淺析基于無線網(wǎng)絡(luò)的預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)在企業(yè)用能領(lǐng)域的應(yīng)用

李明君

（安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801）

【摘要】能源供應(yīng)預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)與家用能源供應(yīng)預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)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(yīng)突然中斷，易引發(fā)事故。針對(duì)能源供應(yīng)的安全可靠性要求，研發(fā)了IC卡預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。一個(gè)完整的能源預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)由售卡制卡子系統(tǒng)、能源計(jì)量子系統(tǒng)、預(yù)付費(fèi)控制子系統(tǒng)、預(yù)付費(fèi)監(jiān)控子系統(tǒng)以及各子系統(tǒng)之間的傳輸介質(zhì)組成。其中預(yù)付費(fèi)控制子系統(tǒng)包含IC卡讀卡器、預(yù)付費(fèi)控制器、控制閥和輔助設(shè)備。售卡制卡子系統(tǒng)的軟件應(yīng)包括操作員密碼驗(yàn)證（總貌畫面）、權(quán)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(yù)付費(fèi)系統(tǒng)集成了能源計(jì)量、數(shù)據(jù)采集和能源供應(yīng)控制三大功能，實(shí)現(xiàn)了能源計(jì)量、數(shù)據(jù)及時(shí)傳送、欠費(fèi)關(guān)停的功能。該系統(tǒng)已在供能區(qū)域得到了廣泛使用，用戶反響良好。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)；能源；無線通信；可靠性；預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集；監(jiān)控

0引言

近年來，能源預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展對(duì)量大面廣的能源供應(yīng)網(wǎng)意義非凡。該系統(tǒng)不僅節(jié)省了上門抄表的人工成本，而且改后付費(fèi)為預(yù)付費(fèi)，杜絕了能源費(fèi)拖欠這一老大難問題，實(shí)現(xiàn)了收費(fèi)管理的現(xiàn)代化。能源預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展促進(jìn)了能源計(jì)量表計(jì)和控制設(shè)備的發(fā)展，具有預(yù)付費(fèi)管理和控制功能的預(yù)付費(fèi)水表、電表、燃?xì)獗響?yīng)運(yùn)而生。消費(fèi)者從售卡處購得1C卡或進(jìn)行充值，然后將費(fèi)用存入表計(jì)，使閥門自動(dòng)開啟后進(jìn)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(fèi)在家用時(shí)不存在大的安全隱患，但是對(duì)于一個(gè)工業(yè)制造企業(yè)就不那么簡單了。尤其是在工業(yè)爐窯以及化工生產(chǎn)過程中，突然中斷能源供應(yīng)易引發(fā)事故。本文針對(duì)能源供應(yīng)的安全可靠性要求，研發(fā)了IC卡預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)。

1能源預(yù)收費(fèi)系統(tǒng)的組成

能源預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)由5個(gè)基本部分組成:售卡、制卡子系統(tǒng)，能源計(jì)量子系統(tǒng)，預(yù)付費(fèi)控制子系統(tǒng)，預(yù)付費(fèi)監(jiān)控管理子系統(tǒng)和各系統(tǒng)之間的傳輸介質(zhì)，如圖1所示。

1.1售卡、制卡子系統(tǒng)

售卡、制卡子系統(tǒng)一般安裝在財(cái)務(wù)部門或熱網(wǎng)管理站的財(cái)務(wù)專員處。其硬件包括非接觸式IC卡讀寫器和與之相連的PC機(jī)。軟件界面包括操作員密碼驗(yàn)證(總貌畫面）、權(quán)限管理、單位檔案管理、IC卡初始化、IC卡充值、操作痕跡查詢等界面。

1.2能源計(jì)量子系統(tǒng)

