智能遠(yuǎn)傳水表技術(shù)應(yīng)用分析

劉虎平

智能遠(yuǎn)傳水表根據(jù)工作方式可以分為有源脈沖計(jì)數(shù)式和無(wú)源直讀譯碼式兩大類：

一、有源脈沖計(jì)數(shù)式遠(yuǎn)傳水表

有源脈沖計(jì)數(shù)式遠(yuǎn)傳水表傳感技術(shù)主要有干簧管傳感器、霍爾傳感器、韋根傳感器等。這些傳感技術(shù)都是通過(guò)傳感器感應(yīng)產(chǎn)生脈沖、累計(jì)脈沖數(shù)暫存、傳送脈沖數(shù)據(jù)三步來(lái)完成數(shù)字化自動(dòng)抄表的。

該類電子遠(yuǎn)傳水表機(jī)電轉(zhuǎn)換單元的信號(hào)元件一般連續(xù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生機(jī)電轉(zhuǎn)換脈沖信號(hào)，由電子裝置記錄信號(hào)數(shù)量。在整個(gè)過(guò)程中，遠(yuǎn)傳水表的數(shù)據(jù)采集部份不能脫離電源的支持，必須維持穩(wěn)定、可靠、不間斷的供電，一旦出現(xiàn)供電故障數(shù)據(jù)會(huì)錯(cuò)誤，恢復(fù)供電后仍無(wú)法正常，必需要到現(xiàn)場(chǎng)重新對(duì)傳感器進(jìn)行設(shè)置和調(diào)試。這類水表統(tǒng)也被稱為有源發(fā)訊水表或脈沖水表，都屬于脈沖有源水表。脈沖有源水表的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)簡(jiǎn)單、成本低.但在在實(shí)際應(yīng)用中存在以下問(wèn)題：

l、易受干擾產(chǎn)生誤差：

2、電子單元 24 小時(shí)處于工作狀態(tài)，造成使用壽命較短：

3、易被攻擊、盜用和破壞；

4、初始化及維護(hù)工作量大；

5、存在累計(jì)誤差；

6、電池耗完后需要更換電池，更換時(shí)需要重新設(shè)置，需要大量的維護(hù)人員。

二、無(wú)源直讀譯碼式水表

1、無(wú)源直讀譯碼式水表工作原理

在普通旋翼式水表計(jì)數(shù)器字輪上安裝位置表征元件，在字輪的縫隙中安裝位置讀取電路，數(shù)據(jù)處理單元和通訊單元。當(dāng)需要讀取數(shù)據(jù)時(shí)，接通通訊電源，按照通訊協(xié)議發(fā)出讀數(shù)指令即可直接讀取水表字輪數(shù)據(jù)。該類電子遠(yuǎn)傳電子水表的機(jī)電轉(zhuǎn)換單元直接從機(jī)械指示裝置中讀取水表上顯示的實(shí)際讀數(shù)。

2、無(wú)源直讀譯碼式水表的優(yōu)點(diǎn)：

與脈沖式遠(yuǎn)傳水表相比，所有無(wú)源直讀譯碼式水表都有兩個(gè)共同優(yōu)點(diǎn)：

2.1 所見(jiàn)即所得：模擬人讀表的過(guò)程，直接讀取的是水表的字輪值而不是累計(jì)脈沖值，抄表得到的數(shù)據(jù)與用戶水表字輪示值完全一致。

2.2 維護(hù)簡(jiǎn)單：系統(tǒng)在首次開(kāi)通及出現(xiàn)故障維修、重新啟動(dòng)后都無(wú)需對(duì)表初始化，維護(hù)量得到極大的降低。而且當(dāng)水表發(fā)生倒轉(zhuǎn)時(shí)，自動(dòng)抄收的數(shù)據(jù)與用戶水表的讀數(shù)保持一致，避免了雙方的爭(zhēng)議。即使發(fā)生斷線，重新連接好線后仍然是水表字輪的讀數(shù)，供水企業(yè)無(wú)任何損失。

