直读水表及集抄系统应用技术探析

      智能水表系统是以传统计量表具为平台，通过集成微电子及传感技术，交融现代信息通讯技术而架构起来的具有远程控制和交互服务功能的系统，既实现了信息化对传统产业提升而带来的经济效益，又实现了提升社会化服务水平而带来的社会效益，因而在广度和深度上都具有较强的发展空间。

　　智能水表系统主要包括具有预付费功能的卡式智能水表系统和具有远程抄表和控制功能的集抄系统。集抄系统按照其通讯方式的不同主要分为有线和无线两种方式，目前在集抄系统中以MBUS总线的直读式水表应用***为广泛。本文仅对集抄系统所采用的有线和无线方式，以及现行所采用的直读水表的应用现状和发展作一个探讨和分析。

　　首先对直读水表的发展由来作一个简述。

　　在集抄中应用***早的是以脉冲发讯水表为基础而搭建的抄表系统，脉冲发讯水表是通过不间断对脉冲进行累加（一个脉冲代表一定的体积量）而计算出流经水表的体积总量，因而需要电源持续供电，被称为“有源水表”，这种有源水表由于供电方式的不同会带来成本、系统寿命、建设和维护的适用性以及系统运行的可靠性等诸多问题，不利于进一步推广使用。

　　直读水表抄表系统的应运而生正是基于有效改善脉冲发讯水表的缺点。直读水表完全是依靠水表自身机械式累加来计算流经水表的体积总量，通过某种传感和编码方式，将机械累加的结果转变成电信号进行读取，在读取方式上通过MBUS总线可以不分极性，利用两根总线所提供的电源实时读取水表累积的体积总量所转变成的电信号，并把电信号通过总线传输到***中。直读水表在非抄表状态下无需电源供电，而只在抄读状态下瞬间由总线供电，因而直读水表也称为“无源”水表，由此可见，因其加载电源和传输数据必需依靠MBUS两根总线，因而有线方式是直读水表赖以生存的固有环境。

　　集抄系统应用发展至今，有线方式在组网和使用过程中的弊端逐步显现出来，与之相对应的无线方式随之应运而生。有线方式由于信息节点多，在布线和施工过程中人为因素造成的故障概率高，因而建设和维护成本高，系统运行的可靠性差（人为因素造成的可靠性差是不可控的），失败的案例不胜枚举。而无线方式为解决有线方式固有的难题提供了一个可靠的方案，它无需布线，可实现表具与管理中心的实时无线通讯，***和经济是使其取代有线方式而成为技术发展前延的动力，是今后应用的主流，所以基于有线方式的直读水表虽然在一定时期具有一定的***性，但是不可避免的成为了从有线向无线转变过程中的过渡产品。

　　但是作为现在代表有线集抄系统计量表具主***品的直读水表，我们应该对其应用现状有一个客观认识，使其不断满足现行水资源管理的需要。

　　首先直读方式采取的技术路线具有多样性，主要方式有以下几种：

　　1.电阻式：***常见的是在指针式水表的表盘下面每一位指针轴上装一只同步电位器，通过触点电位器测出的阻值来判定指针指示的位置。目前也有在字轮端面加装***触点装置通过阻值变化判定字轮转动位置，电阻式所采用的机械触点进行阻值判断的方式对触点的机械疲劳强度要求较高，因而必须确保其材质和成形工艺满足要求，避免在长期工作状态下造成触点疲劳断裂、磨损和接触点氧化，这些问题能否有效解决是决定电阻式直读表推广使用的关键。

　　2.摄像式：摄像式直读水表是在水表显示窗的上面加装一个摄像头，它的***大问题是对图像的解析需要非常昂贵的电子硬件和软件才能有较好的准确性。而在抄表系统中所采用的摄像硬件和软件，远远达不到必须的基本要求而使其抄表误码率较高，同时由于数据量大，在网络的传输速度上也受到很大的局限。

　　3.光电直读式：此方式是目前广泛采用的方式之一，主要分为反射式和透射式。

　　反射方式是在每一位水表字轮圆周面上设置反射面，在与之相对应的位置上通过柔性线路板安装光电耦合器。通过耦合器是否反射对计数字轮的位置进行判定。由于柔性线路板和其上光电耦合器的位置受到工艺方面诸多因素的限制而无法实现准确***，而使其误读率较高。