因能源種類、介質(zhì)類型和設(shè)計(jì)的不同，能源計(jì)量子系統(tǒng)的組成也不同。對(duì)于以蒸汽為介質(zhì)的供熱系統(tǒng)，計(jì)量的對(duì)象為蒸汽的質(zhì)量流量或熱量流量，系統(tǒng)通常由流量變送器（或傳感器）、壓力變送器、溫度傳感器、流量演算器等組成.為了提高系統(tǒng)的可靠性，有的設(shè)計(jì)中還提供不間斷電源。為了將測量結(jié)果及時(shí)遠(yuǎn)傳到中控室的監(jiān)控站，流量演算器一般帶有數(shù)字通信口，常用的傳輸介質(zhì)為有線、無線以及移動(dòng)通信（GPRS或CDMA)。隨著移動(dòng)通信資費(fèi)的降低，現(xiàn)在人們更喜歡采用移動(dòng)通信的方法。以GPRS為通信介質(zhì)的蒸汽預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

按照標(biāo)準(zhǔn)，蒸汽計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到±2.5%，而實(shí)際準(zhǔn)確度能達(dá)到±1.5%.流量示值在常用流量附近或接近滿度流量處，準(zhǔn)確度能達(dá)到±0.5%±1.0%。

1.3預(yù)付費(fèi)控制子系統(tǒng)

預(yù)付費(fèi)控制子系統(tǒng)由預(yù)付費(fèi)控制器和控制閥組成。其中，控制閥安裝在管道上，而控制器都帶有讀卡器，一般都安裝在現(xiàn)場便于操作的地點(diǎn)。

預(yù)付費(fèi)控制器應(yīng)具有下列基本功能。

①讀卡。預(yù)付費(fèi)控制箱自帶非接觸式讀卡器，將客戶預(yù)先購得的1C卡上的金額讀入與卡號(hào)一致的控制箱單片機(jī)，并在彩色液晶顯示器上顯示，剩余金額也相應(yīng)調(diào)整。

②1C卡充值記錄畫面。每一次在控制箱讀卡器上刷卡充值時(shí)，如果充值成功便形成一條充值記錄。記錄內(nèi)容包括:充值日期、時(shí)間、充入金額。通過操作控制器面板，可查詢?nèi)砍渲涤涗洝?/span>

③預(yù)付費(fèi)主顯示畫面。主顯示畫面的用途是告知熱用戶，充入控制箱的余額以及當(dāng)前的蒸汽單價(jià)。該畫面還顯示累積流量和控制閥的當(dāng)前開度。

④自動(dòng)關(guān)閥。當(dāng)余額為0時(shí)，控制器(或計(jì)算機(jī)）自動(dòng)關(guān)閥。

⑤故障診斷代碼。

1.4數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)

該系統(tǒng)是整個(gè)能源供應(yīng)網(wǎng)的監(jiān)視和指揮中心。它先對(duì)分布在各處的現(xiàn)場能源計(jì)量表計(jì)的測量結(jié)果進(jìn)行采集、保存、處理，并制作成各種畫面，以便操作管理人員使用;其次對(duì)各客戶終端的能耗情況及余額進(jìn)行監(jiān)視，并在余額不多時(shí)，分別提前三天、兩天和一天自動(dòng)發(fā)出提示短信：在所剩金額為0時(shí)，通過計(jì)算機(jī)關(guān)閉現(xiàn)場控制閥或由現(xiàn)場預(yù)付費(fèi)控制器自動(dòng)關(guān)閉能源控制閥。監(jiān)控站計(jì)算機(jī)的畫面可以很豐富，一般有檢測控制點(diǎn)地理分布畫面、動(dòng)態(tài)流程圖畫面、計(jì)量數(shù)據(jù)密集顯畫面、計(jì)量數(shù)據(jù)歷史曲線畫面、管損趨勢圖畫面、同比分析畫面、事件報(bào)告畫面、統(tǒng)計(jì)報(bào)表畫面和收費(fèi)通知單制作畫面，在有關(guān)文獻(xiàn)中已對(duì)其有詳細(xì)描述。在具有預(yù)付費(fèi)管理功能的監(jiān)控操作站，還要有費(fèi)用管理畫面和控制閥操作畫面。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題研究

