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1、无人抄表系统里PLC应用 第一章 绪论 1.1自动抄表系统研究的目的及意义 水、电和燃气是生活中必不可少的，它们的发展一直倍受人们的关注。在人们关注的同时，三表抄送系统产生了，并且，随着科技的不断发展，三表抄送系统也越来越智能化。 同时，随着人们的生活水平不断提高，老百姓对生活环境提出了更高的要求。在政府政策的鼓舞下，家居智能化得到了高速的发展。随着科技的发展，小区住宅除了满足人们最基本的居住要求，还要将方便、省时的物业管理带给住户。实现住宅的三表（水、电、煤气）自动抄表、自动计费，已成为新型智能小区的必备条件。 作为智能化产业链中的一环智能抄表系统也同时得到了蓬勃发展。从沿海的经济发达地区深
2、圳、广州、上海到政治文化中心北京，以及中国西部城市成都、重庆、贵州、昆明等地均不同程度地建设了智能化示范小区。这些智能化住宅小区的建设，提高了住户的生活质量，扩大了住户的居住空间，为当地智能化建设起到了示范作用。 让我们回头看看，几年前甚至是在现在，很多落后的地区对三表抄送这一块还是用最原始的方法，“亲自登门拜访”这就是传统的抄表方式。传统的三表需要抄表人员定期挨家挨户抄取数据，结算出费用后，再到各家索取，误差大、统计工作量大，人为的错误给物业管理和用户带来极大不便。现在有许多地区改为插卡式买电装置，这虽然减少了人为因素，但是买电时要到银行，费时费力，且水、电、气表分别交费，也有许多不便之处。
3、小区智能抄表系统节省时间、人力、物力、提高工作效率，降低物业成本，准确及时地将住户所使用的三表数据显示出来，为实现小区科学、系统的物业管理提供了有效的解决方法。 小区智能抄表系统的出现，方便了住户，可设置多级加密功能，定义访问权限，更可增加系统的保密性。防泄漏报警可以使住户放心，不必因家中只有老人、孩子而担心煤气的泄漏与触电现象的发生。一方面杜绝了抄表扰民的问题；另一方面可以简化管理手段，减轻制物业管理负担。因此三表出户系统是新一代的具有城市性自动化计量收费管理系统，是提高住宅发展的必然，合乎人们高品质生活的追求，符合国家小康型住宅产业的精神。 1.2自动抄表系统发展现状 自从1986年我国自
4、行研制抄表微机以来，经过十几年的发展，国产高性能的抄表微机已形成大批量的生产，成为一个新兴产业。中科院计算所是最早从事这方面的技术研发工作的单位，并围绕此项目专门成立集研发、生产、销售于一体的振中公司，并于1987年推出ZZ型号产品，开始了我国抄表机应用的潮流。随着抄表机在国内的普及，很多厂家也开始进入这个新兴的产业，由此推动了抄表机产品向着产业化方向的大步伐迈进。在众多的厂家中，发展到今天基本上形成了南北两大成熟产品制造厂商：北京振中和广州智敏（原名兰德）。这个时候已经很难在市场上看到国外品牌的抄表机产品，这也是民族产业在特定领域的一个胜利。 市场的竞争，推动着厂家在产品上推陈出新，不断给用
5、户提供更方便、适用、经济、耐用的产品。18年中，仅振中公司就开发出了五大系列15个型号的产品。现在，国内主流抄表机产品型号有振中公司生产的TP800和ZZ18两个系列、智敏公司生产的HT3200系列，以及近几年新兴起的捷宝公司生产的JB9800产品。 这几类机器各有特色，首先在数据的采集方面，TP800产品提供可选的红外、激光条码扫描接口，可以根据客户的不同需求来选择；HT3200将红外和激光集成到一体，以满足同时采用红外和激光应用的这部分用户需要；JB9800产品则在外观上进行了改进，仍然以键盘式、红外抄表为主。 其次，在数据的传输方面，TP800在国内首次采用高速USB通讯方式，在数据由掌
6、上机传输到PC机上的速度上全面提高，比串口通讯速度高几倍；随后，其它厂商也在新产品中引用了USB通讯方式，进一步满足了用户应用中的速度上的要求。振中2005年新推出的ZZ18结合了多种抄表机的特点，配合红外抄表功能提供了激光指示定位器，便于用户能够准确、高效率的采集电表信息。 1.3自动抄表系统相关技术 1.3.1表计的相关指标 表计，包括电表、水表、煤气表、热量表、冷气表、其中电表应用最广也最早，迄今为止，抄表系统最大成果就是电表的抄表已经比较成熟稳定，这个成果非常来之不易。从最早的用户加光电管、霍尔元件改装机械表，到表厂生产带脉冲的机械表，再到全电子式电子表的广泛应用，甚至电子式电表还经历
