智能水表的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

王秀文*

（武漢漢水計量科技有限公司，湖北武漢，430071）

智能水表的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

王秀文*

（武漢漢水計量科技有限公司，湖北武漢，430071）

智能水表在產(chǎn)品的計量性能提升和使用功能拓展等方面有著傳統(tǒng)水表無法比擬的優(yōu)越性，是現(xiàn)代化城市發(fā)展的必然趨勢，本文簡述智能水表的定義及種類，分析了智能水表的應(yīng)用現(xiàn)狀，并展望了智能水表的發(fā)展趨勢。

智能水表；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

引言

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的速度加快，自動化與智能化逐漸成為了各行業(yè)研發(fā)的主流選擇。智能水表是一種以微電子技術(shù)、計算機信息技術(shù)、傳感技術(shù)等為基礎(chǔ)的新型水表產(chǎn)品，是近十年來發(fā)展異常迅速的水表新品種。

按照智慧城市中智慧水務(wù)的建設(shè)要求——由原來的粗放型管理向精細(xì)化管理邁進(jìn)，水司需要運用現(xiàn)代的科技改變供水管理模式，提高服務(wù)水平。智能水表可以大大提高供水管理部門的工作效率，有助于節(jié)約人工成本，同時還能為自來水管網(wǎng)漏損提供相關(guān)數(shù)據(jù)，降低水司的產(chǎn)銷差，實現(xiàn)更科學(xué)合理地管理。

智能水表在產(chǎn)品的計量性能提升和使用功能拓展等方面有著傳統(tǒng)水表無法比擬的優(yōu)越性，是現(xiàn)代化城市發(fā)展的必然趨勢，受到很多自來水公司和水表行業(yè)企業(yè)的廣泛關(guān)注。本文總結(jié)了智能水表的應(yīng)用現(xiàn)狀，并根據(jù)水表使用情況對智能水表的發(fā)展趨勢進(jìn)行評估和預(yù)測，為自來水公司選用合適的智能水表產(chǎn)品提供幫助，為水表企業(yè)把握智能水表的發(fā)展方向提供參考。

1 智能水表概述

所謂“智能水表”，可以將其定義為：以準(zhǔn)確可靠的傳感與信號處理單元（當(dāng)前還包括使用非常廣泛的高性能葉輪式或活塞式流量傳感機構(gòu)及機電轉(zhuǎn)換裝置）、內(nèi)置嵌入式計算機系統(tǒng)和算法、各類輸入－輸出接口及（或）電控執(zhí)行器等為平臺，具有或部分具有流量參數(shù)檢測、數(shù)據(jù)處理（如：濾波、運算、統(tǒng)計、存儲、自校等）、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)顯示、電控閥受控啟閉以及網(wǎng)絡(luò)接入等功能的全新電子水表產(chǎn)品[1]。

根據(jù)國標(biāo)GB /T 778—2007 “水表”產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的分類，智能水表可以分為“帶電子裝置的機械水表”和“電子水表”兩大類。帶電子裝置的機械水表按照水費收取方式分為預(yù)付費水表和電子遠(yuǎn)傳水表兩大類，其共同特點是測量水流的傳感器仍采用普通水表，通過在水表的讀數(shù)盤指針或齒輪組的某個位置安裝傳感元件，將原水表的機械讀數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行采集、傳輸和儲存，按結(jié)算交易方式的要求自動或人工進(jìn)行控制。因為它們的基表都是采用的速度式水表，所以按照水表的原理分類他們還都屬于速度式水表一類，只是在讀數(shù)方式、指示機構(gòu)等方面進(jìn)行了改進(jìn)，增加了預(yù)付費、遠(yuǎn)傳讀數(shù)等自動化抄表系統(tǒng)功能，而計量機構(gòu)、傳動方式還是機械式的，水表的準(zhǔn)確度（精度）等級和普通機械水表一樣，都是2.0級。

與上面兩類智能水表不同的產(chǎn)品是電子水表，“智能水表2.0”時代的主打產(chǎn)品。所謂電子水表，就是流量傳感部分不含機械運動部件的水表，國外也有稱其為“固態(tài)水表”( Solid StateWater Meter)[2]。水表流量傳感器主要采用無機械運動部件的電磁、超聲、射流等流量傳感器。這些傳感器具備流量測量范圍寬、測量準(zhǔn)確度和可靠性高、使用壽命長、壓力損失小、長期工作穩(wěn)定、微功耗電池供電等特性[1]。

2 智能水表的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 帶電子裝置的機械水表

現(xiàn)階段，為了響應(yīng)一戶一表、階梯式水價的節(jié)水政策，也為實現(xiàn)更科學(xué)更合理地供水管理，帶電子裝置的機械水表發(fā)展很快，已大量投入使用，隨著水務(wù)需求的提升，帶電子裝置的機械水表所占比重也將逐步提高。

針對長期困擾我國供水部門“抄表難，收費難”的問題，國內(nèi)自來水公司開始引進(jìn)使用預(yù)付費水表。預(yù)付費水表采用“先付費后用水”的管理模式，按照儲值卡技術(shù)分為IC卡水表、TM卡水表、代碼水表三種形式，俗稱卡式水表。下文以IC卡智能水表為例，說明預(yù)付費水表工作原理以及優(yōu)缺點。

