智能远传水表技术应用分析

刘虎平

智能远传水表根据工作方式可以分为有源脉冲计数式和无源直读译码式两大类：

一、有源脉冲计数式远传水表

有源脉冲计数式远传水表传感技术主要有干簧管传感器、霍尔传感器、韦根传感器等。这些传感技术都是通过传感器感应产生脉冲、累计脉冲数暂存、传送脉冲数据三步来完成数字化自动抄表的。

该类电子远传水表机电转换单元的信号元件一般连续运动，产生机电转换脉冲信号，由电子装置记录信号数量。在整个过程中，远传水表的数据采集部份不能脱离电源的支持，必须维持稳定、可靠、不间断的供电，一旦出现供电故障数据会错误，恢复供电后仍无法正常，必需要到现场重新对传感器进行设置和调试。这类水表统也被称为有源发讯水表或脉冲水表，都属于脉冲有源水表。脉冲有源水表的优点是技术简单、成本低.但在在实际应用中存在以下问题：

l、易受干扰产生误差：

2、电子单元 24 小时处于工作状态，造成使用寿命较短：

3、易被攻击、盗用和破坏；

4、初始化及维护工作量大；

5、存在累计误差；

6、电池耗完后需要更换电池，更换时需要重新设置，需要大量的维护人员。

二、无源直读译码式水表

1、无源直读译码式水表工作原理

在普通旋翼式水表计数器字轮上安装位置表征元件，在字轮的缝隙中安装位置读取电路，数据处理单元和通讯单元。当需要读取数据时，接通通讯电源，按照通讯协议发出读数指令即可直接读取水表字轮数据。该类电子远传电子水表的机电转换单元直接从机械指示装置中读取水表上显示的实际读数。

2、无源直读译码式水表的优点：

与脉冲式远传水表相比，所有无源直读译码式水表都有两个共同优点：

2.1 所见即所得：模拟人读表的过程，直接读取的是水表的字轮值而不是累计脉冲值，抄表得到的数据与用户水表字轮示值完全一致。

2.2 维护简单：系统在首次开通及出现故障维修、重新启动后都无需对表初始化，维护量得到极大的降低。而且当水表发生倒转时，自动抄收的数据与用户水表的读数保持一致，避免了双方的争议。即使发生断线，重新连接好线后仍然是水表字轮的读数，供水企业无任何损失。

2.3 使用寿命长：直读式智能水表数据以机械方式记录在字轮上，平时不工作不通电，只在读表瞬间供电，不受采集系统是否断电、线路是否发生过故障的影响。因此它不但避免了脉冲式水表由于供电不稳定或故障引起的计量误差及大量的维护工作，而且能确保计量数据不丢失。从理论上讲，它读出的数据和表盘数据是一致的。又因平时不工作，整机故障率和功耗得以大大降低，使用寿命长。

而脉冲式远传水表在此以上恰恰处于劣势，因为脉冲式远传水表传出的信号是脉冲，单片机将远传的一个个脉冲累加成数据，如果累加得准确无误，其数据就等于表盘数据。但是，在这一累加过程中，无论线路中断还是内部电池断电，累积就会中断并造成数据错误，重新修复后，底数需要重新设置。从这一角度看，直读式要比脉冲式优越得多。因此，从理论和宣传层面上讲，无源直读译码式水表处于优势地位，但在多种技术当中，光电直读技术最成熟，应用最广泛。例如：在苏州新区新宁自来水公司 30 多万户、合肥供水集团近20万户等。

2.4有关直读表费用高的问题，目前虽然直读表费用高（近几年成本有所下降），但就性价比来说仍和脉冲表相当，这主要在于光电直读表是一次投资，无限循环使用，特别是电子单元部分，由于大部分时间无须供电，因此所有元器件几乎没有消耗，这与脉冲表需要长时间带电工作会逐渐老化完全不同，脉冲表 6 年到期时，很多传感器需要更换，而直读表电子单元部分无须更换，可以更换新机芯组件继续使用。寿命远在20 年以上。光电直读表实际到期更换费用仅仅略高于普通表更换（增加电子检测费用）。若旧的机芯组件检定合格，则装回即可使用，几乎不产生更换费用。

