基于ZigBee网络和M-Bus总线的热量表远程抄表方案设计
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本方案以小区为范围进行抄表ꎬ抄表中心设置在小区 中ꎬ这种小范围的抄表系统更加容易获得推广ꎮ 该方案以 小区为单位获得广泛认可后ꎬ可以将抄表中心直接连接互 联网ꎬ实现更长距离、更大范围的自动抄表系统ꎮ
１.１ 有线部分方案
目前的有线通信方式中ꎬＣＡＮ 总线具有较高的通信 速率(１ Ｍｂｐｓ) 、较远的通信距离( 长达 １０ ｋｍ) 和较强的抗 干扰能力[４] ꎮ ＣＡＮ 总线在通信时所有设备都可以工作于 主机模式ꎬ而采用优先级的方式避免通信冲突ꎬ但抄表网 络中所有热量表都处于同一优先级ꎬ所以 ＣＡＮ 总线不适 用于抄表系统ꎮ
自来水等行业中一直沿用的抄表员入户抄表的方式 不仅效率低下ꎬ而且对于以前不需要抄表员的供热公司ꎬ 使用这种方式额外增加了人力成本ꎮ 随着通信技术的发 展和物联网技术的日趋成熟ꎬ供暖计费领域必将选择自动 抄表方式[１] ꎮ
在我国水、电、煤气、供暖等行业中ꎬ除供电行业在小 范围内使用了远程抄表方式[２] 外ꎬ包括供暖行业在内的 其他行业并没有成熟的远程抄表方案ꎬ其中供暖行业要实 现远程抄表面临以下问题:１) 采用纯无线通信的抄表系 统由于通信能耗大ꎬ很难解决热量表供电的难题ꎬ而纯有 线抄表在线路铺设和后期维护方面难度也很大ꎻ２) 由于 居民已习惯按面积收费的供暖计费方式ꎬ如果采用以一个 城市所有用户为对象的热量表抄表系统难以短时间内被 如此大量的居民所接受[３] ꎮ
ａ. Ｔｈｉｓ ｍｏｄｅ ｉｓ ｎｏｔ ｖｅｒｙ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｇｒｅａｔ ｅｎｅｒｇｙ ｗａｓｔｅ. Ａｄｏｐｔｉｎｇ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｈｅａｔ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｉｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ. Ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｈｅａｔ ｍｅｔｅｒｉｎｇꎬ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｓｏｌｖｅｄ. Ａｉｍｅｄ ａｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｈｅａｔ ｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍꎬ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｂｕｓ ｗｉｒｅ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ. Ｍ－ Ｂｕｓ ｉｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｂｕｓ ｗｉｒｅ ｐａｒｔ ａｎｄ ＺｉｇＢｅｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐａｒｔ. Ｉｔ ａｌｓｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｍｅｔｅｒꎬ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｃｅｎｔｅｒ.
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｒｅｍｏｔｅ Ｈｅａｔ Ｍｅｔｅｒ Ｒｅａｄｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＺｉｇＢｅｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ Ｍ－Ｂｕｓ
ＪＩ Ｙｏｎｇꎬ ＱＩＵ Ｇｕｏｆｕ ( Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９４ꎬ Ｃｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｆ ｃｅｎｔｒａｌ ｈｅａｔｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｉｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｂｉｌｌｓ ａｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ａｒｅ￣
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｒｅｍｏｔｅ ｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇꎻ ＺｉｇＢｅｅꎻ Ｍ－Ｂｕｓꎻ ｈｅａｔ ｍｅｔｅｒ
Байду номын сангаас０ 引言
１ 系统总体方案设计
在供热服务行业中ꎬ通过计量热量收费明显比传统的按 住宅面积收费的方式更加合理ꎬ但是ꎬ由于种种原因ꎬ前者一 直没有得到有效普及ꎬ抄表问题是其中的一个重要问题ꎮ
