智能仪表的远程通讯和控制管理

摘要：随着电子技术的不断发展，特别是网络技术的普及，传统的测控领域正经历着一次革命性的变化． 智能仪表的运程通讯技术在工业现场的各种控制及测量中得到广泛应用，在工业控制现场，各种测控系统通常采用上位计算机与工业现场的各种智能仪表进行远程通讯来及时了解现场仪表的运行情况，从而实现对各种现场运行状态数据进行实时控制。本文首先对智能仪表的远程通讯中的数据通信网进行阐述，然后对智能仪表在火灾应用中的控制、智能仪表在燃气应用中的控制进行分析和总结，目标是打造一个永不报警的报警系统，可以根据数据监控进行预警，防止重大燃气事故的发生，希望对有关人士有所帮助。

关键词：电子技术、智能仪表、控制管理，燃气报警

中图分类号：C93文献标识码： A

一、前言

近年来,随着网络通讯技术的飞速发展,许多智能仪表和工业控制系统利用标准通信接口和现有网络，如公用交换电话网、电力网，移动通讯网络等，实现远程数据通讯和控制管理,特别是家用电器日趋智能化的今天,运用标准通信接口进行远程遥控有着广阔的开发和应用空间。

二、数据通信网

1、公用交换电话网

公用电话网是铺设最为广泛的网络之一,虽然它是完全基于模拟传输且带宽较窄,数据传输率低,误码率高,但它是已有的电话通信设施,无需另铺私有电缆,成本低,目前对数据通信勉强够用,因此对数据流量不大的远程数据传输和控制管理系统来说是一种较为实用、经济的选择。采用PSTN传输数据,由于其本地回路信号是直流信号,经滤波后频率限制在300Hz~3kHz范围内,因此直接把数据信号加在线路上,接收端收到的信号将不再是方波,而是上升和下降都较缓的信号。造成波形畸变一个主要原因是由于线路上分布电容和电感的影响,其次是信号传输速率随频率变化而变化造成。为了避免用直流送信号带来的问题,通常我们将标准通信接口传输的数字信号在发送端调制成300Hz~3kHz范围内的模拟信号进行传输,以某个振幅、频率或相位为二进制/00,另一个为二进制/10;在接收端经解调还原成数字信号,通过标准接口传给计算机和数据终端。通常在通信两端均需要调制和解调,因此我们把这种既调制也解调的数据传输设备称为调制解调器

2、电力载波通信网

电力网也是铺设最为广泛的网络,利用电力网进行数据传输不仅运行成本低而且方便实用,发送端将数据调制到一个高频载波上去,在经功率放大后通过耦合电路耦合到电力线上,一般耦合到电力线上的信号频率为几十到几百kHz,峰值只有几伏,因此不会对电力线路造成不良影响。接收端同样通过耦合电路将高频信号分离出来,滤去干扰信号后放大,再经解调还原数据。但是,利用电力载波通信存在许多不足。首先是线路干扰非常大,各种电设备的通断会在线路上产生瞬时的脉冲干扰,这些干扰脉冲的峰值最高可达上千伏;各种大功率开关器件的开合,会产生很宽频谱分布的驻波干扰。其次,不同种类线路和不同线路上的负荷都会对高频信号在电力线上的传输产生很大的影响。因此选择合理的数据调制方式十分重要。

3、移动无线网络

移动无线网络，包括移动和联通的GPRS，电信的CDMA，现在移动网络发展迅速，信号稳定，为智能仪表的远程控制增加了新的渠道，并且节约布线成本，减少施工，使远程控制有了更旷阔的发展空间。为了减少移动通讯费用一般组成网络分为4级，第一级火灾或者燃气报警以及智能家居可以用射频信号或者wifi接口，连接到第二级中继器，由中继器通过移动无线技术或者互联网，将数据传输到第三级服务器，以便于用户在第四级pc机或者手机上就可以看到设备的运行状态。第4层的网络结构，一般以下采用2种方法：（1）网页登陆，（2）客户端登陆，需要安装特定的应用程序，观察监控状态。

4、有线宽带网络

有线宽带网络铺也很广泛，特别是光纤技术的应用，推动有线宽带更快的发展。采用有线宽带网络可以减少移动通讯费用，采用的结构：射频-以太网/wifi-服务器-客户端；wifi-服务器-客户端；网络结构可以结合仪表的特点和客户的需求去改变。

