远传抄表系统及其在智能小区中的应用问题

摘要：本文介绍了远传抄表系统原理、组成、功能、特点，并结合实际分析其应用问题和发展趋势。 
 
    一、 引言建设部在《中国住宅产品发展纲要》中明确提出：实现方便查表，不干扰住户，使大量人工查表工作逐步过渡到数字化传送，开发智能化的水、电、气、热计量装置及接口箱柜。随着电子技术、传感技术、自动控制技术、计算机技术和通讯技术的发展，远传抄表系统已经在智能小区中逐渐普及。
    二、 远传抄表系统原理及组成远传抄表系统的基本工作原理是利用电子技术和传感技术，对传统电表、水表、燃气表加以改进，使其成为远传计量表，在户外装一套计量系统，将每一个计量表传感器传出的数据，送到每个表的采集器存储，经过函数变换送到智能电路单元，各单元通过数据总线并联，在数据总线上任何一点皆可以与计算机通讯，自动抄收三表数据。远传抄表系统由远传检测表头、数据采集器、上位控制器、抄表服务器及抄表系统软件等五个部分组成。
 1、 远传检测表头通过对现有电表、水表、燃气表加装传感器，使其既能就地显示计量数据，又能产生相关计量脉冲信号。传感器实质上是一种基于磁电转换技术或光电转换技术的脉冲发生电路单元。远传检测表头为机械转盘式，将磁感应探头装在检测表头的某一刻度上，并通过磁屏蔽防止外界磁场的干扰，便能将一台一般表改制成远传检测表头。转轴的圈数通过探头组件的输出端送到数据采集器，该数据通过一定的倍率计算便成为最终的计量数据。例如，在现有转盘计数的水表中加装霍尔元件和磁铁，即可构成基于磁电转换技术的传感器，霍尔铁安装在计数盘上，当转盘每转一圈，永磁铁经过霍尔元件一次，在信号端即产生一个对应的计量脉冲，其工作电压由采集器提供。同样，可以采用光电转换技术产生计量脉冲，实现远传抄表的目的。
 2、 数据采集器是以单片微机为核心的数据采集装置，用于采集检测表头数据、剪线报警、实时数据存储、与上位控制器通讯，一般安装在各住户检测表头附近。其主要功能是采集检测表头数据，累积表头数据，通过系统总线上传至上位控制器。其一般具有4个或8个通道，每个通道连接1个检测表头。为保障系统的安全性及可靠性，数据采集器应具有表底数据及采集数据的存储功能，同时应具有用户剪线、系统总线断线、停电报警等功能。数据采集器一般安装于本检测表头的附近，比如：可将同一楼层的采集器集中安装于本层弱电竖井中。数据采集器供电由UPS集中提供。
 3、 上位控制器是独立抄表系统的终端装置，提供UPS电源。上位控制器可与数据采集器、检测表头组成完整的小规模抄表系统，标准型上位控制器通过屏蔽双绞线可挂接255个数据采集器，通过扩展上位控制器接口可挂接无限制个数的数据采集器，只是应保证通讯线路总距离不超过1km。上位控制器主要功能是：对数据采集器硬件设备管理，历史数据存储、累积，采集器数据自动下载，数据显示、打印、校对，系统维护用户口令设置，用户计费管理，数据共享等功能。上位控制器提供丰富的接口，可连接打印机、显示器、键盘、鼠标、网卡、USB设备等。对于规模较小的小区，可由上位控制器代替抄表服务器完成小区抄表任务。
 4、 抄表服务器是大型社区抄表系统的网络管理服务器，对于规模较大、通讯线路总距离超过1km的小区，应增设抄表服务器，采用以太网连接上位控制器，抄表服务器除具有网络管理功能外，其余与上位控制器的功能基本相同。
 5、 抄表系统软件是数据储存、处理、分析的应用软件，具有数据自动采集、数据查询、数据修改、数据通讯、数据打印、系统维护、收费管理等功能。
