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plc无人抄表系统

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第二章  方案论证
2.1无人抄表系统的功能说明及毕业论文要求
      随着人们生活水平的提高,科学技术的发展,现代城市居民居住区智能化楼宇管理系统成为了一个热门的话题,在目前的技术下,可以相对较好地实现智能化楼宇管理,无人抄表系统是智能化楼宇管理系统的一个子系统。
      根据智能化楼宇管理系统的要求,无人抄表系统需要具备以下功能。
(1) 实时查询。用户可实时查询起冷热水表、电表和煤气表的读数,应交纳各项费用今额和上次统计数据以及各种条目的实时查询、打印。
(2) 历史查询。可提供每户各种不同条目下历史数据的查询和打印,包括自动收费信息、人事信息的查询和打印。
(3) 自动收费。包括各项财务参数,收费方式,收费周期等的设置,水。电,燃气量统计,按厂商设置周期自动统计客户不同表使用量,并按起设置的财务参数,收费方式及不同表的读数,自动计算客户应交纳的费用,实现收费单的打印。
(4) 人事管理。实现居民区住户信息的增、减几浏览。
      本毕业论文采用PLC作为控制核心,根据智能化楼宇管理系统的要求,无人抄表系统需要具备以下功能。
    1.实时查询。用户可实时查询其冷热表、电表和煤气表的读数,应缴纳各项费用金额和上次统计数据以及各种条目的实时查询、打印。
    2.历史查询。可提供每户各种不同条目下历史数据的查询和打印,包括自动收费信息、人事信息的查询和打印。
电能测量可以采用集成电能测量芯片加一小型单片机系统实现。
    小区采集系统采用S7-200的CPU226来实现。
远程监控系统采用组态软件WinCC来完成。
2.2抄表系统的主流解决方案
(1)电力线载波集中抄表系统
      该自动抄表系统的结构如图2-1所示,主要包括电能表光电模块与光电转换模块、采集终端、集中器、通信模块与计算机系统等五部分。其中,计算机系统称为上位机。电能表光电模块、采集终端、集中器和通信模块构成下位机系统。系统工作时,通过安装在电能表内部的光电转换模块,把电能表圆盘转动时的信号转换成脉冲电信号输出。通过脉冲专线送入数据采集终端或采集模块进行脉冲数累加和存储。但是,此处采集的只是脉冲量而不是电度量,要将脉冲量乘以电度表常量和脉冲常数后方可得到电度量。集中器则定时进行数据读取、电度量计算和存储。各集中器通过电力载波将信息发送到智能小区管理中心计算机。管理中心计算机的作用是接收集中器传送过来的电表电量数据,并对各个用户群体进行存储、分类、统计及计价。用电管理人员可以随时获取所需的各种数据和信息。
图2-1  电力线载波集中抄表系统结构图

