电子远传水表兼容性与互换性问题及其对策

1、电子远传水表兼容性与互换性问题及其 对策乔芝忠杨琦连云港市自来水有限责任公司摘要：根据行业标准户用计量仪表数据传输技术条件(cj/t 188-2004)，测试了 来自20个厂家不同类型的电子远传水表。分析了这些电子远传水表在数据传输 与工程应用方面普遍存在的一系列兼容和互换问题。提出了解决这些问题的具体 方案并在工程实践中得到了成功的应用。关键词：户用计量仪表;电子远传水表;通信协议;数据编码;兼容;互换;作者简介：乔芝忠 通讯处：222006江苏省连云港市海州区海连东路69号 电话: (0518) 85010016 e-mail:lygqzzsina. com收稿日期:2016-12-07r

2、eceived： 2016-12-070引言“九五”期间，原建设部提出了 “水、电、气三表出户”的要求。相关行业制订 了户用计量仪表数据传输技术条件，包括水表、燃气表、热量表等仪表数据传输 的基本原则等要求。随着时间推移与技术进步，在自来水行业应用市场上出现了 种类繁多的电子远传水表。由于相关行业标准在一些具体细节上没有明确约定和 规范，在组合应用不同厂家的电子远传水表时，普遍存在兼容性、互换性方面的 问题。自来水公司作为用户，一旦批量采用某厂家的电子远传水表，就会陷入难 以替换、难以组合应用、难以比价采购的“三难”局面，同时也造成后期表具管 理工作的极犬混乱。在电子远传水表供应商维修服务不到

3、位的情况下，一些自来 水公司不得不拆除已装的电子远传水表并重新安装普通水表，造成了不必要的 经济损失，降低了抄表效率。本文对照行业标准户用计量仪表数据传输技术条件(cj/t 188-2004) 口1，对 当前国内具有一定牛产规模的20家电子远传水表进行了测试，深入分析了不同厂家的电子远传水表在数据标识、存储格式、传输指令以及接口形式等方面的异 同，提出了统一编码和接口形式的解决方案，并初步得到了工程应用检验。1电子远传水表测试行业标准电子远传水表(cj/t 224-2006) £216. 3. 2条规定“应优先采用cj/t 188-2004中规定的接口形式、物理性能、数据链路、数据标

4、识、数据表达格式。”电子远传水表(cj/t 224-2012) 3是对cj/t 224-2006的修订。据此，我 们对20个厂家生产的电子远传水表的性能参数进行了测试。被测电子远传水表包括光电直读、摄像直读、脉冲计数和超声波4种类型，通信 总线以m-bus为主。测试设备主要是数字示波器和通用计算机串口调试软件。通过实际测试，发现如下一些影响各家产品相互兼容、互换问题。1.1数据帧格式符合性测试1.1.1前导字节问题cj/t 188-2004的6.4. 1条规定:在发送帧信息之前，应先发送24个字节feh1o测试表身码为*1603002601的电子远传水表，上传水表地址时的前导字节测 试结果见表

5、lo表1从站上传水表地址(前导字节为空)下载原表前导 字节帧起 始符仪表类型地址域控制 码数据域 长度空681001 26 00 03 16 01 008303表身码为*1603002601的电子远传水表，上传累计流量时的前导字节测试结 果见表2。前导字节帧起始符仪表 类型地址域20 e2 55 55 55681001 26 00 03 16 01数据域90 if 00 00 00 00 00 2c 00 00 00 00 0000 00 00 00 00 00 00 00 00前导字节测试结果:从表1、表2看，该电子远传水表上传水表地址时，其前导 字节为空，上传累计流量时的前导字节为非标准字

6、节。不符合规范要求。1.1.2地址域编码问题cj/t 188-2004的6. 3.2条规定:地址域(a0a6)由7个字节组成，每个字节为 2位bcd码格式。地址长度为14位十进制数，低地址在前，高地址在后。其屮 a5、a6为丿商代码1。测试中，表身码为*201205527的电子远传水表，其地址域编码测试结果见 表3<>表3从站上传累计流量的数据格式及其释义下载原表前导字节帧起始符仪表 类型地址域(a0 a6)fe fefe681027 55 20 01 00 00数据域90 1f 00 51 70 00 00 2c 51 70 00 002c 00 00 00 00 00 00 0

7、0 00 00地址域编码测试结果是：20家电子远传水表，有18家的地址域厂商代码均为00h （见表3的地址域a5、a6的内容）；1个厂商在不同批次的电子远传水表中，填 写了不同的厂商代码；1个厂商填写了厂商代码，但所有填写的厂商代码均为厂 商自行编写。目前行业既没有约定，也没有分配厂商的代码。1.1.3数据域编码问题cj/t 188-2004规定了读计量数据的从站应答报文的格式（详见& 1. 5的表5主 站请求读数据的报文格式及从站正常应答报文格式表），并对当前累积流量和 结算日累积流量的数据格式进行了规定（详见&3的表12数据表达格式表）。测试中，表身码为*504570的电子

