北京市自來水集團(tuán)劉百德
摘要：分析給水企業(yè)中水表的種類、應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢。系統(tǒng)介紹智能水表Ic卡水表系統(tǒng)技術(shù)，提出智能水表的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：計(jì)量水表、種類、應(yīng)用分析、智能水表、IC卡水表及發(fā)展方向。
一、計(jì)量水表在給水企業(yè)中的重要地位
城鎮(zhèn)給水企業(yè)所使用的各類計(jì)量水表是水費(fèi)回收的依據(jù)。水費(fèi)是給水企業(yè)唯一財(cái)政收入，維系著給水企業(yè)的正常運(yùn)營和擴(kuò)大再生產(chǎn)。特別是給水企業(yè)進(jìn)入市場經(jīng)濟(jì)，加速資金回籠，提高收費(fèi)率就顯得至關(guān)重要，事關(guān)企業(yè)的生存和良性發(fā)展。同時(shí)，又是給水企業(yè)面向公眾服務(wù)的主要窗口之一，很大程度上代表和影響著企業(yè)的形象。
因此，不斷研究水表計(jì)量與收費(fèi)的發(fā)展趨勢，搞好水表計(jì)量和水費(fèi)回收工作，提高水表的計(jì)量精度，降低產(chǎn)銷差率，最大限度地降低企業(yè)成本和損失，是給水企業(yè)永恒的課題。
二、計(jì)量水表的種類和應(yīng)用分析
2．1 機(jī)械式水表分類
給水企業(yè)繳費(fèi)計(jì)量常用的機(jī)械式水表分類如圖所示：
1、按工作原理可分為
-容積式：旋轉(zhuǎn)活塞式水表。
-速度式：可分為旋翼式和螺翼式。
其中，旋翼式水表又可根據(jù)計(jì)量結(jié)構(gòu)分為多流式和單流式(多流式水表有葉輪盒，并有多個(gè)進(jìn)水孔)。
螺翼式水表又可根據(jù)螺翼結(jié)構(gòu)分為垂直螺翼式和水平螺翼式(垂直螺翼式的螺翼回轉(zhuǎn)軸線與水流方向垂直，水平螺翼式的螺翼回轉(zhuǎn)軸線與水流方向平行)。
2、按水表計(jì)數(shù)器是否浸在被測水中，可分為：
-干式：水表計(jì)數(shù)器與被測水隔開，不浸在被測水中，表盤是“干的”。
-濕式：水表計(jì)數(shù)器浸在被測水中，表盤是“濕的”。
-液封式：介于干式和濕式之間，表盤與玻璃表蒙之間充以“特殊液體”。
3、按計(jì)數(shù)器指示形式，可分為：
-指針式
-字輪式
-混合式（指針加字輪式）
2.2水表的計(jì)量精度
1.容積式
計(jì)量精度高，一般可達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)ISO4064的C級(jí)或D級(jí)。
2.速度式
計(jì)量精度較容積式水表抵，一般可達(dá)到國際標(biāo)ISO4064的A級(jí)、B級(jí)，少數(shù)能達(dá)到C級(jí)。
2.3應(yīng)用分析
目前，國內(nèi)應(yīng)用的計(jì)量器具絕大部分是多流速度、旋翼濕式B級(jí)機(jī)械水表。該種水表在低流速時(shí)的計(jì)量精度較低，尤其在滴水情況下，水表基本不計(jì)量。水表自身的小流量計(jì)量精度問題，使表后發(fā)生的滴漏現(xiàn)象易被忽視而造成浪費(fèi)。給企業(yè)帶來損失，也是自來水產(chǎn)銷差率居高不下的原因之一。
此外，安裝在戶內(nèi)的傳統(tǒng)的機(jī)械式水表，只能依靠人工入戶或請(qǐng)用戶報(bào)數(shù)抄表，存在入戶擾民問題。從總體上看，水表的計(jì)量精度和人工入戶抄表都已不能適應(yīng)給水企業(yè)迅速發(fā)展和服務(wù)的需要。
為了解決不入戶抄表，近幾年陸續(xù)試用了有線／無線智能遠(yuǎn)傳水表出戶集中抄表、Ic卡等解決方案。
在計(jì)量精度方面，一些廠家提出了水表的“滴水計(jì)量”問題。能否用“滴水計(jì)量”來描述和衡量水表的計(jì)量精度，不好評(píng)說。
受我國普遍使用的管道材質(zhì)影響，在我國水表系列型譜中，用于計(jì)量自來水的水表一般選用速度式水表，且又大多采用“濕式”水表。在國際先進(jìn)國家若采用速度式水表也大多采用“濕式”水表。
由于“干式”水表是通過磁性連軸器進(jìn)行計(jì)量，采用一般鍍鋅管時(shí)，管道內(nèi)產(chǎn)生的微量金屬銹蝕物易被吸附到磁性連軸器周圍的現(xiàn)象，隨著時(shí)間的推移，將造成水表計(jì)量傳導(dǎo)轉(zhuǎn)速的減慢，影響水表的計(jì)量精度和使用壽命。故“干式”水表對(duì)管道材質(zhì)的要求較高。因此，
