燃气行业远传抄表系统应用探讨

摘 要

提要：本文从实际应用出发，就远传抄表系统在燃气居民用户中的应用，从系统定义、系统结构、实施意义、技术选择、技术发展方向、项目可持续发展等方面进行探讨，并就该领域的技术发
提要：本文从实际应用出发，就远传抄表系统在燃气居民用户中的应用，从系统定义、系统结构、实施意义、技术选择、技术发展方向、项目可持续发展等方面进行探讨，并就该领域的技术发展趋势提出自己的观点，指出需求驱动、服务至上是项目的应用目标，光电透射式直读方式是产品的最佳选择，无线出户、四表抄读合一与小区智能化、智能网的融合是系统的发展方向，以期为远传抄表系统在公益事业行业特别是燃气行业的应用，提供经验借鉴。
主题词：燃气、远传抄表、光电透射式直读、通信、服务
1        引言
近年来，随着计算机技术、微电子传感技术、信息通讯技术和自动控制技术的飞速发展，自动抄表(AMR)技术日趋成熟，并在水、电、气、暖等公益行业得到了广泛应用。远传抄表系统作为AMR的一员，是一种创新的、先进的、经济的、高效安全的抄表方式，在燃气行业也得到了推广和普及，它在提高燃气行业抄表效率的同时，避免了因入户抄表而对用户产生的不必要的打扰和因估抄带来的交费困惑，极大地提高了燃气企业的服务品质，避免了因不法分子假借入户抄表而引发的治安问题，彻底解决入户困难的问题，有利于和谐社会的构建，是公益行业服务文明的具体体现。
但远传抄表系统这项技术本身是一项行业前沿技术，技术发展初期必然存在诸多不完善的地方，加之行业标准出现较晚，故就应用初期而言，实际应用效果普遍不理想，大部分企业均遗留了诸多具体问题，亟待解决，使高效抄表和服务文明成为镜花水月，而解决问题所需时间很长，代价也很大。因此，总结过去，面向未来，就远传抄表系统在燃气行业的应用进行探讨，为远传抄表系统在公用事业行业特别是燃气行业的应用，提供应用的经验借鉴，是非常必要的。
2        实施远传抄表系统的意义
2.1 促进我国住宅建筑节能产业化进程
从实现低碳经济和城市节约能源的战略高度，党中央国务院明确提出了“建设资源节约型社会、环境友好型社会”的指导思想，住宅建筑节能是实现上述目标的重要内容之一。要真正做到住宅建筑节能，就必须实时掌握住宅各类资源的消耗情况，就必须解决好水、电、气、热等住宅能源管理的智能化抄表问题。
住宅远传抄表系统的推广应用，将进一步推动公共能源的计量与抄收自动化，逐步实现能源供应的实时动态监控，推动我国自来水、燃(煤)气、热力、电力公司的管理升级，提高职能部门城市能源管理能力，进而提高住宅的科技含量，推动我国智能化住宅的建设，促进我国住宅建筑节能产业化进程。
2.2 公益性行业服务文明的具体体现
 对自来水、燃(煤)气、热力、电力公司而言，抄表、收费是永恒的话题，为贯彻“以人为本、用户至上”“充分尊重用户隐私”的服务理念，提高公司的服务品质，有必要在现代建筑中，推广安装远传抄表系统，从而逐步实现国家建设部提出的二十一世纪住宅小区规划要“方便查表、不干扰住户、使人工查表工作逐步过渡到数字化传送”的要求。实践证明，推广安装远传抄表系统，是公益性行业公司服务文明上台阶的具体体现，是社会进步和家居文明的象征。
2.3 提高燃气企业的经营、管理效益
推动远传抄表系统在新型智能化住宅的应用，将极大地推动燃气行业的企业信息化建设，帮助企业解决抄表难、收费难，抄表工作条件差、效率低、劳动强度大、不可控等普遍问题，帮助企业创新客户服务管理模式和信息传输模式，降低沟通成本，提高资源利用率和顾客忠诚度，增强公司竞争优势，突出企业公共性、公益性、基础性特征，提高燃气企业的经营、管理效益，进而帮助燃气企业实现公益事业与社会产业的双重属性。
