摘要 按用戶實際用熱量計量及遠程抄表收費，是供熱單位當前急需解決的一個技術問題。文中介紹了一種智能熱能表及其遠程抄系統的結構組成、測量原理和設計方法。實際使用表明該設計是有效的。
關鍵詞 智能熱能表 遠程抄表 集中管理
1.引言
隨著人民生活水平的提高，區域性的集中熱水供暖（暖氣），已在許多地方日益普及。但對暖氣用戶的熱能用量，大部分地區按供暖的建筑面積計量，而不是按實際用熱量計費。另外，傳統的人工入戶抄表收費不僅給用戶帶來不便，而且造成管理部門諸多人力、物力的浪費。為引，我們研制了一種智能熱能表及與之配套的遠程抄表系統，通過實時測量熱水的瞬時流量及溫度，得到用戶在一段時間內的實際用熱量，并且通過遠程抄表系統遠傳至物業管理部門，由管理中心統一完成數據處理、費用結算；報表生面和打印等功能。該系統和使用可以實現用戶熱能的實時計量，有效提高供熱單位的自動化程度和管理水平。
2.系統組成與功能
系統組成框圖如圖1所示，由PC機．集中器和用戶熱能表三部分組成。其中PC機一般置于物業管理中心，通過RS485總線與各集中器通信，完成對集中器送來的各用戶熱能表數據的加工處理．報表生成、費用結算等。集中器為單片機應用系統，接收用戶熱能表送來的數據和工作狀態信息，并負責PC機和各用戶熱能表之間信息的傳遞。
管理中心的PC機主要完成以下功能：
（1）實時自動抄收、手動即時抄收各用戶熱能表數據和工作狀態；
（2）選擇對所有用戶、部分用戶、指定某一用戶進行數據抄收；
（3）查看、校對集中器時鐘；
（4）設置用戶熱能表各種初始化套數及計費時段；
（5）查詢用戶本月，某月數據，自動生成打印報表。
3.熱能測量原理
供暖系統中熱煤的輸熱量
其中Q為輸熱量，C為比熱，L為熱煤流量，△T為熱煤輸熱前后的溫差。
由式（1）可知，輸熱量的大小主要由流量L和溫差△T確定。由于供暖系統的負荷是季節性的，其大小隨室外濕度的變化而變化。同時，為了保證供暖質量，防止水壓失調，又要求供暖系統分階段改變流量調節運行。因此，供暖系統中熱煤輸熱量的兩個參數L和△T都是變量，其大小應由積分計算得到。
實際測量時，假設測量的是間間隔△很小，則水溫變化也很小，可近似認為溫差△T為一定什，因此，積分計算可由累加和求得：
其中△Li、△Ti、qi分別為第i次測量時的瞬時流量、瞬時溫差和瞬時用熱量，Qn為n次測量所得的累計用熱量。
系統設計中，我們采用定瞬時流量△Li進行測量，即當計量到一定量的水流量時測量進水、出水管道的水溫差，并由式（4）、式（3）計算出qi和累計用熱量Qn。
4.硬件設計
系統硬件設計主要包括集中器的設計和用戶熱能表的設計。
4．1用戶熱能表
智能用戶熱能表實時測量熱水的瞬時流量△Li，進水溫度T1和出水溫度T2，計算得到用戶在一段時間內的實際用熱量。其硬件結構框圖如圖2所示。
流量傳感器選用電磁式流量傳感器，磁感體為干簧管。帶有磁鋼的葉輪在水流沖擊下轉動，干簧管的合、斷產生脈沖經整型后輸入89C51的INT0,從輸入脈沖的個數可推知流量的大小。
溫度傳感器選用兩端集成電流輸出型溫度傳感器AD590，體積小、熱惰性小、反應快、精度高。設計中將安裝于進水管和出水管的兩個AD590順向串接，兩溫度傳感器輸出的電流差反映了進水和出水的溫差。
系統中一個集中器最多可管理256個用戶熱能表，因此用戶熱能表的地址由一個8位DIP開關來設置（對應地址00H～FFH）。
另外，選用Xicor公司的X25045存儲芯片，內含4kb 串行E2PROM，其可編程看門狗定時器，電源電壓監控，上電復位電路可簡化單片機系統的外圍電路，降低儀表的成本，減少電路板空間，增加可靠性。10位8段LCD顯示器功耗低，清晰度高。RS458接口用來與集中器通訊，將計量信息傳送給集中器。
4．2集中器
集中器的任務如前所述，其硬件結構框圖如圖3所示。 圖3集中器硬件結構
5.軟件設計
系統軟件主要包括用戶熱能表軟件，集中器軟件，PC機軟件三大部分。其中用戶熱能表和集中器軟件由匯編程序開發，包括自檢、初始化、測量、顯示和通訊等模塊。管理中心的PC機軟件設計采用VB6.0，完成通訊、數據處理等功能，數據庫采用MS-SQL6.0，完成系統數據等信息的錄入，查詢、報表及系統綜合維護等功能。
如前所述，用戶熱能表采用定瞬時流量的測量方法，即流量達到設定值時，進行一次進水、出水溫差測量。當流量大時，測量時間間隔短；流量小時，測量間隔長。熱能測量子程序流程如圖4所示。 圖4測量子程序流程
6.結論
本系統的用戶熱能表是一種內嵌微處理器的智能化測量儀表，工作可靠、實時性好、靈敏度高。集中器溝通測量現場和管理中心，是遠程抄表系統的重要組成部分。系統的實施不僅實現了用戶熱能的實時計量，而且實現了“無人抄表”。
系統的通信資源可滿足功能擴展的需求（如水、電、煤氣等多表數據遠傳，火災自動報警等）。當然，應用RS485通信方式的遠傳系統，傳送距離為1.2km左右，只適合于智能小區的使用。更遠距離的數據傳送，可借助于公用電話網PSTN和雙向改造后的有線電視網CATV，這是當前正在進行的工作。