三、智能仪表在火灾应用中的控制

在火灾探测过程中，可以利用的火灾信息很多：如烟雾、气体、温度、火焰、燃烧音等。根据火灾中发生的现象，人们已经利用了数十种物理转换效应作为火灾探测原理，并研制开发出相应的火灾探测器，任何一种火灾探测器，都只是针对火灾中同时出现的多种物理量中的一种进行探测，则不可避免地受到环境中某些相似因素的影响，从而导致误报警尽管对火灾探测器在灵敏度、可靠性和使用性能方面做过许多技术改进，但是至今仍然没有一种单一参数火灾探测器能有效地探测各类火情；人们要根据不同的使用场所以及该场所可能会发生的火灾类型来合理地选择火灾探测器的种类，如果选择不当，就易造成误报或漏报；现实中的火灾多种多样，又具有较大的偶然性和不稳定性，早期阶段的火灾现象和虚假火灾现象常常混杂在一起，很难及时做出准确的判断。由于火灾报警事关重大，要求火灾自动探测系统非常可靠，不允许有漏报警，同时，其误报警应当越少越好。现在火灾自动探测系统的误报警与真实报警比率在 10:1 以下，经常发生误报警会降低火灾自动探测系统的可信度，造成不必要的损失，影响它的应用。因此，寻找适当的信号处理算法，在确保正确检测火灾的同时又具有极低的误报警率，一直是火灾自动探测系统的首要任务。

四、智能仪表在燃气应用中的控制

我们在设计燃气报警系统时候，主要使用到的关键技术包括：传感器采集技术、无线MESH技术、后台管理控制技术，并把几种技术进行结合和集成总体设计了燃气报警系统。

1、传感器采集技术：通过前端传感器采集设备，我们可以采集到具体的监控数据，然后将采集到的数据上传至控制机，通过控制机对上传的信息进行分析，然后做出报警等级处理。

2、无线MESH技术：组网技术采用无线MESH技术，它可以将最前端的传感报警主机信息通过mesh网络技术及已有的局域网技术、设备，把信息发送到调度指挥中心的后台管理设备或系统上。

3、后台管理控制技术：报警主机可以控制数据采集前端节点进行数据收集，并根据专家数据库进行有针对性的数据分析，做出声、光报警。同时，将传感器采集的浓度信息和报警信息传到后台管理系统，该系统集成了信号采集、数据分析、报警输出和音频视频的显示技术。

4、气体报警系统核心设计

（1）燃气报警系统流程

报警系统的信息采集是通过前端的探头，可以采集到多种有用信息，如可燃性气体的浓度值、温度等。当我们将采集到的数据上传至上位机时，上位机就根据接收到的气体浓度信息进行数据分析、比较。当发现危险状态，比如探头上传的浓度过高时，则进行报警信号输出；若浓度值在安全范围内，则继续监听探头上传的数据信息。此时，上位控制机将采集到的信息和报警处理信息上传至上一级管理系统。通过后台管理系统进行整体控制，以便形成集中性控制管理和调度指挥。

（2）燃气报警系统机制

首先，在设计的报警机制中采集设备使用的是多种传感器，直接安装在用户和关键节点上，用它监测其危险成分。如果发现可燃性气体浓度有变化，就立刻将该信息发送给单元内的上位控制主机，然后马上与经验数据库进行对比分析，并做出报警处理决策。此时，小区监管员看到报警消息，就可以根据系统提示进行调度安排。同时，系统需要将报警信息和处理决策通过综合局域网上传到小区物业管理处本地管理后台服务器上，该后台系统就会根据上传的数据进行整体综合的监控分析，并可以在设计系统平台上查看当前管道探头的浓度信息与报警信息。在设计系统平台上查看当前管道探头的浓度信息与报警信息。此时，小区监管员看到报警消息，就可以根据系统提示进行调度安排。在后台系统设计时候，需要加入自定义报警级别设计，在设计报警级别时候，可以将有高危险报警信息时直接自动联动上传至消防报警中心后台。当119报警服务台收到信息，对当前服务器发出的报警信息进行人工确认，若事态紧急或严重，就可以及时出动消防车，从技术上做到事前监控，事后及时处理。

五、结束语

综上所述,本文主要简单介绍了智能仪表的远程通讯。例如： 公用交换电话网、电力载波通信网、移动通讯网和有线宽带网。也在火灾报警器和燃气报警器中进行了实际的应用和控制，在当今社会，随着计算机的普遍应用，也应用到各个领域，特别是工业上，同时智能仪表的远程通讯也随之发展起来，在很多领域就要应用各种智能仪表进行远程和控制管理。

参考文献：

[1] 王勇.实现高性能IP 网络视频服务的若干关键技术研究[D].上海:华东师范大学, 2007.

[2] 陈南，智能建筑火灾监控系统设计[M]，北京：清华大学出版社，2001

[3]黄铭.无线局域网初探.高等函授学报,1999,5