3        远传抄表系统
3.1 远传抄表系统的定义
远传程抄表系统作为智能计量方式的一种，是“由远传表、采集器或/和集中器、主站通过信道连接起来组成网结构，并运行抄表系统软件，能实现住宅自动抄表的系统”(见《住宅远传抄表系统》JG/T162-2009)。由于远传抄表系统应用项目的特殊性，该项目实际上既是一个能形成公益企业、广大用户、产品及服务供应商多赢局面的项目，又是一个“开弓没有回头箭” 的项目。
3.2 远传抄表系统结构框图
 

 
3.3 贵州燃气的应用情况
3.3.1抄表收费模式的更新
目前，对老居民用户，采用PDA+条码的人工抄表模式。对新住户，采用PDA+户外集中抄表模式。收费由银行代扣代收，数据交换采用托管方式。在客户服务方面，建设有96977客户服务综合信息管理平台。而远传抄表系统的应用，重点在数据出户，即户外计量，也称燃气智能表。
1、从2005年10月开始，采用掌上电脑代替抄表卡，通过条形码的扫描来识别用户，并作为销售服务员进户抄表的唯一标准，同时把用户档案、抄表数据、安全检查等信息全部自动保存在掌上电脑中，通过后台管理软件，再自动把用户档案、抄表数据和安全检查等信息导入到计算机系统，在大大减轻销售服务员的劳动强度的同时，提高了人工抄表数据的准确度和可信度。
2、作为用户信息管理系统功能的强力拓展和服务延伸，采用VPN方式，将营业所各服务站与数据中心进行联网，联网后，在各服务站即可直接查询客户的相关信息，满足了客户电话或上门查询的需要。
3、从2007 年开始，实施了96977客户服务综合信息管理平台，96977客服平台以客户为中心，在细分客户和细分客户服务内容的基础上，采用“一站式” 服务营销模式，量化管理整个贵州燃气客户服务过程(包括来访服务、销售服务和生产服务)，实现客户服务统一化、客户信息标准化、信息沟通及时化、业务流程规范化、报表生成自动化和燃气集团相关业务部门、营业所分支机构、员工及合作伙伴的协同工作，通过科学的客户服务管理、客户价值管理及决策支持体系，帮助企业更好地提升客户价值，从而全面提升了企业的竞争能力和盈利能力。
3.3.2抄表系统的安装情况
户外集中抄表项目开始于2002年，到目前为止，共发展用户数约13万户，实际安装11万户，实际使用近9万户。项目应用主要分为两个阶段，2002-2005年期间，安装的产品为脉冲分线制采集方式的智能表，约有5万户。2006年至今，安装的产品为M-BUS光电(透射式)直读方式的智能表，约有6万户。
同时，为提升对商业、工业、公建等大用户的服务水平与管理水平，实现对大用户用气计量表的实时抄收与监控，及时掌握大用户的用气规律及用气安全，增强煤气用气高峰调控能力，从2009年开始，作手建立《燃气大用户实时抄收与安全服务管理系统》(该系统是标准意义上的远传抄表系统或AMR)。
3.3.3实际效果情况
在2002-2005年期间安装的5万户智能表，为脉冲分线制采集方式，由于众所周知的原因和产品固有的缺陷以及现场供电困难等问题，使用效果一直不好，户外抄表成为泡影，还招致极多的用户投诉。
在2006年以后，安装的产品为M-BUS无源光电(透射式)直读方式的智能表，使用效果良好。
另外，《燃气大用户实时抄收与安全服务管理系统》的建立，正逐步发挥积极作用，它将有效地解决日常检查人员不足问题和非正常用气及计量装置故障、日常检查的协调冲突，实现用户用气的自动抄表和安全监控服务。
3.3.4问题的处理
