摘要 按用戶實(shí)際用熱量計(jì)量及遠(yuǎn)程抄表收費(fèi)，是供熱單位當(dāng)前急需解決的一個(gè)技術(shù)問題。文中介紹了一種智能熱能表及其遠(yuǎn)程抄系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、測(cè)量原理和設(shè)計(jì)方法。實(shí)際使用表明該設(shè)計(jì)是有效的。
關(guān)鍵詞 智能熱能表 遠(yuǎn)程抄表 集中管理
1.引言
隨著人民生活水平的提高，區(qū)域性的集中熱水供暖（暖氣），已在許多地方日益普及。但對(duì)暖氣用戶的熱能用量，大部分地區(qū)按供暖的建筑面積計(jì)量，而不是按實(shí)際用熱量計(jì)費(fèi)。另外，傳統(tǒng)的人工入戶抄表收費(fèi)不僅給用戶帶來不便，而且造成管理部門諸多人力、物力的浪費(fèi)。為引，我們研制了一種智能熱能表及與之配套的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)測(cè)量熱水的瞬時(shí)流量及溫度，得到用戶在一段時(shí)間內(nèi)的實(shí)際用熱量，并且通過遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)遠(yuǎn)傳至物業(yè)管理部門，由管理中心統(tǒng)一完成數(shù)據(jù)處理、費(fèi)用結(jié)算；報(bào)表生面和打印等功能。該系統(tǒng)和使用可以實(shí)現(xiàn)用戶熱能的實(shí)時(shí)計(jì)量，有效提高供熱單位的自動(dòng)化程度和管理水平。
2.系統(tǒng)組成與功能
系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，由PC機(jī)．集中器和用戶熱能表三部分組成。其中PC機(jī)一般置于物業(yè)管理中心，通過RS485總線與各集中器通信，完成對(duì)集中器送來的各用戶熱能表數(shù)據(jù)的加工處理．報(bào)表生成、費(fèi)用結(jié)算等。集中器為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，接收用戶熱能表送來的數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)信息，并負(fù)責(zé)PC機(jī)和各用戶熱能表之間信息的傳遞。
管理中心的PC機(jī)主要完成以下功能：
（1）實(shí)時(shí)自動(dòng)抄收、手動(dòng)即時(shí)抄收各用戶熱能表數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)；
（2）選擇對(duì)所有用戶、部分用戶、指定某一用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)抄收；
（3）查看、校對(duì)集中器時(shí)鐘；
（4）設(shè)置用戶熱能表各種初始化套數(shù)及計(jì)費(fèi)時(shí)段；
（5）查詢用戶本月，某月數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成打印報(bào)表。
3.熱能測(cè)量原理
供暖系統(tǒng)中熱煤的輸熱量
其中Q為輸熱量，C為比熱，L為熱煤流量，△T為熱煤輸熱前后的溫差。
由式（1）可知，輸熱量的大小主要由流量L和溫差△T確定。由于供暖系統(tǒng)的負(fù)荷是季節(jié)性的，其大小隨室外濕度的變化而變化。同時(shí)，為了保證供暖質(zhì)量，防止水壓失調(diào)，又要求供暖系統(tǒng)分階段改變流量調(diào)節(jié)運(yùn)行。因此，供暖系統(tǒng)中熱煤輸熱量的兩個(gè)參數(shù)L和△T都是變量，其大小應(yīng)由積分計(jì)算得到。
實(shí)際測(cè)量時(shí)，假設(shè)測(cè)量的是間間隔△很小，則水溫變化也很小，可近似認(rèn)為溫差△T為一定什，因此，積分計(jì)算可由累加和求得：
其中△Li、△Ti、qi分別為第i次測(cè)量時(shí)的瞬時(shí)流量、瞬時(shí)溫差和瞬時(shí)用熱量，Qn為n次測(cè)量所得的累計(jì)用熱量。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用定瞬時(shí)流量△Li進(jìn)行測(cè)量，即當(dāng)計(jì)量到一定量的水流量時(shí)測(cè)量進(jìn)水、出水管道的水溫差，并由式（4）、式（3）計(jì)算出qi和累計(jì)用熱量Qn。
