苏州自来水表业有限公司 姚福江
近年来，随着各地自来水公司实行抄表到户的“一户一表”改造以及新建住宅的智能化要求，智能水表有了长足的发展。从早期的分线制脉冲表发展到目前的总线制直读表，包括后台管理软件，越来越贴近用水管理部门的需求。采用智能水表，配合相应的网络系统和后台管理软件，用水管理部门就可以实现远程抄收水表读数甚至远程控制阀门，这样一方面可以满足自来水公司实时查看各个用户的用水情况、排查并跟踪异常用户、控制恶意用水，另一方面，采用计算机管理，大大提高了工作效率，也消除了“人情水”等人为因素给自来水公司带来的损失；在未来的阶梯水价、节约用水方面效果尤其明显。本文着重探讨智能水表的发展和远程水表网络系统的改进方法。
一、目前国内智能水表的现状
目前，国内习惯上把电子式水表统称为智能水表。而智能水表应该是具有独立的数据采集、处理以及通讯电路的电子式水表。早期的电子远传式水表是配合集中采集系统而组成的智能水表系统，其水表一般采用脉冲式发讯方式，结构简单，从普通的机械式水表改装成电子式发讯表比较容易实现，所以得到了广泛的应用，目前在市场上仍然有较大规模的应用；同时市场上也出现一种直读式电子水表，将水表的机械位置信号转换为电信号，通过相应的电路读取水表机械齿轮的位置信号。与脉冲式发讯水表相比，直读水表不存在干扰，能准确读取水表读数，无累计误差，平时不需要电源，这样就避免了由于计量误差带来的用水纠纷，同时，水表平时工作不需要电源，打破了用电瓶颈，降低了系统的维护费用，也使施工变得更加简单。能满足市场上对电子水表的技术要求。总体来看，目前市场上智能水表主要存在分线制电子远传水表（主要指普通发讯水表）、卡式水表（包括接触式和非接触式IC卡水表、ID卡水表）、总线制水表（包括脉冲式和直读式水表）和无线远传式水表。
二、智能水表的分类
1、脉冲式发讯水表
脉冲式发讯水表是水表本身没有电子存储单元，水表输出脉冲信号，大部分是机械水表上简单改装而成，制作工艺简单，无需对原来的水表做大的改动，电路简单，几乎和所有抄表厂家的采集终端都能接口，所以在推出之初受到各个水表厂家的青睐。采用脉冲式发讯表形成的智能水表主要有以下几种方式：
1.1分线制水表系统 分线制水表系统采用的分叉型布线方式，每只水表的信号采集线单独接到采集器，采集器集中采集每只水表的读数。
1.2 总线制水表系统 总线制水表系统是将水表数据采集单元配置在水表内部，水表再通过数字传输信号和外界相连，所有的水表可以接在一组通讯总线上。
1.3卡式水表 目前大部分卡式水表采用脉冲式发讯水表作为基表，水表内部安装信号采集电路、通讯电路、阀门控制电路，采集并记录发讯水表的脉冲数，以IC卡或ID卡作为媒质和后台计算机通讯，施工布线简单。抄收数据和收费功能往往采取的是预售的方式。
1.4 无线远传式水表 无线远传式水表采用的计数方式基本上和卡式水表一样，都是利用内部信号采集电路将水表的脉冲信号累计进行计数。再通过无线的方式将采集的数据发送到集中采集器。
2、直读式智能水表
直读式水表就是水表系统在抄读水表时，水表内部电路将水表的读数直接转换为数字信号，读取的数值是水表字轮的位置读数，达到直读的效果，水表计数不依靠累计，不存在累计误差，水表倒转不影响水表的读数，读数值始终与水表基表保持一致，不读表时不需要电源支持，几乎不受外界干扰的影响。其主要方式有以下两种：
2.1 接触式直读水表 接触式直读水表就是通过接触的方式将水表读数的机械位置转换为电子编码，水表内部电路通过对电子编码的处理，达到读取水表读数的目的。该直读方式电子部分参与水表的计量，水表读数在临界位时非常方便处理，完全能够解决临界位进位的数据处理，该方式电子部分功耗低，适合水表工作环境，便于远程集中抄收，无需外部强电源的支持。
2.2 非接触式直读水表 非接触式直读水表就是利用光电管的发射和接收，采用直射式或反射式的方式将水表读数的位置信号转化为光电信号，水表内部电路通过对光电信号的处理达到水表读数的目的。该方式采用了光电方式进行数据采集，信号部分并不完全参与水表计量，对水表的流量影响相对较小，同时对水表的制作工艺要求严格，特别是水表的临界位处理并未完全消除误判。采用光电管，水表电源部分功耗较大，往往需要外部强电源的支持。
三、智能水表未来的发展方向
在智能水表的发展过程中，由于脉冲式发讯水表系统不能有效的消除水表信号传输过程中的干扰、水表计数时必须依靠外部电源支持等原因，其发展受到了一定的限制。直读式水表读取的数值是水表字轮的位置读数，水表计数不依靠累计，不存在累计误差，水表倒转不影响水表的读数，读数值始终与水表基表保持一致，不读表时不需要电源支持，几乎不受外界干扰的影响。其优越性明显高于脉冲式水表，直读水表模式不仅仅适用于卡式、无线式，更适用于远传式，尤其式总线制远传式方式。总线制直读远传方式可以实现远程实时抄读水表的读数，又可以解决脉冲表中由于水锤现象、干扰等原因造成的误信号，还可以解决由于水表倒转引起的读数误差。用直读方式代替脉冲计数的方式是今后智能水表发展的一个方向，由于脉冲式水表起步比较早，实际的使用数量比较多，在今后比较长的一段时间内，可能存在直读式智能水表和脉冲式智能水表并存现象，随着时间推移，系统的升级换代将会由直读式智能水表替换脉冲式远传水表。