2.1可靠性問題

安全性和可靠性設(shè)計(jì)是預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的關(guān)鍵。

①系統(tǒng)不因主電源掉電和控制線路斷線而意外關(guān)閥。主電源上電和掉電時(shí)，電動(dòng)控制閥的閥門能保持原有閥位，不會(huì)自行關(guān)閥;控制線斷線后也不會(huì)自行關(guān)閥。

②上位機(jī)開機(jī)/關(guān)機(jī)、系統(tǒng)調(diào)試，均不應(yīng)引起控制閥關(guān)閉。在系統(tǒng)正式投入控制之前，關(guān)閉控制閥電源，則調(diào)試過程中的各種操作都不會(huì)導(dǎo)致控制閥的意外關(guān)閉。上位機(jī)對(duì)控制閥進(jìn)行操作的條件是:應(yīng)用程序投入正常運(yùn)行;能與下位機(jī)進(jìn)行正常通信、由值機(jī)人員按下相應(yīng)的關(guān)閥鍵。在上位機(jī)的開機(jī)、關(guān)機(jī)、掉電、出錯(cuò)時(shí)，不可能同時(shí)滿足這3個(gè)條件，因此，系統(tǒng)是安全的。

③防止控制閥卡死問題。預(yù)付費(fèi)控制系統(tǒng)中的大部分控制閥少發(fā)生動(dòng)作，有的計(jì)量點(diǎn)可能一年也不發(fā)生動(dòng)作。因此，閥芯總是停留在一個(gè)位置上，容易因流體中的水垢等異物而卡死，導(dǎo)致需要關(guān)閥的時(shí)候無法關(guān)斷。解決這一問題的方法是經(jīng)常讓閥芯動(dòng)一動(dòng)，例如在上位機(jī)中設(shè)計(jì)一個(gè)程序，定期由上位機(jī)送出一個(gè)將閥門關(guān)小的信號(hào)，并自動(dòng)記錄閥門動(dòng)作的實(shí)

際響應(yīng)數(shù)據(jù)，并由計(jì)算機(jī)判斷控制閥動(dòng)作是否正常。在試驗(yàn)中，閥門關(guān)小的程度應(yīng)以不影響用戶的使用為限。實(shí)現(xiàn)這一措施的基礎(chǔ)是閥門選用比例式電動(dòng)控制閥，并帶比例式閥位反饋。

④防止冷管開閥引起水擊的問題。冷管通汽應(yīng)遵循一定的程序，操作太急容易引起水擊，損壞設(shè)備。在預(yù)付費(fèi)控制系統(tǒng)中，業(yè)主單位可在控制閥旁邊設(shè)一臺(tái)通徑足夠小的旁通閥；冷管啟動(dòng)時(shí)，先開旁通閥暖管；暖管過程結(jié)束后，再開啟預(yù)付費(fèi)控制閥。預(yù)付費(fèi)閥關(guān)閉后，仍有旁通閥為下游提供微量的蒸汽，防止因管內(nèi)積水而導(dǎo)致預(yù)付費(fèi)閥重新打開時(shí)的水擊。

⑤儀表的故障診斷和診斷信息的管理。預(yù)付費(fèi)控制器和計(jì)量表計(jì)的正常運(yùn)行是預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)正常運(yùn)行的先決條件。因此，預(yù)付費(fèi)控制器和流量演算器均應(yīng)具備必要的故障診斷功能，并將診斷結(jié)果上傳至上位機(jī)，以顯示、報(bào)警和編制報(bào)警記錄。同時(shí)，儀表的液晶屏上也顯示診斷結(jié)果（代碼），從而提高了系統(tǒng)的可靠性。

2.2防**問題

用于貿(mào)易交接計(jì)量的表計(jì)偶爾會(huì)發(fā)生**事件，**的手法也很多。在現(xiàn)有的儀表中，已經(jīng)實(shí)施的防**策略有以下幾種。

