民用燃?xì)庵悄艹硐到y(tǒng)可行性研究

 引言
任何新技術(shù)，尤其應(yīng)用性新技術(shù)，能否在實(shí)際推廣中取得較好的成效，不單單取決于技術(shù)的先進(jìn)程度，更多的取決于“適用“程度。技術(shù)如此，產(chǎn)品更是如此，以具有百年歷史的膜式燃?xì)獗頌槔瑥恼Q生到現(xiàn)在，橡膠膜取代了羊皮膜，工程塑料件取代了部分金屬件，但原理和結(jié)構(gòu)基本沒有發(fā)生變化，并非沒有其他技術(shù)或者產(chǎn)品可以取代膜式表，而是“適用”造就了如此長的產(chǎn)品壽命周期。燃?xì)馐褂秒m為居民生活所必須，但消耗量并不大，消費(fèi)額也不高，所以其適用的計(jì)量器具應(yīng)兼具低造價(jià)和高可靠性，膜式燃?xì)獗碚蔷哂羞@兩大特性才得以延續(xù)百年的“榮光”！
然而，隨著社會生活的進(jìn)步，信息化、智能化建筑的大量涌現(xiàn)，膜式表在一些方面尤其是使用數(shù)據(jù)的收集方面明顯落后。智能化的設(shè)備設(shè)施配合著智能物業(yè)管理使得各類信息的產(chǎn)生、獲得、傳遞和使用逐步變得異常方便和可靠。膜式表由于純機(jī)械結(jié)構(gòu)不能直接產(chǎn)生電信號，成為信息化通道中的盲點(diǎn)，需要加裝各類轉(zhuǎn)換裝置才能獲得計(jì)量信息。目前大量采用的普通膜式表，均采用人工逐戶抄表的方式，抄表時(shí)段無法保證用戶家中有人，抄表效率低下。同時(shí)隨著智能小區(qū)的大量涌現(xiàn)和用戶對生活私密性要求的提高，也不希望抄表人員入戶抄表，所以建立自動化抄表系統(tǒng)就有了現(xiàn)實(shí)的需要。
燃?xì)怆m為居民生活所必須，但由于具有易燃易爆的特性而成為一個(gè)特殊商品，在生產(chǎn)、輸送和使用過程中有著嚴(yán)格的規(guī)定，燃?xì)夤?yīng)企業(yè)除承擔(dān)連續(xù)穩(wěn)定供氣的企業(yè)責(zé)任外，還承擔(dān)社會安全的巨大責(zé)任，因?yàn)橐坏┌l(fā)生燃?xì)馐鹿剩瑫o用戶的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來巨大傷害！而目前戶內(nèi)燃?xì)夤芟党謩娱y外并無其他控制手段，如果能夠增加一些“管控”功能會給安全管理帶來益處。
因此，自動化抄表系統(tǒng)的建立順應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)兼顧了“抄”與“控”的雙重功能。
1 燃?xì)饷裼脩糁悄艹硐到y(tǒng)建設(shè)的可行性研究
燃?xì)饷裼脩糁悄艹硐到y(tǒng)的運(yùn)行過程主要包含計(jì)量信息的獲取和計(jì)量信息的傳輸，下面就這兩步驟從技術(shù)的先進(jìn)性、工程的可靠性和造價(jià)的合理性探討建立遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)的可行性。
1.1 計(jì)量信息的獲取 普通民用戶的燃?xì)馐褂锰幱诘蛪盒×髁繝顟B(tài)，給計(jì)量工作帶來較大困擾，膜式表正是適應(yīng)這一特性才得以沿用至今。但膜式表采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)，體積大且不能直接輸出電子信號，在信息化時(shí)代已顯得力不從心。近年來一些采用先進(jìn)技術(shù)的新型電子燃?xì)獗黹_始嶄露頭角，如果長期可靠性得到逐步驗(yàn)證，取代具有百年歷史的膜式表將是大勢所趨。
1.1.1 膜式表 膜式表為容積式儀表，不能進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，造價(jià)低廉，需要進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換。計(jì)量信號的轉(zhuǎn)換可采用脈沖式或者直讀式，脈沖信號的產(chǎn)生可分為干簧管、霍爾元件和光電元件等方式，其中干簧管以低廉的價(jià)格、較高的可靠性應(yīng)用最多。脈沖式最大的缺點(diǎn)在于需要連續(xù)供電和累積脈沖與計(jì)數(shù)字輪不符。直讀式是通過在計(jì)數(shù)字輪上采用適當(dāng)?shù)木幋a技術(shù)，通過光電系統(tǒng)對這些編碼進(jìn)行識別，所見即所讀，只有需要讀表時(shí)才供電工作，克服了脈沖式抄表需要連續(xù)供電和累進(jìn)誤差的缺點(diǎn)。
1.1.2 超聲波表 超聲波表為速度型儀表，已經(jīng)大量應(yīng)用于大型高端計(jì)量系統(tǒng)，民用表進(jìn)入試用階段，造價(jià)較高。最大的技術(shù)障礙在于民用戶使用時(shí)的流體處在小通徑、低流速和低壓力狀態(tài)，超聲波測量信號產(chǎn)生的畸變量很小，為滿足測量精度和量程的需要，超聲波器件需要極高的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，這還需依賴相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步或突破。超聲波表同樣不具備溫壓補(bǔ)償能力，如需補(bǔ)償，需要增加溫壓傳感器和處理電路，進(jìn)一步增加造價(jià)，降低超聲波表的經(jīng)濟(jì)性。