三、 远传抄表系统功能及特点远传抄表系统具有以下三个功能：
    一是具有独立的用户处理功能，各用户有独立运行，不会因相互间的干扰及系统连接总线的短路或断路造成数据丢失和混乱，确保抄收及时，数据准确（与检测表头数据一致）；
    二是具备报警功能，如果出现用户剪线、设备通讯中断、供电中断等现象，系统会自动报警；三是具有防断电功能，停电时系统的备用电源可确保本系统在72小时内安全可靠地工作，历史数据资料可以存30天以上。
   远传抄表系统具有以下两个特点：
   一是远传抄表系统是一种模块化开放型网络，系统连接采用总线方式，各用户并接在总线上，在网上任意一点都可抄读三表数据，便于整个小区及城市水网、煤气网、电网的自动抄收，银行划拨收款，可组成百万户以上的大网；
    二是系统组成灵活，既有适合于规模较小社区、降低小区造价的独立抄表系统，又有适合于规模较大社区、网络管理功能完善的抄表系统。远传抄表系统性能指标主要是检测表头，指水表、电表和煤气表等计量仪表，抄表系统所用检测表头需加入探测元件，并配有一条信号传输线，其长度为1.5m以内。改装后的检测表头分别要符合GB/T778.1—3-96、GB/T 15283—94和GB 6968—86的要求（以上三个标准分别为水、电、煤气表的国家标准）。
四、 远传抄表系统的应用问题及发展趋势随着国家“康居工程”的推广，
    智能化小区的建设，远传抄表系统在温州也有多个大楼及小区在使用，如龙腾大厦、浙南大楼、龙泉公寓、南亚都市花园、涌金花园小区等都安装了远传抄表系统，但是由于种种因素，在实际应用中还存在这样几个问题：
    一是影响远传抄表系统正常开通运行的问题，分析其原因，首先是技术层面的因素，许多系统未能真正把握自动抄表的核心技术，造成系统计量准确性低，系统可靠性差；系统的维护性不好，维护、维修工作量太大。其次是维护保养方面的原因，过了质保期后由于维护资金无从落实，往往使系统得不到及时的维护维修，从而影响系统的正常运行。还有是专业公司、开发商、物业公司、系统集成商等有关各方未能很好地协调各自的责、权、利关系，从而影响整个工作流畅运转。随着这三方面问题的有效解决，远传抄表系统除了能惠及产品生产商及系统集成商之外，也必将惠及各专业公司（电力公司、自来水公司、燃气公司等）、房地产商、物业公司和广大居民。
    二是影响远传抄表系统可靠、准确运行的技术问题，分析其原因首先是远传计量表未能可靠、准确的送出远传数据，其次是小区内的传输网络建立未达到技术标准（硬件结构、组网方式、通讯协议等诸方面），从而使数据传输不稳定。目前有些远传抄表系统不能很好运行，都在于未能有效解决好这两个核心问题。远传抄表系统的发展趋势是智能自动抄表系统，它可分为局域和远程两种，局域抄表系统用于一定范围内的小规模抄表任务；远程抄表系统适用于抄表地点多而分散规模较大的场合。局域抄表系统是由脉冲计量表、数据采集器、适配器和管理中心计算机组成，各个部分之间采用双绞线连接，如果要进行远传抄表只须在适配器、管理中心计算机及远程主机处各增加一个调制解调器，利用电话网络即可通讯。而通过公共媒介（电话、Internet）向专业公司抄表中心电脑传输数据是成熟的技术运用问题，其硬件、网络都是现成而且完善的，只要进行相应的软件开发即可。
五、结束语
    随着科技的进步和人们对信息化要求的提高，智能住宅将逐渐在全国范围内得到推广。智能小区的主要功能应当体现在快捷、高效、安全和方便上，远传抄表系统是智能建筑优点的充分体现，将会获得广泛的应用。 

