居民用户燃气智能计量的技术研究

龙宪韩

摘 要：膜式燃气表是一种利用天然气体积测量的仪表，通过使用柔性薄壁腔室交替充放电气体，它广泛用于城市商业和家用燃气计量。目前，大量机械式膜式燃气表的远程抄表问题尚未得到可靠解决，手动抄表计费方法存在人力资源浪费，数据更新滞后，气体信息无法实时监控，无法校正工作气体体积和温度等问题。基于此，本文对居民用户燃气智能计量的技术进行了研究分析，以供参考。

关键词：居民用户;燃气智能计量;技术

中图分类号：TU996.7 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）03-0016-02

0 引言

机械式膜式燃气表在我国仍在广泛使用，现有的大量膜式燃气表气体测量结果已经数字化，具有很多优点。使用智能抄表代替传统的手动抄表方法可以大大降低人工成本;数字式燃气计量终端可实时监控用户的燃气状况，实现燃气终端的远程控制;安全用户燃气设备的安全性用于减少泄漏和爆炸。如果配备温度和压力传感器，可以针对温度和压力校正数字测量值，并且可以提高测量精度。此外，经过长期持续改进和完善，IC卡燃气表具有成本计量和充值限制的功能，但手表的使用仍存在管理漏洞。燃气公司不能实时向用户收费，也无法实时监控燃气设备的运行状态。并要求人员定期消除用户的手表故障并更换手表，否则会造成空气流失。由于用户市场上大量传统的机械式膜式燃气表，智能燃气管理设备的推广带来了很大的困难，但智能产品的发展趋势已经变得明显。

1 膜式燃气表燃气计量原理

1.1 膜式燃气表结构

膜式燃气表是一种机械式燃气计量装置，广泛应用于家用和工业燃气计量系统。它是最受欢迎的体积式气体流量计。膜式燃气表主要由五部分组成：计量装置，动力传动系统，气体分配系统，计数装置和主体外壳。

1.2 膜式燃气表工作原理

燃气表的内部由弹性薄膜测量室和旋转阀以及与其连接的连接杆组成。腔室由左右两个测量室组成，每个测量室由弹性薄膜片分成两个小测量室。总共形成四个相同结构的小测量室。弹性薄膜可以随着气体的填充和排出而膨胀和收缩，并且由隔膜分开的两个腔室具有相反的进气和排气状态，并且当一个腔室处于进气过程中时，对应于另一个腔室。在排气过程中。安装在测量室上方的旋转阀通过连杆连接到膜上，使得表体的入口和出口交替连接。当腔室从进气状态切换到出气状态时，腔室的另一侧再次被气体激励以继续往复运动[1]。

1.3 膜式燃气表出气口气体流量和压力特性

当气体流过燃气表時，会产生摩擦。同时，由于内部机构的阻塞，在空气出口和空气入口之间产生压力差。隔膜在压差下缩回并往复运动，腔室壁隔膜的膨胀和收缩迫使气体计量室中的气体在前后部分交替充放电，然后曲柄连杆机构推动仪表头旋转的头轮计数机构，以及隔膜往复运动的废气量是一定的。目前在家中广泛使用的膜气室室具有1.2升的固定体积。

1.4 智能膜燃气表的基本结构和功能

智能膜式燃气表通常在膜式气体仪表的基础上配备智能气体测量仪表，由机电转换传感器，控制模块，阀门，通讯模块和电源组成，具有气量测量功能。预付款和阶梯。计费，监控，报警等功能;集电子技术，传感器技术，计算机技术和测量技术于一体，满足国内燃气科学测量和监测管理的需要。

2 智能计量的技术实践

2.1 网络层

网络层是指用于网络中数据接收，识别和转发的每个网络设备，由通信服务器，通信网络，集中器等组成，确保主站与备用站之间的信息传输站。通常，燃气公司制定“远程传输表数据传输协议和接口规范-主站和集中器数据传输协议”以标准化通信协议以满足不同仪表和主站之间的数据通信。在该协议中，主站和从站，从站和智能仪表之间的联网模式，主站和从站的数据交互形式和消息规范，从站功能和异常处理情况是定义的。然后，燃气公司根据协议的技术要求建立了通信服务器，成功实现了指令的翻译和透明传输，为实现不同厂家和不同类型的智能电表和从站，从站之间的数据传输奠定了基础。主站是一个智能计量管理中心，管理数据传输，数据处理和应用程序，以确保数据传输的稳定性和传输安全性。本文的主站是指通信服务器，它安装在燃气公司的数据中心。从设备是在整个网络上具有唯一标识地址，从主站接收信息并与主站交换信息的设备。本文指的是集中器并安装在用户构建中[2]。