3、关于光电直读译码式水表的疑问：

尽管直读式远传水表具有突出的优点，但在推广普及的过程中存在以下疑问：

3.1 用户担心使用成本高：从价格上一只直读表的价格一般在 300 元之间加上布线和安装费用，价格就更高，对于一户多表的用户，户表改造 600 元就显然不够了：从运营成本上分析：由于直读式水表将数据抄读和处理单元密封在基本上做成一体化的表具，那么根据国家贸易结算的水表 6年“到期轮换”的规定，一台 300 元以上的水表只能使用 6 年就必须更换，使用成本太过昂贵。光电直读译码式水表是一次投资，无限循环使用，特别是电子单元部分，由于大部分时间无须供电，因此所有元器件几乎没有消耗，这与脉冲表需要长时间带电工作会逐渐老化完全不同，脉冲表使用过程中，很多传感器、电池需要更换，更换过程要对产品进行初始化，其工作量之大、维护人员之多、费用之高可想而知，而直读表电子单元部分无须更换，寿命在 20 年以上。光电直读译码式水表实际到期更换费用仅仅略高于普通表更换（增加电子检测费用）。

3.2 电路结构复杂元件多，对原表结构改动较大，嵌入表也较困难。因此成品率很低（约 60%左右），导致制造成本较高。因此如此复杂的产品能否经受得住大批量和长时间的考验，还有待于探讨。光电直读译码模块十年前采用分立元件方式，但在 2004 年己采用集成电路方案，电路器件己多为集成，器件数量较少。此种方案己非常成熟，在国内外广泛应用。直接使用 SMT 机器自动完成加工过程，一次直通率己达 99%以上。

3.3 光電直读译码式水表多限于干式水表，采用磁传搞合技术的干式水表在长期使用中易将铁屑吸附在磁铁上，另外磁块在水里时间长会退磁，有丢转的可能，从而影响计量效果，由于干式水表计量性能劣于湿式水表，因此大多数水可不使用干式水表。日前有的厂家己在湿式水表上研制出无源直读式水表，从资料上看，传感器和电子器件均在水中工作，是否会在触点与盘面上产生接触不良，从而影响远传计量，还有待考察。早期存在磁铁吸附杂质及丢转情况，现有干式水表技术己非常成熟，从原有的中心表结构改进为偏心减速结构，传动磁钢己通过减速齿盒保护在其中，仅有叶轮轴与减速齿盒连接，杂质无法接触传动磁钢。通过增加偏心减速齿未解决丢转现象。此技术己在国内广泛应用。光电直读译码式水表在检码时，传送有误码率存在，特别是字轮进位不完整时有读数盲区易出错，一但有错或传输信号出错时，自来水公司是无法知道的。经过多年的技术进步和沉淀，主流厂家都己国定采用对光电管的编码设计，不再存在编码模糊区，完全实现全硬件直接译码。

三、智能水表产品使用现状：

智能水表的应用从上世纪 90 年代开始，出现了以干簧管传感技术、霍尔传感技术、韦根传感技术、光电直读译码式技术、光电编码技术、电阻接触技术、摄像识别技术，仅有光电直读译码技术在市场大量应用且效果非常理想，其它技术应用中存在诸多问题，仅有小范围应用。

光电直读译码式水表己是非常成熟的产品而且可搭载多种传输方式：RS-485、M-BUS、无线LORA、NB-IOT等多种传输方式。在各大水司广泛应用，近年来从国内智能水表配套厂家的智能水表基表出货量来看，光电直读译码基表每年以超过 30%的速度大幅增长，出货早己超过脉冲基表，2012年长沙水协设备委会议到场的全国各水司讨论后一致认为脉冲技术即将向汰，光电直读技术是目前最适合国内外智能表使用的技术，安装简单、可靠性强、稳定性高、具有成熟、稳定、可靠的抄表系统及抄表软件，己经形成了一股市场主流，市场己广泛推广。

（作者单位：深圳市前海海洋仪表科技有限公司）