摘自:中国自动化网

技术交流

楼宇自动化系统的验证

摘要：针对目前楼宇自动化系统设计及实施中存在的问题，阐述了进行系统验证的必要性和所带来的益处。根据楼宇自动化系统实现技术的复杂性，阐述如何进行验证草案的编写及协调各草案间的关联和制约关系，才能保证整个楼宇自动化系统在软、硬件上的一致性，保证系统的性能得到充分发挥，实现各项性能指标。 
 
1 引 言 
    楼宇自动化系统是由各种先进技术(如4C技术)实现的集散型控制系统，又是一个信息集成系统。整个系统通过DDC控制器、通信网络、上位机等协调工作达到预期的性能指标，为智能建筑实现综合管理、可靠运行和节约能源提供了可靠保证。楼宇系统中各种控制功能由控制器及软件实现，而各种管理及监测功能由上位机及软件实现。因此，控制器和上位机的软、硬件的一致性及软件组态设计至关重要。然而，由于下列原因造成很多的楼宇自动化系统统不能正常开通、各种控制和管理功能不完善、节能效果不好、维护及扩展困难及对原施工方依赖性大等问题。
     (1)由于楼宇自动化系统技术的复杂性，用户对楼宇自动化系统及其能实现的功能了解不深，对用户需求技术指标、接收标准和试验标准阐述得不完善、不具体，完全依赖于承包方的设计和解释。
     (2)各阶段没有很严格的验证和测试，单靠最后竣工时的验收是不能保证各种中间过程运行的正确性、合理性的，很多潜在的问题仅靠外特性的测试也是难以发现的。
     (3)对系统控制参数选择的合理性无法正确评价，控制过程的响应性能不好。
    (4)没有对系统按标准操作规程进行严格跟踪和测试，运行人员对系统的操作及处理能力不高，加上缺少对系统运行机理的了解，分析和判断问题的能力差。
    (5)技术资料不完整及与实际系统不符，没有软件的源代码等，加上用户对系统的软、硬件没有很好的培训和掌握，随着系统的运行，很多问题会不断暴露出来。
    这是一项技术性很强的工作，单靠用户短期内是很难完成的。因此，通过第三方专业人员运用合理的跟踪和评价体系来验证整个系统是最好的选择。
2 验证目的和内容
    验证是建立备有证明文件的依据，为系统提供一种高度的保证：使生产过程完全一致地生产出满足预先确定的技术指标和质量特征的产品(含控制信息或数据)，对各种偏差做出记录和处理。
    在系统生命周期中，从用户需求技术指标到设计、安装、运行等阶段涉及一系列技术问题，每一阶段的好坏均对下一阶段产生重大影响。因此，验证应贯穿楼宇系统整个生命周期之中。系统的建造顺序为：技术指标→设计→开发及试验→安装→接收试验→运行6个阶段；对应于验证过程为：验证主计划、草案编写及指标确认(SQ)→设计确认(DQ)→开发过程及源代码审核、仿真及测试软件和模块→安装确认(IQ)→运行确认和性能确认(OQ&PQ)、验证报告→投入运行(控制和过程检验)。各个阶段相互之间互为基础和制约，均需要切实可行的验证草案来保证。
    对楼宇系统来说，软件实现的功能是强大的，如何以最少的硬件投入发挥最大的效率及系统的先进性、开放型、集成能力均是用户关心的问题。因此，规定的技术指标和实现的功能应明确，应指出采用的主流技术要求，防止甲、乙双方由于对问题理解不同而导致的各种纠纷，造成建造系统的较大缺陷等。
3 草案的编写及确认
    (1)用户需求技术指标(URS)。
    根据用户要求、技术的先进性及可行性，提出一个完善、合理的技术指标，既要保证满足现在需要，又考虑将来规模扩大和技术发展的需要。URS应尽可能地详细，不但阐述系统的结构形式、功能要求、技术指标、运行参数、验收标准，试验方法等，还应用逻辑图的形式表示出每个设备的工作流程、设备间的互连及互操作性要求等。URS应作为招标文件编写、系统设计和实现功能的依据。 
    (2)验证主计划(VMP)。
    详细定义整个验证过程中各阶段的相互关系，每阶段达到的要求，系统的验证范围、界线，验证管理及各验证文件的要求等。
    (3)技术指标确认(SQ)。
    通过构造一系列文件，将URS和投标方的方案及产品性能进行审核，找出最优的实现方案，确定投标方，使投标方的产品、质量管理体系等能完全满足用户要求，为设计确认提供基础保证。 
