淺析基於無線網絡的預付費係統在企業用能領域的應用

【摘要】企事業(ye) 單位能源供應預付費係統與(yu) 家用能源供應預付費係統的主要差別是:前者的安全可靠性要求特別高;某些重要部門的能源供應突然中斷，易引發事故。針對企事業(ye) 單位能源供應的安全可靠性要求，研發了IC卡預付費係統。一個(ge) 完整的能源預付費係統由售卡製卡子係統、能源計量子係統、預付費控製子係統、預付費監控子係統以及各子係統之間的傳(chuan) 輸介質組成。其中預付費控製子係統包含IC卡讀卡器、預付費控製器、控製閥和輔助設備。售卡製卡子係統的軟件應包括操作員密碼驗證（總貌畫麵）、權限管理、單位檔案管理、IC卡初始化、IC卡充值、操作痕跡查詢等。能源預付費係統集成了能源計量、數據采集和能源供應控製三大功能，實現了能源計量、數據及時傳(chuan) 送、欠費關(guan) 停的功能。該係統已在供能區域得到了廣泛使用，用戶反響良好。

【關(guan) 鍵詞】智能電網；能源；無線通信；可靠性；預付費係統；數據采集；監控

0引言

近年來，能源預付費係統的蓬勃發展對量大麵廣的能源供應網意義(yi) 非凡。該係統不僅(jin) 節省了上門抄表的人工成本，而且改後付費為(wei) 預付費，杜絕了能源費拖欠這一老大難問題，實現了收費管理的現代化。能源預付費係統的發展促進了能源計量表計和控製設備的發展，具有預付費管理和控製功能的預付費水表、電表、燃氣表應運而生。消費者從(cong) 售卡處購得1C卡或進行充值，然後將費用存入表計，使閥門自動開啟後進行供水或供氣。在此過程中，供方和需方都很便利。這樣的刷卡消費在家用時不存在大的安全隱患，但是對於(yu) 一個(ge) 工業(ye) 製造企業(ye) 就不那麽(me) 簡單了。尤其是在工業(ye) 爐窯以及化工生產(chan) 過程中，突然中斷能源供應易引發事故。本文針對企事業(ye) 單位能源供應的安全可靠性要求，研發了IC卡預付費係統。

1能源預收費係統的組成

能源預付費係統由5個(ge) 基本部分組成:售卡、製卡子係統，能源計量子係統，預付費控製子係統，預付費監控管理子係統和各係統之間的傳(chuan) 輸介質，如圖1所示。

1.1售卡、製卡子係統

售卡、製卡子係統一般安裝在財務部門或熱網管理站的財務專(zhuan) 員處。其硬件包括非接觸式IC卡讀寫(xie) 器和與(yu) 之相連的PC機。軟件界麵包括操作員密碼驗證(總貌畫麵）、權限管理、單位檔案管理、IC卡初始化、IC卡充值、操作痕跡查詢等界麵。

1.2能源計量子係統

因能源種類、介質類型和設計的不同，能源計量子係統的組成也不同。對於(yu) 以蒸汽為(wei) 介質的供熱係統，計量的對象為(wei) 蒸汽的質量流量或熱量流量，係統通常由流量變送器（或傳(chuan) 感器）、壓力變送器、溫度傳(chuan) 感器、流量演算器等組成.為(wei) 了提高係統的可靠性，有的設計中還提供不間斷電源。為(wei) 了將測量結果及時遠傳(chuan) 到中控室的監控站，流量演算器一般帶有數字通信口，常用的傳(chuan) 輸介質為(wei) 有線、無線以及移動通信（GPRS或CDMA)。隨著移動通信資費的降低，現在人們(men) 更喜歡采用移動通信的方法。以GPRS為(wei) 通信介質的蒸汽預付費係統結構如圖2所示。

