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水表作為水計(jì)量的主要工具，在住宅、工商業(yè)和農(nóng)業(yè)用水計(jì)量方面的作用日見突顯。除了產(chǎn)品性能與安全指標(biāo)應(yīng)符合使用要求外，如何將水表的計(jì)量讀數(shù)及時(shí)、準(zhǔn)確地記錄下來并進(jìn)行有效傳送、處理和結(jié)算，對(duì)供水企業(yè)來說也至關(guān)重要。
傳統(tǒng)水表向智能水表發(fā)展是必然趨勢(shì)，水表行業(yè)以及供水、房地產(chǎn)、物業(yè)等領(lǐng)域的有識(shí)之士經(jīng)過十幾年持續(xù)不斷的研究和改進(jìn)，已為我國(guó)供水行業(yè)開發(fā)了一批有一定使用價(jià)值、能滿足基本要求的智能水表和自動(dòng)抄表系統(tǒng)產(chǎn)品，并在多年實(shí)踐中積累了許多有益經(jīng)驗(yàn)和深刻教訓(xùn)，為開發(fā)性能更完善、功能更強(qiáng)大、可靠性更高、使用壽命更長(zhǎng)、價(jià)格更趨合理的新型智能水表及自動(dòng)抄表產(chǎn)品打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也指明了發(fā)展方向。
智能水表技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
所謂“智能水表”在ISO 4064—2005水表標(biāo)準(zhǔn)中被稱為“帶電子裝置的水表”，它有別于以新型流量傳感技術(shù)為特征的“電子水表”。帶電子裝置的水表以速度式或容積式機(jī)械水表為基表，增加電子部件和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具有流量信號(hào)的傳感采集、運(yùn)算處理、傳輸與統(tǒng)計(jì)等功能，以滿足水表自動(dòng)抄讀與水費(fèi)收繳的需要。
智能水表技術(shù)現(xiàn)狀
我國(guó)智能水表經(jīng)過十幾年的發(fā)展、提高和改進(jìn)，已初步形成了比較完整的產(chǎn)品技術(shù)體系，在流量信號(hào)的傳感采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院陀行砸约爱a(chǎn)品的性價(jià)比與壽命等方面均取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。目前采用的主要技術(shù)有：
信號(hào)傳感采集技術(shù) 主要有分線制脈沖傳感方式、總線制脈沖傳感方式、總線制直讀傳感方式等；
數(shù)據(jù)傳輸與網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 當(dāng)前主要以有線數(shù)據(jù)傳輸與組網(wǎng)方式和無線數(shù)據(jù)傳輸與組網(wǎng)方式為主，以電力線作為信號(hào)傳輸 載體也在探索之中；
智能卡數(shù)據(jù)交換技術(shù) 按工作方式分為接觸式TM卡、IC卡和非接觸式RF卡；按使用特性分為存儲(chǔ)卡、邏輯加密卡和CPU卡等。邏輯加密卡和CPU卡因?yàn)榘踩阅芎?、密碼設(shè)置方便，目前使用較多。TM卡因使用方便、可靠，市場(chǎng)上也有 一定的需求量；
網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理技術(shù) 數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議目前執(zhí)行建設(shè)部制定的《戶用計(jì)量?jī)x表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件》(CJ/T 188-2004) 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)?！皞鬏敿夹g(shù)條件”規(guī)定了戶用儀表(包括水表等)集中抄表系統(tǒng)中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，對(duì)主站與從站之間的物理接口及其特性、信息交換幀的組成以及流量和差錯(cuò)控制等作出了具體規(guī)定。對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸安全的管理，采用電子密本(ECB)方式進(jìn)行加密運(yùn)算后發(fā)送數(shù)據(jù)，加密算法采用密鑰的64位分組的標(biāo)準(zhǔn)加密算法。
電源供電技術(shù) 可分為表內(nèi)供電方式和外部供電方式，前者以高性能鋰電池供電為主。帶電控閥水表為可靠關(guān)閥，一般采用兩節(jié)鋰電池分“強(qiáng)”、“弱”回路供電；也有利用超級(jí)電容器平時(shí)充電，關(guān)閥時(shí)放電的方式。后者由外部集中器 或采集器通過總線向水表供電。集中器或采集器一般采用大容量電池或把交流電源變換成直流后獲取電能；
智能水表發(fā)展趨勢(shì)
經(jīng)過多年來的實(shí)踐，行業(yè)內(nèi)外對(duì)智能水表及自動(dòng)抄表系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)在認(rèn)識(shí)上正逐步統(tǒng)一。雖然尚有某些分歧和 不同意見存在，但在整體技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)上看法還是比較一致，即：分線制向總線制發(fā)展，脈沖采集方式向字輪數(shù)據(jù)直 接讀出方式發(fā)展，有線數(shù)據(jù)傳輸逐步向無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展，接觸式邏輯加密卡表向非接觸式智能卡方式過渡，并強(qiáng)調(diào)表 具與數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈⒐?、基表性能及可靠性的提升等?/DIV>