4.硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括集中器的設(shè)計(jì)和用戶熱能表的設(shè)計(jì)。
4．1用戶熱能表
智能用戶熱能表實(shí)時(shí)測(cè)量熱水的瞬時(shí)流量△Li，進(jìn)水溫度T1和出水溫度T2，計(jì)算得到用戶在一段時(shí)間內(nèi)的實(shí)際用熱量。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
流量傳感器選用電磁式流量傳感器，磁感體為干簧管。帶有磁鋼的葉輪在水流沖擊下轉(zhuǎn)動(dòng)，干簧管的合、斷產(chǎn)生脈沖經(jīng)整型后輸入89C51的INT0,從輸入脈沖的個(gè)數(shù)可推知流量的大小。
溫度傳感器選用兩端集成電流輸出型溫度傳感器AD590，體積小、熱惰性小、反應(yīng)快、精度高。設(shè)計(jì)中將安裝于進(jìn)水管和出水管的兩個(gè)AD590順向串接，兩溫度傳感器輸出的電流差反映了進(jìn)水和出水的溫差。
系統(tǒng)中一個(gè)集中器最多可管理256個(gè)用戶熱能表，因此用戶熱能表的地址由一個(gè)8位DIP開關(guān)來設(shè)置（對(duì)應(yīng)地址00H～FFH）。
另外，選用Xicor公司的X25045存儲(chǔ)芯片，內(nèi)含4kb 串行E2PROM，其可編程看門狗定時(shí)器，電源電壓監(jiān)控，上電復(fù)位電路可簡(jiǎn)化單片機(jī)系統(tǒng)的外圍電路，降低儀表的成本，減少電路板空間，增加可靠性。10位8段LCD顯示器功耗低，清晰度高。RS458接口用來與集中器通訊，將計(jì)量信息傳送給集中器。
4．2集中器
集中器的任務(wù)如前所述，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。 圖3集中器硬件結(jié)構(gòu)
5.軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件主要包括用戶熱能表軟件，集中器軟件，PC機(jī)軟件三大部分。其中用戶熱能表和集中器軟件由匯編程序開發(fā)，包括自檢、初始化、測(cè)量、顯示和通訊等模塊。管理中心的PC機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用VB6.0，完成通訊、數(shù)據(jù)處理等功能，數(shù)據(jù)庫(kù)采用MS-SQL6.0，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)等信息的錄入，查詢、報(bào)表及系統(tǒng)綜合維護(hù)等功能。
如前所述，用戶熱能表采用定瞬時(shí)流量的測(cè)量方法，即流量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，進(jìn)行一次進(jìn)水、出水溫差測(cè)量。當(dāng)流量大時(shí)，測(cè)量時(shí)間間隔短；流量小時(shí)，測(cè)量間隔長(zhǎng)。熱能測(cè)量子程序流程如圖4所示。 圖4測(cè)量子程序流程
6.結(jié)論
本系統(tǒng)的用戶熱能表是一種內(nèi)嵌微處理器的智能化測(cè)量?jī)x表，工作可靠、實(shí)時(shí)性好、靈敏度高。集中器溝通測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)和管理中心，是遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的重要組成部分。系統(tǒng)的實(shí)施不僅實(shí)現(xiàn)了用戶熱能的實(shí)時(shí)計(jì)量，而且實(shí)現(xiàn)了“無人抄表”。
系統(tǒng)的通信資源可滿足功能擴(kuò)展的需求（如水、電、煤氣等多表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警等）。當(dāng)然，應(yīng)用RS485通信方式的遠(yuǎn)傳系統(tǒng)，傳送距離為1.2km左右，只適合于智能小區(qū)的使用。更遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳送，可借助于公用電話網(wǎng)PSTN和雙向改造后的有線電視網(wǎng)CATV，這是當(dāng)前正在進(jìn)行的工作。
