居民用戶燃?xì)庵悄苡?jì)量的技術(shù)研究

龍憲韓

摘 要：膜式燃?xì)獗硎且环N利用天然氣體積測(cè)量的儀表，通過(guò)使用柔性薄壁腔室交替充放電氣體，它廣泛用于城市商業(yè)和家用燃?xì)庥?jì)量。目前，大量機(jī)械式膜式燃?xì)獗淼倪h(yuǎn)程抄表問(wèn)題尚未得到可靠解決，手動(dòng)抄表計(jì)費(fèi)方法存在人力資源浪費(fèi)，數(shù)據(jù)更新滯后，氣體信息無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控，無(wú)法校正工作氣體體積和溫度等問(wèn)題?；诖?，本文對(duì)居民用戶燃?xì)庵悄苡?jì)量的技術(shù)進(jìn)行了研究分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：居民用戶;燃?xì)庵悄苡?jì)量;技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU996.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）03-0016-02

0 引言

機(jī)械式膜式燃?xì)獗碓谖覈?guó)仍在廣泛使用，現(xiàn)有的大量膜式燃?xì)獗須怏w測(cè)量結(jié)果已經(jīng)數(shù)字化，具有很多優(yōu)點(diǎn)。使用智能抄表代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手動(dòng)抄表方法可以大大降低人工成本;數(shù)字式燃?xì)庥?jì)量終端可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶的燃?xì)鉅顩r，實(shí)現(xiàn)燃?xì)饨K端的遠(yuǎn)程控制;安全用戶燃?xì)庠O(shè)備的安全性用于減少泄漏和爆炸。如果配備溫度和壓力傳感器，可以針對(duì)溫度和壓力校正數(shù)字測(cè)量值，并且可以提高測(cè)量精度。此外，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期持續(xù)改進(jìn)和完善，IC卡燃?xì)獗砭哂谐杀居?jì)量和充值限制的功能，但手表的使用仍存在管理漏洞。燃?xì)夤静荒軐?shí)時(shí)向用戶收費(fèi)，也無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控燃?xì)庠O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。并要求人員定期消除用戶的手表故障并更換手表，否則會(huì)造成空氣流失。由于用戶市場(chǎng)上大量傳統(tǒng)的機(jī)械式膜式燃?xì)獗?，智能燃?xì)夤芾碓O(shè)備的推廣帶來(lái)了很大的困難，但智能產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)變得明顯。

1 膜式燃?xì)獗砣細(xì)庥?jì)量原理

1.1 膜式燃?xì)獗斫Y(jié)構(gòu)

膜式燃?xì)獗硎且环N機(jī)械式燃?xì)庥?jì)量裝置，廣泛應(yīng)用于家用和工業(yè)燃?xì)庥?jì)量系統(tǒng)。它是最受歡迎的體積式氣體流量計(jì)。膜式燃?xì)獗碇饕晌宀糠纸M成：計(jì)量裝置，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，氣體分配系統(tǒng)，計(jì)數(shù)裝置和主體外殼。

1.2 膜式燃?xì)獗砉ぷ髟?/p>

燃?xì)獗淼膬?nèi)部由彈性薄膜測(cè)量室和旋轉(zhuǎn)閥以及與其連接的連接桿組成。腔室由左右兩個(gè)測(cè)量室組成，每個(gè)測(cè)量室由彈性薄膜片分成兩個(gè)小測(cè)量室?？偣残纬伤膫€(gè)相同結(jié)構(gòu)的小測(cè)量室。彈性薄膜可以隨著氣體的填充和排出而膨脹和收縮，并且由隔膜分開的兩個(gè)腔室具有相反的進(jìn)氣和排氣狀態(tài)，并且當(dāng)一個(gè)腔室處于進(jìn)氣過(guò)程中時(shí)，對(duì)應(yīng)于另一個(gè)腔室。在排氣過(guò)程中。安裝在測(cè)量室上方的旋轉(zhuǎn)閥通過(guò)連桿連接到膜上，使得表體的入口和出口交替連接。當(dāng)腔室從進(jìn)氣狀態(tài)切換到出氣狀態(tài)時(shí)，腔室的另一側(cè)再次被氣體激勵(lì)以繼續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)[1]。

1.3 膜式燃?xì)獗沓鰵饪跉怏w流量和壓力特性

當(dāng)氣體流過(guò)燃?xì)獗頃r(shí)，會(huì)產(chǎn)生摩擦。同時(shí)，由于內(nèi)部機(jī)構(gòu)的阻塞，在空氣出口和空氣入口之間產(chǎn)生壓力差。隔膜在壓差下縮回并往復(fù)運(yùn)動(dòng)，腔室壁隔膜的膨脹和收縮迫使氣體計(jì)量室中的氣體在前后部分交替充放電，然后曲柄連桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)儀表頭旋轉(zhuǎn)的頭輪計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)，以及隔膜往復(fù)運(yùn)動(dòng)的廢氣量是一定的。目前在家中廣泛使用的膜氣室室具有1.2升的固定體積。