按照標(biāo)準(zhǔn)CJT 133-2012 ，IC卡水表的定義是：以帶有發(fā)訊裝置的冷水水表為流量計量基表，以IC卡為信息載體，加裝控制器和電控閥所組成的一種具有結(jié)算功能的水量計量儀表。其工作原理是首先通過管理機將用戶及水表的有關(guān)資料錄在一張IC卡上，由水表的數(shù)據(jù)存儲單元讀取IC卡上的資料，如正確無誤后，電動閥門就打開供水，而水費的計收，則通過信號采集單元將用水量收集過來，通過微電腦自動計算水費和剩余水量，在顯示單元上顯示出來，當(dāng)用戶的卡中的剩余水量少于微電腦設(shè)置的最小值時，則通過電動閥門自動停水，待用戶再次購水后，將IC卡資料重新輸入數(shù)據(jù)存儲單元，電動閥門又再次打開供水[3]。

目前在線的使用電池的IC卡預(yù)付費水表，數(shù)據(jù)交換從“接觸式”發(fā)展到“非接觸式”，供電從“內(nèi)藏鋰電池”發(fā)展到“用戶自行可更換普通電池”方式。IC卡水表最大的優(yōu)勢是用戶預(yù)先繳費，很大程度減輕了供水管理部門的負(fù)擔(dān)，節(jié)約人力成本，提高水費的回收率。此外，IC卡水表安裝簡單，與普通水表方式基本相同，不需要架設(shè)線路和無線電資源，也不需要傳輸設(shè)備，因此，相對于遠(yuǎn)傳水表，不但解決了收費問題，還一并解決了設(shè)備接線問題。但是，IC卡水表還存在以下問題：

（1）采用電機球閥，功耗大，電池壽命短；

（2）水表都是在出廠前設(shè)置好的，無法升級，難以適應(yīng)價格調(diào)整；

（3）IC卡可被解密，開放式的讀寫窗口易受攻擊，造成控制系統(tǒng)失效，難以取證認(rèn)定，極易發(fā)生糾紛；

（4）水里的泥沙、水銹會導(dǎo)致關(guān)閥不到位，開閥困難，質(zhì)量不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致質(zhì)檢、維修等售后服務(wù)負(fù)擔(dān)加重，后期維護(hù)服務(wù)隊伍龐大；

（5）無法掌握其運行狀態(tài)，并對其進(jìn)行動態(tài)管理。

電子遠(yuǎn)傳水表相對于預(yù)付費水表，具有方便擴展、運行穩(wěn)定、動態(tài)管理等優(yōu)勢，其定義是具有水流量信號采集和數(shù)據(jù)處理、存儲、遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ埽敵鲂盘枮閿?shù)字信號的水表。電子遠(yuǎn)傳水表分脈沖式遠(yuǎn)傳水表和直讀式遠(yuǎn)傳水表兩大類，脈沖式遠(yuǎn)傳水表因為需要連續(xù)供電、讀數(shù)依賴初值等問題，目前已經(jīng)基本處于被淘汰的狀態(tài)。

直讀式遠(yuǎn)傳水表的最大特點是只需在抄表瞬間供電，擺脫了脈沖式遠(yuǎn)傳水表離開電源便無法工作的難題，并且直接讀取表計的窗口示值，不是累計脈沖數(shù)，沒有累計誤差，可以保證水表機械讀數(shù)與電子讀數(shù)完全一致。其工作原理是由水表自帶電子模塊完成信號采集、數(shù)據(jù)處理、存儲，并將數(shù)據(jù)通過通信線路上傳給中繼器或手持式抄表器，表體采用一體設(shè)計，它可以實時的將用戶用水量記錄并保存，每塊水表都有唯一的代碼，當(dāng)水表接收到抄表指令后可即時將水表數(shù)據(jù)上傳給管理系統(tǒng)。遠(yuǎn)傳水表按照數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕橘|(zhì)不同，分為有線遠(yuǎn)傳和無限遠(yuǎn)傳兩種。

有線遠(yuǎn)傳水表是利用電纜將水表的計量數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娮訑?shù)據(jù)采集器，需要架設(shè)專門的線路和中繼設(shè)備，布線和線路維護(hù)成本高，不適合分散安裝的水表。對于水表出戶集中安裝的水表，雖然減少了水表到集中器的線路布線，但集中器之間、上傳設(shè)備等，仍然存在布線、供電、成本、維護(hù)的諸多難題。

無線遠(yuǎn)傳水表是利用無線收發(fā)模塊將水表計量數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娮訑?shù)據(jù)采集器，解決了架線問題，但又帶來了無線電資源和電池等新的問題。而且，雖然無線遠(yuǎn)傳水表是獨立的，安裝也相對于有線遠(yuǎn)傳水表簡單得多，但是，無線信號的傳輸復(fù)雜性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過有線遠(yuǎn)傳，在中國復(fù)雜的樓群中，要實現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸，將存在諸多不確定的因素，可靠性存在問題。

