摘要 按用户实际用热量计量及远程抄表收费，是供热单位当前急需解决的一个技术问题。文中介绍了一种智能热能表及其远程抄系统的结构组成、测量原理和设计方法。实际使用表明该设计是有效的。
关键词 智能热能表 远程抄表 集中管理
1.引言
随着人民生活水平的提高，区域性的集中热水供暖（暖气），已在许多地方日益普及。但对暖气用户的热能用量，大部分地区按供暖的建筑面积计量，而不是按实际用热量计费。另外，传统的人工入户抄表收费不仅给用户带来不便，而且造成管理部门诸多人力、物力的浪费。为引，我们研制了一种智能热能表及与之配套的远程抄表系统，通过实时测量热水的瞬时流量及温度，得到用户在一段时间内的实际用热量，并且通过远程抄表系统远传至物业管理部门，由管理中心统一完成数据处理、费用结算；报表生面和打印等功能。该系统和使用可以实现用户热能的实时计量，有效提高供热单位的自动化程度和管理水平。
2.系统组成与功能
系统组成框图如图1所示，由PC机．集中器和用户热能表三部分组成。其中PC机一般置于物业管理中心，通过RS485总线与各集中器通信，完成对集中器送来的各用户热能表数据的加工处理．报表生成、费用结算等。集中器为单片机应用系统，接收用户热能表送来的数据和工作状态信息，并负责PC机和各用户热能表之间信息的传递。
管理中心的PC机主要完成以下功能：
（1）实时自动抄收、手动即时抄收各用户热能表数据和工作状态；
（2）选择对所有用户、部分用户、指定某一用户进行数据抄收；
（3）查看、校对集中器时钟；
（4）设置用户热能表各种初始化套数及计费时段；
（5）查询用户本月，某月数据，自动生成打印报表。
3.热能测量原理
供暖系统中热煤的输热量
其中Q为输热量，C为比热，L为热煤流量，△T为热煤输热前后的温差。
由式（1）可知，输热量的大小主要由流量L和温差△T确定。由于供暖系统的负荷是季节性的，其大小随室外湿度的变化而变化。同时，为了保证供暖质量，防止水压失调，又要求供暖系统分阶段改变流量调节运行。因此，供暖系统中热煤输热量的两个参数L和△T都是变量，其大小应由积分计算得到。
实际测量时，假设测量的是间间隔△很小，则水温变化也很小，可近似认为温差△T为一定什，因此，积分计算可由累加和求得：
其中△Li、△Ti、qi分别为第i次测量时的瞬时流量、瞬时温差和瞬时用热量，Qn为n次测量所得的累计用热量。
系统设计中，我们采用定瞬时流量△Li进行测量，即当计量到一定量的水流量时测量进水、出水管道的水温差，并由式（4）、式（3）计算出qi和累计用热量Qn。
4.硬件设计
系统硬件设计主要包括集中器的设计和用户热能表的设计。
4．1用户热能表
智能用户热能表实时测量热水的瞬时流量△Li，进水温度T1和出水温度T2，计算得到用户在一段时间内的实际用热量。其硬件结构框图如图2所示。
流量传感器选用电磁式流量传感器，磁感体为干簧管。带有磁钢的叶轮在水流冲击下转动，干簧管的合、断产生脉冲经整型后输入89C51的INT0,从输入脉冲的个数可推知流量的大小。
温度传感器选用两端集成电流输出型温度传感器AD590，体积小、热惰性小、反应快、精度高。设计中将安装于进水管和出水管的两个AD590顺向串接，两温度传感器输出的电流差反映了进水和出水的温差。
系统中一个集中器最多可管理256个用户热能表，因此用户热能表的地址由一个8位DIP开关来设置（对应地址00H～FFH）。
另外，选用Xicor公司的X25045存储芯片，内含4kb 串行E2PROM，其可编程看门狗定时器，电源电压监控，上电复位电路可简化单片机系统的外围电路，降低仪表的成本，减少电路板空间，增加可靠性。10位8段LCD显示器功耗低，清晰度高。RS458接口用来与集中器通讯，将计量信息传送给集中器。
4．2集中器
集中器的任务如前所述，其硬件结构框图如图3所示。 图3集中器硬件结构
5.软件设计
系统软件主要包括用户热能表软件，集中器软件，PC机软件三大部分。其中用户热能表和集中器软件由汇编程序开发，包括自检、初始化、测量、显示和通讯等模块。管理中心的PC机软件设计采用VB6.0，完成通讯、数据处理等功能，数据库采用MS-SQL6.0，完成系统数据等信息的录入，查询、报表及系统综合维护等功能。
如前所述，用户热能表采用定瞬时流量的测量方法，即流量达到设定值时，进行一次进水、出水温差测量。当流量大时，测量时间间隔短；流量小时，测量间隔长。热能测量子程序流程如图4所示。 图4测量子程序流程
6.结论
本系统的用户热能表是一种内嵌微处理器的智能化测量仪表，工作可靠、实时性好、灵敏度高。集中器沟通测量现场和管理中心，是远程抄表系统的重要组成部分。系统的实施不仅实现了用户热能的实时计量，而且实现了“无人抄表”。
系统的通信资源可满足功能扩展的需求（如水、电、煤气等多表数据远传，火灾自动报警等）。当然，应用RS485通信方式的远传系统，传送距离为1.2km左右，只适合于智能小区的使用。更远距离的数据传送，可借助于公用电话网PSTN和双向改造后的有线电视网CATV，这是当前正在进行的工作。