7、了不准确的AD7755芯片到有准确脉冲的ADE7755芯片两个过程，抄表系统终于能够比较准确的抄电表了。其中，最为关键的是有准确脉冲输出的电子式电表的应用，它统一了表计脉冲输出方式，使各个厂家的抄表系统都可采用，而且简单，稳定。可见抄表系统中表计性能是非常关键的。 （1）电能表相关技术 电能计量和管理的需要以及电子技术的发展，使电子式电度表在20世纪70年代就已出现。随着数字电子技术的飞速进步，电子式电度表的功能逐渐增多并日益完善。 电子式电度表一般由电能测量机构和数据处理机构两部分组成，根据电能测量机构的不同，又分为机电脉冲式电度表和全电子式电度表两大类。 机电脉冲式电度表沿用感应系电度表的
8、测量机构，其数据处理机构则由电子电路和计算机控制系统实现，因而，机电脉冲式电度表是一种电子线路与机电转换单元相结合的半电子式电度表。 机电脉冲式电度表技术开发的重点放在有关电能管理的数据处理方面，使之能够进行本地和远地的数据传输以及遥测和遥控。机电脉冲式电度表以感应系电度表为基础，继承了感应系电度表结构牢固、长期运行可靠和价格低廉的优点，因而在民用电能计量领域被广泛采用。 全电子式电度表不再使用感应系测量机构，而是由乘法器完成对电功率的测量。由于它没有传统电度表上的旋转机构，因而又被称为“静止式电度表”或“固态电度表”。 近年来，各种新型电子式电度表不断推出，型号各异，功能众多，但其基本原理相
9、同，主要功能可归为三个方面：计量、计费功能，包括分时计量、最大需量计量和预付费等；保护功能，包括过电流、过电压保护与防窃电等；通讯功能，可以是红外通讯、无线电通讯或载波通讯等。 （2）水表的相关技术 电池使用寿命指标。这是一个重要指标。煤气表在这方面解决的不好。有些煤气表要求用户几个月换一次电池，这就不科学。现在的低功耗设计方案已经能使一只智能IC卡水表的不换电池工作时间提高到8年甚至10年。如果达到这样的水平，对用户和供水部门都会是很方便的。当然，水表的机械计量部分和电器控制部分的使用寿命应当更高一些，更换电池后，应当可以继续使用一个较长的时间。 整表使用寿命。整表的使用寿命是一个值得探讨的
10、问题。因为整表的使用寿命从理论上说，是由寿命最短的器件决定的。那么，使用寿命最短的器件是那个呢？按照国家标准，这个器件是水表，但实际上，水表的使用期限都远远超过国家标准规定的年限，可见，这个标准定的并不合理。从现在的实际制造情况来看，要制造商承诺的寿命指标达到6年是合理的。但实际上，智能IC卡水表的使用寿命超过10年是完全可能的。 防潮湿及密封性能指标。密封问题上面已经提到过。只要对电器部分采用密封处理方案，加上一些防潮湿处理手段，达到85%以上的技术指标应当是没有问题的。防振动性能指标。水表在运输和安装过成中会遇到振动问题。所以要考虑这个指标。一般说来达到1g的水平是足够了。 物理性破坏指标
11、。一般说来，只要采用良好的整体性壳体保护措施，一般都能满足保护性要求。当然，使用IC卡的水表，其卡座是容易受攻击的部位，这是一个无法解决的问题。所以要考虑进行软件保护处理，使对卡座的攻击意义不大，即便卡座坏了，并不影响IC卡水表其它部分的正常工作。但从实际使用情况来看，这个问题并不严重。因为IC卡水表一般是安装在用户家里，使用对象明确，并且水表是用户的财产，没有特殊的理由，用户并不会攻击仪表。不能考虑无限制的加强仪表的抗攻击性，而是要对故意施加的破坏行为能够进行认定并进行相应处罚。 防电磁干扰指标。电磁干扰并不是一个重要指标。居家环境很少遇到高于2000伏静电场这样的状况。一般正常使用的电磁波
12、强度也不可能达到会伤害人和其它电子产品的强度，所以这个指标定在2000伏足够了。 防冷冻技术指标。防冷冻问题主要是一个保管和使用方法问题，比如说，在结冰的温度区，要做排水处理，防止冰涨，这显然是个管理问题。温度低零度不必考虑水表的使用，因为水已经结冰，无法计量。但是在运输和保管过程中，可能会遇到远远低于零度的温度，这就需要考虑。这个合理指标的数值应当是-25度至+50度范围内，在这个范围内水表应当不会被冻坏，当温度恢复到正常温度后，水表应能正常工作。 （3）燃气表的技术指标 报警功能：在气量不足，非法操作，电池电量不足时，均报警提示。 窃气功能：如果有窃气行为，燃气表会自动关阀。 关阀功能：电