2.2 应用层

应用层是指包括服务器硬件和软件程序的一组应用系统。它安装在燃气公司的数据中心，主要承担收集后的数据显示和指令发布等任务。它是智能测量结果的最终体现。在成功解决不同类型的智能电表和从站之间的通信的基础上，燃气公司根据业务管理的需要建立了数据采集平台-用户燃气消耗收集和管理平台，并建立并进一步完善了现有协议和接口规范。利用运营商的网络资源，构建适合燃气集团的统一智能电表远程数据采集网络，成功连接智能电表厂家不同类型的智能电表，实现智能电表对智能电表的实时数据采集站通过集中器。远程阀门控制。此时，燃气公司实现了主站与网络层和应用层的不同智能电表制造商的智能电表之间的互连。数据采集平台和燃气集团营销管理平台建立数据共享和交互机制，实现抄表，终端组网，数据采集，贸易结算的全过程管理。

2.3 物理层

物理层是指用户的智能电表，它安装在用户家中。这是一个智能计量终端实施。它使用统一协议来控制特定组件，以实现智能电表的数据采集和阀门控制。在应用和网络层面取得突破后，天然气公司或钟表制造商开始为不同的智能电表开发无线传输控制单元。无线传输控制单元是单片机系统，包括微控制系统，无线通信模块，电源系统和阀控制系统。内置的燃气行业专用数据传输协议实现了智能电表的数据采集，数据处理，数据存储和数据通信，数据显示和控制相关的插件。通过物理层技术标准的统一，最终实现了不同智能电表制造商智能电表的互联互通。

3 智能计量实现的难点和解决思路

3.1 规范通信消息

每个集中器制造商生产的集中器（从站）如何与通信服务器（主站）通信是第一个需要解决的问题。网络中双方之间的通信是通过商定的通信消息进行的。通信消息是在网络中交换和传输的数据单元，包含要发送的完整数据信息。长度和长度根据数据信息量不一致和长度。不受限制和变数。通信信息就像人类交流的语言。两个语言不流利的人无法相互沟通。为了正常交流和沟通，必须按照一定的规则进行语言翻译。为了实现从站与主站之间的相互通信，需要建立一套在网络中常见的通信消息机制，这是实现统一通信的主要技术难点。具体方法如下[3]：

（1）定义统一的标准化通信消息。该消息指定了双方之间信息交互的形式，并定义了每个功能的抄表，阀门控制，异常情况处理，信息查询等功能。指定指令代码，即与每个指令对应的数据包的消息格式，消息指令代码，表代码，集中器代码，返回代码等。同时，也同意主站与从站之间通信过程中使用的通信机制，包括：每个命令通信消息的主-从关系，通信验证算法，加密算法，心跳算法，峰-峰算法，以及故障重传算法。（2）在通信服务器（主站）和集中器（从站）中建立通信消息系统，并根据建立的通信消息进行通信。同时，集中器承担将通信信息的指令翻译和翻译成手表可识别的基本指令的工作，打破了不同智能手表制造商之间的技术壁垒。此时，主站和从站之间的统一通信，即通信服务器和集中器。

3.2 建立基本指令规范

虽然主站和从站实现统一通信，但是从站（集中器）与每个智能电表之间的通信导致集中器不同，因为智能电表制造商的驱动组件和传感器工作的基本命令不同。与来自不同智能电表制造商的智能电表进行统一通信存在障碍。实现“互操作性，可互换性和互操作性”的最终目标是建立可以驱动不同组件和传感器的操作的基本指令规范，以实现每个智能仪表制造商的传输协议的一致性和多功能性[4]。具体方法如下：

（1）从站与智能电表之间的无线通信用于定义通信方的基本命令格式，以及无线参数，如信道频率，唤醒时间和双方采用的权力达成一致。（2）定义从站和智能表之间可能发生的应用程序。根据应用定义不同的命令帧和帧格式，并明确定义命令帧中各种代码的含义，校验和和加密算法。（3）定义从站和智能仪表之间的通信过程和各种通信策略。

3.3 无线传输控制单元的开发

为了真正实现不同智能电表制造商的智能电表之间的“互连，互换和互操作性”，核心应该从物理层解决。定义统一的智能控制部分可以从根本上实现从站与智能电表之间的统一通信。具体做法：（1）开发智能电表无线传输控制单元的单片机系统，分别控制电路和通信电路，控制电路和通信电路可以独立运行，通过标准接口实现连接和集成。（2）在单片机系统内集成统一指令系统，实现统一协同。

4 结语

本文阐述了燃气表的工作原理和无线智能电表的网络结构，使用户可以了解民用燃气表的测量和数据传输方式，从而在产品中首先考虑燃气表的計量特性。用户要考虑的因素是“仪器性能，流体特性，环境温度和压力，数据传输方法，经济条件”等，以确保准确的气体测量和可靠的传输。

参考文献

[1] 王海，姚晟宇，朱彤，吴竺.宽量程组合燃气计量方法及计量特性实验研究[J].上海煤气，2016（5）：27-32.

[2] 张志，徐小丰.法国智能燃气计量系统AMR项目[J].煤气与热力，2015，35（12）：43-46.

[3] 高峰.浅析阶梯气价燃气计量的难点与要点[J].城市燃气，2014（8）：42-45.

[4] 兰洪，曾杰，胡庆，陈忠平.浅谈提高城市燃气计量准确性的途径[J].信息通信，2013（10）：10-11.