关键词 智能热能表 远程抄表 集中管理
1.引言
随着人民生活水平的提高，区域性的集中热水供暖（暖气），已在许多地方日益普及。但对暖气用户的热能用量，大部分地区按供暖的建筑面积计量，而不是按实际用热量计费。另外，传统的人工入户抄表收费不仅给用户带来不便，而且造成管理部门诸多人力、物力的浪费。为引，我们研制了一种智能热能表及与之配套的远程抄表系统，通过实时测量热水的瞬时流量及温度，得到用户在一段时间内的实际用热量，并且通过远程抄表系统远传至物业管理部门，由管理中心统一完成数据处理、费用结算；报表生面和打印等功能。该系统和使用可以实现用户热能的实时计量，有效提高供热单位的自动化程度和管理水平。
2.系统组成与功能
系统组成框图如图1所示，由PC机．集中器和用户热能表三部分组成。其中PC机一般置于物业管理中心，通过RS485总线与各集中器通信，完成对集中器送来的各用户热能表数据的加工处理．报表生成、费用结算等。集中器为单片机应用系统，接收用户热能表送来的数据和工作状态信息，并负责PC机和各用户热能表之间信息的传递。
管理中心的PC机主要完成以下功能：
（1）实时自动抄收、手动即时抄收各用户热能表数据和工作状态；
（2）选择对所有用户、部分用户、指定某一用户进行数据抄收；
（3）查看、校对集中器时钟；
（4）设置用户热能表各种初始化套数及计费时段；
（5）查询用户本月，某月数据，自动生成打印报表。
3.热能测量原理
供暖系统中热煤的输热量
其中Q为输热量，C为比热，L为热煤流量，△T为热煤输热前后的温差。
由式（1）可知，输热量的大小主要由流量L和温差△T确定。由于供暖系统的负荷是季节性的，其大小随室外湿度的变化而变化。同时，为了保证供暖质量，防止水压失调，又要求供暖系统分阶段改变流量调节运行。因此，供暖系统中热煤输热量的两个参数L和△T都是变量，其大小应由积分计算得到。
实际测量时，假设测量的是间间隔△很小，则水温变化也很小，可近似认为温差△T为一定什，因此，积分计算可由累加和求得：
其中△Li、△Ti、qi分别为第i次测量时的瞬时流量、瞬时温差和瞬时用热量，Qn为n次测量所得的累计用热量。
系统设计中，我们采用定瞬时流量△Li进行测量，即当计量到一定量的水流量时测量进水、出水管道的水温差，并由式（4）、式（3）计算出qi和累计用热量Qn。
4.硬件设计
系统硬件设计主要包括集中器的设计和用户热能表的设计。
4．1用户热能表
智能用户热能表实时测量热水的瞬时流量△Li，进水温度T1和出水温度T2，计算得到用户在一段时间内的实际用热量。其硬件结构框图如图2所示。
流量传感器选用电磁式流量传感器，磁感体为干簧管。带有磁钢的叶轮在水流冲击下转动，干簧管的合、断产生脉冲经整型后输入89C51的INT0,从输入脉冲的个数可推知流量的大小。
温度传感器选用两端集成电流输出型温度传感器AD590，体积小、热惰性小、反应快、精度高。设计中将安装于进水管和出水管的两个AD590顺向串接，两温度传感器输出的电流差反映了进水和出水的温差。
系统中一个集中器最多可管理256个用户热能表，因此用户热能表的地址由一个8位DIP开关来设置（对应地址00H～FFH）。
另外，选用Xicor公司的X25045存储芯片，内含4kb 串行E2PROM，其可编程看门狗定时器，电源电压监控，上电复位电路可简化单片机系统的外围电路，降低仪表的成本，减少电路板空间，增加可靠性。10位8段LCD显示器功耗低，清晰度高。RS458接口用来与集中器通讯，将计量信息传送给集中器。
4．2集中器
集中器的任务如前所述，其硬件结构框图如图3所示。 图3集中器硬件结构
5.软件设计
系统软件主要包括用户热能表软件，集中器软件，PC机软件三大部分。其中用户热能表和集中器软件由汇编程序开发，包括自检、初始化、测量、显示和通讯等模块。管理中心的PC机软件设计采用VB6.0，完成通讯、数据处理等功能，数据库采用MS-SQL6.0，完成系统数据等信息的录入，查询、报表及系统综合维护等功能。
如前所述，用户热能表采用定瞬时流量的测量方法，即流量达到设定值时，进行一次进水、出水温差测量。当流量大时，测量时间间隔短；流量小时，测量间隔长。热能测量子程序流程如图4所示。 图4测量子程序流程
6.结论
本系统的用户热能表是一种内嵌微处理器的智能化测量仪表，工作可靠、实时性好、灵敏度高。集中器沟通测量现场和管理中心，是远程抄表系统的重要组成部分。系统的实施不仅实现了用户热能的实时计量，而且实现了“无人抄表”。
系统的通信资源可满足功能扩展的需求（如水、电、煤气等多表数据远传，火灾自动报警等）。当然，应用RS485通信方式的远传系统，传送距离为1.2km左右，只适合于智能小区的使用。更远距离的数据传送，可借助于公用电话网PSTN和双向改造后的有线电视网CATV，这是当前正在进行的工作。