实际上，远传抄表系统这项技术本身是一项行业前沿技术，技术发展初期必然存在诸多不完善的地方。本着服务至上，承担社会责任的原则，我们决定对到期的脉冲分线制智能表，全部免费采用无线光电直读智能表进行复置。为此，我们需要也必须付出代价，目前，复置工作已经启动，预计在2010年完成复置1万户。
4        系统的应用重点、要求
4.1 客户服务新理念
△ 摒弃“官商”色彩, 突出行业的公共性、公益性、基础性特征，
△ 坚持“以人为本、用户至上”, “充分尊重用户隐私”；
△ 细分客户和客户服务内容,突出重点,建立有效的客户服务管理、客户价值管理及服务决策支持体系，提升客户价值；
△ 对居民用户，提高服务质量，树立企业品牌；
△ 对非居民用户，完善管理手段，降低产销差，提升企业经济效益；
△ 近、中、远期负荷预测与城市用气结构及其发展趋势预测；
△ 实时高精度用气管理与非正常用气管理；
△ 远传抄表系统应用势在必行。对居民用户，应用重点在数据出户，对非居民用户，应用重点在实时抄表和合理配置计量表。
4.2 应用重点
△ 充分体现燃气企业“以人为本、用户至上”的服务理念；
△ 系统抄读的准确性；
△ 系统运行的稳定性；
△ 信息传输安全性；
△ 使用方推广的积极性；
△ 系统设备的长效性；
△ 到期复置的经济性。
4.3 对系统的应用要求
△ 预付费方式，不符合“以人为本、用户至上”的服务理念；
△ 远传抄表系统的二次计量必须准确且抗干扰能力要强；
△ 信息传输安全可靠、方便出户；
△ 方便远程传输并确保信息传输的安全；
△ 系统稳定，质量可靠；
△ 高性价比、安装维护简单；
△ 对供电依赖程度低；
△ 设备得可复用性高。
5        系统的技术选择
由于项目应用的特殊性和信息技术的发展水平，远传抄表系统应用的争议焦点，在于传感采集技术、通信方式和出户技术的选择。
5.1信号传感与采集技术选择
5.1.1信号传感与采集技术分类

信号传感与采集技术
脉冲方式
干簧管传感器
 
 
霍尔传感器
光电传感器
红外线传感器
IC卡载体
电子传感器
直读方式
有源直读方式
脉冲计数直读式
无源直读方式
摄像直读式
触点直读式
光电直读式
光电对射式
光电反射式

5.1.2信号传感与采集技术的基本原理
一、脉冲方式
1、干簧管传感器
在机械式燃气表中加装干簧管和磁铁，利用干簧管的簧片在磁铁的循环作用下循环开闭，从而输出计量脉冲信号。
2、霍尔传感器
在机械式燃气表中加装霍尔元件和磁铁，构成基于磁电转换技术的传感器，安装在计数盘位上的磁铁随着计数转盘运转，每经过霍尔元件一次，即由霍尔元件输出一个计数脉冲。
3、光电传感器
在机械式燃气表的转盘处安装一个光电转换器，在转盘上有一条沟槽，转盘每转一圈，沟槽经过光输时转换器完成一次电转换，输出一个计数脉冲。
4、红外线传感器
在机械式燃气表的码盘下每个与刻度对应的位置上装上红外线传感装置，在上盖内部装有CPU与单片机组成的数据处理器，每个刻度上的红外线传感器将其刻度显示信息汇总到处理器后通过程序运行，显示燃气数据。
5、IC卡载体
通过IC卡载体，将信息输入燃气表的控制系统，决定燃气表的工作状态，如开关、充值等，特点是利用IC卡控制器实现燃气表预付费应用，即“先买气，后用气”。
6、电子传感器
在燃气表的计数机构中对应于刻度盘的下面安装电子传感器，该传感器与计数齿轮同步转动，电子传感器存储的电子信息与燃气表机械读数完全同步，形成一种特定的数学函数关系。在采集终端利用A/D转换，电子信息直接显示为燃气表读数。
二、有源直读方式
1、脉冲计数直读式
将采集开关(脉冲)信号的芯片装在每只水燃气表上，通过电池保持其工作。将从自保持开关感应器采集的计数信号记录和储存在芯片中，从该芯片读出的数据就是表盘同步数据。特点是仍然需要累积计数，需采用电池维持其工作，六到八年之后，电池需周期性更换。