(2)GPRS远程抄表系统
      通过中国移动的GPRS网络系统,电力部门可将工业和民用电表采集的电力系统数据实时传递到地、市、省级的集中监控中心,以实现对电力监测设备的统一监控和分布式管理。GPRS网络可为电力系统提供了简单高效的通信传输手段。中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建电力远程抄表系统,实现电表数据的无线数据传输具有可充分利用现有网络,缩短建设周期,降低建设成本的优点,而且设备安装方便、维护简单。 GPRS电力远程抄表系统由位于电力局的配电中心和位于居民小区的电表数据采集点组成,利用中国移动现有的GPRS/GSM网络,电表数据通过中国移动的GPRS/GSM网络进行传输。居民小区的所有电表首先连接到电表集中器,居民用户的用电数据由复费率电表通过485传到电表集中器,电表集中器通过RS232接口与GPRS透明数据传输终端连接,电表数据经过协议封装后发送到中国移动的GPRS数据网络,通过GPRS数据网络将数据传送至配电数据中心,实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。
(3)IC卡预付费智能水表
      IC卡预付水表是一种集自动供水、自动计量、自动收费、自动控制、显示报警等多种功能于一体的全新概念的智能水表,是传统水表的换代产品。它主要由发讯基表、电控板和电动阀三部分组成。其工作原理是:以IC智能卡为载体,在管理系统与智能水表间双向传递数据,实现管理功能。用户把预购的水理存于表中,用水时,该表实时采集流量信号,并在预购的水量中扣除。当表内剩余水表量小于2立方米时,给出声音报警,同时关闭阀门,这时插用户卡可以打开阀门,提示及时购水。当剩余水量为零时,关闭阀门,用户重新购水插卡打开阀门用水。
      现代化家庭中,随着生活水平和生活质量的提高,居民对水的要求也越来越高,冷水、热水、中水、纯净水将会逐步进入家庭,多种样式(如双厨双卫)的套房设计,使用水表的数量将会不止1~2块,用户只需一张IC卡就可以轻松搞定多块水表,甚至一卡还可以扩充到管理燃气表、电气、热量表。
      使用安全方便。供水管理部门的管理系统中详细记录用户的所有数据,需要进,用户可以随时查询并打印自己的购水记录。此外,用户如果一旦发生丢失、损卡等现象时,也不用担心,可以到首次开户的营业所补卡。
      有效解决收费问题。IC卡预付费水表独特的预付费功能,决定了用户先付费后用水的形式。因此有效解决了供水部门收费难的问题,保证了供水单位的正常经营。
(4)IC卡燃气表
      随着城市燃气的发展以及人民生活水平的提高,燃气民用户数量逐年增加。抄表难、收费难困扰着众多的煤气公司,抄表人员的不断增加提高了煤气公司的经营成本,也给管理带来许多麻烦。于是IC卡燃气表应运而生。其发展势头迅猛,锐不可挡。使我们有必要对IC卡的可行性进行有益的探讨。
IC卡燃气表即IC卡膜式智能型燃气表的简称。它是以膜式燃气表为基表,加装电子控制所组成的一种具有预付费功能的燃气计量装置。其控制器由传感器、执行机构、IC卡燃气表座、存储器、提示装置组成。用户交款后,所购气量数据被写入卡中。用户再将IC卡插入燃气表上的控制器内,卡即可取出。输入燃气表控制器内存的气量,用气时自动扣减。管理IC卡燃气表的计算机系统功能主要有:用户管理、售气帐务管理、系统操作员管理、系统维护管理、测试维护管理、售气查询、银行联机售气、POS售气、手持机维修系统、日志管理。因而能够生成多种统计报表,便于科学管理。
2.3方案选择
      (1)有线自动抄表系统主要通过485通信实现。如果仅考虑现有产品的新装系统的抄收指标,目前这种方式是最好的。但这种方式有两个致命的弱点:其一,信道不够稳定,随着时间的推移,很容易发生接触点的氧化、锈蚀,加大线路衰减,导致抄收不稳定,严重时还会发生系统瘫痪,所以要求配备专职维护人员;其二,每家每户必须重新敷设专用通信线路,工程成本、装修破坏就是两个无法解决的问题。所以485专线集中抄表系统在个别新建楼房还可以,要大面积推广,就必须另外建设一个与现有低压配电网同样规模的专用通信网,这是完全不现实的事情,极容易造成重复投资。
      (2)对于低压配电线载波集中抄表系统,从理论上是最理想的电能表自动抄表系统,这是因为它实现了电能馈送与数据传输的自然匹配与完美结合;也就是电能馈送到什么地方,数据传输通道也敷设到什么地方;不用另外设置通信信道。但纯粹从通信概念讲,低压配电线载波信道也存在一系列的“先天不足” !首先,数据传输速率不高,在载波集抄系统中,根据调制方式不同,一般有300、600、1200、2400bit/s,再高就用得不多了;当然这个缺陷不会影响低压配电线载波信道在自动抄表系统中的应用。低压配电线载波信道最大缺陷是抄收不稳定!造成抄收不稳定的原因很多,主要原因有两个:由于负载变化引起的线路衰减与电网随机噪声引起的干扰。据相关论文介绍,一台电视机的开闭就可能导致24dB的衰减变化,也就是信号幅度变化达250倍!这就不难理解为什么很多载波抄表系统在电网晚高峰时段,抄收状态极差。其它如电网补偿电容、电缆分布电容、像打印机这类容性用电设备都会导致线路衰减;面对这样的衰减变化,在进行系统设计时,几乎无法对信道通信指标进行设计定位!
      (3)根据以上两种方式所存在的问题无线通信式自动抄表系统应运而生,无线通信式集中抄表系统采集计数工作单元均装配在表内并密封,表的数据采集、处理、存储等基础工作由表本身完成。另外因表引出的无线通、断不影响单表数据采集和保存(仅影响本表数据的读出),也不影响其它表数据的读出,即使本次读数时该表出现故障,只需重新发射数据,无需重新置数,表的真实读数仍可继续读出,其安全性、稳定性是比较可靠的。无线通信式智能集中抄表通过远程接收装置接收信号,此种表不需敷设线路和线路维护、安装方便。
      本文设计的系统采用就是无线远程自动抄表系统,它的实现是迈向家庭自动化的第一步,并有助于提高水电系统管理的现代化水平。

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