淺析基于無線網絡的預付費系統在企業用能領域的應用

李明君

（安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801）

【摘要】能源供應預付費系統與家用能源供應預付費系統的主要差別是: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。針對能源供應的安全可靠性要求，研發了IC卡預付費系統。一個完整的能源預付費系統由售卡制卡子系統、能源計量子系統、預付費控制子系統、預付費監控子系統以及各子系統之間的傳輸介質組成。其中預付費控制子系統包含IC卡讀卡器、預付費控制器、控制閥和輔助設備。售卡制卡子系統的軟件應包括操作員密碼驗證（總貌畫面）、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。能源預付費系統集成了能源計量、數據采集和能源供應控制三大功能，實現了能源計量、數據及時傳送、欠費關停的功能。該系統已在供能區域得到了廣泛使用，用戶反響良好。

【關鍵詞】智能電網；能源；無線通信；可靠性；預付費系統；數據采集；監控

0引言

近年來，能源預付費系統的蓬勃發展對量大面廣的能源供應網意義非凡。該系統不僅節省了上門抄表的人工成本，而且改后付費為預付費，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。能源預付費系統的發展促進了能源計量表計和控制設備的發展，具有預付費管理和控制功能的預付費水表、電表、燃氣表應運而生。消費者從售卡處購得1C卡或進行充值，然后將費用存入表計，使閥門自動開啟后進行供水或供氣。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，但是對于一個工業制造企業就不那么簡單了。尤其是在工業爐窯以及化工生產過程中，突然中斷能源供應易引發事故。本文針對能源供應的安全可靠性要求，研發了IC卡預付費系統。

1能源預收費系統的組成

能源預付費系統由5個基本部分組成:售卡、制卡子系統，能源計量子系統，預付費控制子系統，預付費監控管理子系統和各系統之間的傳輸介質，如圖1所示。

1.1售卡、制卡子系統

售卡、制卡子系統一般安裝在財務部門或熱網管理站的財務專員處。其硬件包括非接觸式IC卡讀寫器和與之相連的PC機。軟件界面包括操作員密碼驗證(總貌畫面）、權限管理、單位檔案管理、IC卡初始化、IC卡充值、操作痕跡查詢等界面。

1.2能源計量子系統

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

按照標準，蒸汽計量系統的準確度應達到±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預付費控制子系統

預付費控制子系統由預付費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，一般都安裝在現場便于操作的地點。

預付費控制器應具有下列基本功能。

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

②1C卡充值記錄畫面。每一次在控制箱讀卡器上刷卡充值時，如果充值成功便形成一條充值記錄。記錄內容包括:充值日期、時間、充入金額。通過操作控制器面板，可查詢全部充值記錄。

③預付費主顯示畫面。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前的蒸汽單價。該畫面還顯示累積流量和控制閥的當前開度。

④自動關閥。當余額為0時，控制器(或計算機）自動關閥。

⑤故障診斷代碼。

1.4數據采集與監控子系統

該系統是整個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，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行監視，并在余額不多時，分別提前三天、兩天和一天自動發出提示短信：在所剩金額為0時，通過計算機關閉現場控制閥或由現場預付費控制器自動關閉能源控制閥。監控站計算機的畫面可以很豐富，一般有檢測控制點地理分布畫面、動態流程圖畫面、計量數據密集顯畫面、計量數據歷史曲線畫面、管損趨勢圖畫面、同比分析畫面、事件報告畫面、統計報表畫面和收費通知單制作畫面，在有關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，還要有費用管理畫面和控制閥操作畫面。

2系統設計關鍵問題研究

2.1可靠性問題

安全性和可靠性設計是預付費系統的關鍵。

①系統不因主電源掉電和控制線路斷線而意外關閥。主電源上電和掉電時，電動控制閥的閥門能保持原有閥位，不會自行關閥;控制線斷線后也不會自行關閥。

②上位機開機/關機、系統調試，均不應引起控制閥關閉。在系統正式投入控制之前，關閉控制閥電源，則調試過程中的各種操作都不會導致控制閥的意外關閉。上位機對控制閥進行操作的條件是:應用程序投入正常運行;能與下位機進行正常通信、由值機人員按下相應的關閥鍵。在上位機的開機、關機、掉電、出錯時，不可能同時滿足這3個條件，因此，系統是安全的。

③防止控制閥卡死問題。預付費控制系統中的大部分控制閥少發生動作，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位置上，容易因流體中的水垢等異物而卡死，導致需要關閥的時候無法關斷。解決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程序，定期由上位機送出一個將閥門關小的信號，并自動記錄閥門動作的實

際響應數據，并由計算機判斷控制閥動作是否正常。在試驗中，閥門關小的程度應以不影響用戶的使用為限。實現這一措施的基礎是閥門選用比例式電動控制閥，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。在預付費控制系統中，業主單位可在控制閥旁邊設一臺通徑足夠小的旁通閥；冷管啟動時，先開旁通閥暖管；暖管過程結束后，再開啟預付費控制閥。預付費閥關閉后，仍有旁通閥為下游提供微量的蒸汽，防止因管內積水而導致預付費閥重新打開時的水擊。