三、无源直读方式
1、摄像直读式
在表的机械字轮显示窗前安装一只摄像头，将拍到的数字图像传出，然后将图像字形译成数码，供微机存储处理。目前，已成功解决了图像处理、图像传输和译码传输等技术难题，但价格偏高。
2、触点直读式
前期的此类产品多为电阻或电位器式，它在字轮上安装微型电刷，在与之相对应的位置安装电阻或电位器片，通过测量不同的阻值来判断字轮的数字位置，但都没有取得有效应用。最新型的触点直读式远传表的核心部分借用了飞机油表的传感原理，不仅传感部件精密度高，而且整个触点部分密封在油体之中。
3、光电直读式
分为光电对射式和光电反射式两种。其原理是在每一位字轮的一侧设置固定的光电发射源，在与其对应的字轮上设置反射面或对射孔的接收点，利用多个(五个)接收点或反射面的不同位置状态来判断字轮转到了什么数的位置，从而确定所对应的数据。由于每一位的数字都取决于字轮的远传位置，这需要各字轮、字轮上的传感位置都要相对的精确。
5.1.3脉冲方式(有源)和无源直读方式的比较
序号
比较项目
脉冲方式(有源)
无源(光电)直读式
1
机械与电磁干扰
1、管道或其它方面引起的表具抖动会发出误脉冲，引起远传数据与表具数误差；2、脉冲在线路传输中易受到外界电磁干扰，或对别的弱电系统产生干扰。
1、传感器平时不工作，即使抄表时表具振动，对数据提取传输也不会产生影响；2、表计传统的计量方式不变，传感器没有铁性和磁性物质材料。抄表时瞬间提取数据，不受电磁干扰影响。
2
供电问题
必须保持长期不间断供电，一旦掉电，将导致系统瘫痪
系统平时不工作，不用电，无功耗。抄表时瞬间供电，抄完后即可停电。
3
系统维护
1、系统运行前或表计与集中器误差较大时，需进行初始化设置，而且需专业人员和专用设备；2、由于发讯表产生的问题较多和计量误差较严重，使用单位需要很多的专业维护人员来保持系统的正常运行。
1、直读抄表系统每次抄表读取的是表具实时数值，集中器没有存储功能，所以不需要初始化设置；2、维护不要专业人员。
4
计量误差
由于上述原因和其它因素的影响，都会造成表计与远传数值不统一，给企业与用户间造成矛盾。
无源直读方式与眼看相似，所以表具指针或字轮数值与远传数据终身零误差。
5
生产工艺与成本
1、长期不间断供电费用，锂电池到期更换费用，维护队伍的费用；2、传感器元件应用少，硬件电路简单，工艺要求低，成本较低。
1、平时无电源，无功耗，不用锂电池维护队伍少，费用低；2、传感器元件应用较多，故障发生机率大，硬件电路复杂，工艺要求高，成本较高。
通过上述基本原理的分析和对机械与电磁干扰、供电问题、系统维护、计量误差、生产工艺与成本的比较，从实际应用效果出发，无源(光电)直读式比(有源)脉冲方式具有更多的优越性。
5.1 远传表与集中器之间的通信方式选择
远传表与集中器之间的通信方式在目前使用的有：分线制、电力载波、1+N总线、RS232总线、 RS 485总线、M-BUS总线、C-BUS总线，均取得成功，但选择M-BUS总线最优。而远程传输采用GPRS、CDMA、Internet均可。
5.2 出户技术选择
根据预测，无线出户是远传抄表系统未来的发展方向，但还有很多实际应用问题需要解决。虽然有线(特别是M-BUS总线)出户的问题是线路被用户装修破坏，处理困难，但无线出户面临的问题更多，因此，现阶段采用有线出户，是明智的，选择无线出户用于复置是可行的。在未来很长一段时间内，新装用户若想选择无线出户方式，仍然需要慎重。
5.3 关于采集器、集中器的使用选择
