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智能远传水表的技术现状与发展方向

       随着城市供水事业的不断发展和查表到户工程的不断推进,以及国家提出在2015年实现“阶梯水价”的文件, 传统的用水观念发生了很大改变,同时也对供水企业的服务提出了更高的要求。如何实现既不扰民,又能保证查表到户和供水企业能按时、准确回收水费,为用户提供更完善的服务,成了各供水企业急待解决的问题。智能水表成了以后发展唯一方向。

       智能水表如今分为以下四个类型:一、IC卡式水表。二、有线远传水表。三、无线远传水表。四、无源阀控远传水表。下面就将市场上的智能水表做一个分析

第一类预付费IC卡水表

  一、基本组成 和工作原理

       预付费水表主要由发讯基表(有铜壳、纳米壳)、电控板、电动阀三大部分组成。而已收费载体分又分为IC卡水表、射频卡水表、红外线水表。IC卡水表是市场上使用量最大的水表,收费卡采用一种4442卡做为收费载体,需要将卡插入水表中进行充值。射频卡水表类似公交卡,收费卡与水表不需要进行插入式接触,只需要把卡贴于水表表面就可以,水表采用封闭式结构,有防水防尘的功能。红外线水表主要是针对距离较远时,水卡无法与水表接触而开发的一种收费卡体,卡体类似家庭遥控器可以远距离对水表进行操作。

  二、预付费IC卡水表的计量型式:

  市场上大部分水表计量技术选用双干簧管脉冲技术,该技术经历多年应用,十分成熟。工作原理简单,即在原机械表的转动齿轮或指针上放置磁铁,将传感器固定在其附近某一位置,齿轮或指针转动带动磁铁转动,当磁铁靠近又离开传感器时,输出一个周期的脉冲信号。采集设备通过累计脉冲表发出的脉冲信号进行累计和换算,转换出用户的用水量。

  三、预付费IC卡水表的优点

  1、无需人工抄表,避免打扰用户,节约人员。

  2、明白消费,预付费具有液晶显示功能,在屏屏上提示购买水量,使用水表,剩余水表等各种信息,用户一看就能明白。

  3、有效的解决了收费难问题。预付费水表具有先购买水量后用水形式,有效的解决了供水部门收费难问题,保证了供水企业的正常经营。

  4、充分体现了水的商品属性。预付费水表按照商品交换原则,实行先买水后用水,完全改革了传统的水费收取方式,充分体现了水的商品属性。客户可以根据自己的实际需要要有计划地购水,不会因欠费而产生滞纳金,增加不必要的开支。

  四、预付费IC卡水表使用常见问题

  1、预付费水表解决了阶梯水价的问题,但仍然没有解决季节水价的问题,水表内部时钟无法识别四季,所以保定的季节水价问题现在对于预付费水表仍是一个难题。

  2、水表里面的电池质量无法保证,厂家只能提供一个理论值,在实际使用中环境很重要,管道井干造、潮湿对水表电池电量有很大影响。电池没有电以后,更换费用是用户与水表产权单位一个矛盾焦点。

  3、4442卡俗称IC卡,射频卡等在使用几次后不能再使用,也容易产生更换费用。

  4、水表的计量干簧管在损坏后或遭到磁铁攻击后,电磁阀自动关阀,这个故障是预付费水表一个通病,不容易解决。

  5、智能水表维修费用较高,一只普通水表几十元,一只预付费水表上百元,在使用过程中因质量问题如果发生故障维修因难不在少数。预付费水表的优缺点各半,如果使用供水企业需要加强对预付费水表日常管理,制定定期巡检制度,发现问题水表及时更换处理,并和厂家针对各种问题进行不断解决改进,减少使用纠纷,树产供水企业的良好形象,同时挽回供水企业不必要的损失和降低产销差率。

 第二大类 无线远传式水表

    水表主要是由基表、流量传感器、电动阀门、电气控制部分、无线射频部分及电池组件组成。系统具有电池欠电检测、阀门故障检测、计量部件磁干扰检测等自诊断功能。整个电子控制单元采用全密封结构,可在较恶劣的环境中使用。水务管理部门使用无线手持机抄收智能水表的用水数据并上传给计算机管理系统,以实现智能水表的用水与缴费管理。通过手持机可直接控制水表阀门的开启和关闭,可有效避免恶意欠费的发生。

