智能水表的應用現狀及前景

　　前言

　　智能水表是近年來以自動控制技術和信息網絡技術為支撐，以信息化管理需求為依托而發展起來的高新技術產品，在實現城鄉各級水務部門與用戶建立信息化服務與溝通的渠道中得到廣泛應用，在實現管理者和用戶間的溝通與服務中起到承上啟下的作用，是二者間實現互動交流的平臺。

　　1　智能水表的應用現狀

　　1. 1　智能水表的分類

　　基于智能水表的信息化和網絡化的應用，它已不是傳統意義上的“水表”概念，取而代之的是以“系統”、“集成”的理念來認識和發展智能水表。為了對智能水表的發展有一個較為全面的認識，首先對遠程集抄和卡式智能水表的應用現狀作一個概述，以探討現行方式中可能存在的問題，為智能水表的未來發展方向提供一個坐標或起點。

　　目前，依據智能水表所構建的系統功能和硬件平臺，可將智能水表分為智能水表遠程集中抄表系統（以下簡稱遠程集抄）和卡式智能水表系統。

　　1. 2　遠程集抄的組成及其技術應用現狀

　　遠程集抄主要由基表、數據存貯與通訊系統、后臺軟件操作系統三部分組成。

　　基表是指對水量進行精確計量并將計量信息通過感器采集進而轉化成電信號的表具，基表主要包括計量機構和傳感器兩部分。目前，現行主要基表是以水表計量機構中的葉輪對通過的水量進行計量，葉輪的旋轉頻率所記錄的流量信息通過水表的指示元件（指針、字輪等）逐次顯示。葉輪、指針、字輪等包含流量信息的元件統稱為計量元件，傳感器對計量元件的運動狀況進行采集，進而將計量信息轉化為電信號的形式。

　　根據計量元件在基表中傳遞水流能量的前后順序，直接受水流作用而運動的始動元件稱為初級計量元件，如葉輪；將初級計量元件的運動進行逐級減數并可將計量信息加以指示的元件稱為次級計量元件，如指針（或與其相連接的齒輪）和字輪等。目前，常用的可供計量的表具是以多流束式水表為主的旋翼式水表和水平螺翼式大口徑水表等。

　　目前，常用的傳感器主要分為磁敏傳感器、電感式傳感器和直讀式傳感器。

　　磁敏式傳感器主要包括干簧管、霍爾元件、維根等，干簧管、霍爾元件由于分別受到使用壽命和工作頻率的影響，它們主要是對次級計量元件進行采集，分別以開關和脈沖的形式輸出信號。維根可不受壽命和工作頻率的影響，可在各級計量元件中得到應用，以脈沖的形式輸出信號。

　　磁敏元件在應用中對水表的靈敏度以及受外界磁干擾的影響較大，同時也會對水表的使用壽命造成不利影響，因此磁敏元件在使用上具有一定的局限性。但由于磁敏元件價格便宜，安裝簡單，適于大批量生產，因而目前仍然得到廣泛使用。

　　電感式傳感器主要是通過對振蕩信號的周期性衰減的采集獲取計量信息，主要應用于初級計量元件，由于采用非磁激勵，因而葉輪的運動阻尼小，抗外磁干擾能力強，

　　適用于各種水質，具有較廣泛的應用。目前，由于電感線圈在制作工藝上的限制，線圈中的鐵芯在一定程度上受到外磁的干擾，因此抗外磁能力有待進一步提高。目前，隨著線圈制作工藝和相關技術水平的提高，全無磁式電感傳感器已得到發展和初步應用。

　　直讀式傳感器分為光電式和機械式兩種，光電式可根據發射器和接收器的相對位置分為反射式和對射式。光電直讀是對次級計量元件字輪進行相關信息采集，從而確定字輪的讀數。光電直讀由于傳感器元件應用較多，硬件電路復雜，工藝要求高，因而成本較高，批量生產工藝難度大。機械式直讀主要是通過壓簧片對碼盤的直接接觸，獲取編碼信息，從而確定其相應的指示位置。該方式雖然較前者成本低，但由于受簧片材質和加工工藝的影響，存在著可靠性差，機械阻尼大（水表始動流量大），批量生產工藝性有待提高等問題。

　　綜上所述，現階段智能水表的基表在計量的表具和傳感技術上呈現出多樣性的特點，各種方式由于受到現行技術水平和工藝技術的限制，并沒有形成突出的技術優勢和產業優勢。

　　在數據通訊方面，現行采用RS485總線和MBUS總線的通訊方式，具有較完善的標準體系，同時智能水表的通訊技術是隨著現代通訊技術的發展而發展的，目前，數據通訊方面除了有線方式外，各種無線抄表技術也層出不窮。在后臺軟件操作系統上，現行軟件上由于各水務管理部門在服務模式、收費方式，以及在數據接口等方面存在較大差別，因此后臺軟件系統具有個性化、相互不兼容的特點。在遠程集抄的應用方面，主要是系統的管理者單方面從用戶方實時獲得相關數據，如用水量等，這種數據交流的單向性造成了雙方獲取信息的不對稱。

　　雖然遠程集抄在基表、后臺處理等方面存在各種矛盾，但它由于初步建立了管理者與用戶之間的實時溝通渠道，為水資源管理行為實現社會化、集約化、實時化和人性化等現代管理要求中所起到的支撐作用卻是無可替代的。