選用“干式”水表的首要條件是確認(rèn)管道材質(zhì)在水表的正常使用期內(nèi)(現(xiàn)行規(guī)定為6年)，不會(huì)影響水表的正確計(jì)量。
從水表計(jì)量的精度上，選用容積式水表較為理想。但容積式水表對(duì)管道材質(zhì)和水質(zhì)的要求較高，在入戶大量使用鍍鋅管的條件下，尚不宜推廣使用。鑒于速度式、單流濕式機(jī)械水表有較好的適應(yīng)范圍，且計(jì)量精度可達(dá)到c級(jí)。盡管投入資金會(huì)略高于多流B級(jí)水表，但計(jì)量精度的提高，帶來的產(chǎn)銷差率降低，以及促進(jìn)節(jié)水意識(shí)所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一次性資金投入，故會(huì)逐步成為應(yīng)用主流。
速度式水表分為旋翼式和螺翼式兩種類型。這類水表所適用范圍：
旋翼式機(jī)械水表：流量變化幅度較大的場合，如：住宅、機(jī)關(guān)、院校、宿舍區(qū)等。
螺翼式機(jī)械水表：流量較為平穩(wěn)的場合，如：工業(yè)、泵房、蓄水池等。
三、智能水表系統(tǒng)、IC卡水表系統(tǒng)
按照國家有關(guān)要求，涉及居民用水計(jì)量收費(fèi)的儀表均需做到“查表到戶”。如何充分利用高科技，做到查表“到戶，不入戶”，是城鎮(zhèn)給水企業(yè)急需落實(shí)的一個(gè)課題。今年陸續(xù)開發(fā)出的遠(yuǎn)傳水表出戶集中抄表系統(tǒng)（簡稱“遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)”）和IC卡式水表預(yù)繳費(fèi)系統(tǒng)，是解決問題的兩大方案。
遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)和預(yù)繳費(fèi)IC卡水表系統(tǒng)是普通機(jī)械式水表產(chǎn)品的延伸。不同點(diǎn)在于，遠(yuǎn)傳水表只是通過數(shù)據(jù)采集，將水表計(jì)量的數(shù)據(jù)通過某種方式傳到戶外進(jìn)行抄表，而與水表計(jì)量無關(guān)。
IC卡水表在計(jì)量的過程中直接扣除用戶存儲(chǔ)在表內(nèi)的水費(fèi)，涉及水表交易問題，與現(xiàn)行的一些法律有沖突。
3.1 遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)
遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)由遠(yuǎn)傳水表、信號(hào)傳輸通訊（有線或無線）和水表計(jì)量數(shù)據(jù)采集裝置等部分組成。從工作原理劃分，可分為以下幾種類型：
1、脈沖發(fā)訊計(jì)數(shù)式遠(yuǎn)傳水表
以機(jī)械式水表為計(jì)量基表，配置無源或有源脈沖發(fā)信裝置為一體的、可依據(jù)基表計(jì)數(shù)指針旋轉(zhuǎn)位置、主動(dòng)向水表計(jì)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或計(jì)量數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送計(jì)數(shù)
電脈沖或開關(guān)信號(hào)的遠(yuǎn)傳水表。
目前，被廣泛采用的發(fā)信裝置大體分為兩類：一類是需要供電才能工作的有源發(fā)信裝置，如霍爾元件、光電元件組成的發(fā)信裝置。另一類是依靠磁感應(yīng)動(dòng)作的無源發(fā)信裝置，通常采用磁動(dòng)干簧管開關(guān)、機(jī)械觸點(diǎn)等。
由計(jì)數(shù)脈沖發(fā)訊式遠(yuǎn)傳水表構(gòu)成的遠(yuǎn)傳水表抄表系統(tǒng)，其核心元件是遠(yuǎn)傳水表脈沖發(fā)信裝置。發(fā)信裝置能否準(zhǔn)確、可靠地產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，基本決定了遠(yuǎn)傳水表抄表系統(tǒng)計(jì)數(shù)的可靠性。
從計(jì)數(shù)脈沖發(fā)信裝置的工作原理而言，采用光電元件和機(jī)械觸點(diǎn)式組成的發(fā)信裝置不受外磁場干擾。但由光電元件組成的脈沖發(fā)信裝置，在濕式水表中易受水質(zhì)和水中產(chǎn)生氣泡的影響，干擾脈沖的準(zhǔn)確性，影響遠(yuǎn)傳計(jì)數(shù)精度。
采用霍爾元件和干簧管組成的發(fā)信裝置易受外磁場干擾，需加裝防磁裝置或在系統(tǒng)中增加外磁場干擾判斷或識(shí)別功能。
