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智能热能表及其远程抄表系统

字体: 放大字体  缩小字体 发布日期:2008-07-01  来源:中国智能建筑专家网  作者:湖南大学  浏览次数:231

  摘要  按用户实际用热量计量及远程抄表收费,是供热单位当前急需解决的一个技术问题。文中介绍了一种智能热能表及其远程抄系统的结构组成、测量原理和设计方法。实际使用表明该设计是有效的。
关键词  智能热能表 远程抄表 集中管理

  1.引言

  随着人民生活水平的提高,区域性的集中热水供暖(暖气),已在许多地方日益普及。但对暖气用户的热能用量,大部分地区按供暖的建筑面积计量,而不是按实际用热量计费。另外,传统的人工入户抄表收费不仅给用户带来不便,而且造成管理部门诸多人力、物力的浪费。为引,我们研制了一种智能热能表及与之配套的远程抄表系统,通过实时测量热水的瞬时流量及温度,得到用户在一段时间内的实际用热量,并且通过远程抄表系统远传至物业管理部门,由管理中心统一完成数据处理、费用结算;报表生面和打印等功能。该系统和使用可以实现用户热能的实时计量,有效提高供热单位的自动化程度和管理水平。

  2.系统组成与功能

  系统组成框图如图1所示,由PC机.集中器和用户热能表三部分组成。其中PC机一般置于物业管理中心,通过RS485总线与各集中器通信,完成对集中器送来的各用户热能表数据的加工处理.报表生成、费用结算等。集中器为单片机应用系统,接收用户热能表送来的数据和工作状态信息,并负责PC机和各用户热能表之间信息的传递。
  管理中心的PC机主要完成以下功能:
   (1)实时自动抄收、手动即时抄收各用户热能表数据和工作状态;
   (2)选择对所有用户、部分用户、指定某一用户进行数据抄收;
   (3)查看、校对集中器时钟;
   (4)设置用户热能表各种初始化套数及计费时段;
   (5)查询用户本月,某月数据,自动生成打印报表。

  3.热能测量原理

  供暖系统中热煤的输热量
  其中Q为输热量,C为比热,L为热煤流量,△T为热煤输热前后的温差。
  由式(1)可知,输热量的大小主要由流量L和温差△T确定。由于供暖系统的负荷是季节性的,其大小随室外湿度的变化而变化。同时,为了保证供暖质量,防止水压失调,又要求供暖系统分阶段改变流量调节运行。因此,供暖系统中热煤输热量的两个参数L和△T都是变量,其大小应由积分计算得到。

  实际测量时,假设测量的是间间隔△很小,则水温变化也很小,可近似认为温差△T为一定什,因此,积分计算可由累加和求得:
  其中△Li、△Ti、qi分别为第i次测量时的瞬时流量、瞬时温差和瞬时用热量,Qn为n次测量所得的累计用热量。
  系统设计中,我们采用定瞬时流量△Li进行测量,即当计量到一定量的水流量时测量进水、出水管道的水温差,并由式(4)、式(3)计算出qi和累计用热量Qn。

  4.硬件设计

  系统硬件设计主要包括集中器的设计和用户热能表的设计。
  4.1用户热能表
  智能用户热能表实时测量热水的瞬时流量△Li,进水温度T1和出水温度T2,计算得到用户在一段时间内的实际用热量。其硬件结构框图如图2所示。
  流量传感器选用电磁式流量传感器,磁感体为干簧管。带有磁钢的叶轮在水流冲击下转动,干簧管的合、断产生脉冲经整型后输入89C51的INT0,从输入脉冲的个数可推知流量的大小。
  温度传感器选用两端集成电流输出型温度传感器AD590,体积小、热惰性小、反应快、精度高。设计中将安装于进水管和出水管的两个AD590顺向串接,两温度传感器输出的电流差反映了进水和出水的温差。
  系统中一个集中器最多可管理256个用户热能表,因此用户热能表的地址由一个8位DIP开关来设置(对应地址00H~FFH)。
  另外,选用Xicor公司的X25045存储芯片,内含4kb 串行E2PROM,其可编程看门狗定时器,电源电压监控,上电复位电路可简化单片机系统的外围电路,降低仪表的成本,减少电路板空间,增加可靠性。10位8段LCD显示器功耗低,清晰度高。RS458接口用来与集中器通讯,将计量信息传送给集中器。
  4.2集中器
  集中器的任务如前所述,其硬件结构框图如图3所示。 图3集中器硬件结构

  5.软件设计

  系统软件主要包括用户热能表软件,集中器软件,PC机软件三大部分。其中用户热能表和集中器软件由汇编程序开发,包括自检、初始化、测量、显示和通讯等模块。管理中心的PC机软件设计采用VB6.0,完成通讯、数据处理等功能,数据库采用MS-SQL6.0,完成系统数据等信息的录入,查询、报表及系统综合维护等功能。
  如前所述,用户热能表采用定瞬时流量的测量方法,即流量达到设定值时,进行一次进水、出水温差测量。当流量大时,测量时间间隔短;流量小时,测量间隔长。热能测量子程序流程如图4所示。 图4测量子程序流程

  6.结论

  本系统的用户热能表是一种内嵌微处理器的智能化测量仪表,工作可靠、实时性好、灵敏度高。集中器沟通测量现场和管理中心,是远程抄表系统的重要组成部分。系统的实施不仅实现了用户热能的实时计量,而且实现了“无人抄表”。
  系统的通信资源可满足功能扩展的需求(如水、电、煤气等多表数据远传,火灾自动报警等)。当然,应用RS485通信方式的远传系统,传送距离为1.2km左右,只适合于智能小区的使用。更远距离的数据传送,可借助于公用电话网PSTN和双向改造后的有线电视网CATV,这是当前正在进行的工作。

 

 
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