　　1. 3　卡式智能水表系統組成及其技術應用現狀

　　卡式智能水表系統由卡式智能水表、讀寫卡、后臺處理系統三部分組成。

　　智能卡水表是以帶有發信裝置的水表為計量基表，以讀寫卡為媒體，加裝控制器和電控閥所組成的一種具有預付費功能的水量計量儀表。讀寫卡是指可進行讀寫操作的的媒體，如IC卡、TM卡、射頻卡等。后臺處理系統是指可對讀寫卡進行讀、寫操作的硬件和軟件系統。該系統中由于讀寫卡承擔了管理者與用戶間的溝通以及用戶與與卡表間的溝通，而用戶是讀寫卡的持有者，因而在管理者與用戶間的實時溝通上受到一定的制約，這種非實時性同時降低了管理者與用戶間人性化服務的程度。

　　2　智能水表的發展方向

　　針對智能水表系統的硬件配置和網絡化服務的現狀，智能水表的發展方向表現為：經濟實用、雙向實時、數據共享。

　　智能水表是信息社會發展的必然需要和產物，它終將成為面向千家萬戶的“平民化”產品，因而經濟性和實用性是市場對智能水表的必然選擇。本文主要從基表來探討智能水表的經濟性和實用性。

　　傳統水表依然是今后一段時間內的智能水表基表的首選，其中單流束式水表以其結構簡單，體積小，在同一規格的各型水表中具有最高的性價比，其質量比同規格的其它類型水表質量減輕20%～40%,由于加工工藝水平和設計水平的提高，批量合格率可達到90%左右，生產成本顯著降低，產品的可靠性、壽命較以往有了較大的突破。由于初級計量元件的傳感器安裝方式簡單，采集精度高，

　　因而生產成本低、工藝性能好，同時可以作為開發高計量精度等級的基表。非磁敏式傳感器是傳感器技術開發的方向，它的品質應達到：從水表的始動流量至過載流量的流量采集全程響應；低功耗；抗外界干擾；無阻尼和適用于多種水質。目前，電感線圈式傳感器在開發與應用方面已取得初步成效。因此，單流束式全無磁（電感線圈式）式基表具有計量精度等級高（D級精度）、靈敏度高（3～4 L /h） 、抗干擾能力強（外磁場干擾） 、使用壽命長、性價比高等諸多優點，可較好體現出對智能水表基表經濟實用的要求。

　　從長遠看，隨著傳感器技術水平的提高和產業化應用的深入，各高檔流量計技術，如超聲波流量計、電磁流量計等將會廣泛應用于水表的設計和使用中，以此技術開發的基表，結構簡單，真正實現了無機械傳動，長壽命（等同于元器件壽命或管道壽命），無壓力損失，精確計量的量程廣（等同于安裝管道的流通能力）等優點。目前該技術在小口徑（DN152DN40）和大口徑（DN502DN500）基表的應用正處于開發階段，其傳感器（換能器）由于受到工藝技術水平的制約，成本較高，產業化開發和應用需要相當長的一段時間。

　　雙向實時是對系統通訊與網絡技術的要求，智能水表系統的使用者是水務管理者和用戶，該系統應用水平的高低取決了雙向互動交流的程度以及雙向溝通的實時性。如前所述，現階段，集抄系統單方面建立起管理者從用戶方實時獲取信息的渠道，如管理者可通過該系統獲得用戶用水量的相關信息，而用戶無法通過該系統實時獲取管理者的服務信息，這種獲取信息的不對稱制約了雙方互動的效能。而卡式智能水表系統雖然可以通過對IC卡的讀寫操作實現管理者與用戶間的雙向溝通，即管理者可以通過讀寫卡和后臺處理軟件了解用戶消費行為等相關信息，同時用戶也可通過讀寫卡和基表中的顯示界面了解管理者的管理和服務行為等相關信息，但這種雙方溝通缺乏實時性，容易造成管理和服務行為的滯后。由此可見，網絡化實現了雙方溝通的實時性；讀寫卡的應用實現了雙方信息的互動交流，控制閥的應用豐富了遠程控制和執行功能。因此建立由卡式智能水表、讀寫卡、遠程集抄的數據通訊網絡以及相應的后臺數據處理軟件所構成的智能水表系統可以深化雙方交流的行為方式，提高智能水表應用的廣度和深度。

　　共享性是對系統社會化的需要，隨著人類對水資源集約化管理程度的日益提高，人類對水資源利用的各項數據不僅是一個局部、一個地區關注的問題，而越來越成為一個國家、一個社會關注的問題。因此，數據的共享性就成為全社會對水資源實現集約化管理的基礎。由于長期以來，后臺數據處理軟件在數據接口，管理流程等方面形式多樣，造成數據交流共享程度不高，因此后臺數據處理軟件的標準化和模塊化是實現數據共享的必由之路。標準化確保數據讀取方式的統一，模塊化可以確保水務管理對軟件功能多樣化的需求，提高軟件應用的適用性，從而實現水務管理跨區域的聯合。

　　3　結語

　　智能水表系統是隨著現代計量技術、傳感技術和信息網絡技術以及社會化需求的發展而不斷向前發展的，智能水表系統在未來發展中所體現出的經濟實用、雙向實時、數據共享的特點正是這種技術發展和社會需求發展的集中體現，同時體現著人類與水資源和諧共存的依存理念。