1.1.3 質(zhì)量流量計(jì) 質(zhì)量流量計(jì)為量熱式儀表，已經(jīng)開始應(yīng)用于商業(yè)計(jì)量，民用表進(jìn)入試用前期，造價(jià)適中。量熱式儀表的結(jié)構(gòu)和原理極為簡單，對于一個(gè)固定熱源而言，流過氣體帶走的熱量與流過的氣體質(zhì)量流量成對應(yīng)關(guān)系，測得熱量損失即測得流過氣體的量值。這類儀表得到突破得益于微機(jī)電技術(shù)（MEMS）的成熟和發(fā)展，MEMS計(jì)量器件采用大規(guī)模集成電路制造技術(shù)，將各類傳感器以微小尺寸集成于芯片之上，甚至可以將處理電路集成在一起，再封裝成類似大規(guī)模集成電路的完整器件，具有功耗低、靈敏度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。目前MEMS器件可測氣體流速已低至0.01米/秒，完全滿足民用戶的計(jì)量需求，同時(shí)由于氣體溫壓效應(yīng)直接反應(yīng)在氣體密度上，這類儀表具有自行補(bǔ)償能力，未來可能成為民用表的發(fā)展方向。
綜上所述，在目前的技術(shù)條件下，選用造價(jià)低廉、性能可靠的膜式表與直讀計(jì)數(shù)器的組合用作計(jì)量信息的獲取是較為可行的方案。
1.2 計(jì)量信息的傳輸 信息的自動化傳輸，從傳輸通道上可選有線系統(tǒng)或者無線系統(tǒng)，從通道性質(zhì)上可選自建或者借用。
1.2.1 有線抄表系統(tǒng) 傳統(tǒng)的有線抄表采用一表一線，分別接入采集器的方式，系統(tǒng)復(fù)雜，施工不便，造價(jià)較高，降低了系統(tǒng)的可用度。隨著總線技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在的有線抄表系統(tǒng)都采用總線制，使用一條四芯線或者兩芯線，配合帶內(nèi)置閥門的燃?xì)獗?，可以非常穩(wěn)定可靠的獲取抄表信息和實(shí)現(xiàn)對閥門的控制。由于線數(shù)僅為一條，線型僅為兩芯或四芯，布線方便，造價(jià)低廉。尤其新建住房，如能通過統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一施工，將抄表線系與住宅弱電系統(tǒng)同步完成的，更是得到了最為穩(wěn)定可靠的“物理通道”，無論以后表具轉(zhuǎn)型或者“抄控”方式調(diào)整，都便于實(shí)現(xiàn)。
1.2.2 無線抄表系統(tǒng) 無線系統(tǒng)理論上最大的優(yōu)勢是方便，可以不受環(huán)境的制約，但在實(shí)際操作中卻受多種制約。首先國家對用于民用短距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線電頻率和發(fā)射功率有著嚴(yán)格的規(guī)定，同頻設(shè)備必然引發(fā)干擾，同時(shí)較小的發(fā)射功率也造成傳輸距離極為有限，表具位置不當(dāng)或者房間結(jié)構(gòu)影響都會嚴(yán)重削弱傳輸效果，雖說可以采用中繼或者接力的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳導(dǎo)，但簡單的技術(shù)疊加會造成系統(tǒng)的復(fù)雜性升高，失去的是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。其次是家用表無法承受高昂的造價(jià)，無線系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜，元器件數(shù)量多、要求高，為控制造價(jià)，勢必降低元器件的標(biāo)準(zhǔn)，造成的后果則會使諸如發(fā)射頻率漂移和發(fā)射功率下降等弊端，且很難得到克服。因此無線表雖有一定熱度，介入的廠家和試用的地方不少，但真正獲得成功的案例還很少！系統(tǒng)“丟表”、“掉表”、“死表”、“控制失敗”現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，整體抄見率和系統(tǒng)可用度難以達(dá)到很高的水平。
無論選用哪種抄表系統(tǒng)，傳輸通道都可以選擇自建或借用，有線抄表通道可以借用電力載波、有線通訊運(yùn)營商的有線線路等，無線抄表通道可以借用無線通訊運(yùn)營商的無線網(wǎng)絡(luò)等，從技術(shù)層面這些方案均為可行，但在實(shí)際應(yīng)用中卻因?yàn)榧夹g(shù)平臺的不同和使用費(fèi)用的關(guān)系難以實(shí)現(xiàn)。以有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為例，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性毋庸置疑，但如果數(shù)量巨大的家用表都采用此技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行費(fèi)用將達(dá)到難以承受的程度。