在供电存在困难的小区，建议不采用采集器、集中器，而采用 “简抄”方式，就是在用户门外设置一个插座，抄表时，抄表员利用适配器，将抄表器插一入即可，解决系统供电问题。
6        系统的发展方向
6.1 总体发展趋势
1、信号传感与采集由脉冲采集方式向光电(透射式)直读方式发展。
2、普通直读识别向模糊直读识别提升。
3、分线制变为M-BUS总线制发展(有线出户方面)。
4、有线出户向无线出户发展。
5、有线数据传输向(远程)无线数据传输发展。
6、基表与远传分离向基表与远传合二为一发展。
7、单一独立系统向四表抄读合一与小区智能化、智能网、物联网融合发展。
6.2 关于光电(对射式)直读
对射式的原理是在每一位字轮的一侧设置固定的光电发射源，在与其对应的字轮上设置反射面或对射孔的接收点，利用多个(一般为五个)接收点或反射面的不同位置状态来判断字轮转到了什么数的位置，从而确定所对应的数据。由于每一位的数字都取决于字轮的远传位置，这需要各字轮、字轮上的传感位置都要相当的精确。
从原理分析和实际使用情况看，光源干扰引起的编码混乱问题、字轮零点进位过程中出现的交叉性抄读错误问题及千方翻转的判断问题是光电(透射式)直读存在的普遍问题。
通过采用非等宽字轮数字分段编码(其它常用编码方式还有二进制码、格雷码、单道简码等)、扇形逐位驱动译码合成、平行逐行选通抗扰技术，可解决光电(透射式)直读中，光源干扰引起的编码混乱问题和字轮进位过程中出现的交叉性抄读错误。而采用四位直读，解决千方翻转的判断问题。
6.3 关于模糊直读识别
由于基表进位翻零时，常常会出现字轮零位不同步，无法保持在一条水平线，普通直读识别极易出现交叉性抄读错误和失败，因此，应尽快研究模糊识别问题。
另外，摄像直读式远传表通过图像传感方式获取字轮编码数据，是一种有发展前景的传感技术，可以较易实现模糊直读识别。
摄像直读式远传表的原理是在表的机械字轮显示窗前安装一只摄像头，将拍到的数字图像传出，然后将图像字形译成数码，供微机存储处理。目前，已成功解决了图像处理、图像传输和译码传输等技术难题，使该项技术取得了突破性进展，只是价格偏高影响了使用和后续开发。
6.4 关于M-BUS总线制
采用M-BUS总线技术和数据通信协议，能有效保证数据传输的可靠性和安全性，数据的加、解密及抗干扰能方便实现。
6.5 关于无线出户
6.5.1          频漂问题
频漂是无线出户首先要考虑的问题，目前，已可以通过芯片级的频率锁相环(DPLL或APLL)技术，有效解决频漂问题。
6.5.2          无线传感网络技术问题
终端和终端或采集器之间的通信连结技术，应充分考虑尽快向有标准通信协议、网络功能强大、抗干扰和兼容性好、表具微功耗和组网成本低的方向发展。紫蜂(Zigbee)、超低功耗蓝牙(ULP)、Z-Wave等无线传感网络技术，具有的特性，正好满足自动抄表系统的需要。特性有：
△ 超低功耗数据抄读与传输
△ 超低成本
△ 具有无线通信标准化和网络拓扑管理
△ 高安全性和可靠性
△ 短距离和高容量通信
△ 免执照频段
△ 可采用直接序列扩频技术(DSSS)提高信噪比
6.5.3          供电问题
无线出户必须自带电源，因此，无线出户的核心问题是供电问题。锂电池具有良好的放电曲线，但它的优点，在此正好成为致命的缺点。而普通干电池须用户定期更换，无法充分体现公益企业的服务理念，更有甚者，突然停气，会发生灾难性后果。
笔者认为，供电问题是无线出户的最大障碍，仅仅依靠采用微功耗电路设计及省电算法，不是延长电池使用寿命的有效出路，目前还没有实际的应用证据来证明已有效地解决了无线出户的供电问题。