8、远传水表，其数据域编码测试结果见 表4o表4从站上传累计流量的数据格式及其释义下载原表前导字节起符 帧始仪表 类型地址域fe fefe681070 45 50 00 00 58数据域90 1f 00 2c 00 0f 00 00 2c 00 00 00 0000 00 00 00 00 00 00 00 00数据域编码测试结果:从表4看出，该电子远传水表计量数据存储格式为i六进 制编码，而规范为bcd码（另外，其地址域的代码格式为十六进制编码，而规 范为bcd码）。经测试，20家电子远传水表屮，有16家电子远传水表的数据域编码没有严格遵 守 cj/t 188-2004 规范。1.2电子远传水表

9、接口参数测试参与测试的远传水表总线多为m-bus型。m-bus采用半双工通讯协议，只允许一 个主站连接到总线。主站工作吋必须向总线提供电源，每个从站获得不人于2ma 的电流1。主站与从站信号传输过程见图1。主站通过电平的变化传送位信息。发送传号电平陰曲即逻辑“1”时，jdov,且 jw42v;发送空号电平 %,即逻辑“0”时,vspoce>12vo 从站至主站通过电流大小的变化传送信息。发送传号电平i呗即逻辑“1”时, lark为01. 5ma；发送空号电平ispace,即逻辑“ 0”时,ispace二im (1广20)认 由于总线驱动器的阻抗影响，从设备传送低屯平时总线上的屯压会略微降

10、低一 些4。图1 m-bus总线信号传送时电压、电流的变化下载原图通过数字示波器，测试了 m-bus总线的电子远传水表通信过程中传输信号的电 压波形。其中，示波器的信号通道(ch2)为主站下发指令的信号波形;信号通道 (ch1)为电子远传水表返冋数据的信号波形，m-bus模块的采样屯阻为11.4q。1.2.1电子远传水表空号电平测试表身码为*1604000023的电子远传水表空号电平波形如图2och “ch2(m pos: 200.(iipchi i nomv d：缶询皿 mwms23juny6 18:29图2电子远传水表空号电流测试下载原图space=v k = 428 1l 437.该电子

11、远传水表回复的空号电流见式（1）:式中1 space电子远传水表空号电流，ma；v信号电压振幅，v;r采样电阻阻值，q。测试结果表明：该厂家电子远传水表的空号电流已远超岀cj/t 188-2004规定的 范围，不符合其中关于m-bus接口的规范。1.2.2总线通电瞬间峰值电流测试表身码为*1604000023的电子远传水表，在总线通电瞬间，电子远传水表峰 值电流测试波形如图3所示。电流峰值见式（2）:唤啊怕稠唤ch2【ch1(cm 加曲3)讪一m ibg '|)u.24 心15：ti| <1tn图3通电瞬间峰值电流测试 下载原图im = av 十 r = 360 4- 11. 4

12、 = 31. 5；式中x电子远传水表通电时的峰值电流，ma; v信号电压振幅，v;r采样电阻阻值，q。如采用本测试中的电子远传水表，当总线上的水表数量增多至100只时，所形 成的峰值电流达3. 158a，将对抄表设备造成大电流冲击、引发过电流保护。2电子远传水表现状分析测试的20家电子远传水表，所发现的问题主要有：仃）地址域编码问题。cj/t 188-2004作为行业标准，没有分配户用计量仪表生 产厂商的具体代码。在地址域的厂商代码部分，许多生产厂商便均以“0000”填 充，导致不同厂家的电子远传水表在同一物理总线上使用吋，会发生“地址” 冲突；即使不在同一条物理总线上使用，也会因表具地址不唯

13、一而造成表具管理 的混乱。（2）数据域编码问题。电子远传水表计量的数据存储格式不一致。主站无法进行 统一的数据解析。（3）指令“异化”。行业标准中，对于前导字节以及关于“主站请求读数据报文 格式及从站应答报文格式”的约定，没有得到严格遵守，一些厂家自行定义传 输指令。（4）校验方式不同。字节校验中，有的采用奇校验、有的采用偶校骑，也有的采 用“无校验”方式;帧校验中，有的采用累加和校验，有的采用crc校验。这样, 在同一条物理总线上使用时，主站采集电子远传水表数据时，无法对传输正确 性进行统一校验。（5）传输速率不同。如1 200bps、2 400bps等不能兼容。远传集中抄表时，在 同一个主