　　透射式光电直读水表是靠光穿透和不穿透字轮侧面的穿透槽来进行编码的，其发射和接收传感器安装和***精度较反射式所采用的柔性线路板高，因而直读准确性较前者有所提高，从而得到广泛应用。对于湿式直读来说，它的问题是如何使光电模块在水中能可靠地工作。为此, 有部分厂家采用将其直读光电模块放入水表的液封字轮盒中，而液封字轮盒中充满如甘油等不导电的液体。这种方法做成的直读水表，刚开始时是能正常工作的，由于字轮盒的转轴密封在水表长期工作后，密封性能随着时间的推移而有所降低，导致字轮盒外的被测水与字轮盒中的液体进行部分交换，而使字轮盒中的液体导电性增强从而使光电模块因漏电短路等原因而失去作用，从而失去直读功能。目前的改进措施是采用“湿式干装”的方式，即采用双腔体密封直读计数器的光电直读湿式水表, 它是将字轮与光电直读模块置于用透明材料做成的两个不同腔体内，其光电直读模块被密封在与被测水无关的腔体中，从而使光电模块与被测水永远隔离以达到光电模块在水中长期可靠工作的目的。但该方式由于受到结构尺寸限制和提高透射准确性（减少折射路径）的需要，而使隔离模块和字轮的透明塑料的壁厚较薄，在水压作用下有***的隐患，同时由于透明材料生产厂家和型号无法确保一致，而使材料的折射率无法保持一致，从而使透射光线的准确性降低，使“读数”误判；另外，字轮盒中密封的液体由于其抑菌性无法控制，字轮盒内有霉变的隐患，长出的霉菌会使字轮无法正常转动或阻挡光线而使其无法判读。与湿式直读形成鲜明对比的是干式直读，其字轮和直读模块密封在真空计数器中，不但克服了湿式直读的固有缺点，而且由于其***安装工艺简单易行，而使其在直读方式的可靠性上较湿式大为提高，干式直读已经成为目前现行的主***品之一。

　　对射式光电直读逐步成为直读的主流方式以及在湿式和干式水表的广泛应用，为集抄系统在全社会的推广培育了广阔的市场，其中深圳华旭、河南新天、西安旌旗，杭州竞达，长沙威胜生产的产品得到了市场广泛认可。

　　目前，市场广泛使用的集抄系统主要是单纯抄取数据的系统（以下简称“单抄”），单抄系统在实际应用中虽然实现了水表向管理中心实时传送数据的功能，增强了管理中心获取基本数据的主动性，但系统无法在二者之间形成可反馈的双向交流模式，即管理中心在获取数据后可通过对用水量等各种信息分析，基本判别水表的使用状态是否正常，在确认水表处于非正常使用状态后，管理中心应及时对水表进行主动“干预”，由此表阀一体式集抄水表为满足水资源管理提供了更为积极主动的管理模式，如当干式直读水表在受到人为磁干扰时，可通过对管理中心报警而及时将阀门关闭，避免水资源的进一步流失，从而为全社会实现对水资源的集约化管理提供了更为丰富的手段。

　　作为直读水表集抄系统中的直读水表仅仅是散布在各个角落的信息“孤岛”，脱离系统它仅仅是一只普通水表，但是将各个信息“孤岛”通过“信息高速公路”连接起来，它就构成了一个功能强大的系统，现代网络和通讯技术就是承载“信息高速公路”的基础。下面我们介绍一个以MBUS总线制直读水表为基础，通过无线通讯而搭建的一个信息高速公路”网（系统），如下图所示： 

　　在该系统中，每个***可连接128只表，集中器可与255个***进行无线通讯，集中器中装有一个***，集中器可与管理中心计算机管理系统通过GPRS网进行无线通讯。为了提高抄表的可靠性，各***之间可实现自动路由，对集中器不易抄读的***，该***可自动选择中继***将数据及时可靠传送到集中器中。而一般的通讯方式是在每一个***上安装一个***，每个***通过GPRS网与管理中心进行通讯，而不设集中器，通常情况下是在每一个建筑单元设置一个***。由此可见，前者可以实现以小区为单位进行集抄，抄表效率高，同时，系统只需一个***提供服务，因此运行费用低，另外由于实现自动路由，解决了通讯盲区的难题，使抄表的可靠性得到保障。而后者是以建筑单元为单位进行通讯，因此抄表效率低，多卡服务的运行方式也使其费用增加，因此前者为我们提供了一个***、经济的系统运行模式。

　　综上所述，在直读集抄系统中，透射式光电直读是现行的技术主流，干式透射直读以其真空密封方式弥补了湿式透射直读水表因其结构和工艺局限所形成的固有缺陷；采用阀控式直读水表提高了干式水表的防护能力，解决了人为磁干扰的问题。在集抄系统的“信息高速公路”上，现行具有自动路由功能的***和集中器（持有一个***）所成的网络是一个***、经济、可靠的运行系统。