未来智能水表的发展，一方面要求水表读数必须保证准确可靠、智能水表系统长期运行稳定、系统（包括计算机后台系统）维护方便、系统施工简单；另一方面也要求系统安全可靠（对外界无安全隐患）、系统升级换代简单易行（如不依赖外部强电源支持等）。总线制直读水表将水表数据采集单元配置在水表内部，水表再通过数字传输信号和外界相连，所有的水表可以接在一组通讯总线上形成的总线制水表系统，其采集部分和水表发讯部分距离非常进（同在水表内部），首先消除了数据采集传输线路上的干扰，大大提高了数据采集的准确性；水表和外界连接的是数据通讯信号，一方面提高了数据传输的准确性，另一方面延长了数据传输的距离。作为智能水表的一种，更适合远程控制操作，其读数准确，施工简单，系统安全（平时不需电源），维护简单，可作为未来水表的一个发展方向。直读水表的推广使用，大大方便了用水管理部门。由其扩展的带阀门控制的直读水表，不仅具备直读水表的所有功能，还可以实现远程对水表的阀门进行开关和维护，在未来的阶梯水费实现、节约用水方面都有明显的优势，具有广阔的应用前景。
四、有线方式智能水表系统注意问题及改进措施
4.1智能水表的总线形式 有线方式的智能水表主要有M-BUS总线方式、RS485总线方式和电力载波总线方式。
4.1.1 M-BUS是一种低成本的一点对多点的总线通讯系统，具有通讯设备容量大（500点），通讯速率高（最高9600bps），设计简单，布线简便（无极性可任意分支，普通双绞线），抗干扰能力强的特点。只需两根线即可组成水表网络。缺点是功耗较大，芯片的工作电压较高，需要有外部强电源的支持。
4.1.2 RS-485是一种基于差分信号传送的串行通信链路层协议。它是工业上广泛采用的较长距离数据通信链路层协议。RS-485总线性能优异、结构简单、组网容易，广泛用于各种工业仪表和现场总线上。缺点是组网时匹配电阻比较难选择。
4.1.3 电力线载波总线方式是指将电力线作为通信媒介的一种通信方式。利用电力线作为通信介质的电力载波通信，避免了新的通信网络的建设和投资。在住宅智能控制、布线困难的工业自动化控制等系统中，采用低压电力线通信方案有着极为显著的优越性，具有极大的方便性、免维护性、即插即用等优点。缺点是线路阻抗小、信号衰减大、时变性大、噪声影响大。
4.2 采用485总线方式的智能水表应注意的问题
远传式水表中，RS485总线方式由于技术比较成熟、应用范围广、价格相对低廉得到普遍应用。在RS485网络布线要求上，各个厂家按照传统的485网络的技术特点的要求指导施工：要求采用5类网线或超5类网线作为485通信线；采用120欧姆的匹配电阻；采用手拉手结构树型结构而不能采用星形结构；485的网络线不能和电源线一起等。485总线作为工业仪表使用有着较长的发展历史，当作为水表网络使用只是最近几年才有了广泛的应用，作为工业仪表使用，传统的技术规范可能比较容易实现，但作为水表网络，由于水表的安装位置基本上分散的，如果完全按照传统的485技术规范来作，在保证485有效通讯距离1200m内，可能在一个600户的小区里就要组建至少3到4个网络，同时，电源线和网络线不在一起，一方面增加了施工的工作量和维护的难度，另一方面也大大增加了产品的成本。如何组建安全可靠的485水表网络，结合本公司的实际工程，提出以下改进：
4.2.1 推荐用的屏蔽双绞线的型号为4*0.5（四芯屏蔽线，每芯由16股的0.2mm的铜或镀锡铜导线组成，其中两根485信号线采用双绞，另外两根作为电源线无需双绞）。采用屏蔽双绞线有助于减少和消除两根485通信线之间产生的分布电容以及来自于通讯线周围产生的共模干扰。普通网线没有屏蔽层，不能防止共模干扰， 网线只有0.2mm平方，线径太细，会导致传输距离降低和可挂接的设备减少。
4.2.2 可以采用星型接法，但在抄表点处星型分叉不易太多。
4.2.3 任何时候都要接终端匹配电阻，匹配电阻值往往不是传统上的120欧姆。采用5类双绞线时，要求匹配的终端电阻是120欧姆，但4*0.5的线缆后，电缆的特性阻抗比120欧姆小的多，匹配值一般在30欧姆～50欧姆。
4.2.4 没有可靠接地点时，系统建议和大地保持绝缘状态。
4.2.5 通讯电路和通讯芯片都必须采取可靠的防静电措施，否则雷击浪涌使整个网络瘫痪。
水表作为一种计量工具，智能化抄表只能作为水表的一个辅助功能，无论那种抄表模式，都不可以影响水表本身的计量功能，总体来说，水表系统是否是一种优秀的产品取决于抄表功能简单、实用，数据采集准确可靠，系统长期稳定可靠，而不是系统的读表方式和抄表模式。
参考文献
1、何立民. 单片机应用技术选编. 北京：北京航空航天大学出版社
2、阳宪惠. 现场总线技术及其应用. 北京：清华大学出版社