14、站内，必须从标准速率中只选用一种确定的通讯速率，与电子远传水 表（从站）进行通讯（cj/t 188-2004中6. 4. 5规定）。（6）电气接口技术参数差异较大。这样的电子远传水表，在同-条物理总线上使 用时，会发生硬件冲突。以上问题可分为以下4个方而：（1）行业标准没有进一步约定。（2）行业标准 有约定，但厂家没有严格遵守。（3）行业标准有推荐，但作为选项，厂家可以 自行选用。（4）行业标准有约定但实现电路不同，性能参数偏离标准。3电子远传水表实现兼容互换的方案不同厂家生产的电子远传水表，甚至同一厂家在不同时期生产的电子远传水表， 其通讯协议、数据存储格式等存在差异，即使通讯接口形式和同，

15、在同一条物理 总线上使用吋，仍存在兼容性、互换性等诸多问题。为了从根本上解决电子远传水表兼容与互换问题，在行业标准cj/t 188-2004 的基础上，对电子远传水表相关编码和传输参数进行了统一约定。3. 1对行业标准的修订意见3.1. 1地址域编码规则cj/t 188-2004 1的 6. 3. 2 和 cj/t 224-2012 3的 6. 3. 3. 3. 2 均约定：“地址域 （a0a6）由7个字节组成，每个字节为2位bcd码格式。地址长度为14位十进 制数，低地址在前，高地址在后。其屮a5、a6为厂商代码。”cj/t 188-2004和cj/t 224-2012均没有给岀地址域编码的

16、具体格式及内容。本方案约定的电子远传水表地址域的编码格式为:厂商代码（4位）+年（2位）+ 月（2位）+水表流水号（6位）。其中：（1）厂商代码（a6. a5）。实行厂商代码报备、统一分配。（2）水表生产年月（a4、a3）。a4:水表生产年号（短格式，如2016年，记作 16） ;a3:水表生产月号（如1月，记作01）。明确规定生产年月采用短格式，利 用有限的代码长度，记录了电子远传水表的生产年月，为水表后期管理提供了 吋间参考。（3）水表生产流水号（a2、ak a0）。a2、al、a0:水表生产流水号（6位）。 电子远传水表地址码（bcd码，对应帧格式的地址域为:a0a6）按“低地址存 低位

17、、高地址存高位”的顺序，写入电子远传水表的地址域中，确保电子远传水 表地址码格式的统一性和代码的唯一性。3.1. 2数据域编码规则cj/t 188-2004的6.3.5: “数据域（data）包括数据标识、序列号和数据，其结 构随控制码的功能改变。”cj/t 224-2012的6. 3. 3.3.5: “数据域（da-ta）,其结构随控制码的功能改 夺° ”cj/t 224-2012 作为 cj/t 224-2006 的代替版木，还去掉了 cj/t 224-2006 中6. 3. 2数据传输与6. 3. 3数据安全性的约定，割断了 cj/t 224-2012与cj/t 188-200

18、4的联系。也就是说，cj/t224-2012不再以cj/t 188-2004为基础，且 没有给出数据域编码的具体格式及内容。本方案约定的电子远传水表数据域的编码格式为： 累计流量低位在前，小数部分无数据时填写00h,单位为立方米（填写2c）,其 他无数据区域填写00h。例如，光电编码直读式远传水表，流量为123 456. 78 时，其数据域的累积流量及实时时间的存储格式见表5。当前累计流量单 位结算日累计流量单 位785634122c000000000000003.1.3电子远传水表的口径、总线及类型编码cj/t 188-2004的8.3.2: “状态占2个字节，第一字节定义如表14,第二字节

19、 由厂商定义。”cj/t 224-2012没有提及状态字。本方案利用cj/t 188-2004中预留的状态字中的厂商自定义字节，对电子远传水 表的口径、总线及类型进行统一编码，便于电子远传水表后期管理。电子远传水表的类型编码存储在读计量数据的应答帧的厂商自定义st1ih中。 读数据的正常应答帧格式见表6。表6读计量数据的正常应答帧格式下载原表报文 名称帧起始符仪表类型地址域代码68hta0 a报文名称前导字节（2 4 feh）起始符68h仪表2t返回数据fe fefe6810当前累计流呈（n1 n4）单位结算日累计%（ml m4）785634122c00 00 003.2对行业标准中的多选项进

20、行约定为实现电子远传水表的兼容与互换，除约定电子远传水表地址域、数据域的编码 规则和电子远传水表的口径、总线及类型编码规则外，还须对行业标准中的具有 多个选项的指标参数进行约定，这些约定构成电子远传水表的基本技术要求： （1）通信协议及电气接口性能须严格执行cj/t 188-2004标准；（2）传输速率统 一为2 400bps; （3）字节数据传输统一采用偶校验方式；（4）计量要求和其他 技术要求，须遵守相关国标、行业标准等。4工程应用试验及效果11个厂家提供了符合cj/t 188-2004及本技术方案的电子远传水表100余只，并 进行了集中抄见测试和初步工程应用。4.1电子远传水表兼容互换示例以光电编码直读式电子远传水表为例。某厂家的远传水表型式为:dn15. m-bus 总线光电直读冷水水表