這類遠(yuǎn)傳水表的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格較低。
2、智能數(shù)字式遠(yuǎn)傳水表
為了克服主動(dòng)發(fā)訊式遠(yuǎn)傳水表輸出計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)在傳輸過程中易受外界干擾的弱點(diǎn)，有關(guān)單位研制了一體化智能數(shù)字式選傳水表。該類水表將脈沖發(fā)信裝置、數(shù)據(jù)處理器、存儲(chǔ)器與水表裝為一體，通過總線通訊方式向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳送水表計(jì)量示數(shù)。
但未擺脫計(jì)數(shù)脈沖發(fā)訊水表的不足，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價(jià)格較高，且必須配置電池以保證不漏計(jì)數(shù)。
3、卡式遠(yuǎn)傳水表
這類水表既有Ic卡式水表的預(yù)付費(fèi)／閥門控制功能，又有遠(yuǎn)傳水表的戶外集中抄表功能?？稍趹敉怆S時(shí)了解用戶用水和水表的工作情況。
該種形式的卡式水表自身不配置IC卡插口，而是在安裝在戶外的數(shù)據(jù)采集裝置上設(shè)置一個(gè)共用Ic卡插口，供用戶將購得的水量寫入自家的水表中。用戶也可以通過該共用插口和數(shù)據(jù)采集裝置上的LCD顯示屏了解自家的用水情況。
4、“直讀”式遠(yuǎn)傳水表
無論采用哪種脈沖計(jì)數(shù)方式的遠(yuǎn)傳水表，均無法回避由計(jì)數(shù)脈沖發(fā)信裝置自身缺陷引起的固有不足。
近期，一些機(jī)構(gòu)已開發(fā)出利用數(shù)碼盤“孔位’’編碼或類似條形碼編碼原理的“帶”式編碼，通過光電器件直接取得水表計(jì)量示數(shù)的遠(yuǎn)傳水表。此外，還有利用數(shù)碼攝像技術(shù)，直接攝取水表計(jì)量示數(shù)，和利用電阻編碼。的“直讀”式遠(yuǎn)傳水表?！爸弊x”式遠(yuǎn)傳水表的成功開發(fā)，基本解決了計(jì)數(shù)式遠(yuǎn)傳水表多年困攏給水企業(yè)在試用計(jì)數(shù)脈沖遠(yuǎn)傳水表方面的一系列難題。
(1)碼盤“直讀”式遠(yuǎn)傳水表
碼盤“直讀”式遠(yuǎn)傳水表已有兩種技術(shù)方案。其中，“孔位”編碼的方法是在水表計(jì)數(shù)碼盤上設(shè)置位置否同的數(shù)據(jù)代碼孔，利用發(fā)光管和光敏管讀取代碼孔的位置，再通過代碼運(yùn)算，將其轉(zhuǎn)換成水表的計(jì)量示數(shù)。而后者，則是在水表計(jì)數(shù)碼盤的周邊設(shè)計(jì)代表水表示數(shù)的“帶”碼，通過發(fā)光管的發(fā)光／反射，讀出水表計(jì)量示數(shù)的“帶”碼，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字。
為了解決讀數(shù)碼輪在機(jī)械進(jìn)位過程中的盲區(qū)問題，一是需要對(duì)每一位碼輪進(jìn)行精確加工，使齒輪之間必須緊密咬合，不允許存在框量。二是采取具有監(jiān)督和糾錯(cuò)能力的特殊編碼，保證讀出數(shù)據(jù)的100％準(zhǔn)確性。
(2)數(shù)碼攝像“直讀”式遠(yuǎn)傳水表
利用數(shù)碼攝像鏡頭，對(duì)水表基表的碼盤示數(shù)拍攝，再將照片中的水表示數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字。數(shù)碼攝像“直讀”式遠(yuǎn)傳水表存在兩個(gè)問題，一是圖像的尺寸較大，傳輸和存儲(chǔ)都需要占用較大的空間，若將圖／數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)在水表測，雖能解決尺寸問題，但對(duì)于居民戶表需要較大的成本。因此。目前僅見到在后臺(tái)統(tǒng)一進(jìn)行圖／數(shù)轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)。第二，是圖／數(shù)轉(zhuǎn)換的識(shí)別率尚未很好的得到解決。這個(gè)問題不能徹底解決的話，即使存在1％差錯(cuò)，也難使用。
(3)電阻編碼“直讀”式遠(yuǎn)傳水表
