CN107038852A - 无线远程集中采集和配置燃气表数据的系统和方法 - Google Patents

无线远程集中采集和配置燃气表数据的系统和方法 Download PDF

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刘向升
张子罡
徐嘉
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Abstract

本发明涉及一种无线远程集中采集和配置燃气表数据的系统，其包括：数据采集模块，用于采集计量仪表的燃气数据；无线传输模块，用于计量仪表和中心站通讯前置机之间的数据传输；通讯安全模块，用于为计量仪表提供本安电源；调价模块，用于对计量仪表进行远程调价；和设置模块，用于修改或预设计量仪表的参数。本发明还涉及无线远程集中采集和配置燃气表数据的方法。

Description

无线远程集中采集和配置燃气表数据的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种远程无线抄表技术，更具体的，本发明涉及一种无线远程集中采集和配置燃气表数据的系统和方法。
背景技术
改革开放以后，我国的城市燃气事业得到迅速发展，燃气管网建设加快，燃气供应能力不断增强，促进了城市经济和社会的发展。到2006年，全国城市燃气管道长度已达到18.95万公里，其中人工气5.05万公里，液化石油气1.75万公里，天然气12.15万公里。
现有的无线抄表是采用ZigBee等其他无线网络、嵌入式系统等技术实现一个易于布置、高效稳固的抄表系统。但这种方式对传输距离、传输安全以及传输介质有很大的局限性。ZigBee传输速率较慢，组网成本比较高，主要是技术成本；产品开发难度大，开发周期长，产品成本高，风险较大；ZigBee网络的每个节点可以借力传输数据，网络中需要一个集中节点来管理整个网络，也就意味着ZigBee网络中必须有一个类似路由器的角色，完成ZigBee协议到互联网协议的转换,增加了成本，安装的复杂度，必须转接；在燃气防爆区域，空间相对密闭，Zigbee穿透能力较弱，无法保证可靠传输。因此ZigBee类型的无线网络并不是燃气领域的最佳选择。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于GPRS/CDMA的远程无线抄表技术，设备位于客户的计量间(表房)处，实现对计量仪表数据集中采集、计算、存储、远程调价和设置，并同时可作为上层系统或设备提供数据。连接不同的传输网络(例如A网：CDMA/GPRS、B网：RS485星形网)，将从A网接收到的数据帧，实时无变化地发送给B网相应的目标地，反之亦然。
本发明是采用GPRS、CDMA无线专网进行网络传输，传输过程中，直接由设备终端和中心服务器进行通讯，无需附加的有线连接，并且采用专网进行通讯，安全性高，传输网络简易可靠，只要无线信号较强的地方均可安装设备。数据联网，传输距离没有限制。
本发明的目的在于提高燃气公司的抄表效率，降低人工成本，提高现场作业人员的安全性。对提取到的数据进行分析统计可以有效地节省成本。由于数据直接与服务器通讯，工作人员可以直接远程查看当前燃气表的各种状态信息，不用大量人员去用户现场抄表，同时GPRS或CDMA信号覆盖范围较广，基本覆盖燃气公司业务区域，较Zigbee建设成本更低，数据通讯更可靠。
根据本发明的第一个方面，本发明提供一种无线远程集中采集和配置燃气表数据的系统，其包括：
数据采集模块，用于采集计量仪表的数据；
无线传输模块，用于计量仪表和中心站通讯前置机之间的数据传输；
通讯安全模块，用于为计量仪表提供本安电源；
调价模块，用于对计量仪表进行远程调价；
设置模块，用于修改或预设计量仪表的参数。
优选地，所述系统还包括仪表状态模块，通过计量仪表的数据识别计量仪表的工作状态。
优选地，所述无线传输模块通过GPRS或CDMA进行数据传输。
优选地，所述数据采集模块将计量仪表数据转换为浮点数。
优选地，所述数据采集模块集中各计量仪表的燃气数据，再通过无线传输模块发送给中心站通讯前置机。
优选地，所述通讯安全模块在没有外部供电的情况下，不通讯时不对计量仪表供电，以节约电池能耗。
优选地，所述调价模块发送调价命令时对调价命令进行加密。
优选地，所述设置模块发送修改或预设参数命令时附加校验机制。
优选地，所述数据采集模块对需要传至中心站通讯前置机的数据进行存储。
优选地，所述修改或预设的参数包括系统时间、仪表地址和预置参数。
根据本发明的第二个方面，本发明提供一种无线远程集中采集和配置燃气表数据的方法，其包括：
S100通过数据采集模块采集燃气数据；
S110数据通过无线传输模块进入中心站通讯前置机；
S120通过无线传输模块接收调价模块/设置模块发送的调价/修改或预设参数命令；和
S130调价/修改参数成功后，通过无线传输模块向中心站通讯前置机返回应答。
优选地，所述数据采集模块将计量仪表数据转换为浮点数。
优选地，所述数据采集模块集中各计量仪表的燃气数据，再通过无线传输模块发送给中心站通讯前置机。
优选地，所述调价模块发送调价命令时对调价命令进行加密。
优选地，所述设置模块发送修改或预设参数命令时附加校验机制。
优选地，所述数据采集模块对需要传至中心站通讯前置机的数据进行存储。
