基于無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗砑夹g(shù)探討

賴曙光

深圳市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司 深圳 518000

摘要：根據(jù)家用燃?xì)獗砑夹g(shù)現(xiàn)狀，提出基于無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗砑夹g(shù)設(shè)想，討論了物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗硐到y(tǒng)方案的技術(shù)路線、系統(tǒng)架構(gòu)、結(jié)構(gòu)原理和技術(shù)特點(diǎn)，闡述了計(jì)量采集、數(shù)據(jù)傳輸、閥門控制和配置與顯示等幾大功能的要求，并對(duì)關(guān)鍵的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)參數(shù)提出建議。

關(guān)鍵詞：天然氣；流量表；物聯(lián)網(wǎng)；遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)

一、家用燃?xì)獗砑夹g(shù)現(xiàn)狀

燃?xì)饬髁坑?jì)是管道天然氣企業(yè)與用戶之間用氣量結(jié)算的基本工具。家用流量計(jì)一般采用膜式燃?xì)獗頌榛?，其機(jī)械讀數(shù)為計(jì)量的原始依據(jù)，在傳統(tǒng)抄表方式中，最簡單的方式是人工上門抄錄基表讀數(shù)，這在人員成本、抄表率、準(zhǔn)確率和可控性等方面都存在較大缺點(diǎn)。為此，很多天然氣企業(yè)逐步在基表上開發(fā)應(yīng)用IC卡預(yù)付費(fèi)表、智能遠(yuǎn)傳表系統(tǒng)能夠和自動(dòng)遙讀抄表系統(tǒng)等新的計(jì)量設(shè)備和技術(shù)，取得很大的進(jìn)步，但是就綜合表現(xiàn)以及與現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件和社會(huì)要求的差距來看，這些設(shè)備模式仍然在技術(shù)、管理、成本等方面存在不少問題。以最新式的無線智能燃?xì)獗頌槔?，其主要不足在于?/p>

1.網(wǎng)絡(luò)化的建立復(fù)雜，需要中繼器、集散器等多個(gè)中間設(shè)備；

2.可以對(duì)燃?xì)獗磉M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，但需要人工干預(yù)，且不能實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制閥門；

3.無法做到實(shí)時(shí)調(diào)價(jià)；

4.不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上支付；

5.信號(hào)穩(wěn)定性不足，非受控；

6.運(yùn)行維護(hù)成本較高等。

為全面提升氣量結(jié)算水平，需要對(duì)表計(jì)技術(shù)、抄錄方式、結(jié)算流程和管理模式等進(jìn)行系統(tǒng)考慮，并充分運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)思維，深入結(jié)合方興未艾的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開辟燃?xì)庥?jì)量技術(shù)新模式。其中，物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗硎谴砟壳凹夹g(shù)發(fā)展趨勢的一項(xiàng)新興概念，一些天然氣供氣企業(yè)和表計(jì)設(shè)備廠商開展了研究和試驗(yàn)。本文對(duì)基于無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗砑夹g(shù)進(jìn)行探討。

二、物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗硐到y(tǒng)方案

1.技術(shù)路線

通過采用穩(wěn)定可靠移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)（如移動(dòng)、聯(lián)通或電信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)），實(shí)現(xiàn)燃?xì)獗矶藬?shù)據(jù)直接傳送到后臺(tái)管理服務(wù)中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程閥門控制、氣價(jià)實(shí)時(shí)調(diào)整及按需求前后臺(tái)預(yù)付費(fèi)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上支付，并為燃?xì)膺\(yùn)營數(shù)據(jù)預(yù)測提供可靠依據(jù)。