利用不同的電阻值代表O～9個(gè)數(shù)位，制成了電阻編碼“直讀”式遠(yuǎn)傳水表。一種是在指針式表盤底面制作對(duì)應(yīng)電路，將每位指針的位移轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電阻值，讀表時(shí)再鈄電阻值轉(zhuǎn)換為水表示數(shù)。另一種是與碼盤字輪同軸固定安裝的電阻編碼碼盤，電阻編碼碼盤將碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)的位移轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電阻值。
直讀式遠(yuǎn)傳水表的最大特點(diǎn)，是只有在抄表的瞬間才需要電源，擺脫了脈沖計(jì)數(shù)遠(yuǎn)傳水表離開電源便無法工作的難題。
除攝像方式外，其它幾種類型的“直讀”方式，因讀取水表示數(shù)的電子線路與字輪或指針不可分離，故在制成濕式遠(yuǎn)傳水表時(shí)，必須采用液封技術(shù)，將電路部分安裝在與自來水隔離的液封盒內(nèi)，液封盒內(nèi)充滿蒸餾水加甘油混合的絕緣液體。因此，必須解決液封長期工作不漏液問題。
3．2遠(yuǎn)傳水表的通訊
常用的遠(yuǎn)傳水表通訊方式有有線、電力載波和無線幾種類型。
有線通訊技術(shù)比較成熟，可靠性高。但在舊建筑物的水表改造工程中，施工有一定難度。低壓電力線載波通訊是借用低壓電力線傳輸水表信息，是一種極有市場前景的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳通訊技術(shù)。但由于需要借用居民住宅內(nèi)的AC220V電源線，需要事先做好工作。無線遠(yuǎn)傳水表具有無須布線、安裝簡便等優(yōu)點(diǎn)，但需要配置足夠容量的電池來維持長期正常工作。在鋼混結(jié)構(gòu)高層住宅樓和已被各類電器噪聲污染較重的場合不宜采用無線抄表系統(tǒng)。
采用哪種遠(yuǎn)傳方式需要依據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況和經(jīng)濟(jì)實(shí)力確定。
3．3遠(yuǎn)傳水表的抄表方式
采用遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)后，抄表環(huán)節(jié)是銜接水表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自來水水費(fèi)繳費(fèi)賬務(wù)處理系統(tǒng)之間的橋梁。
遠(yuǎn)傳水表集抄系統(tǒng)的抄表方式，可以采用CPU卡、手持式抄表器(POS機(jī))、。便攜電腦等設(shè)備。由抄表人員攜帶抄表設(shè)備，在抄表現(xiàn)場將抄表工具與智能采集器或智能采集終端相連，便可在數(shù)秒內(nèi)自動(dòng)完成幾十甚至幾百戶的抄表工作。
3．4遠(yuǎn)傳水表數(shù)據(jù)自動(dòng)化傳輸系統(tǒng)的建立
采有人工到現(xiàn)場集中抄表，屬于半自動(dòng)抄表范疇，是一種過渡。長遠(yuǎn)考慮應(yīng)利用各種成熟的通訊技術(shù)，控制智能采集器或智能采集終端，依據(jù)抄表周期自動(dòng)將用戶的消費(fèi)水量傳輸?shù)阶詠硭乃M(fèi)賬務(wù)處理中心，則可真正實(shí)現(xiàn)自來水用戶消費(fèi)計(jì)量水表的自動(dòng)抄表。
3．5遠(yuǎn)傳水表與Ic卡水表
Ic卡式水表也是一種智能水表，與智能遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)相比，需要用戶“先購水，后消費(fèi)”。雖然也可解決不入戶抄表問題，但對(duì)實(shí)際的用水量不易掌握，給現(xiàn)行的水量統(tǒng)計(jì)工作、調(diào)度系統(tǒng)的水量預(yù)計(jì)和水量分配決策工作會(huì)帶來一些影響。并且由于售水方式的改變，需要對(duì)營銷管理體系進(jìn)行改造。
四、智能水表的發(fā)展方向
綜上所述，兩種類型的“智能水表”均能夠?qū)崿F(xiàn)不入戶抄表。但在技術(shù)方案選擇上，遠(yuǎn)傳抄表收費(fèi)管理系統(tǒng)比Ic卡收費(fèi)管理系統(tǒng)更具有先進(jìn)性和人性化，比較適合城市供水系統(tǒng)的生產(chǎn)管理。筆者認(rèn)為，以智能“直讀”式遠(yuǎn)傳水表為主，IC卡式水表為輔，逐步做到“查表不入戶”，以及推廣應(yīng)用高精度計(jì)量水表(達(dá)到c級(jí)水表精度)，促進(jìn)和提高節(jié)水意識(shí)，是智能水表的發(fā)展方向，在不久的將來必定會(huì)占領(lǐng)國內(nèi)計(jì)量水表市場。