關(guān)鍵詞 智能熱能表 遠(yuǎn)程抄表 集中管理
1.引言
隨著人民生活水平的提高，區(qū)域性的集中熱水供暖（暖氣），已在許多地方日益普及。但對(duì)暖氣用戶的熱能用量，大部分地區(qū)按供暖的建筑面積計(jì)量，而不是按實(shí)際用熱量計(jì)費(fèi)。另外，傳統(tǒng)的人工入戶抄表收費(fèi)不僅給用戶帶來不便，而且造成管理部門諸多人力、物力的浪費(fèi)。為引，我們研制了一種智能熱能表及與之配套的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)測(cè)量熱水的瞬時(shí)流量及溫度，得到用戶在一段時(shí)間內(nèi)的實(shí)際用熱量，并且通過遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)遠(yuǎn)傳至物業(yè)管理部門，由管理中心統(tǒng)一完成數(shù)據(jù)處理、費(fèi)用結(jié)算；報(bào)表生面和打印等功能。該系統(tǒng)和使用可以實(shí)現(xiàn)用戶熱能的實(shí)時(shí)計(jì)量，有效提高供熱單位的自動(dòng)化程度和管理水平。
2.系統(tǒng)組成與功能
系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，由PC機(jī)．集中器和用戶熱能表三部分組成。其中PC機(jī)一般置于物業(yè)管理中心，通過RS485總線與各集中器通信，完成對(duì)集中器送來的各用戶熱能表數(shù)據(jù)的加工處理．報(bào)表生成、費(fèi)用結(jié)算等。集中器為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，接收用戶熱能表送來的數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)信息，并負(fù)責(zé)PC機(jī)和各用戶熱能表之間信息的傳遞。
管理中心的PC機(jī)主要完成以下功能：
（1）實(shí)時(shí)自動(dòng)抄收、手動(dòng)即時(shí)抄收各用戶熱能表數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)；
（2）選擇對(duì)所有用戶、部分用戶、指定某一用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)抄收；
（3）查看、校對(duì)集中器時(shí)鐘；
（4）設(shè)置用戶熱能表各種初始化套數(shù)及計(jì)費(fèi)時(shí)段；
（5）查詢用戶本月，某月數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成打印報(bào)表。
3.熱能測(cè)量原理
供暖系統(tǒng)中熱煤的輸熱量
其中Q為輸熱量，C為比熱，L為熱煤流量，△T為熱煤輸熱前后的溫差。
由式（1）可知，輸熱量的大小主要由流量L和溫差△T確定。由于供暖系統(tǒng)的負(fù)荷是季節(jié)性的，其大小隨室外濕度的變化而變化。同時(shí)，為了保證供暖質(zhì)量，防止水壓失調(diào)，又要求供暖系統(tǒng)分階段改變流量調(diào)節(jié)運(yùn)行。因此，供暖系統(tǒng)中熱煤輸熱量的兩個(gè)參數(shù)L和△T都是變量，其大小應(yīng)由積分計(jì)算得到。
實(shí)際測(cè)量時(shí)，假設(shè)測(cè)量的是間間隔△很小，則水溫變化也很小，可近似認(rèn)為溫差△T為一定什，因此，積分計(jì)算可由累加和求得：
其中△Li、△Ti、qi分別為第i次測(cè)量時(shí)的瞬時(shí)流量、瞬時(shí)溫差和瞬時(shí)用熱量，Qn為n次測(cè)量所得的累計(jì)用熱量。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用定瞬時(shí)流量△Li進(jìn)行測(cè)量，即當(dāng)計(jì)量到一定量的水流量時(shí)測(cè)量進(jìn)水、出水管道的水溫差，并由式（4）、式（3）計(jì)算出qi和累計(jì)用熱量Qn。