2.系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)由物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗砗腿細(xì)膺\(yùn)營平臺(tái)等2大部分組成。在日常使用中，物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗戆从脩粼O(shè)置要求，定時(shí)自動(dòng)發(fā)送表計(jì)信息給燃?xì)膺\(yùn)營平臺(tái)的數(shù)據(jù)服務(wù)器，表計(jì)信息可以包括：當(dāng)前流量、累計(jì)流量、表計(jì)運(yùn)行狀態(tài)（如閥門狀態(tài)、表計(jì)事件、電池量等）。通信方式為：表內(nèi)裝置GPRS模塊，通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)或是專用網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送，數(shù)據(jù)服務(wù)器收到指令后返回應(yīng)答數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向通訊。用戶可以通過網(wǎng)上銀行、第三方支付等方式進(jìn)行實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)充值。服務(wù)器充值成功后，通過短信服務(wù)平臺(tái)將充值成功的信息反饋給用戶的手機(jī)中。數(shù)據(jù)服務(wù)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可為燃?xì)馐褂玫墓╀N差和用氣數(shù)據(jù)預(yù)測提供依據(jù)。

三、結(jié)構(gòu)原理和技術(shù)特點(diǎn)

物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗淼目刂破髦饕蓴?shù)據(jù)采集（光電轉(zhuǎn)換模塊）、液晶顯示、閥門控制、移動(dòng)通訊模塊（GPRS）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、電源管理模塊、報(bào)警器接口、功能按鈕等模塊組成，如下圖所示。

圖1 控制器結(jié)構(gòu)

其技術(shù)特點(diǎn)主要包括：

1.內(nèi)外磁鋼傳動(dòng)。表內(nèi)采用永久性磁性材料，永不退磁并保證足夠的傳遞扭矩，確保磁性傳動(dòng)的長久性和可靠性。

2.雙數(shù)據(jù)采樣方式：雙脈沖采樣、光電直讀采樣。其中光電直讀采用了透射式光電編碼原理，通過紅外透射感應(yīng)并編碼，確保讀數(shù)直接可靠，不與計(jì)數(shù)器機(jī)械接觸，僅需瞬間供電且不受磁場干擾。

3.高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。控制器必須內(nèi)置高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘，為歷史數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)傳輸控制提供前提。

4.通訊模塊采用移動(dòng)GPRS、聯(lián)通WCDMA或電信CDMA2000等公共通信網(wǎng)絡(luò)，確保傳輸可靠穩(wěn)定。

5.數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行加密封裝，確保保密性。

四、功能設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗淼暮诵墓δ軕?yīng)包括計(jì)量采集、數(shù)據(jù)傳輸、閥門控制和配置與顯示等幾大功能：

1.數(shù)據(jù)采集和保存。可自動(dòng)采集機(jī)電傳感器上的脈沖信號(hào)，采用雙干簧管的采樣方式并防止干擾；歷史數(shù)據(jù)應(yīng)最少保存連續(xù)6個(gè)月每天的數(shù)據(jù)，并且能長期保存，不受低電壓、掉電、更換電池等外界干擾影響。

2.數(shù)據(jù)上傳包括定時(shí)上傳和人工上傳2種方式。當(dāng)表內(nèi)時(shí)鐘運(yùn)行達(dá)到系統(tǒng)設(shè)置的時(shí)間點(diǎn)時(shí)自動(dòng)上傳相關(guān)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；用戶也可以在在任何時(shí)間點(diǎn)通過表上的功能按鈕激活上傳實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并獲取相關(guān)命令。

傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容主要包括：表計(jì)的通信號(hào)（與ID對(duì)應(yīng)）、表計(jì)時(shí)間、系統(tǒng)版本、流量讀數(shù)、表內(nèi)閥門狀態(tài)、電池電壓、信號(hào)強(qiáng)度和表技防護(hù)狀態(tài)等。

為避免大批量同時(shí)傳輸?shù)膿砣?，可根?jù)ID號(hào)劃分成若干發(fā)送單元，錯(cuò)時(shí)（如相隔5分鐘）發(fā)送。

3.閥門控制。對(duì)閥門能進(jìn)行遠(yuǎn)程開、關(guān)控制和防護(hù)是有效實(shí)現(xiàn)表計(jì)管理的重要前提，其中，通過后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)遠(yuǎn)程關(guān)閉閥門、杜絕用戶手動(dòng)開啟，達(dá)到解決用戶欠費(fèi)和配合后臺(tái)預(yù)付費(fèi)功能；后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)發(fā)出遠(yuǎn)程開閥指令后，用戶再通過人工按鈕觸發(fā)開閥。

