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。對于以蒸汽為介質(zhì)的供熱系統(tǒng)，計(jì)量的對象為蒸汽的質(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，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，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、公眾號推送等。

3.4.3充電繳費(fèi)

可以對已開戶的電表進(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公眾號在線支付

用戶可以在微信小程序或者微信公眾號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