优选地，所述修改或预设的参数包括系统时间、仪表地址和预置参数。
优选地，所述无线传输模块通过GPRS或CDMA进行数据传输。
附图说明
通过阅读参考一下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明的无线远程集中采集和配置燃气表数据系统的布局示意图；
图2是本发明的无线远程集中采集和配置燃气表数据方法的程序流程图；
图3是本发明无线远程集中采集和配置燃气表数据系统的功能结构图；
图4是本发明的无线远程集中采集和配置燃气表数据方法的流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
在本发明中，术语“GPRS”是指通用分组无线服务技术(英语：General PacketRadio Service，缩写：GPRS)是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。它经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代(2G)和第三代(3G)移动通讯技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。
在本发明中，术语“CDMA”是码分多址的英文缩写(Code Division MultipleAccess)，它是数字技术的分支——扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。
在本发明中，术语“RS485总线”是一种串行总线标准，采用平衡发送与差分接收的方式，因此具有抑制共模干扰的能力。在一些要求通信距离为几十米到上千米的时候，RS485总线是一种应用最为广泛的总线。而且在多节点的工作系统中也有着广泛的应用。RS485电路总体上可以分为隔离型与非隔离型。隔离型比非隔离型在抗干扰、系统稳定性等方面都有更出色的表现，但有一些场合也可以用非隔离型。
由于燃气的特殊性质和国家规范对燃气管道敷设的要求，除老小区改造外，新建小区的燃气表很难像水、电那样集中设置或户外设置，只能采用户内设置的方式，因此需要人工定期入户抄表。燃气表(计量仪表)使用电池供电，因此必须设计低功耗的产品，提高燃气表的使用时间。同时燃气具有易燃性，所需设备均需要通过防爆产品认证方可使用。
如图1所示，采集器通过RS485网络与各计量仪表保持通讯联络，同时各采集器通过GPRS或CDMA与中心站通讯前置机进行数据传输。
通过采集设备完成对计量仪表数据的采集，以及与中心系统的远程传输。系统包含“集中器”和“网关”两种模式。
(1)“集中器”模式下：数据自下而上，由各计量仪表首先集中到采集器，再由各站采集器集中到中心站通讯前置机，然后进入数据库实现存储与共享；适用于日常燃气数据采集。
(2)“网关”模式下：采集器充当网关，而对于中心站的应用程序，可以视采集器为“透明”，直接对各目标站点(IP站址)的目标计量仪表(从机地址)进行通讯和操作，从而实现卡控数据、信息提取、操控指令下发等应用功能，适用于调价信息、设备管理设置等通讯。
(3)数据的采集与计算：采集器通过RS485总线进行5分钟一次的采集，读取计量仪表的数据后，经过数据的类型转换，将数据转换为便于查看、方便计算的浮点数；
(4)数据的存储：采集器按照每5分钟一次的频率进行数据的存储，当前置机与采集器的通讯中断时，采集器依然自动存储数据，至前置机与采集器恢复通讯时，采集器会补传存储的历史记录和当前实时数据，历史记录按照2条每次的规则上传，直到补传完毕则不上传历史记录。
图2和图4从不同角度说明了本发明的无线远程集中采集和配置燃气表数据方法的流程，其中图2为基于采集器的程序流程。
如图3所示，本发明的无线远程集中采集和配置燃气表数据的系统，包括：数据采集模块，用于采集计量仪表的数据；无线传输模块，用于计量仪表和中心站通讯前置机之间的数据传输；通讯安全模块，用于为计量仪表提供本安电源；调价模块，用于对计量仪表进行远程调价；和设置模块，用于修改或预设计量仪表的参数。优选地，还包括仪表状态模块。
数据采集模块：
采集器通讯模块应选用工业级的具有抗静电干扰的RS485通讯模块芯片，RS485端口数6个，用于与计量仪表进行通讯。
采用低功耗RS485收发器，每个器件中都具有一个驱动器和一个接收器。具有限摆率驱动器，可以减小EMI，并降低由不恰当的终端匹配电缆引起的反射，实现最高250kbps的无差错数据传输,可以实现最高10Mbps的传输速率。
驱动器具有短路电流限制，并可以通过热关断电路将驱动器输出置为高阻状态，防止过度的功率损耗。接收器输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平输出。
采集器通讯模块供电及通讯接口应具有防浪涌能力。
采用两级保护，其中主板上采TVS保护，TVS管是一种限压型瞬态电压保护二级管，TVS管是并联在线路中，当线路中的电压达到TVS的击穿电压时器件雪崩击穿，TVS击穿工作把大的浪涌电压控制在一定的安全值内，通过地线泄放，从而保护线路和设备不被损坏。
无线传输模块：
采用工业级DTU，应用广泛，在模块外部使用硬件狗电路，实时监控模块运行状态。支持复杂的网络环境，适合大规模组网和多种工作模式。