①防止拉電**的策略。在計(jì)量箱內(nèi)的流量演算器帶有斷電記錄功能，能將計(jì)劃停電和有意拉電一次不漏地記錄下來。主電源掉電后，不間斷電源中的充放電控制器能送出一路干接點(diǎn)信號(hào)至流量演算器的開關(guān)量輸入口，然后經(jīng)數(shù)字通信口送至上位機(jī)，在監(jiān)視器上發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并作好事件記錄，以備查考。

②開箱門報(bào)警。在現(xiàn)場儀表箱內(nèi)配有行程開關(guān)，一旦箱門被打開，就有一路接點(diǎn)信號(hào)經(jīng)演算器送至上位機(jī)，進(jìn)行報(bào)警。

③防止通過上位機(jī)向下位機(jī)下載數(shù)據(jù)**。在預(yù)付費(fèi)控制系統(tǒng)中，上位機(jī)要對(duì)安裝在現(xiàn)場的控制閥進(jìn)行操作，就需從下位機(jī)（控制器）下載數(shù)據(jù)。如果流量演算器與控制器合而為一，就會(huì)引發(fā)用戶的憂慮:上位機(jī)既然可以下載控閥數(shù)據(jù)，為什么就不能下載與計(jì)量有關(guān)的數(shù)據(jù)呢？為了消除用戶的這一擔(dān)心，將控制器和流量演算器分為兩臺(tái)表。其中，用于計(jì)量的流量演算器申請授權(quán)機(jī)構(gòu)的檢定，檢定合格后加封印。

④防止通過修改與計(jì)量結(jié)果有關(guān)的數(shù)據(jù)**。在智能化的流量演算器中，有很多數(shù)據(jù)在輸入密碼之后都可以修改。儀表出廠后，為了防止掌握密碼的人員違規(guī)修改這些數(shù)據(jù)，在流量演算器中設(shè)有“關(guān)鍵數(shù)據(jù)修改記錄功能"。關(guān)鍵數(shù)據(jù)的每一次修改，都會(huì)形成一條黃色字跡的記錄，從而杜絕了這一**方法。

3安科瑞Acrelcloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)

3.1概述

AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺(tái)是安科瑞公司研制的與DDSY-1352單相電子式預(yù)付費(fèi)電能表及DTSY-1352三相電子式預(yù)付費(fèi)電能表配套的售電管理系統(tǒng)。另外可以選配遠(yuǎn)傳閥控水表組成水電一體預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)，達(dá)到先交費(fèi)后用水的目的，剩余水量用完自動(dòng)關(guān)閥。主要完成電能表/水表參數(shù)設(shè)置，商戶售電/售水管理及能耗管理工作，操作簡便，實(shí)現(xiàn)物業(yè)公司遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有良好的人機(jī)界面，能夠有效的統(tǒng)計(jì)和管理數(shù)據(jù)。安裝方便，是用電管理部門、商業(yè)廣場和物業(yè)小區(qū)，提高用電用水管理水平，解決收費(fèi)難問題的理想產(chǎn)品。

3.2應(yīng)用場所

本平臺(tái)適用于公寓出租戶、商業(yè)廣場、公寓酒店、物業(yè)小區(qū)、寫字樓、物流倉儲(chǔ)、高校、連鎖超市、智慧園區(qū)、農(nóng)貿(mào)市場等場所。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4系統(tǒng)功能

3.4.1房間監(jiān)控

清晰簡潔的展示所有房間狀態(tài)信息，所屬樓棟樓層，在線失連情況，費(fèi)用狀態(tài)等，進(jìn)入房間詳情可對(duì)房間當(dāng)前實(shí)時(shí)信息進(jìn)行查看，并可了解當(dāng)天用電量和使用金額情況，可對(duì)房間內(nèi)的電表進(jìn)行各種遠(yuǎn)程控制操作，比如開戶、電價(jià)設(shè)置，售電、退電、報(bào)警金額設(shè)置、分合閘操作等等。