當(dāng)遇到閥門故障時(shí)，閥門未能正常關(guān)閉，表計(jì)仍然能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)采樣和處理，通過內(nèi)部常置電池仍然能保持?jǐn)?shù)據(jù)正常采集。

當(dāng)表計(jì)檢測到連續(xù)幾天不用氣、或上傳數(shù)據(jù)不成功則會(huì)自動(dòng)關(guān)閥。

當(dāng)主電池電壓低于設(shè)定提示值時(shí)，顯示“電量不足”的字符，并自動(dòng)發(fā)送信息給后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)；如果低于設(shè)定關(guān)閥值時(shí)，應(yīng)提示后關(guān)閉閥門。

4.配置與顯示。用戶能在線配置通信參數(shù)（如IP地址、數(shù)據(jù)端口等），在線配置數(shù)據(jù)上傳時(shí)間（包括以天為周期和以月為周期定時(shí)上傳）；當(dāng)表計(jì)數(shù)據(jù)上傳時(shí)，后臺(tái)系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算用戶的剩余金額并與當(dāng)時(shí)的單價(jià)一起返回給表計(jì)。

表計(jì)液晶處于常顯示方式，通過功能按鈕，可查看內(nèi)容包括：剩余金額或氣量、氣價(jià)、表內(nèi)時(shí)間、通信號(hào)等。

當(dāng)剩余金額或氣量為零時(shí)，系統(tǒng)會(huì)以短信形式告知用戶，做出關(guān)閥處理。當(dāng)然，在關(guān)閥前，企業(yè)可以設(shè)置一定的提前量或給予一次性透支量，給出提示以方便用戶。

五、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和主要指標(biāo)

1.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?；響?yīng)執(zhí)行膜式煤氣表國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T6968-2011 《膜式煤氣表》中1.5級(jí)表要求進(jìn)行生產(chǎn)，并根據(jù)JJG577-2012《膜式煤氣表檢定規(guī)程》予以檢定；同時(shí)，遵循JG-T-162-2009《住宅遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)》、CJ/T188-2004《戶用計(jì)量儀表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件》和《社區(qū)能源計(jì)量抄收系統(tǒng)規(guī)范 》等標(biāo)準(zhǔn)。

2.主要的指標(biāo)參數(shù)如下：

指標(biāo) 單位 參數(shù)

公稱流量 m/h 1.6 2.5 4

最大流量 m/h 2.5 4 6

最小流量 m/h 0.016 0.025 0.04

計(jì)量等級(jí) 級(jí) 1.5

基本誤差限 % Qmin≤Q<0.1Qmax時(shí)±3，0.1Qmax≤Q≤Qmax時(shí)±1.5

最大累計(jì)量 m 99999.999

最大工作壓力 kPa 10

總壓力損失 Pa ≤250

密封性 kPa 20kPa壓力下3min內(nèi)不泄漏

字輪最小讀數(shù) dm 0.2

使用溫度 ℃ -10～+50

工作電壓 V DC 5.0V～7.0V

工作電流

（平均） mA ≤90

采樣方式 雙干簧管/光電直讀

閥門可靠性 連續(xù)開關(guān)次數(shù)不小于10000次

一次抄表成功率 ≥98.5%

數(shù)據(jù)抄讀準(zhǔn)確率 ≥99%

參考文獻(xiàn)：

[1]戴嗣英.無線抄表技術(shù)在燃?xì)庑袠I(yè)的應(yīng)用[J]；上海計(jì)量測試；2010年03期

[2]葛東，張國海.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用J.價(jià)值工程，2012（7）