1.4 智能膜燃?xì)獗淼幕窘Y(jié)構(gòu)和功能

智能膜式燃?xì)獗硗ǔＴ谀な綒怏w儀表的基礎(chǔ)上配備智能氣體測(cè)量?jī)x表，由機(jī)電轉(zhuǎn)換傳感器，控制模塊，閥門，通訊模塊和電源組成，具有氣量測(cè)量功能。預(yù)付款和階梯。計(jì)費(fèi)，監(jiān)控，報(bào)警等功能;集電子技術(shù)，傳感器技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)于一體，滿足國(guó)內(nèi)燃?xì)饪茖W(xué)測(cè)量和監(jiān)測(cè)管理的需要。

2 智能計(jì)量的技術(shù)實(shí)踐

2.1 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是指用于網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)接收，識(shí)別和轉(zhuǎn)發(fā)的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，由通信服務(wù)器，通信網(wǎng)絡(luò)，集中器等組成，確保主站與備用站之間的信息傳輸站。通常，燃?xì)夤局贫ā斑h(yuǎn)程傳輸表數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和接口規(guī)范-主站和集中器數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議”以標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議以滿足不同儀表和主站之間的數(shù)據(jù)通信。在該協(xié)議中，主站和從站，從站和智能儀表之間的聯(lián)網(wǎng)模式，主站和從站的數(shù)據(jù)交互形式和消息規(guī)范，從站功能和異常處理情況是定義的。然后，燃?xì)夤靖鶕?jù)協(xié)議的技術(shù)要求建立了通信服務(wù)器，成功實(shí)現(xiàn)了指令的翻譯和透明傳輸，為實(shí)現(xiàn)不同廠家和不同類型的智能電表和從站，從站之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)於嘶A(chǔ)。主站是一個(gè)智能計(jì)量管理中心，管理數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用程序，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和傳輸安全性。本文的主站是指通信服務(wù)器，它安裝在燃?xì)夤镜臄?shù)據(jù)中心。從設(shè)備是在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上具有唯一標(biāo)識(shí)地址，從主站接收信息并與主站交換信息的設(shè)備。本文指的是集中器并安裝在用戶構(gòu)建中[2]。

2.2 應(yīng)用層

應(yīng)用層是指包括服務(wù)器硬件和軟件程序的一組應(yīng)用系統(tǒng)。它安裝在燃?xì)夤镜臄?shù)據(jù)中心，主要承擔(dān)收集后的數(shù)據(jù)顯示和指令發(fā)布等任務(wù)。它是智能測(cè)量結(jié)果的最終體現(xiàn)。在成功解決不同類型的智能電表和從站之間的通信的基礎(chǔ)上，燃?xì)夤靖鶕?jù)業(yè)務(wù)管理的需要建立了數(shù)據(jù)采集平臺(tái)-用戶燃?xì)庀氖占凸芾砥脚_(tái)，并建立并進(jìn)一步完善了現(xiàn)有協(xié)議和接口規(guī)范。利用運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)資源，構(gòu)建適合燃?xì)饧瘓F(tuán)的統(tǒng)一智能電表遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，成功連接智能電表廠家不同類型的智能電表，實(shí)現(xiàn)智能電表對(duì)智能電表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集站通過(guò)集中器。遠(yuǎn)程閥門控制。此時(shí)，燃?xì)夤緦?shí)現(xiàn)了主站與網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的不同智能電表制造商的智能電表之間的互連。數(shù)據(jù)采集平臺(tái)和燃?xì)饧瘓F(tuán)營(yíng)銷管理平臺(tái)建立數(shù)據(jù)共享和交互機(jī)制，實(shí)現(xiàn)抄表，終端組網(wǎng)，數(shù)據(jù)采集，貿(mào)易結(jié)算的全過(guò)程管理。

2.3 物理層

物理層是指用戶的智能電表，它安裝在用戶家中。這是一個(gè)智能計(jì)量終端實(shí)施。它使用統(tǒng)一協(xié)議來(lái)控制特定組件，以實(shí)現(xiàn)智能電表的數(shù)據(jù)采集和閥門控制。在應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)層面取得突破后，天然氣公司或鐘表制造商開始為不同的智能電表開發(fā)無(wú)線傳輸控制單元。無(wú)線傳輸控制單元是單片機(jī)系統(tǒng)，包括微控制系統(tǒng)，無(wú)線通信模塊，電源系統(tǒng)和閥控制系統(tǒng)。內(nèi)置的燃?xì)庑袠I(yè)專用數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)了智能電表的數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)顯示和控制相關(guān)的插件。通過(guò)物理層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，最終實(shí)現(xiàn)了不同智能電表制造商智能電表的互聯(lián)互通。