3.4.2電戶開表

系統(tǒng)針對(duì)商鋪開戶不僅支持一戶一表，也支持一戶掛多表的需要;支持自定義電價(jià)方案，單一電價(jià)、尖峰平谷電價(jià)、階梯電價(jià)等:支持預(yù)先設(shè)置開戶信息后期一鍵開戶;支持設(shè)置電表合額告警默認(rèn)三級(jí)告警，告警金額和次也可以自定義，推送方式支持手機(jī)短信，APP推送，郵件、語音外呼、公眾號(hào)推送等。

3.4.3充電繳費(fèi)

可以對(duì)已開戶的電表進(jìn)行遠(yuǎn)程充值，電費(fèi)實(shí)時(shí)下發(fā)到電表。電表會(huì)根據(jù)電度走字實(shí)時(shí)扣除電費(fèi)同時(shí)系統(tǒng)也支持早臺(tái)計(jì)費(fèi)，金額下發(fā)到系統(tǒng)賬戶，到賬快速穩(wěn)定。

3.4.4財(cái)務(wù)管理

訂單總覽，包含系統(tǒng)里所有水電充值退費(fèi)記錄，以及物業(yè)費(fèi)扣費(fèi)流水記錄。收入概況，可以從日，月，年，時(shí)間跨度等不同維度統(tǒng)計(jì)水電費(fèi)收入情況，收入組成。

3.4.5報(bào)表

系統(tǒng)還提供了多個(gè)報(bào)表以供查詢。用電綜合報(bào)表，幫助財(cái)務(wù)統(tǒng)計(jì)每個(gè)月商鋪總用電量，尖峰平谷用電量以及電費(fèi)，能耗同比分析，可以比較每個(gè)月份與去年同期相比的用能差距。能耗日月年報(bào)表，按日，月，年三個(gè)不同維度查詢電表每個(gè)階段的用能情

3.4.6批量操作

為了方便用戶對(duì)大量儀表進(jìn)行管理和設(shè)置，可以在系統(tǒng)中新建批量操作任務(wù)，比如設(shè)置電價(jià)、電表控制、儀表設(shè)置、充值等，批量任務(wù)可以立即執(zhí)行，也可以定時(shí)執(zhí)行。

3.4.7自定義收費(fèi)方案

為了靈活應(yīng)對(duì)用戶多種多樣的收費(fèi)方案，比如物業(yè)費(fèi)，房租，服務(wù)費(fèi)等，系統(tǒng)支持用戶自定義收費(fèi)項(xiàng)目。收費(fèi)方式可設(shè)置直接從賬戶扣除或者生成催繳賬單，可設(shè)置周期性收費(fèi)或者一次性收費(fèi)，可以按固定金額收費(fèi)或者按房間面積換算等等。

3.4.8公共區(qū)域用電分?jǐn)?/span>

選擇某塊表為主表，然后分配關(guān)聯(lián)子表，系統(tǒng)每個(gè)月自動(dòng)將主表的用電按比例換算成電費(fèi)從子表中扣除，這樣可以剩余人工統(tǒng)計(jì)的麻煩。公攤方式多樣，可以根據(jù)比例公攤，按房間面積公攤，按用量公排，收費(fèi)方式有直接扣費(fèi)或者生成維費(fèi)賬單。

3.4.9公眾號(hào)在線支付

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

3.5系統(tǒng)硬件配置

4結(jié)束語

能源預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)集成了能源計(jì)量、數(shù)據(jù)采集和能源供應(yīng)控制三大功能，實(shí)現(xiàn)了能源計(jì)量、數(shù)據(jù)及時(shí)傳送、欠費(fèi)關(guān)停的功能。1C卡的使用能有效防止偷氣，保障了計(jì)量的公平公正，并大大減少了人工抄表的費(fèi)用。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用了一些智能化的方法，能夠確保用戶不發(fā)生意外停汽，保障安全用氣。該系統(tǒng)在供能區(qū)域得到了廣泛使用，用戶反響良好。

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[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版．

作者簡介

李明君，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)轭A(yù)付費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用