2.3 使用壽命長(zhǎng)：直讀式智能水表數(shù)據(jù)以機(jī)械方式記錄在字輪上，平時(shí)不工作不通電，只在讀表瞬間供電，不受采集系統(tǒng)是否斷電、線路是否發(fā)生過(guò)故障的影響。因此它不但避免了脈沖式水表由于供電不穩(wěn)定或故障引起的計(jì)量誤差及大量的維護(hù)工作，而且能確保計(jì)量數(shù)據(jù)不丟失。從理論上講，它讀出的數(shù)據(jù)和表盤(pán)數(shù)據(jù)是一致的。又因平時(shí)不工作，整機(jī)故障率和功耗得以大大降低，使用壽命長(zhǎng)。

而脈沖式遠(yuǎn)傳水表在此以上恰恰處于劣勢(shì)，因?yàn)槊}沖式遠(yuǎn)傳水表傳出的信號(hào)是脈沖，單片機(jī)將遠(yuǎn)傳的一個(gè)個(gè)脈沖累加成數(shù)據(jù)，如果累加得準(zhǔn)確無(wú)誤，其數(shù)據(jù)就等于表盤(pán)數(shù)據(jù)。但是，在這一累加過(guò)程中，無(wú)論線路中斷還是內(nèi)部電池?cái)嚯?，累積就會(huì)中斷并造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，重新修復(fù)后，底數(shù)需要重新設(shè)置。從這一角度看，直讀式要比脈沖式優(yōu)越得多。因此，從理論和宣傳層面上講，無(wú)源直讀譯碼式水表處于優(yōu)勢(shì)地位，但在多種技術(shù)當(dāng)中，光電直讀技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛。例如：在蘇州新區(qū)新寧自來(lái)水公司 30 多萬(wàn)戶、合肥供水集團(tuán)近20萬(wàn)戶等。

2.4有關(guān)直讀表費(fèi)用高的問(wèn)題，目前雖然直讀表費(fèi)用高（近幾年成本有所下降），但就性價(jià)比來(lái)說(shuō)仍和脈沖表相當(dāng)，這主要在于光電直讀表是一次投資，無(wú)限循環(huán)使用，特別是電子單元部分，由于大部分時(shí)間無(wú)須供電，因此所有元器件幾乎沒(méi)有消耗，這與脈沖表需要長(zhǎng)時(shí)間帶電工作會(huì)逐漸老化完全不同，脈沖表 6 年到期時(shí)，很多傳感器需要更換，而直讀表電子單元部分無(wú)須更換，可以更換新機(jī)芯組件繼續(xù)使用。壽命遠(yuǎn)在20 年以上。光電直讀表實(shí)際到期更換費(fèi)用僅僅略高于普通表更換（增加電子檢測(cè)費(fèi)用）。若舊的機(jī)芯組件檢定合格，則裝回即可使用，幾乎不產(chǎn)生更換費(fèi)用。

3、關(guān)于光電直讀譯碼式水表的疑問(wèn)：

盡管直讀式遠(yuǎn)傳水表具有突出的優(yōu)點(diǎn)，但在推廣普及的過(guò)程中存在以下疑問(wèn)：

3.1 用戶擔(dān)心使用成本高：從價(jià)格上一只直讀表的價(jià)格一般在 300 元之間加上布線和安裝費(fèi)用，價(jià)格就更高，對(duì)于一戶多表的用戶，戶表改造 600 元就顯然不夠了：從運(yùn)營(yíng)成本上分析：由于直讀式水表將數(shù)據(jù)抄讀和處理單元密封在基本上做成一體化的表具，那么根據(jù)國(guó)家貿(mào)易結(jié)算的水表 6年“到期輪換”的規(guī)定，一臺(tái) 300 元以上的水表只能使用 6 年就必須更換，使用成本太過(guò)昂貴。光電直讀譯碼式水表是一次投資，無(wú)限循環(huán)使用，特別是電子單元部分，由于大部分時(shí)間無(wú)須供電，因此所有元器件幾乎沒(méi)有消耗，這與脈沖表需要長(zhǎng)時(shí)間帶電工作會(huì)逐漸老化完全不同，脈沖表使用過(guò)程中，很多傳感器、電池需要更換，更換過(guò)程要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行初始化，其工作量之大、維護(hù)人員之多、費(fèi)用之高可想而知，而直讀表電子單元部分無(wú)須更換，壽命在 20 年以上。光電直讀譯碼式水表實(shí)際到期更換費(fèi)用僅僅略高于普通表更換（增加電子檢測(cè)費(fèi)用）。