    (4)设计确认(DQ)。
    对中标单位的具体设计和施工方案(含图纸)进行审核，包括技术的可行性、合理性，是否符合规范要求，软、硬件设计有无错误，各种操作规程、文档资料是否与设计相符，运行和控制参数是否正确。同时，对软件流程图、源代码、上位机界面等进行审核，确保设计完善、合理，完全满足URS的要求。把设计中的细节以文件的形式提供给用户，保证设计资料的完整性，给以后的运行、维护、扩展、升级提供技术上的保证。 
    (5)安装确认(IQ)。
    对安装质量、竣工文件等提出规范化的要求，针对设计图纸及要求，对照实际安装软、硬件等逐一核对。对所出现的与设计的偏差进行列表，并分析产生偏差的原因，进行偏差的处理记录。对单台设备进行测试，保证满足运行和精度要求，确保安装和竣工图纸、文档、软件的一致性。安装中的每个细节均以文件的形式表述，为以后的元件更换、保养提供可靠的保证。
    (6)运行确认(OQ)。
    对运行测试过程提出规范化的要求，按照接收标准进行各种运行试验及参数测试，包括：通信速率、报警时间、界面响应、控制精度、响应时间、不合理数据的反应等。使运行中的每个细节无论是功能性、逻辑性的还是控制精度、标准操作规程等都得到严格的测试和分析，对出现的偏离给予合理的处理和记录。
    (7)性能确认(PQ)。
    对照产品的性能指标，试验各种运行工况，找出影响质量的关键因素，优化系统运行参数，确保产品的质量和性能满足要求。
    4 验证的实施
    每个验证步骤都是按照相应的验证草案进行的，下面以安装确认和运行确认草案简要阐述草案应包括的内容，可用于所有自动化系统，通过一个完整的文件证明自动化功能和能力的安装和运行。 
    (1)IQ草案 
    ①计算机硬件。
    CPU，磁盘、带，打印机、显示器，各种连接电缆，序列号，插件板的DIP(I／0)开 关设置和跳线设置IRQ，RAM数据保护的电池等。 
    ②软件。
    操作系统软件，配置软件，应用软件等。
    ③使用环境。
    HVAC设备，电源和接地，安全等级，电磁屏蔽，环境参数等。
    ④对过程设备的连接。
    现场设备接线表，端子排和标签，卡片等。
    ⑤网络。
    诊断，通信电缆，硬件序列号等。 
    ⑥文件。
    工程图纸，安装图，仪表和传感器校正记录，用户手册，维修手册，安装、测试、试运行、SOPs，证明文件，备份和恢复过程，维护过程 (包括运行调节过程、仪器校正过程、预防性维护过程、备件表、特殊试验设备、改变控制、试验记录)。 [Page]
    (2)OQ草案
    ①运行检查。报警试验(声、光)，互锁、联动试验，非正常进入／条件试验，正常运行范围内的极端试验，正常运行。
    ②运行参数。温度、速度、流量、阀门位置等。
    ③系统的自动化运行。am软件：软件功能和能力，现场器件调试，传感器校正；pm接口：与其他系统通信，打印机；胀网络通信：软件功能和能力，信息通路，冗余等；PH系统安全：维护时计算机系统的登录，运行时计算机系统的登录，计算机室人员进入；PR系统功能：资料传送，暂停／恢复／中断运行，手动运行，紧急停止，互锁，报警(声、光)；删控制过程试验：证实生产过程的动态特性和相关的计算机系统的配合性能的正确性及控制过程工作程序的一致性。
   (3)验证的连续性。验证不是一次性的，应根据系统的重要程度重复进行，一般每年进行一次，对一些重要的系统，应半年进行一次，确保系统中的每个细节均能得到测试和调整。
 
5 结 语
    实践证明系统验证是非常必要的，它可以保证系统软、硬件资料的正确性、完整性、一致性，并通过各阶段的严格验证，保证系统的各中间环节和整体功能均被测试并能达到预期的性能指标，同时，促进用户的技术和运行人员加深对系统各环节的理解和掌握。 


摘自:中国自动化网

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