綜上所述，采用簡單可靠的總線制有線抄表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)家用表的數(shù)據(jù)集結(jié)和管理控制是切實(shí)可行的技術(shù)方案。無線系統(tǒng)還需假以時(shí)日，有待進(jìn)一步完善。
2 民用建筑智能抄表方案的構(gòu)建
抄表系統(tǒng)的理想狀態(tài)是全覆蓋的實(shí)時(shí)抄見和管控，現(xiàn)有的技術(shù)條件完全可以實(shí)現(xiàn)，但面對基數(shù)巨大的民用表，龐大的傳輸網(wǎng)絡(luò)帶來的高額建設(shè)成本和運(yùn)行費(fèi)用使得這一方案不具備可行性，只能用于輸配管網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和用氣量較大的工商業(yè)用戶。對于用氣量不大的民用戶而言，根據(jù)實(shí)際情況，選用一種或者一種以上的技術(shù)方案，針對目前城市常見民用建筑類型合理地構(gòu)建抄表系統(tǒng)是最為科學(xué)合理的選擇。不能盲目求“大”求“全”，應(yīng)該選擇適當(dāng)“量”的用戶構(gòu)建一個(gè)個(gè)“小”的抄表系統(tǒng)，再把小系統(tǒng)的抄表信息匯集到一個(gè)個(gè)信息節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)處采用技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)信息的采集傳輸和管理控制。為此，我們根據(jù)目前住宅物業(yè)建設(shè)情況針對性的構(gòu)建智能抄表方案。
2.1 新建多層、高層住宅——構(gòu)建有線抄表系統(tǒng) 這類住宅是目前國內(nèi)新建住宅的主流，用戶密度很高，尤其高層住宅，選用總線制有線抄表系統(tǒng)最為經(jīng)濟(jì)和可靠。目前的總線技術(shù)允許單根總線長度超過兩公里，可以根據(jù)樓層數(shù)、用戶數(shù)和樓間距靈活選取以單元、整棟或者幾棟為一條總線，所有燃?xì)獗韰R接在一條總線之上，在合適位置設(shè)置數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，采用手持抄表機(jī)完成連續(xù)抄表和對表內(nèi)閥門的控制，或者采用自動采集傳輸設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動抄表。抄表總線最好納入住宅弱電系統(tǒng)，采用與整體建筑同步設(shè)計(jì)、同步施工的方式，在掛表位置預(yù)設(shè)接口，用戶掛表開栓時(shí)將燃?xì)獗斫尤肟偩€即可，整個(gè)系統(tǒng)簡單明了，高效可靠。
2.2 新建低密度住宅——構(gòu)建無線抄表 低層、排屋、別墅類住宅由于占地多，樓間距大，用戶密度低，自然遮蔽少，掛表位置普遍較好，甚至可以采用戶外掛表，非常利于無線電信號的傳輸，且這類用戶經(jīng)濟(jì)承受力較強(qiáng)，可以采用較為高端可靠的無線抄表系統(tǒng)。
2.3 換表及改造——因地制宜，有線優(yōu)先 由于燃?xì)獗碛惺褂媚晗藓蛷?qiáng)制更換的規(guī)定，戶內(nèi)管有時(shí)也會因某些原因進(jìn)行改造，這種情形下也是選用有線抄表系統(tǒng)較為合適。換表用戶的住宅使用年限較長，戶內(nèi)情況復(fù)雜，在戶內(nèi)或者戶外合適位置布設(shè)抄表總線的可能性較大，能夠以最低的成本實(shí)現(xiàn)抄表出戶。如果是戶內(nèi)管改造，在層高不大的情況下可以采用戶外集中掛表，使用有線系統(tǒng)更為便捷。如果只能在戶內(nèi)安裝，可以在改造過程中同步布設(shè)抄表總線。詳見圖1、圖2。
3 總結(jié)
計(jì)量器具電子化、抄表系統(tǒng)自動化是信息技術(shù)發(fā)展的必然，也是燃?xì)庑袠I(yè)必須跨越的技術(shù)進(jìn)步，燃?xì)庑袠I(yè)在加大新技術(shù)試驗(yàn)的同時(shí)，應(yīng)科學(xué)穩(wěn)妥的進(jìn)行方案的實(shí)際應(yīng)用，從系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性等多個(gè)層面綜合考量，實(shí)證分析，修正、完善地開展產(chǎn)品研發(fā)。從而腳踏實(shí)地、嚴(yán)謹(jǐn)客觀、因地制宜地推進(jìn)新技術(shù)新產(chǎn)品的應(yīng)用，真正促進(jìn)燃?xì)庑袠I(yè)的健康發(fā)展。