2.2 電子水表

帶電子裝置的機械水表由于仍然使用機械水表作為基表，流量傳感器沒變，水表計量性能沒有顯著提升。而電子水表是一種無機械運動的水表，其流量傳感技術(shù)更優(yōu)異、更先進(jìn)。相比較有運動的流量傳感技術(shù)，無運動部件的固體式新型傳感技術(shù)在當(dāng)前的智能水表中發(fā)展較為迅速，它改變了傳統(tǒng)運動型流量傳感技術(shù)出現(xiàn)的誤差曲線難以校正，計量數(shù)據(jù)輸出轉(zhuǎn)換困難的問題，尤其是克服了在水質(zhì)條件較差的環(huán)境中提高產(chǎn)品壽命降低，測量有失精準(zhǔn)的問題[4]。

這些感應(yīng)式水表在智能化方面相對于傳統(tǒng)機械水表有著無可比擬的優(yōu)勢，且?guī)缀鯚o壓力損失。但也有其局限性，如量程較小，易受管振、供電條件、電磁環(huán)境干擾，其次還有難題，即大口徑流量計的周期檢定和現(xiàn)場測試問題，目前尚未得到有效的解決[5]。

3 智能水表的發(fā)展趨勢

隨著社會的發(fā)展，科技創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，智能水表進(jìn)入高速發(fā)展時期，發(fā)展方向也逐漸清晰，歸納起來有以下幾個方向：

（1）水表計量更加精準(zhǔn)，計量范圍寬，改善小流量測量特性。水表作為一種計量工具，首要發(fā)展方向便是計量性能。目前使用較多的智能水表，帶電子裝置的機械水表有著同普通機械水表一樣的計量缺陷，即壓力損失大，儀表非線性特性校正困難，產(chǎn)品在寬量程低流量區(qū)的測量精度不高，因此必須發(fā)展更先進(jìn)的流量傳感技術(shù)，如超聲、電磁、射流等。

（2）水表產(chǎn)品更加可靠，使用壽命更長。目前IC卡表以及無線遠(yuǎn)傳水表的主要問題都包含電池問題，電池壽命直接使水表的信號以及可靠性受到影響，必須突破水表供電電池容量與體積難關(guān)，發(fā)展新電源、快速充電和各類低功耗設(shè)計新技術(shù)、新方法。

（3）水表接入互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)更智能更科學(xué)的管理。目前NB-IOT窄帶物聯(lián)網(wǎng)由于低功耗低成本的優(yōu)勢，發(fā)展勁頭強勢，水表接入物聯(lián)網(wǎng)，不僅可以完成傳統(tǒng)的自動抄表、網(wǎng)絡(luò)閥控功能，還可以聯(lián)合其他管網(wǎng)傳感器，參與到供水自動調(diào)度、管網(wǎng)滲漏水檢測與定位、水質(zhì)在線監(jiān)控、終端設(shè)施工況監(jiān)測、管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)、供水系統(tǒng)自動化、信息化和智能化管理等工作。

4 結(jié)束語

可以預(yù)見，智能水表將隨著社會發(fā)展而快速發(fā)展，其開發(fā)方向?qū)⒊鼫?zhǔn)確化、電子化、物聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展，智能水表將在今后的供水調(diào)度、管網(wǎng)滲漏檢測與定位等方面發(fā)揮重要的作用。自來水公司應(yīng)本著經(jīng)濟、合理、適用的原則，在實踐中應(yīng)根據(jù)實際情況，有針對性的使用各種不同的智能水表產(chǎn)品，滿足科學(xué)合理的管理要求。水表企業(yè)應(yīng)與時俱進(jìn)，緊緊抓住新機遇，重視水表產(chǎn)品與技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級，重視物聯(lián)網(wǎng)，以期開發(fā)更簡單更易用的智能水表，滿足社會需求。

[1]姚靈.我國智能水表技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的研究與構(gòu)建[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化,2013,(7):66-70.

[2]王宗輝,張世豪,姚靈.智能水表技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].儀表技術(shù),2014,(6):45-48.

[3]王丁磊,吳杰.智能水表的發(fā)展現(xiàn)狀[J].工業(yè)計量,2010,20(1):21-23.

[4]郭惠均.智能水表核心技術(shù)分析[J].工業(yè)技術(shù),2012,(20):49-51.

[5]周雪峰.我國水表現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2010,(25):99-100.

Application Status and Development Trend of Smart Water Meter

WANG Xiuwen*
(Wuhan Hanjiang Metrology Technology Co.,Ltd.,Hubei Wuhan,430071,China)

Smart water meter has many moreadvantages than traditional water meterin the measurement performance improvement of product and functional expansion.Smart water meter is the inevitable developmentaltrend of modern city.It has described the definition and types,analyzed the application status and prospected the development trend of smart water meter.

smart water meter,application status,development trend

TH814

A

1672-9129(2017)04-0099-03

王秀文.智能水表的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].數(shù)碼設(shè)計,2017,6(4):99-101.

Cite：WANG Xiuwen.Application Status and Development Trend of Smart Water Meter [J].Peak Data Science,2017,6(4):99-101.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.025