该模块具备以下特点：
内嵌PPP、TCP/IP、UDP/IP协议栈，透明数据传输及协议转换，支持移动运营商(GPRS或CDMA)的APN或VPDN专网，支持点到点、中心到多点的对等数据传输，设备加电自动上线，掉线自动恢复，宽电压工作，待机功耗低。
通讯安全模块：
采集器为每一个计量仪表提供直流12V/50mA本安电源。在没有外部供电的情况下，不通讯时不对计量仪表供电，以节约电池能耗。
采用安全栅方式供电，安全栅性能参数：
安装在安全场所，可与处于0区、1区、2区，ⅡC、ⅡB、ⅡA，T4～T6危险场所的本安仪表相连
消耗电流：≤140mA(24V供电，6V、100mA配电时)
输入电压：20～30VDC
输出电压：12VDC
通信方式：RS485半双工
RS-485信号：传输率≤56kbps；通信距离≤1000m
传输延时：≤10μs
电源保护：电源反向保护
绝缘强度：
非本安端～本安端≥2500V AC
电源～非本安端≥500V AC
绝缘电阻：
非本安端～本安端≥100MΩ
电源～非本安端≥100MΩ
通过磁电隔离技术对供电电源、配电输出、输入端信号和输出端信号四者进行两两隔离，有效地解决了工业自动化控制系统现场干扰问题，提高所连接设备相互之间的电气安全绝缘性能，保证了系统的稳定可靠运行。
调价模块：
调价：对计量仪表进行远程调价，通过前置机发送调价命令，采集器通过无线数据模块接收调价命令后将调价命令透明传输给计量仪表，仪表调价成功后返回成功应答，此时采集器将应答再次透明传输给前置机，整个调价过程中，调价命令经过加密以确保安全性，通讯完毕读取仪表的价格版本号和价格可查看调价是否成功，整个通讯的结果以及故障均可通过查询仪表得知。
设置模块：
预置参数：与调价方式一样，通过前置机发送预置参数命令，可以修改卡控的各项参数，此过程中附加校验机制，可确保通讯的安全可靠性。
广播校时：通过前置机发送校时命令，采集器每天定点以广播方式向所有从站流量计发布校时命令，校准流量计量仪表的系统时间。
仪表地址：前置机发送更改地址命令，通过采集器对仪表的地址进行修改。
仪表状态模块：
可通过采集器读取燃气表状态，识别当前燃气表工作状态，并在采集器界面上显示，正常为“√”，错误为“X”。便于现场操作人员查看现场仪表的工作状态。
本发明是采用GPRS或CDMA无线专网进行网络传输，传输过程中，直接由设备终端和中心服务器进行通讯，无需附加的有线连接，并且采用专网进行通讯，安全性高，传输网络简易可靠，只要无线信号较强的地方均可安装设备。
且，本发明产品的整体满足现场防爆要求，并且使用无线抄表方式，免去人工抄表的麻烦，使用户省心、省力，另外可以通过上传数据进行统计分析，及时调整调压站的压力，智能优化的供气，提高效率，节约资源。
本发明不限于上述实施方式，在本发明思想的范围内可以进行各种变更。本发明已通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种无线远程集中采集和配置燃气表数据的系统，其包括：
数据采集模块，用于采集计量仪表的数据；
无线传输模块，用于计量仪表和中心站通讯前置机之间的数据传输；
通讯安全模块，用于为计量仪表提供本安电源；
调价模块，用于对计量仪表进行远程调价；和
设置模块，用于修改或预设计量仪表的参数。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统还包括仪表状态模块，通过计量仪表的数据识别计量仪表的工作状态。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述无线传输模块通过GPR或CDMA进行数据传输。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述数据采集模块将计量仪表数据转换为浮点数。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述数据采集模块集中各计量仪表的燃气数据，再通过无线传输模块发送给中心站通讯前置机。
6.一种无线远程集中采集和配置燃气表数据的方法，其包括：
S100通过数据采集模块采集燃气数据；
S110数据通过无线传输模块进入中心站通讯前置机；
S120通过无线传输模块接收调价模块/设置模块发送的调价/预置参数命令；和
S130调价/预设参数成功后，通过无线传输模块向中心站通讯前置机返回应答。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述调价模块发送调价命令时对调价命令进行加密。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述设置模块发送预置参数命令时附加校验机制。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述修改或预设的参数包括系统时间、仪表地址和预置参数。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述数据采集模块对需要传至中心站通讯前置机的数据进行存储。
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