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脉冲式抄表系统
双击自动滚屏 发布者:脉冲式水表 发布时间:2010/5/18 14:12:21 阅读:186139次 【字体:

  脉冲式远程集中抄表系统适用于一个城市或区域范围内的电表、水表、燃气表的远程集中管理。它既可组成单独的(水、电、气)自动抄表系统,又可组成综合的多种表自动抄表系统。系统具有运行可靠、软硬件组态容易,扩充方便等特点,可满足用户的各种需求。
 
一.脉冲式集抄系统的主要功能
 
   脉冲式集抄系统可以实现集中抄表及与其相关的几乎所有功能,这些功能中有的是必备的,有的则是可选的。它的主要功能如下:
  ◆    读取和设置各种计量数据、管理参数
  ◆    费用的统计、查询、备份
  ◆    收费单、报表的生成及打印
  ◆    定时抄表功能,每天抄表次数及定时时间可设置
  ◆    可设置“自动抄表日”(数据冻结)
  ◆    实时抄表功能
  ◆    计量信号线断线、短路检测功能
  ◆    防磁防窃功能
  ◆    自动校时功能
  ◆    抄表数据的掉电保持功能
  ◆    费率管理,可设置多种费率
  ◆    计量表管理
  ◆    用户管理
  ◆    小区管理
  ◆    系统及安全管理
  ◆    集中器与主站电脑间可选多种通信连接方式(直连、电话线、无线、网络等)
  ◆    集中器与终端间可选RS485总线或低压电力载波通信方式
  ◆    可选控制功能,可以控制水、电、气的供应状态(通或断)
  ◆    可选预付费功能
  ◆    可选温度补偿功能(适用于供暖或空调系统)
  ◆    可选泄漏报警功能
 
二.脉冲式集抄系统的结构
 
   脉冲式集抄系统由四个层次组成,从下至上分别是信号转换层、数据采集层、数据集中层和管理层(见图1)。
   信号转换层
   信号转换层的作用是把各种计量表的计量值转换成与其对应的电脉冲数,并传送给采集终端。该层的主要设备是各种远传计量表。如果是普通的水、电、气表,则应加入采样板进行改装。
   数据采集层
   数据采集层的作用是及时采集信号转换层发来的脉冲信号,进行计数及相应的处理。对所采集的数据具有掉电保持功能(>20年)。该层的主要设备是采集终端,如RTU系列多路终端或MTU系列微型终端。
                      图1  集抄系统的构成
 数据集中层
   数据集中层的作用是定时读取下属各终端的数据及传递实时操作命令。该层的主要设备是集中器(TCU)。在集抄系统中,集中器起着通信枢纽的作用。
   管理层
   管理层的作用是对整个系统所采集的数据进行处理、储存,并提供查询、打印等功能。该层的主要设备是电脑、打印机等。通过管理层还可以将集抄系统的数据提供给其它管理系统使用。
 
   集抄系统的工作过程大致是这样的:
系统投入运行后,数据采集层的终端即工作于数据采集状态,实时地对其下层送来的脉冲信号进行计数、预处理和储存。
在日常情况下,管理层电脑不干预系统的运行,由集中器根据预先设定的时间和次数对其下属终端进行抄表,并对所抄数据按一定格式存储在具有掉电保护功能的存储器中。集中器对下的定时抄表次数至少每天1次。
根据需要,管理层电脑可随时读取集中器中所储存的数据;也可以通过集中器实时地对任一终端进行操作(如读取抄表数据、执行通断控制、设置相关参数等等)。管理层电脑对所读取的数据作进一步处理后,向用户提供查询服务及输出各种报表。
 
   为了使读者对脉冲式集中抄表系统有更进一步的了解,下面对这四个层次的原理作稍为详细的介绍。
 
1.信号转换层的原理
 
   信号转换层是集抄系统的基础,集抄系统运行的准确性、可靠性在很大程度上取决于这一层的性能之优劣。
信号转换层的作用是把计量基表的计数过程转换成集抄系统设备能够识别的脉冲信号。这种脉冲信号可以是有源的,也可以是无源的。所谓有源信号,可以简单地理解为电压或电流信号;而无源信号则可理解为触点或阻值变化信号。
   “脉冲信号”是电子技术中的一个常用术语,这种信号的一个显著特点是信号的幅度变化不是连续的,而是跳变的。其实在日常生活中也有类似的情况,比如心脏的跳动、电灯的开关、闪电等。常见的脉冲信号如图2所示。