(1)傳感技術(shù)
對(duì)于數(shù)字編碼方式，準(zhǔn)確的編碼方式和算法、可靠的絕對(duì)式編碼器、以及規(guī)范的生產(chǎn)裝配工藝則是保證信號(hào)傳感、采集有效與可靠的前提。目前國(guó)內(nèi)已有多種編碼技術(shù)被授于專利，常用的有：二進(jìn)制碼、格雷碼、單道簡(jiǎn)碼等。編碼信號(hào)傳感技術(shù)有直射式或反射式光電傳感方式、電渦流傳感方式、接觸式電位傳感方式等。供電方式主要是基表內(nèi)無電池，信號(hào)采集時(shí)由總線瞬時(shí)供電。
(2)傳輸與組網(wǎng)
有線組網(wǎng)方式：采用M-BUS、RS485總線技術(shù)和數(shù)據(jù)通信協(xié)議，數(shù)據(jù)的加、解密及抗干擾技術(shù)的用運(yùn)，是有線組網(wǎng) 技術(shù)的關(guān)鍵。
無線組網(wǎng)方式：在現(xiàn)有短距離、低功耗、非標(biāo)準(zhǔn)的自組網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上向有標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大、抗干擾和兼容性好，表具微功耗和組網(wǎng)成本低的方向發(fā)展。值得關(guān)注的短距離、低速率、微功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有：Zigbee、超低功耗藍(lán)牙(ULP)、Z-Wave等。它們具有自動(dòng)抄表系統(tǒng)所希望的基本特性，如：超低功耗數(shù)據(jù)抄讀與傳輸、超低成本、具有無線通信標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾?、高安全性和可靠性、短距通信和高容量組網(wǎng)、免執(zhí)照頻段、采用直序列擴(kuò)頻技術(shù)(DSSS)提高信噪比等。
(3)智能卡技術(shù)
非接觸射頻卡技術(shù)將是預(yù)付費(fèi)卡式水表數(shù)據(jù)交換技術(shù)發(fā)展的重要方面，防水、防攻擊、安全、使用方便是該技術(shù)的最大特點(diǎn)；CPU卡因其極高的安全性、兼容性以及可擴(kuò)展性而受到大家的關(guān)注。
(4)微功耗設(shè)計(jì)及電源技術(shù)
有源智能水表和無線組網(wǎng)水表(如：無線收發(fā)模塊、卡式水表、閥控水表、熱量表等)工作時(shí)均需電源供電，為確保水表工作可靠常將電池設(shè)計(jì)成不可更換的形式。采用微功耗電路設(shè)計(jì)及省電算法是延長(zhǎng)電池使用壽命的有效出路。高容量電池(如新型鋰電池、燃料電池等)的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，必將為智能水表提供使用壽命更長(zhǎng)、體積更小的電源；利用光能、水能、無線電能等的發(fā)電、儲(chǔ)電和供電技術(shù)也是今后解決智能水表及自動(dòng)抄表系統(tǒng)供電的重要研究方向。
(5)基表性能
水表的主要功能是正確、可靠地計(jì)量，因此提高智能水表基表的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是確保自動(dòng)抄表系統(tǒng)有效工作的重要保證。應(yīng)在流量測(cè)量范圍，小流量計(jì)量特性，計(jì)量準(zhǔn)確度，使用可靠性及壽命等方面進(jìn)行全面提升。中、小口徑電子水表(如：電磁水表、射流水表、超聲水表、渦街水表等)由于測(cè)量管內(nèi)無運(yùn)動(dòng)部件、壓力損失小、測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高等特性，作為自動(dòng)抄表系統(tǒng)的基表有著良好的發(fā)展前景。
水表自動(dòng)抄表系統(tǒng)實(shí)踐
目前國(guó)內(nèi)水表自動(dòng)抄表系統(tǒng)產(chǎn)品不少，采用的技術(shù)也各有特色。下面對(duì)有技術(shù)代表性的“無源直讀式水表及自動(dòng)抄表系統(tǒng)”的技術(shù)及使用情況作簡(jiǎn)單介紹。
產(chǎn)品基本情況
此無源直讀水表及自動(dòng)抄表系統(tǒng)已被列入國(guó)家級(jí)火炬計(jì)劃推廣項(xiàng)目，由于采用了新型絕對(duì)編碼傳感技術(shù)和位置識(shí)別算法，整個(gè)系統(tǒng)具有良好的使用特性、抄表準(zhǔn)確性和工作可靠性，解決了計(jì)數(shù)器字輪進(jìn)位時(shí)輸出信號(hào)出現(xiàn)的亂碼現(xiàn)象。
整個(gè)系統(tǒng)在硬件上主要由四部分組成：無源直讀水表、數(shù)據(jù)集中器(集抄器)、終端設(shè)備(或電話通信設(shè)施)、自組網(wǎng)絡(luò)的底層設(shè)施等；軟件上主要有：表具嵌入式軟件、集中器(集抄器)運(yùn)行軟件、抄表系統(tǒng)管理軟件等。區(qū)域內(nèi)由二級(jí)RS-485,總線組成的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域外通過公用電話線(PSTN)或無線公用網(wǎng)(GPRS等)與供水企業(yè)傳送數(shù)據(jù)。