3.2 電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜元件多，對(duì)原表結(jié)構(gòu)改動(dòng)較大，嵌入表也較困難。因此成品率很低（約 60%左右），導(dǎo)致制造成本較高。因此如此復(fù)雜的產(chǎn)品能否經(jīng)受得住大批量和長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)，還有待于探討。光電直讀譯碼模塊十年前采用分立元件方式，但在 2004 年己采用集成電路方案，電路器件己多為集成，器件數(shù)量較少。此種方案己非常成熟，在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用。直接使用 SMT 機(jī)器自動(dòng)完成加工過(guò)程，一次直通率己達(dá) 99%以上。

3.3 光電直讀譯碼式水表多限于干式水表，采用磁傳搞合技術(shù)的干式水表在長(zhǎng)期使用中易將鐵屑吸附在磁鐵上，另外磁塊在水里時(shí)間長(zhǎng)會(huì)退磁，有丟轉(zhuǎn)的可能，從而影響計(jì)量效果，由于干式水表計(jì)量性能劣于濕式水表，因此大多數(shù)水可不使用干式水表。日前有的廠家己在濕式水表上研制出無(wú)源直讀式水表，從資料上看，傳感器和電子器件均在水中工作，是否會(huì)在觸點(diǎn)與盤(pán)面上產(chǎn)生接觸不良，從而影響遠(yuǎn)傳計(jì)量，還有待考察。早期存在磁鐵吸附雜質(zhì)及丟轉(zhuǎn)情況，現(xiàn)有干式水表技術(shù)己非常成熟，從原有的中心表結(jié)構(gòu)改進(jìn)為偏心減速結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)磁鋼己通過(guò)減速齒盒保護(hù)在其中，僅有葉輪軸與減速齒盒連接，雜質(zhì)無(wú)法接觸傳動(dòng)磁鋼。通過(guò)增加偏心減速齒未解決丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。此技術(shù)己在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用。光電直讀譯碼式水表在檢碼時(shí)，傳送有誤碼率存在，特別是字輪進(jìn)位不完整時(shí)有讀數(shù)盲區(qū)易出錯(cuò)，一但有錯(cuò)或傳輸信號(hào)出錯(cuò)時(shí)，自來(lái)水公司是無(wú)法知道的。經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)進(jìn)步和沉淀，主流廠家都己國(guó)定采用對(duì)光電管的編碼設(shè)計(jì)，不再存在編碼模糊區(qū)，完全實(shí)現(xiàn)全硬件直接譯碼。

三、智能水表產(chǎn)品使用現(xiàn)狀：

智能水表的應(yīng)用從上世紀(jì) 90 年代開(kāi)始，出現(xiàn)了以干簧管傳感技術(shù)、霍爾傳感技術(shù)、韋根傳感技術(shù)、光電直讀譯碼式技術(shù)、光電編碼技術(shù)、電阻接觸技術(shù)、攝像識(shí)別技術(shù)，僅有光電直讀譯碼技術(shù)在市場(chǎng)大量應(yīng)用且效果非常理想，其它技術(shù)應(yīng)用中存在諸多問(wèn)題，僅有小范圍應(yīng)用。

光電直讀譯碼式水表己是非常成熟的產(chǎn)品而且可搭載多種傳輸方式：RS-485、M-BUS、無(wú)線LORA、NB-IOT等多種傳輸方式。在各大水司廣泛應(yīng)用，近年來(lái)從國(guó)內(nèi)智能水表配套廠家的智能水表基表出貨量來(lái)看，光電直讀譯碼基表每年以超過(guò) 30%的速度大幅增長(zhǎng)，出貨早己超過(guò)脈沖基表，2012年長(zhǎng)沙水協(xié)設(shè)備委會(huì)議到場(chǎng)的全國(guó)各水司討論后一致認(rèn)為脈沖技術(shù)即將向汰，光電直讀技術(shù)是目前最適合國(guó)內(nèi)外智能表使用的技術(shù)，安裝簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、具有成熟、穩(wěn)定、可靠的抄表系統(tǒng)及抄表軟件，己經(jīng)形成了一股市場(chǎng)主流，市場(chǎng)己廣泛推廣。

（作者單位：深圳市前海海洋儀表科技有限公司）