4.硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括集中器的設(shè)計(jì)和用戶熱能表的設(shè)計(jì)。
4．1用戶熱能表
智能用戶熱能表實(shí)時(shí)測(cè)量熱水的瞬時(shí)流量△Li，進(jìn)水溫度T1和出水溫度T2，計(jì)算得到用戶在一段時(shí)間內(nèi)的實(shí)際用熱量。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
流量傳感器選用電磁式流量傳感器，磁感體為干簧管。帶有磁鋼的葉輪在水流沖擊下轉(zhuǎn)動(dòng)，干簧管的合、斷產(chǎn)生脈沖經(jīng)整型后輸入89C51的INT0,從輸入脈沖的個(gè)數(shù)可推知流量的大小。
溫度傳感器選用兩端集成電流輸出型溫度傳感器AD590，體積小、熱惰性小、反應(yīng)快、精度高。設(shè)計(jì)中將安裝于進(jìn)水管和出水管的兩個(gè)AD590順向串接，兩溫度傳感器輸出的電流差反映了進(jìn)水和出水的溫差。
系統(tǒng)中一個(gè)集中器最多可管理256個(gè)用戶熱能表，因此用戶熱能表的地址由一個(gè)8位DIP開關(guān)來設(shè)置（對(duì)應(yīng)地址00H～FFH）。
另外，選用Xicor公司的X25045存儲(chǔ)芯片，內(nèi)含4kb 串行E2PROM，其可編程看門狗定時(shí)器，電源電壓監(jiān)控，上電復(fù)位電路可簡(jiǎn)化單片機(jī)系統(tǒng)的外圍電路，降低儀表的成本，減少電路板空間，增加可靠性。10位8段LCD顯示器功耗低，清晰度高。RS458接口用來與集中器通訊，將計(jì)量信息傳送給集中器。
4．2集中器
集中器的任務(wù)如前所述，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。 圖3集中器硬件結(jié)構(gòu)
5.軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件主要包括用戶熱能表軟件，集中器軟件，PC機(jī)軟件三大部分。其中用戶熱能表和集中器軟件由匯編程序開發(fā)，包括自檢、初始化、測(cè)量、顯示和通訊等模塊。管理中心的PC機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用VB6.0，完成通訊、數(shù)據(jù)處理等功能，數(shù)據(jù)庫(kù)采用MS-SQL6.0，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)等信息的錄入，查詢、報(bào)表及系統(tǒng)綜合維護(hù)等功能。
如前所述，用戶熱能表采用定瞬時(shí)流量的測(cè)量方法，即流量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，進(jìn)行一次進(jìn)水、出水溫差測(cè)量。當(dāng)流量大時(shí)，測(cè)量時(shí)間間隔短；流量小時(shí)，測(cè)量間隔長(zhǎng)。熱能測(cè)量子程序流程如圖4所示。 圖4測(cè)量子程序流程
6.結(jié)論
本系統(tǒng)的用戶熱能表是一種內(nèi)嵌微處理器的智能化測(cè)量?jī)x表，工作可靠、實(shí)時(shí)性好、靈敏度高。集中器溝通測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)和管理中心，是遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的重要組成部分。系統(tǒng)的實(shí)施不僅實(shí)現(xiàn)了用戶熱能的實(shí)時(shí)計(jì)量，而且實(shí)現(xiàn)了“無人抄表”。
系統(tǒng)的通信資源可滿足功能擴(kuò)展的需求（如水、電、煤氣等多表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警等）。當(dāng)然，應(yīng)用RS485通信方式的遠(yuǎn)傳系統(tǒng)，傳送距離為1.2km左右，只適合于智能小區(qū)的使用。更遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳送，可借助于公用電話網(wǎng)PSTN和雙向改造后的有線電視網(wǎng)CATV，這是當(dāng)前正在進(jìn)行的工作。