無源直讀水表其基表部分采用高可靠性的干式或濕式(液封)水表，配有不同的光電直射式絕對(duì)位置編碼器和先進(jìn)的位置識(shí)別算法；表內(nèi)設(shè)有微功耗單片計(jì)算機(jī)及通信接口，通信協(xié)議符合建設(shè)部相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；表內(nèi)不設(shè)電源，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)時(shí)由外部總線向表內(nèi)瞬時(shí)供電并讀出用水?dāng)?shù)據(jù)。
無源直讀水表及自動(dòng)抄表系統(tǒng)在廣東、安徽、江蘇等地推廣應(yīng)用后，受到了供水企業(yè)和房產(chǎn)等公司的歡迎和好評(píng)。如：江蘇某市多個(gè)新建樓盤(約3000多住戶)在供水企業(yè)推薦下采用該系統(tǒng)產(chǎn)品，經(jīng)過一段時(shí)間的使用，真正感受到了自動(dòng)抄表系統(tǒng)的準(zhǔn)確、可靠、快捷和方便(供水企業(yè)通過電話線自動(dòng)撥號(hào)即能將各住戶用水量自動(dòng)抄入電腦，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理)，同時(shí)也大幅度降低了日常運(yùn)行費(fèi)用。
使用體會(huì)
要保證自動(dòng)抄表系統(tǒng)正常工作，表具質(zhì)量是第一要素。優(yōu)質(zhì)的基表和絕對(duì)位置編碼器、科學(xué)的位置識(shí)別算法和合理的工藝措施是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基本條件。
表具的設(shè)計(jì)制造和數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫姹仨殗?yán)格執(zhí)行國(guó)家現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保證合格產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，使各企業(yè)生產(chǎn)的表具 和系統(tǒng)具有良好的兼容性和互換性。目前應(yīng)執(zhí)行的主要標(biāo)準(zhǔn) 有： 《冷水水表》(GB／T 778．1—3—1996)、 《電子遠(yuǎn)傳水 表》(CJ／T 224-2006)、 《戶用計(jì)量?jī)x表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條 件》(CJ／T 188-2004)、 《住宅遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)專線傳 輸》(JG／T 162-2004)。對(duì)于卡式水表應(yīng)執(zhí)行《IC卡冷水水 表》(CJ／T133-2001)標(biāo)準(zhǔn)。
住宅小區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)生產(chǎn)制造企業(yè)應(yīng)與房產(chǎn)公司和建筑設(shè)計(jì)單位及時(shí)溝通和技術(shù)交底，保證房屋設(shè)計(jì)時(shí)能按自動(dòng)抄表系 統(tǒng)要求進(jìn)行通信專線的布線、集中器(集抄器)的位置預(yù)留 和供電電源的配置等；施工單位必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，確保施工質(zhì)量。另外應(yīng)加強(qiáng)表具和自動(dòng)抄表系統(tǒng)運(yùn)行的 日常維護(hù)和管理工作。數(shù)據(jù)抄讀出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)派維護(hù)人員 到現(xiàn)場(chǎng)查找原因，及時(shí)排除故障。
結(jié)束語
總之智能水表及自動(dòng)抄表系統(tǒng)是近十幾年發(fā)展起來的新興技術(shù)，雖然經(jīng)過多方努力在各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域和技術(shù)層面上 做了很多工作，并在各地住宅小區(qū)進(jìn)行了大量有益的實(shí)踐活動(dòng)，總結(jié)了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。但從總體上說該項(xiàng)技術(shù)還 處在發(fā)展和完善階段，有待于進(jìn)一步的創(chuàng)新與提高。隨著基表技術(shù)、傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、電源技術(shù)的發(fā)展與成熟，以及水資源管理力度的加大和智能小區(qū)工程推進(jìn)速度的加快，作為用水計(jì)量器具和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳工具的智 能水表及自動(dòng)抄表系統(tǒng)，必定有很廣闊的應(yīng)用前景和良好的發(fā)展空間。
作者簡(jiǎn)介
姚靈，寧波水表股份有限公司技術(shù)總監(jiān)，教授級(jí)高級(jí)工程師，寧波大學(xué)兼職教授，享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼待遇。
公司簡(jiǎn)介
寧波水表股份有限公司是我國(guó)水表行業(yè)規(guī)模最大、品種規(guī)格最全、 產(chǎn)銷量最高、出口量最大、綜合技術(shù)實(shí)力最強(qiáng)的著名水表制造和研 發(fā)企業(yè)；幾十年來一直處于我國(guó)水表行業(yè)的龍頭地位，并榮獲中國(guó) 名牌產(chǎn)品、國(guó)家免檢產(chǎn)品等多項(xiàng)稱號(hào)。 |