7        系统应用的可持续发展研究
7.1 生产企业的推进
产品生产企业要加快技术研发，强化技术创新，提高产品质量。产品生产企业要以应用为驱动，以《住宅远传抄表系统》JG/T162-2009标准实施为契机，加快技术研发特别是自主知识产权的关键技术的研发，选择最适合的技术，做最适合的应用研发。进一步解决远传抄表系统的稳定性、可靠性问题，确保能够在市场上成功推广应用。同时，将技术产品的研发与标准化工作紧密结合，提升企业核心竞争力，不断推动远传抄表行业技术升级。
7.2 应用企业的推进
产品应用企业要做好工程应用研究。作为远传抄表系统的一个环节，实际应用效果将直接影响远传抄表系统的推广应用，因此，产品应用企业必须解决好远传抄表系统的工程配套问题，在实践中，建立、健全、完善制度化施工程序和完善的设计、工程安全、技术、施工、验收、质量档案、竣工资料管理程序，及时进行产品使用移交，解决常见的施工管理不规范、竣工资料不完备的问题，把产品标准与实际工程标准体系衔接起来，让产品在使用中得到检验，使远传抄表系统的应用得到了长足发展。
7.3 行业管理部门的推进
行业管理部门要做好标准化示范基地工作，促进应用和资源整合。作为行业管理部门，要不断修订相关规范与标准，建立标准化示范基地工作，培育和发展一批符合《住宅远传抄表系统》标准要求的企业，发挥示范、引导和带动作用，将先进技术尽快转化成现实生产力，推动远传抄表行业的标准化、产业化。
在推动应用和资源整合方面，行业管理部一方面要推进产品生产企业，积极进行产业链的整合，提高行业竞争力。另一方面要促进水、电、气、热等管理部门的资源整合，建设统一的远传抄表平台，促进四表抄读合一，以及AMR与小区智能化、物联网的融合，实现管理资源和设备资源的节约。
7.4 项目管理理念与管理模式的调整
与远传抄表系统应用项目相关的所有工作，必须以用户利益、公司利益、产品供应商利益、推进项目为根本出发点，做好用户服务工作，积极稳妥推进，使在远传抄表系统应用项目上，形成燃气公司、燃气用户、产品及服务供应商多赢的局面，促进远传抄表系统应用项目进入良性循环。
考虑引入具备智能抄表专业化技能、能够独立承担经济责任的专业化运营公司，通过提高抄表效率和服务质量来谋求生存，促进远传抄表系统应用项目的发展。
7.5 服务理念与收费许可
坚持需求驱动、服务至上并使项目工程费用收取合法化，是本项目可持续发展的内在动力。
远传抄表系统的应用，要以应用需求为导向，并做好需求变化与技术发展之间的平衡。切忌：弃本逐木、沿木求鱼。
远传抄表系统的应用，要选择最适合的技术，用最适合的技术、做最适合的应用、达到最优质的服务。牢记信息技术的应用，领先一步是先进、领先十步是先烈。
远传抄表系统的应用，企业必须有效解决好收费许可问题。由于国家强制规定，燃气表实行6-8年强制更换政策，因此，还应同步考虑复置费的收取问题。
8        结束语
远传抄表系统的推广应用，符合我国国情，有助于推动我国公益性服务行业的管理升级、建设“资源节约型社会、环境友好型社会”、促进我国住宅建筑节能产业化进程、实现城市能源节约和低碳经济。
随着《住宅远传抄表系统》(JG/T162-2009)的颁布实施(2010年6月1日起执行)，预示着远传抄表系统这项先进、高效、安全的抄表方式，其可靠性和实用性已具备了标准化的保障条件，再加上多年的行业应用经验积累，笔者认为，住宅远传抄表系统的推广应用，将进入一个崭新的发展阶段，具有跨时代的意义。
 
(本文作者：曹安民 贵州燃气(集团)贵阳鸿源燃气建设发展有限责任公司 550001)