⑤儀表的故障診斷和診斷信息的管理。預付費控制器和計量表計的正常運行是預付費系統正常運行的先決條件。因此，預付費控制器和流量演算器均應具備必要的故障診斷功能，并將診斷結果上傳至上位機，以顯示、報警和編制報警記錄。同時，儀表的液晶屏上也顯示診斷結果（代碼），從而提高了系統的可靠性。

2.2防**問題

用于貿易交接計量的表計偶爾會發生**事件，**的手法也很多。在現有的儀表中，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。主電源掉電后，不間斷電源中的充放電控制器能送出一路干接點信號至流量演算器的開關量輸入口，然后經數字通信口送至上位機，在監視器上發出報警信號，并作好事件記錄，以備查考。

②開箱門報警。在現場儀表箱內配有行程開關，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**。在預付費控制系統中，上位機要對安裝在現場的控制閥進行操作，就需從下位機（控制器）下載數據。如果流量演算器與控制器合而為一，就會引發用戶的憂慮:上位機既然可以下載控閥數據，為什么就不能下載與計量有關的數據呢？為了消除用戶的這一擔心，將控制器和流量演算器分為兩臺表。其中，用于計量的流量演算器申請授權機構的檢定，檢定合格后加封印。

④防止通過修改與計量結果有關的數據**。在智能化的流量演算器中，有很多數據在輸入密碼之后都可以修改。儀表出廠后，為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“關鍵數據修改記錄功能"。關鍵數據的每一次修改，都會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預付費水電云平臺

3.1概述

AcrelCloud-3200預付費水電云平臺是安科瑞公司研制的與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系統。另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預付費系統，達到先交費后用水的目的，剩余水量用完自動關閥。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，實現物業公司遠程實時操作實時監控，具有良好的人機界面，能夠有效的統計和管理數據。安裝方便，是用電管理部門、商業廣場和物業小區，提高用電用水管理水平，解決收費難問題的理想產品。

3.2應用場所

本平臺適用于公寓出租戶、商業廣場、公寓酒店、物業小區、寫字樓、物流倉儲、高校、連鎖超市、智慧園區、農貿市場等場所。

3.3系統結構

3.4系統功能

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，并可了解當天用電量和使用金額情況，可對房間內的電表進行各種遠程控制操作，比如開戶、電價設置，售電、退電、報警金額設置、分合閘操作等等。

3.4.2電戶開表

系統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;支持自定義電價方案，單一電價、尖峰平谷電價、階梯電價等:支持預先設置開戶信息后期一鍵開戶;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，推送方式支持手機短信，APP推送，郵件、語音外呼、公眾號推送等。

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。電表會根據電度走字實時扣除電費同時系統也支持早臺計費，金額下發到系統賬戶，到賬快速穩定。

3.4.4財務管理

訂單總覽，包含系統里所有水電充值退費記錄，以及物業費扣費流水記錄。收入概況，可以從日，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

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

3.4.6批量操作

為了方便用戶對大量儀表進行管理和設置，可以在系統中新建批量操作任務，比如設置電價、電表控制、儀表設置、充值等，批量任務可以立即執行，也可以定時執行。

3.4.7自定義收費方案

為了靈活應對用戶多種多樣的收費方案，比如物業費，房租，服務費等，系統支持用戶自定義收費項目。收費方式可設置直接從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面積換算等等。

3.4.8公共區域用電分攤

選擇某塊表為主表，然后分配關聯子表，系統每個月自動將主表的用電按比例換算成電費從子表中扣除，這樣可以剩余人工統計的麻煩。公攤方式多樣，可以根據比例公攤，按房間面積公攤，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。

3.5系統硬件配置

4結束語

能源預付費系統集成了能源計量、數據采集和能源供應控制三大功能，實現了能源計量、數據及時傳送、欠費關停的功能。1C卡的使用能有效防止偷氣，保障了計量的公平公正，并大大減少了人工抄表的費用。所設計的系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。該系統在供能區域得到了廣泛使用，用戶反響良好。

參考文獻

[1]紀綱.蒸汽流量測量的常用方法[J].世界儀表與自動化,2009(1)：33-37.

[2]于陽，紀綱，徐華東.GILFLO流量計在蒸汽計量中的應用[J].上海計量測試，2008(2):19-22.

[3]紀綱，蔡武昌.流量演算器[J].自動化儀表，2000,21(9):20-25.

[4]韓鵬,周圍，何志俊，紀波峰，紀綱.用能單位能源供應預付費系統[J].自動化儀表，2017(2):93-95

[5]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版．

作者簡介

李明君，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為預付費系統的設計與應用