13、源断电、气量用完、过流量等能自动关阀。 累计气量计数功能：数据运算保持和恢复；累计气量显示总和回送。 自动校表功能：公司开发的IC卡燃气表计算机自动校表系统，突然传统校表原理和模式。 异域码识别：IC卡管理软件系统中设置异域，方便燃气公司管理。 内部隔离取样，计量精确，三重动态密码，防止复制。 1.3.2自动抄表通讯方式 （1）按信道介质分，常见的自动抄表通讯有光纤通讯、电话线通讯和无线通讯三种方式： 光纤通讯具有频带宽、传输速率高、传输距离远和抗干扰能力强等特点 ，非常适合上层通讯网的要求。随着光纤技术的发展和广泛应用，自动抄表系统中有可能更多地使用光纤。 由于电话在城镇的迅速普及，利用现有
14、电话网进行数据通讯是一个经济方案。利用电话网通讯，只需在数据集中器和工作主站处加装调制解调器即可，其传输速率可达56Kbps。但电话线通讯的线路接通时间较长，一般要几秒到十几秒。还有，我国的广大乡村、小城镇还没普及电话。对于分布分散的集中器，利用无线方式进行数据通讯是一种较好的选择。目前我国已有车载无线通讯自动抄表系统投入运行。但无线通讯方式需要慎重选择频点，并需申请频点使用权。 （2）若按连接方式分，则自动抄表系统的通讯方式主要有星型和总线型连接方式： 1星型连接通讯是以工作主站为中心，以星型发散的形式分别通过通讯信道，与分散于各地的集中器连接，形成1对N的连接形式。这种方式下信道通讯数据量
15、大，要求有一定的传输速率和频宽。 2总线型通讯以一条串行总线连接各分散的采集器或电度表，实行各节点的互连。这种方式下，信道上节点多，传输速率也不会很高，一般用于底层的电能数据的采集。常见的有RS-485总线网和低压电力线载波通讯网。由于电力线完全由电力部门控制，如果用电力线实施载波通讯，不需要再投资铺设通讯线路，不仅可大大节约资金投入，且还具有维护量小的特点；否则，用低压电力线作通讯信道可以实现灵活的“即插即用”。尤其是近年来扩频通讯技术的较成功应用，使得低压电力线载波通讯越来越多地用于自动抄表系统。利用低压电力线作为自动抄表系统的底层数据通道，成本低、方便准确。 通讯方式的选择是设计自动抄表
16、系统的首要任务，它直接关系到系统的性能。具体确定通讯方式时需要综合考虑系统面对的对象、用户的分布、用户的数量、地理条件、期望达到以的目标以及系统的扩展升级和与其他网络的兼容等等。因此，上述的各种通讯方式不应该是孤立的，而且任何一种通讯方式在不同的系统中的应用效果也不尽相同。 第二章方案论证 2.1无人抄表系统的功能说明及论文要求 随着人们生活水平的提高，科学技术的发展，现代城市居民居住区智能化楼宇管理系统成为了一个热门的话题，在目前的技术下，可以相对较好地实现智能化楼宇管理，无人抄表系统是智能化楼宇管理系统的一个子系统。 根据智能化楼宇管理系统的要求，无人抄表系统需要具备以下功能。 （1） 实
17、时查询。用户可实时查询起冷热水表、电表和煤气表的读数，应交纳各项费用今额和上次统计数据以及各种条目的实时查询、打印。 （2） 历史查询。可提供每户各种不同条目下历史数据的查询和打印，包括自动收费信息、人事信息的查询和打印。 （3） 自动收费。包括各项财务参数，收费方式，收费周期等的设置，水。电，燃气量统计，按厂商设置周期自动统计客户不同表使用量，并按起设置的财务参数，收费方式及不同表的读数，自动计算客户应交纳的费用，实现收费单的打印。 （4） 人事管理。实现居民区住户信息的增、减几浏览。 本论文采用PLC作为控制核心，根据智能化楼宇管理系统的要求，无人抄表系统需要具备以下功能。 1.实时查询。
18、用户可实时查询其冷热表、电表和煤气表的读数，应缴纳各项费用金额和上次统计数据以及各种条目的实时查询、打印。 2.历史查询。可提供每户各种不同条目下历史数据的查询和打印，包括自动收费信息、人事信息的查询和打印。 电能测量可以采用集成电能测量芯片加一小型单片机系统实现。 小区采集系统采用S7-200的CPU226来实现。 远程监控系统采用组态软件WinCC来完成。 2.2抄表系统的主流解决方案 （1）电力线载波集中抄表系统 该自动抄表系统的结构如图2-1所示，主要包括电能表光电模块与光电转换模块、采集终端、集中器、通信模块与计算机系统等五部分。其中，计算机系统称为上位机。电能表光电模块、采集终端、集中器和通信模块构成下位机系统。系统工作时，通过安装在电能表内部的光电转换模块，把电能表圆盘转动时的信号转换成脉冲电信号输出。通过脉冲专线送入数据采集终端或采集模块进行脉冲数累加和存储。但是，此处采集的只是脉冲量而不是电度量，要将脉冲量乘以电度表常量和脉冲常数后方可得到电度量。集中器则定时进行数据读取、电度量计算和存储。各集中器通过电力载波将信息发送到智能小区管理中心计算机。管理中心计算机的作用是接收集中器传送过来的电表电量数据.