按照標準，蒸汽計量係統的準確度應達到±2.5%，而實際準確度能達到±1.5%.流量示值在常用流量附近或接近滿度流量處，準確度能達到±0.5%±1.0%。

1.3預付費控製子係統

預付費控製子係統由預付費控製器和控製閥組成。其中，控製閥安裝在管道上，而控製器都帶有讀卡器，一般都安裝在現場便於(yu) 操作的地點。

預付費控製器應具有下列基本功能。

①讀卡。預付費控製箱自帶非接觸式讀卡器，將客戶預先購得的1C卡上的金額讀入與(yu) 卡號一致的控製箱單片機，並在彩色液晶顯示器上顯示，剩餘(yu) 金額也相應調整。

②1C卡充值記錄畫麵。每一次在控製箱讀卡器上刷卡充值時，如果充值成功便形成一條充值記錄。記錄內(nei) 容包括:充值日期、時間、充入金額。通過操作控製器麵板，可查詢全部充值記錄。

③預付費主顯示畫麵。主顯示畫麵的用途是告知熱用戶，充入控製箱的餘(yu) 額以及當前的蒸汽單價(jia) 。該畫麵還顯示累積流量和控製閥的當前開度。

④自動關(guan) 閥。當餘(yu) 額為(wei) 0時，控製器(或計算機）自動關(guan) 閥。

⑤故障診斷代碼。

1.4數據采集與(yu) 監控子係統

該係統是整個(ge) 能源供應網的監視和指揮中心。它先對分布在各處的現場能源計量表計的測量結果進行采集、保存、處理，並製作成各種畫麵，以便操作管理人員使用;其次對各客戶終端的能耗情況及餘(yu) 額進行監視，並在餘(yu) 額不多時，分別提前三天、兩(liang) 天和一天自動發出提示短信：在所剩金額為(wei) 0時，通過計算機關(guan) 閉現場控製閥或由現場預付費控製器自動關(guan) 閉能源控製閥。監控站計算機的畫麵可以很豐(feng) 富，一般有檢測控製點地理分布畫麵、動態流程圖畫麵、計量數據密集顯畫麵、計量數據曆史曲線畫麵、管損趨勢圖畫麵、同比分析畫麵、事件報告畫麵、統計報表畫麵和收費通知單製作畫麵，在有關(guan) 文獻中已對其有詳細描述。在具有預付費管理功能的監控操作站，還要有費用管理畫麵和控製閥操作畫麵。

2係統設計關(guan) 鍵問題研究

2.1可靠性問題

安全性和可靠性設計是預付費係統的關(guan) 鍵。

①係統不因主電源掉電和控製線路斷線而意外關(guan) 閥。主電源上電和掉電時，電動控製閥的閥門能保持原有閥位，不會(hui) 自行關(guan) 閥;控製線斷線後也不會(hui) 自行關(guan) 閥。

②上位機開機/關(guan) 機、係統調試，均不應引起控製閥關(guan) 閉。在係統正式投入控製之前，關(guan) 閉控製閥電源，則調試過程中的各種操作都不會(hui) 導致控製閥的意外關(guan) 閉。上位機對控製閥進行操作的條件是:應用程序投入正常運行;能與(yu) 下位機進行正常通信、由值機人員按下相應的關(guan) 閥鍵。在上位機的開機、關(guan) 機、掉電、出錯時，不可能同時滿足這3個(ge) 條件，因此，係統是安全的。

③防止控製閥卡死問題。預付費控製係統中的大部分控製閥少發生動作，有的計量點可能一年也不發生動作。因此，閥芯總是停留在一個(ge) 位置上，容易因流體(ti) 中的水垢等異物而卡死，導致需要關(guan) 閥的時候無法關(guan) 斷。解決(jue) 這一問題的方法是經常讓閥芯動一動，例如在上位機中設計一個(ge) 程序，定期由上位機送出一個(ge) 將閥門關(guan) 小的信號，並自動記錄閥門動作的實