图2  常见脉冲信号波形图
 把计量基表的计数过程转换为脉冲信号可使用不同的方法,比较常用的方法是光电转换和磁敏转换。光电转换的原理如图3所示。

图3  光电转换原理

在电能表的铝转盘上有一块黑色标记,铝盘的一侧装有发光管和光敏管各一只。在大部分情况下,发光管射出的光线通过铝盘的反射到达光敏管,使其导通;当黑色标记转到反射位置时,将没有光线反射到光敏管,使其截止。因此,铝盘每转一圈,从光敏管处即可得到一个脉冲信号。

磁敏转换的原理如图4所示。

图4  磁敏转换原理之一
 在计量表的某一适当进位齿轮轴上安装一磁性指针,该指针的两端各嵌入一粒磁钢,并使其极性如图中所示,磁敏转换采用霍尔器件。每当齿轮轴旋转一周,通过霍尔器件即可输出一个脉冲。磁敏转换器件也可以采用干簧管,如图5所示。
图5  磁敏转换原理之二
 这两种方法的输出信号是不同的,用霍尔器件输出的是有源信号,用干簧管输出的则是无源信号。
这几种方法各有利弊(见下表),应用时应根据实际情况加以选择。

器件
价格
寿命
特点
光电器件
较短
易受杂光影响,要求定位准确
霍尔器件
稍高
可靠性高,脉冲质量高
干簧管
较短
省电,易产生抖动干扰

   早期的集抄系统一般都需要对计量表进行改装,使其具有信号转换功能。现在不少计量表的生产商已开始提供具有脉冲输出的产品,如电子式电能表、远传式水表等等,使得系统的搭配已越来越方便。
 
  2.数据采集层的原理
 
   数据采集层的主要设备是终端。在系统中使用RTU型多路终端及MTU型微型终端来完成数据采集工作,所谓“数据采集”,在这里主要是指进行脉冲计数。
   一个典型的终端的结构框图如图6所示,它由输入回路、单片机、通信接口、E2PROM电路等组成。

图6  终端结构示意图
 
   从上一节的介绍可知,信号转换层的输出信号可以是有源的或无源的、触点的或阻值变化的等等,因此终端的输入回路必须能适应这些不同类型的信号。
   终端在响应输入脉冲时,可采用中断方式或者查询方式。中断方式的特点是响应迅速,尤其对输入通道比较多、脉冲速率较快的场合更能显示其优点,不足之处是当输入通道较多时硬件成本较高;查询方式的特点是硬件电路简单,成本低廉,比较适合于输入通道少,脉冲速率不是很快的场合。
   E2PROM电路用来保存所采集到的数据,并且使其在停电时不致丢失。
通信接口电路用来与上层设备进行联络。对于不同的通信方式,这部分的电路有很大的差异。一般来说,采用RS485通信方式的通信接口电路比较简单,而采用低压电力线载波通信方式的电路则比较复杂。
整个终端的运行由固化在单片机内的程序控制。
 
3.数据集中层的原理

   数据集中层的主要设备是集中器。一个典型的集中器结构框图如图7所示。

图7  集中器结构示意图

从图中可见,集中器由上、下行通信接口、单片机、实时钟电路、E2PROM电路、非易失性SRAM电路等组成。

集中器在系统中是上下行通信的枢纽,因此它有两个通信接口,分别用来与上层及下层设备进行联络。一般情况下常用单片机(比如MCS-51系列)内只有一个串行收发器UART,两个通信接口实际上是通过一个转换电路以分时方式工作的。在实时性要求较高的场合,应该扩展一个硬件UART单元,使得两个通信口能独自工作。
   实时钟电路用来作系统定时、生成抄表数据的时标等。
   非易失性SRAM用来存储抄表数据,并保证停电时数据不丢失。
   E2PROM用于存放系统硬件配置信息。
   集中器的运行由固化在单片机内的程序控制。集中器在大部分时间执行两项任务:监视上行通信接口的状态以及本机的时钟值。若监视到上行通信接口有信息输入,则转去响应上层命令,待命令处理完毕再返回监视状态;若本机时间到设定的定时时间,则启动定时抄表任务,抄表完成后也返回监视状态。
 
4.管理层的原理
 
   管理层的任务由运行于监控中心电脑上的管理软件(图8)完成。该软件的功能主要包括:对下抄表、数据存储、数据汇总、数据查询、报表打印、用户管理等等。
电脑主机一般通过串行口(COM1或COM2)与系统硬件联系,当电脑关机时不影响集抄系统的正常运行。
 
 

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