3 智能計(jì)量實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)和解決思路

3.1 規(guī)范通信消息

每個(gè)集中器制造商生產(chǎn)的集中器（從站）如何與通信服務(wù)器（主站）通信是第一個(gè)需要解決的問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)中雙方之間的通信是通過(guò)商定的通信消息進(jìn)行的。通信消息是在網(wǎng)絡(luò)中交換和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元，包含要發(fā)送的完整數(shù)據(jù)信息。長(zhǎng)度和長(zhǎng)度根據(jù)數(shù)據(jù)信息量不一致和長(zhǎng)度。不受限制和變數(shù)。通信信息就像人類交流的語(yǔ)言。兩個(gè)語(yǔ)言不流利的人無(wú)法相互溝通。為了正常交流和溝通，必須按照一定的規(guī)則進(jìn)行語(yǔ)言翻譯。為了實(shí)現(xiàn)從站與主站之間的相互通信，需要建立一套在網(wǎng)絡(luò)中常見的通信消息機(jī)制，這是實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一通信的主要技術(shù)難點(diǎn)。具體方法如下[3]：

（1）定義統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化通信消息。該消息指定了雙方之間信息交互的形式，并定義了每個(gè)功能的抄表，閥門控制，異常情況處理，信息查詢等功能。指定指令代碼，即與每個(gè)指令對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)包的消息格式，消息指令代碼，表代碼，集中器代碼，返回代碼等。同時(shí)，也同意主站與從站之間通信過(guò)程中使用的通信機(jī)制，包括：每個(gè)命令通信消息的主-從關(guān)系，通信驗(yàn)證算法，加密算法，心跳算法，峰-峰算法，以及故障重傳算法。（2）在通信服務(wù)器（主站）和集中器（從站）中建立通信消息系統(tǒng)，并根據(jù)建立的通信消息進(jìn)行通信。同時(shí)，集中器承擔(dān)將通信信息的指令翻譯和翻譯成手表可識(shí)別的基本指令的工作，打破了不同智能手表制造商之間的技術(shù)壁壘。此時(shí)，主站和從站之間的統(tǒng)一通信，即通信服務(wù)器和集中器。

3.2 建立基本指令規(guī)范

雖然主站和從站實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一通信，但是從站（集中器）與每個(gè)智能電表之間的通信導(dǎo)致集中器不同，因?yàn)橹悄茈姳碇圃焐痰尿?qū)動(dòng)組件和傳感器工作的基本命令不同。與來(lái)自不同智能電表制造商的智能電表進(jìn)行統(tǒng)一通信存在障礙。實(shí)現(xiàn)“互操作性，可互換性和互操作性”的最終目標(biāo)是建立可以驅(qū)動(dòng)不同組件和傳感器的操作的基本指令規(guī)范，以實(shí)現(xiàn)每個(gè)智能儀表制造商的傳輸協(xié)議的一致性和多功能性[4]。具體方法如下：

（1）從站與智能電表之間的無(wú)線通信用于定義通信方的基本命令格式，以及無(wú)線參數(shù)，如信道頻率，喚醒時(shí)間和雙方采用的權(quán)力達(dá)成一致。（2）定義從站和智能表之間可能發(fā)生的應(yīng)用程序。根據(jù)應(yīng)用定義不同的命令幀和幀格式，并明確定義命令幀中各種代碼的含義，校驗(yàn)和和加密算法。（3）定義從站和智能儀表之間的通信過(guò)程和各種通信策略。

3.3 無(wú)線傳輸控制單元的開發(fā)

為了真正實(shí)現(xiàn)不同智能電表制造商的智能電表之間的“互連，互換和互操作性”，核心應(yīng)該從物理層解決。定義統(tǒng)一的智能控制部分可以從根本上實(shí)現(xiàn)從站與智能電表之間的統(tǒng)一通信。具體做法：（1）開發(fā)智能電表無(wú)線傳輸控制單元的單片機(jī)系統(tǒng)，分別控制電路和通信電路，控制電路和通信電路可以獨(dú)立運(yùn)行，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)連接和集成。（2）在單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)集成統(tǒng)一指令系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)同。

4 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了燃?xì)獗淼墓ぷ髟砗蜔o(wú)線智能電表的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使用戶可以了解民用燃?xì)獗淼臏y(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸方式，從而在產(chǎn)品中首先考慮燃?xì)獗淼挠?jì)量特性。用戶要考慮的因素是“儀器性能，流體特性，環(huán)境溫度和壓力，數(shù)據(jù)傳輸方法，經(jīng)濟(jì)條件”等，以確保準(zhǔn)確的氣體測(cè)量和可靠的傳輸。

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