際響應數據，並由計算機判斷控製閥動作是否正常。在試驗中，閥門關(guan) 小的程度應以不影響用戶的使用為(wei) 限。實現這一措施的基礎是閥門選用比例式電動控製閥，並帶比例式閥位反饋。

④防止冷管開閥引起水擊的問題。冷管通汽應遵循一定的程序，操作太急容易引起水擊，損壞設備。在預付費控製係統中，業(ye) 主單位可在控製閥旁邊設一台通徑足夠小的旁通閥；冷管啟動時，先開旁通閥暖管；暖管過程結束後，再開啟預付費控製閥。預付費閥關(guan) 閉後，仍有旁通閥為(wei) 下遊提供微量的蒸汽，防止因管內(nei) 積水而導致預付費閥重新打開時的水擊。

⑤儀(yi) 表的故障診斷和診斷信息的管理。預付費控製器和計量表計的正常運行是預付費係統正常運行的先決(jue) 條件。因此，預付費控製器和流量演算器均應具備必要的故障診斷功能，並將診斷結果上傳(chuan) 至上位機，以顯示、報警和編製報警記錄。同時，儀(yi) 表的液晶屏上也顯示診斷結果（代碼），從(cong) 而提高了係統的可靠性。

2.2防問題

用於(yu) 貿易交接計量的表計偶爾會(hui) 發生事件，的手法也很多。在現有的儀(yi) 表中，已經實施的防策略有以下幾種。

①防止拉電的策略。在計量箱內(nei) 的流量演算器帶有斷電記錄功能，能將計劃停電和有意拉電一次不漏地記錄下來。主電源掉電後，不間斷電源中的充放電控製器能送出一路幹接點信號至流量演算器的開關(guan) 量輸入口，然後經數字通信口送至上位機，在監視器上發出報警信號，並作好事件記錄，以備查考。

②開箱門報警。在現場儀(yi) 表箱內(nei) 配有行程開關(guan) ，一旦箱門被打開，就有一路接點信號經演算器送至上位機，進行報警。

③防止通過上位機向下位機下載數據。在預付費控製係統中，上位機要對安裝在現場的控製閥進行操作，就需從(cong) 下位機（控製器）下載數據。如果流量演算器與(yu) 控製器合而為(wei) 一，就會(hui) 引發用戶的憂慮:上位機既然可以下載控閥數據，為(wei) 什麽(me) 就不能下載與(yu) 計量有關(guan) 的數據呢？為(wei) 了消除用戶的這一擔心，將控製器和流量演算器分為(wei) 兩(liang) 台表。其中，用於(yu) 計量的流量演算器申請政府授權機構的檢定，檢定合格後加封印。

④防止通過修改與(yu) 計量結果有關(guan) 的數據。在智能化的流量演算器中，有很多數據在輸入密碼之後都可以修改。儀(yi) 表出廠後，為(wei) 了防止掌握密碼的人員違規修改這些數據，在流量演算器中設有“關(guan) 鍵數據修改記錄功能"。關(guan) 鍵數據的每一次修改，都會(hui) 形成一條黃色字跡的記錄，從(cong) 而杜絕了這一方法。

3安科瑞Acrelcloud-3200預付費水電雲(yun) 平台

3.1概述

AcrelCloud-3200預付費水電雲(yun) 平台是安科瑞公司研製的與(yu) DDSY-1352單相電子式預付費電能表及DTSY-1352三相電子式預付費電能表配套的售電管理係統。另外可以選配遠傳(chuan) 閥控水表組成水電一體(ti) 預付費係統，達到先交費後用水的目的，剩餘(yu) 水量用完自動關(guan) 閥。主要完成電能表/水表參數設置，商戶售電/售水管理及能耗管理工作，操作簡便，實現物業(ye) 公司遠程實時操作實時監控，具有良好的人機界麵，能夠有效的統計和管理數據。安裝方便，是用電管理部門、商業(ye) 廣場和物業(ye) 小區，提高用電用水管理水平，解決(jue) 收費難問題的理想產(chan) 品。