对于高层建筑,可实现楼层之间智能表无线通讯的级联,从而简化整个抄表操作,提高抄表效率。

该表的安装使用与普通机械式水表相同,无需预埋信号传输管线、无需破坏用户的墙面装修打孔穿线,安装简便,使用可靠。

发射频段

433.92MHz

发射功率

10mw

接收灵敏度

-105dBm

通讯距离

空旷地大于300米

水表使用常见的问题,除了卡式水表电池,干簧管在损坏后或遭到磁铁攻击后,电磁阀自动关阀这些问题以外,最重要的问题是无远水表采用无线通讯使用的是业余频段 (专用频段是要付费的),所以其发射功率不得超过 10mW,否则会造成相互的干扰或受其他业余无线设备干扰,比如遥控器、对讲机等发生干扰,而如此小的功率,根本不可能适应复杂的楼群之间传递数据,,如果不采用类似移动公司的高昂的设备信号传输还不如有线的。为解决无线发射功率小的问题,行业内又推出自组网方式,就是每个水表都可以作为一个转发台,实现接力式数据传递,这样虽然能够解决传输距离的问题,但新的问题又来了,原来每个水表是可以休眠省电的,但如果作为中继,就需要长期供电,又回到IC卡水表电池存在的问题的怪圈中。

第三个大类有线远传式水表

    现在有线远传水表南方等城市采用的比较多。分为有源和无源 光电和脉冲 阀控与不带阀控等多种组合方式。如果要是无源光电远传水表就不带阀控功能,阀控只能是有源阀控远传水表。传输方式分为M-BUS和485。由于概念多,我对一些名词做一下解释。

无源:电子元器件工作时,其内部没有任何形式的电源,则这种器件叫做无源器件。

有源:电子元器件工作时,其内部有电源存在,则这种器件叫做有源器件。

光电直读:它的结构方式为:在每一位水表字轮周面上设置五个反射面,在与之相对应的位置上设置五只光电耦合器,通过耦合器是否反射对计数字轮的位置进行叛定。希望读取几位就在几个字轮上安装传感器。例如:读取5位数就安装5×5=25对传感装置。这种直读式水表由于全部器件都在表芯内部字轮周围,因此,一般采用干式水表。

触点直读式:远传水表的结构方式为在指针式水表的表盘下面每一位指针轴上装上一只同

电信器,通过触点电位器测出的阻值判定指针所指的位置,这种直读式水表可用于湿式水表。

传输方式:M-BUS一种串连的方式,水表连接线不分正负级,在一条主干线上任意连接水表的两根通信线。这种连接方式经济,方便,施工难度小,是大部分厂家采用的一种方式。

RS-485水表采取并连的方式,每个水表的通信线都要与采集器相连接。这种连接方式费线,施工难度大,已经被淘汰。

采集器:负责将一栋或者多栋的水表数据进行采集,各厂家设计不同,采集水表的数量也不相同。一般以250只水表为最佳。

集中器:负责将采集器采集的数据进行汇总的设备。一个集中器可以汇总1000只水表。集中器可以以网络、电话线、GPRS等方式将数据传到供水公司的电脑服务器上面。

有线远传水表可以实时监控用户使用的情况,自动抄表监控系统普遍采用采集器集中安装在楼道中的方式,将各种计量表传感信号线、都连接到采集控制器上的方式来进行集中的采集控制。之后将水表数据线通过楼与楼之间连接,最后汇总到一个总的集中器上面。安需将数据采集传输。

有线远传水表优点:

  1. 实时显示用户的用户量,做到即抄即得。
  2. 通过软件,可以远程控制用户阀门,做到人工开关阀门。
  3. 控制软件多样,可以采取预付费、后付费、预付阶梯等多种型式。

有线远传水表存在的问题:
1. 传感信号、驱动信号的线路长,易受到外界因素的影响,如装修破坏、其它人为破坏、电气干扰等因素。
2. 电源方面一旦出现问题如线路问题、电源本身问题将导致多个采集控制器不能正常工作,导致无法抄收水表数据。
3. 阀门的驱动、报警线路由于线路较长环节太多,使报警联动关阀的功能变的风险极大,只要有下列一种原因(不包括设备本身因素)都将导致联动关阀的失败。a.报警线路有问题;b.阀门驱动线路有问题;c.工程安装中出现线路接错的问题。