( 南京理工大学 机械工程学院ꎬ江苏 南京 ２１００９４)
摘 要:供暖行业中按住宅面积收费的计费方式很不合理ꎬ还会造成能源的浪费ꎬ采用热量表 分户计量是解决这一问题的有效方法ꎬ而推行分户计量就必须解决热量表抄表的问题ꎮ 针对 热量表抄表系统存在的问题ꎬ设计了一套有线加无线的远程抄表方案ꎮ 有线部分采用户用仪 表总线 Ｍ－Ｂｕｓꎬ无线部分采用 ＺｉｇＢｅｅ 网络ꎮ 描述了系统的 ３ 种设备———从机、集中器和管理中 心的总体结构和工作流程ꎮ 关键词:远程抄表ꎻＺｉｇＢｅｅꎻＭ－Ｂｕｓꎻ热量表 中图分类号:ＴＨ８９ 文献标志码:Ｂ 文章编号:１６７１￣５２７６(２０１８)０２￣０２０１￣０３
������电气与自动化������ 季勇ꎬ等������基于 ＺｉｇＢｅｅ 网络和 Ｍ－Ｂｕｓ 总线的热量表远程抄表方案设计
ＤＯＩ:１０.１９３４４ / ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ１６７１－５２７６.２０１８.０２.０５６
基于 ＺｉｇＢｅｅ 网络和 Ｍ－Ｂｕｓ 总线的热量表 远程抄表方案设计
季勇ꎬ仇国富
基于以上两点ꎬ本文设计一种针对小区的有线加无线 的热量表抄表系统ꎮ
系统分为有线抄表部分和无线抄表部分ꎮ 在楼栋内 采用抄表总线把用户的热量表连接到集中器上ꎬ集中器有 稳定电源供电ꎬ同时总线为各住户中的热量表供电ꎬ这样 就解决了热量表供电问题ꎮ
楼栋与抄表中心之间采用无线方式传递数据ꎮ 楼栋 之间是空间较大的露天环境ꎬ采用无线方式抄表可以省去 布线的麻烦ꎬ并且让日后的系统维护变得简单ꎮ
作者简介:季勇(１９９１－) ꎬ男ꎬ山东日照人ꎬ硕士研究生ꎬ主要研究方向为智能检测与控制ꎮ
������２０１������
������电气与自动化������ 季勇ꎬ等������基于 ＺｉｇＢｅｅ 网络和 Ｍ－Ｂｕｓ 总线的热量表远程抄表方案设计
ＲＳ４８５ 总线网络实现简单ꎬ接口便宜ꎬ支持仪表众多ꎬ 在低端市场得到了广泛的应用ꎮ 但是ꎬＲＳ４８５ 总线通讯设 备容量小ꎬ理论上最多接入不超过 １２８ 个设备ꎻ不能给下 接设备供电ꎬ设备需要单独解决供电问题ꎮ ＲＳ４８５ 总线也 不适用于抄表系统ꎮ
１.１ 有线部分方案
目前的有线通信方式中ꎬＣＡＮ 总线具有较高的通信 速率(１ Ｍｂｐｓ) 、较远的通信距离( 长达 １０ ｋｍ) 和较强的抗 干扰能力[４] ꎮ ＣＡＮ 总线在通信时所有设备都可以工作于 主机模式ꎬ而采用优先级的方式避免通信冲突ꎬ但抄表网 络中所有热量表都处于同一优先级ꎬ所以 ＣＡＮ 总线不适 用于抄表系统ꎮ
自来水等行业中一直沿用的抄表员入户抄表的方式 不仅效率低下ꎬ而且对于以前不需要抄表员的供热公司ꎬ 使用这种方式额外增加了人力成本ꎮ 随着通信技术的发 展和物联网技术的日趋成熟ꎬ供暖计费领域必将选择自动 抄表方式[１] ꎮ
在我国水、电、煤气、供暖等行业中ꎬ除供电行业在小 范围内使用了远程抄表方式[２] 外ꎬ包括供暖行业在内的 其他行业并没有成熟的远程抄表方案ꎬ其中供暖行业要实 现远程抄表面临以下问题:１) 采用纯无线通信的抄表系 统由于通信能耗大ꎬ很难解决热量表供电的难题ꎬ而纯有 线抄表在线路铺设和后期维护方面难度也很大ꎻ２) 由于 居民已习惯按面积收费的供暖计费方式ꎬ如果采用以一个 城市所有用户为对象的热量表抄表系统难以短时间内被 如此大量的居民所接受[３] ꎮ
ａ. Ｔｈｉｓ ｍｏｄｅ ｉｓ ｎｏｔ ｖｅｒｙ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｇｒｅａｔ ｅｎｅｒｇｙ ｗａｓｔｅ. Ａｄｏｐｔｉｎｇ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｈｅａｔ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｉｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ. Ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｈｅａｔ ｍｅｔｅｒｉｎｇꎬ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｓｏｌｖｅｄ. Ａｉｍｅｄ ａｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｈｅａｔ ｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍꎬ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｂｕｓ ｗｉｒｅ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ. Ｍ－ Ｂｕｓ ｉｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｂｕｓ ｗｉｒｅ ｐａｒｔ ａｎｄ ＺｉｇＢｅｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐａｒｔ. Ｉｔ ａｌｓｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｍｅｔｅｒꎬ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｃｅｎｔｅｒ.
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｒｅｍｏｔｅ Ｈｅａｔ Ｍｅｔｅｒ Ｒｅａｄｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＺｉｇＢｅｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ Ｍ－Ｂｕｓ
ＪＩ Ｙｏｎｇꎬ ＱＩＵ Ｇｕｏｆｕ ( Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９４ꎬ Ｃｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｆ ｃｅｎｔｒａｌ ｈｅａｔｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｉｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｂｉｌｌｓ ａｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ａｒｅ￣
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｒｅｍｏｔｅ ｍｅｔｅｒ ｒｅａｄｉｎｇꎻ ＺｉｇＢｅｅꎻ Ｍ－Ｂｕｓꎻ ｈｅａｔ ｍｅｔｅｒ
Байду номын сангаас０ 引言
１ 系统总体方案设计
在供热服务行业中ꎬ通过计量热量收费明显比传统的按 住宅面积收费的方式更加合理ꎬ但是ꎬ由于种种原因ꎬ前者一 直没有得到有效普及ꎬ抄表问题是其中的一个重要问题ꎮ
( 南京理工大学 机械工程学院ꎬ江苏 南京 ２１００９４)
摘 要:供暖行业中按住宅面积收费的计费方式很不合理ꎬ还会造成能源的浪费ꎬ采用热量表 分户计量是解决这一问题的有效方法ꎬ而推行分户计量就必须解决热量表抄表的问题ꎮ 针对 热量表抄表系统存在的问题ꎬ设计了一套有线加无线的远程抄表方案ꎮ 有线部分采用户用仪 表总线 Ｍ－Ｂｕｓꎬ无线部分采用 ＺｉｇＢｅｅ 网络ꎮ 描述了系统的 ３ 种设备———从机、集中器和管理中 心的总体结构和工作流程ꎮ 关键词:远程抄表ꎻＺｉｇＢｅｅꎻＭ－Ｂｕｓꎻ热量表 中图分类号:ＴＨ８９ 文献标志码:Ｂ 文章编号:１６７１￣５２７６(２０１８)０２￣０２０１￣０３
������电气与自动化������ 季勇ꎬ等������基于 ＺｉｇＢｅｅ 网络和 Ｍ－Ｂｕｓ 总线的热量表远程抄表方案设计
ＤＯＩ:１０.１９３４４ / ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ１６７１－５２７６.２０１８.０２.０５６
基于 ＺｉｇＢｅｅ 网络和 Ｍ－Ｂｕｓ 总线的热量表 远程抄表方案设计
季勇ꎬ仇国富
基于以上两点ꎬ本文设计一种针对小区的有线加无线 的热量表抄表系统ꎮ
系统分为有线抄表部分和无线抄表部分ꎮ 在楼栋内 采用抄表总线把用户的热量表连接到集中器上ꎬ集中器有 稳定电源供电ꎬ同时总线为各住户中的热量表供电ꎬ这样 就解决了热量表供电问题ꎮ
楼栋与抄表中心之间采用无线方式传递数据ꎮ 楼栋 之间是空间较大的露天环境ꎬ采用无线方式抄表可以省去 布线的麻烦ꎬ并且让日后的系统维护变得简单ꎮ
作者简介:季勇(１９９１－) ꎬ男ꎬ山东日照人ꎬ硕士研究生ꎬ主要研究方向为智能检测与控制ꎮ
������２０１������
������电气与自动化������ 季勇ꎬ等������基于 ＺｉｇＢｅｅ 网络和 Ｍ－Ｂｕｓ 总线的热量表远程抄表方案设计
ＲＳ４８５ 总线网络实现简单ꎬ接口便宜ꎬ支持仪表众多ꎬ 在低端市场得到了广泛的应用ꎮ 但是ꎬＲＳ４８５ 总线通讯设 备容量小ꎬ理论上最多接入不超过 １２８ 个设备ꎻ不能给下 接设备供电ꎬ设备需要单独解决供电问题ꎮ ＲＳ４８５ 总线也 不适用于抄表系统ꎮ