3.2應用場所

本平台適用於(yu) 公寓出租戶、商業(ye) 廣場、公寓酒店、物業(ye) 小區、寫(xie) 字樓、物流倉(cang) 儲(chu) 、高校、連鎖超市、智慧園區、農(nong) 貿市場等場所。

3.3係統結構

3.4係統功能

3.4.1房間監控

清晰簡潔的展示所有房間狀態信息，所屬樓棟樓層，在線失連情況，費用狀態等，進入房間詳情可對房間當前實時信息進行查看，並可了解當天用電量和使用金額情況，可對房間內(nei) 的電表進行各種遠程控製操作，比如開戶、電價(jia) 設置，售電、退電、報警金額設置、分合閘操作等等。

3.4.2電戶開表

係統針對商鋪開戶不僅(jin) 支持一戶一表，也支持一戶掛多表的需要;支持自定義(yi) 電價(jia) 方案，單一電價(jia) 、尖峰平穀電價(jia) 、階梯電價(jia) 等:支持預先設置開戶信息後期一鍵開戶;支持設置電表合額告警默認三級告警，告警金額和次也可以自定義(yi) ，推送方式支持手機短信，APP推送，郵件、語音外呼、公眾(zhong) 號推送等。

3.4.3充電繳費

可以對已開戶的電表進行遠程充值，電費實時下發到電表。電表會(hui) 根據電度走字實時扣除電費同時係統也支持早台計費，金額下發到係統賬戶，到賬快速穩定。

3.4.4財務管理

訂單總覽，包含係統裏所有水電充值退費記錄，以及物業(ye) 費扣費流水記錄。收入概況，可以從(cong) 日，月，年，時間跨度等不同維度統計水電費收入情況，收入組成。

3.4.5報表

係統還提供了多個(ge) 報表以供查詢。用電綜合報表，幫助財務統計每個(ge) 月商鋪總用電量，尖峰平穀用電量以及電費，能耗同比分析，可以比較每個(ge) 月份與(yu) 去年同期相比的用能差距。能耗日月年報表，按日，月，年三個(ge) 不同維度查詢電表每個(ge) 階段的用能情

3.4.6批量操作

為(wei) 了方便用戶對大量儀(yi) 表進行管理和設置，可以在係統中新建批量操作任務，比如設置電價(jia) 、電表控製、儀(yi) 表設置、充值等，批量任務可以立即執行，也可以定時執行。

3.4.7自定義(yi) 收費方案

為(wei) 了靈活應對用戶多種多樣的收費方案，比如物業(ye) 費，房租，服務費等，係統支持用戶自定義(yi) 收費項目。收費方式可設置直接從(cong) 賬戶扣除或者生成催繳賬單，可設置周期性收費或者一次性收費，可以按固定金額收費或者按房間麵積換算等等。

3.4.8公共區域用電分攤

某塊表為(wei) 主表，然後分配關(guan) 聯子表，係統每個(ge) 月自動將主表的用電按比例換算成電費從(cong) 子表中扣除，這樣可以剩餘(yu) 人工統計的麻煩。公攤方式多樣，可以根據比例公攤，按房間麵積公攤，按用量公排，收費方式有直接扣費或者生成維費賬單。

3.4.9公眾(zhong) 號在線支付

用戶可以在微信小程序或者微信公眾(zhong) 號自助查詢電表使用情況以及繳費。

3.5係統硬件配置

4結束語

能源預付費係統集成了能源計量、數據采集和能源供應控製三大功能，實現了能源計量、數據及時傳(chuan) 送、欠費關(guan) 停的功能。1C卡的使用能有效防止偷氣，保障了計量的公平公正，並大大減少了人工抄表的費用。所設計的係統采用了一些智能化的方法，能夠確保用戶不發生意外停汽，保障安全用氣。該係統在供能區域得到了廣泛使用，用戶反響良好。

安科瑞侯文莉