4.由于防水等级的要求,如果做到IP68的防水等级,则水表采用全密闭的方式,水表里面的阀门需要电池来进行驱动,更换电池是一个问题。如果电池好更换,则防水等级会降低。

 由于以上几种因素都与工程安装有密切的关系,质量不容易受到严格的控制,且受外界的影响较大,使工程的维护量非常大。

第四类 无源阀控智能水表

此种水表是现在最新开发的智能型水表,水表采用纯机械结构,水表本身没有任何电源,产品不使用电池维持工作,计量、核减、阀门关断,全部由机械装置实现,因此其可靠性与普通机械水表一致,寿命与机械水表相同,而不像有电源的智能表存在的维护成本远远高于人 工抄表成本。在水表充值的时候,使用电池盒,将IC卡或存储器上的数据,转换成水表的计数器显示,然后清洗和打开阀门,此时虽然用电,电子电路也可能遭到人为攻击干扰,但是,后果只能是“无法充值和打开阀门”,用户没有任何好处,只有麻烦,所以,基本没人会做无用功,而有电源的IC卡表,一旦遭到人为攻击干扰,将造成无法核减、无法关闭阀门。在充值和清洗阀门完毕后,水表处于纯机械状态运行,可以完全抵抗外部强磁场、强电场的攻击干扰,根据设计指标,充值速度为1m³/S。产品采用通用结构,不需要专业人员安装,就像安装普通水表那样,安装机械智能水表,通过更换接管实现DN15、DN20、DN25户表直接替换。根据自来水公司的决定,可选择自行架设用户管理系统并配备专业人员,也可以采用 “自助抄表系统”,而无需架设任何系统。用户通过网页、电话,短信等多种平台获得充值码,进行充值。紧急情况下,用户可插上电池盒,自动透支充值,在下次充值时,自动扣除透支额度,透支额度由水表安装者设定。水表使用的存储器、充值器、电池盒、数据连接线,与水表没有对应关系,各水表之间可通用。

关于阶梯水价的实现方式

1、目前人工抄表实现的阶梯水价方式,是以 “2次抄表周期”与 “阶梯周期”进行比较,获得阶梯水价数据的。

 2、阶梯周期:按月、按季、按半年、按整年,也就是在这个周期内,你不超过某个值,就是在基本水价范围内,例如,基本水价是2元/m³,每月每户用水量在20m³以内的为基本水价,超出的则按照 第一阶梯、第二阶梯等计算;如果按照季度计算,那么你 3个月内不超过60m³,则在基本水价之内; 如果按半年计算,你6个月内不超过120m³,则在基本水价之内;如果按年计算,你不超过240m³,则在基本水价之内。如果在设定的期限内,你超出了基本量的总和以外用水,则为第一或更高阶梯的水价。

3、无源水表是按照用户 “2次预订周期”与 “阶梯周期”进行比较,获得阶梯水价数据的。例如,基本水价是2元/m³,每月每户用水量在20m³以内的为基本水价,超出的则按照第一阶梯、第二阶梯等 计算;第一次你预订20m³,那么如果是按月计算阶梯的,你只要不在一个月内再次预订,那么你在基本水价范围内,如果在一个月内,你又预定了10m³,那么这10m³将按照第一阶梯或更高阶梯核算水价。如果按照季度计算,用户一次可预订 60m³,只要在3个月内,你不再预订,那么就在基本水价之内; 以此类推。

这种水表可以说解决了前面几种水表的各种问题。无线无源阀控。无线,已建或者在用小区,都可以进行替换安装。不会因为接线等问题而无法改造。无源,水表本身没有电池,解决了水表使用多年以后更换电池的问题。阀控,可以控制用户,防止用户恶意欠费。交费方式完全自助方式,用户自己通过网络、电话语音平台、移动公司短信、微信等多种手段获得水表验证码,将验证码输入手中的充值盒,连接水表进行自助充值。摆脱了人工收费,节约了人力物力等资源。以后水表将向无源智能化发展。

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