摘 要：分析給水企業(yè)中水表的種類(lèi)、應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)。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(lèi)、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(lèi)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(yíng)和擴(kuò)大再生產(chǎn)。特別是給水企業(yè)進(jìn)入市場(chǎng)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(shì)，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(xiāo)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(lèi)和應(yīng)用分析
2.1機(jī)械式水表分類(lèi)
給水企業(yè)繳費(fèi)計(jì)量常用的機(jī)械式水表分類(lèi)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(cè)水中，可分為：
—干式：水表計(jì)數(shù)器與被測(cè)水隔開(kāi)，不浸在被測(cè)水中，表盤(pán)是“干的’’。
—濕式：水表計(jì)數(shù)器浸在被測(cè)水中，表盤(pán)是“濕的”。
—液封式：介于干式和濕式之間，表盤(pán)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS04064的C級(jí)或D級(jí)。
2、速度式
計(jì)量精度較容積式水表低，一般可達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS04064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(guó)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(wèn)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(lái)?yè)p失，也是自來(lái)水產(chǎn)銷(xiāo)差率居高不下的原因之一。
此外，安裝在戶(hù)內(nèi)的傳統(tǒng)的機(jī)械式水表，只能依靠人工入戶(hù)或請(qǐng)用戶(hù)報(bào)數(shù)抄表，存在入戶(hù)擾民問(wèn)題。從總體上看，水表的計(jì)量精度和人工入戶(hù)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(hù)抄表，近幾年陸續(xù)試用了有線／無(wú)線智能遠(yuǎn)傳水表出產(chǎn)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(wèn)題。能否用“滴水計(jì)量”來(lái)描述和衡量水表的計(jì)量精度，不好評(píng)說(shuō)。
受我國(guó)普遍使用的管道材質(zhì)影響，在我國(guó)水表系列型譜中，用于計(jì)量自來(lái)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(guó)際先進(jìn)國(guó)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(guò)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?chē)默F(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(hù)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(lái)的產(chǎn)銷(xiāo)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)高于一次性資金投人，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(lèi)型。這類(lèi)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(chǎng)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(chǎng)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)
照國(guó)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(hù)”。如何充分利用高科技，做到查表“到戶(hù)，不入戶(hù)”，是城鎮(zhèn)給水企業(yè)急需落實(shí)的一個(gè)課題。近年陸續(xù)開(kāi)發(fā)出的遠(yuǎn)傳水表出戶(hù)集中抄表系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)“遠(yuǎn)傳水表系統(tǒng)”)和IC卡式水表預(yù)繳費(fèi)系統(tǒng)，是解決問(wèn)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(guò)數(shù)據(jù)采集，將水表計(jì)量的數(shù)據(jù)通過(guò)某種方式傳到戶(hù)外進(jìn)行抄表，而與水表計(jì)量無(wú)關(guān)。IC卡水表在計(jì)量的過(guò)程中直接扣除用戶(hù)存儲(chǔ)在表內(nèi)的水費(fèi)，涉及水費(fèi)交易問(wèn)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(wú)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(lèi)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(wú)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(kāi)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(lèi)：一類(lèi)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(lèi)是依靠磁感應(yīng)動(dòng)作的無(wú)源發(fā)信裝置，通常采用磁動(dòng)干簧管開(kāi)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(chǎng)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(chǎng)干擾，需加裝防磁裝置或在系統(tǒng)中增加外磁場(chǎng)干擾判斷或識(shí)別功能。
這類(lèi)遠(yuǎn)傳水表的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guò)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(lèi)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(guò)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(lèi)水表既有IC卡式水表的預(yù)付費(fèi)／閥門(mén)控 制功能，又有遠(yuǎn)傳水表的戶(hù)外集中抄表功能?？稍?nbsp; 戶(hù)外隨時(shí)了解用戶(hù)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(hù)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(hù)將購(gòu)得的水量寫(xiě)入自家的水表中。用戶(hù)也可以通過(guò)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(wú)論采用哪種脈沖計(jì)數(shù)方式的遠(yuǎn)傳水表，均無(wú)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(kāi)發(fā)出利用數(shù)碼盤(pán)“孔位”編碼或類(lèi)似條形碼編碼原理的“帶”式編碼，通過(guò)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(kāi)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(pán)“直讀”式遠(yuǎn)傳水表。
碼盤(pán)“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(pán)上設(shè)置位置不同的數(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(guò)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(pán)的，周邊設(shè)計(jì)代表水表示數(shù)的“帶”碼，通過(guò)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(guò)程中的盲區(qū)問(wèn)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(pán)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(wèn)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(cè)，雖能解決尺寸問(wèn)題，但對(duì)于居民戶(hù)表需要較大的成本。
因此。目前僅見(jiàn)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(wèn)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0-9個(gè)數(shù)位，制成了電阻編碼，“直讀”式遠(yuǎn)傳水表。千種是在指針式表盤(pán)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(pán)字輪同軸固定安裝的電阻編碼碼盤(pán)，電阻編碼碼盤(pán)將碼盤(pán)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(kāi)電源便無(wú)法工作的難題。
除攝像方式外，其它幾種類(lèi)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(lái)水隔離的液封盒內(nèi)，液封盒內(nèi)充滿(mǎn)蒸餾水加甘油混合的絕緣液體。因此，必須解決液封長(zhǎng)期工作不漏液?jiǎn)栴}。
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(wú)線幾種類(lèi)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(chǎng)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(wú)線遠(yuǎn)傳水表具有無(wú)須布線、安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但需要配置足夠容量的電池來(lái)維持長(zhǎng)期正常工作。在鋼混結(jié)構(gòu)高層住宅樓和已被各類(lèi)電器噪聲污染較重的場(chǎng)合不宜采用無(wú)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(lái)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(chǎng)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(hù)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(chǎng)集中抄表，屬于半自動(dòng)抄表范疇，是一種過(guò)渡。長(zhǎng)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(hù)的消費(fèi)水量傳輸?shù)阶詠?lái)水的水費(fèi)賬務(wù)處理中心，則可真正實(shí)現(xiàn)自來(lái)水用戶(hù)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(hù)“先購(gòu)水，后消費(fèi)”。雖然也可解決不人戶(hù)抄表問(wèn)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(lái)一些影響。并且由于售水方式的改變，需要對(duì)營(yíng)銷(xiāo)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(lèi)型的“智能水表”均能夠?qū)崿F(xiàn)不入戶(hù)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(hù)”，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(lái)必定會(huì)占領(lǐng)國(guó)內(nèi)計(jì)量水表市場(chǎng)。
