气表头采集器
燃气表头采集器是远传燃气表的一个关键部件，远程抄表系统必须解决的问题，就是要保证前端表头数据的准确性。
燃气表头采集器内具有传感装置，它的基本原理是在磁场阵列的作用下，使磁敏元件产生开关动作，从而将机械转动转换为脉冲信号。
微处理器是表板的核心器件，对其它各部分都有控制作用。
RS485/MBUS总线接口是表板与系统总线连接的门户，进出数据的必经之路，一旦损坏，表板就不能与采集器通信了。
电机阀驱动接口作为一个执行单元，在微处理器的指令下完成开阀或关阀的功能。
计数脉冲转换接口识别传感器送来的脉冲信号，完成增量计数。在市电掉电时，由系统的自备电池供电，以保持计数的准确性。
报警识别接口包括断线报警、防磁报警，微处理器一旦认定是报警产生，要采取应对措施，向系统报警，关阀，并刷新用户个人档案的不良记录。
四、抄表监控中心组成
监控中心硬件部分包括计算机、服务器、GPRS、网络接口。它们和通用的设备并无不同的地方，参考：远程抄表系统配置。
监控中心软件主要包括：抄表服务器软件、监控软件及客户端应用管理软件三部分，其功能在监控管理中心软件已作列举，不再赘述。
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