物联网智能燃气解决方案设计.docx
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物联网智能燃气解决方案设计
物联网智能燃气解决方案
一、系统方案
1.技术路线
通过采用稳定可靠的移动（移动、联通、电信）无线网络平台能够实现燃气表端数据直接传送到后台管理服务中心，实现远程阀门控制、用气状态监控、阶梯气价实时调整以及数据分析，异常报警等功能。
结合手机APP软件可以完成远程充值、实时互动等功能，为燃气公司的燃气运营数据预测提供了可靠的数据依据。
2.系统架构
系统由物联网燃气表、燃气运营云平台等组成，在日常使用过程中，物联网智能燃气表每天自动把计量与表的运行状态（电池电量、阀门状态、恶意对表具攻击等）信息，通过自带的
GPRS/CDMA模块利用移动互联网直接发送给云平台，云平台收到数据后将返回一个应答数据，从而能够实现双向通讯。
用户可以通过移动APP、便利店、网上银行进行实时网络充值，同时用户通过移动APP可以与燃气公司做到实时互动。
后台系统通过每天自动的数据收集将为燃气使用的供销差和用气数据预测以及异常情况报警提供准确的数据依据，系统架构如下图所示。
二、方案特点
1.运营管理
◆系统自动完成抄表、收费、报表生成等业务，降低燃气公司的运营成本投入，提高智能化管理水平
◆可灵活的选择预付费或后付费缴费模式
◆采用金额结算，支持阶梯气价（4阶5价），能够方便快捷的实现阶梯气价的调整
◆支持多种付费方式：
网上付费，营业厅付费，移动付费（微信、支付宝、银联）
◆最终用户通过手机APP能够及时了解家庭的用气信息，同时可与燃气公司实时互动
◆具备丰富的报表功能，支持个性化定制需求
2.实时监控
◆能够对燃气表进行实时监控，掌控表具的计量信息与运行状态
◆可远程阀门控制
3.报警功能
◆支持多种报警方式：
系统报警提示，短信报警功能等
◆能够与燃气泄漏报警器进行联动，保证燃气用气安全，并将报警信息及时的发送到数据服务中心，数据服务中心通过短信平台及时提醒用户
◆表端异常实时报警，如阀门直通、电量不足、燃气泄漏等
4.大数据分析
◆能够及时准确的提供燃气表的相关数据，为供销差统计分析提供数据基础
◆按照不同的筛选条件（地区、时间段、用气类型等），获取相应的用气数据报表
◆支持大数据处理，可轻易实现各种数据的对比，以及数据的深度挖掘
5.技术优势
◆专用的传输通道（物联网号），保证了数据安全和通信可靠性
◆信号覆盖范围广并非常稳定，抄表不再受距离的限制，一次抄表成功率＞98.8%
◆表具具备防逆转、防逆通气功能
◆表具符合IP65防护等级，并且具有宽温工作范围（-25℃～+55℃）
◆系统采用B/S架构，方便维护与升级
◆支持大并发处理，单台数据采集服务器同时并发处理2万台表，可以保证600万台表的通信、结算及日常运营管理
◆数据安全保障：
本地独立服务器备份，异地容灾备份；磁阵存储技术，硬盘坏了数据也不会丢失；加密机存储技术，数据加密存储，数据被盗也无法查看明文信息；服务器监控技术，应用和服务器宕机监控，故障报警通知，及时处理
三、方案优势
1.信号稳定覆盖范围广
物联网系统采用的是移动公网（移动、电信、联通），信号非常稳定且覆盖范围广，使得抄表、监控等远程操作非常稳定可靠且不受距离的限制。
随着运营行业的发展，流量资费已经越来越低，已经完全具备应用到公共事业数据传输的可行性。
物联网系统使用公网流量的方式来实现“表端”到“服务器端”的“端到端”的直接通信：
简单、稳定、可靠。
端对端的模式没有第三方环节使得通信更加稳定可靠。
2.大数据分析与预测
物联网系统根据用气属性每天都会统计用气信息，可做到用气数据实时掌握！
按照客户类型、管辖关系的消费量分析；按照价格的能源流向分析；按照时段的能源需求分布统计。
通过按照时间、区域、类型可检索分析客户的数量、比例、增长率、衰退率了解和预测趋势走向、为未来提供决策参考。
通过时间维度查看以客户类型、区域关系查看客户的消费量统计以及同期对比情况。
3.实时监控
表具会主动的把表具的计量信息（每天的用气量）表状态信息（电量状态、阀门状态、信号质量）等上传到后台系统以达到监控的效果
4.阶梯气价
物联网系统采用的是“后台预付”的模式，结算的过程与表具分离（类似于手机的消费模式，话费是后台系统扣除的与手机无关）。
表具主动的把每天的用气量上传到后台系统，后台系统根据现行的阶梯气价的价格体系进行结算。
在此模式下工作人员通过简单的系统设置就可以实现阶梯气价的多种方案，同时调价工作变得异常简单只需要修改系统上的数据就即可与表具无关；系统还支持批量调价与单台设备的调价。
在表具与结算功能的分离得情况下，用户再也不用担心因表具功能考虑不周而造成的不能满足后期复杂多变的阶梯气价的情况，如果价格体系发生了巨变，则只需要升级后台程序即可。
5.报警设置与异常判定
表具上传表具的运行状态后，后台系统就可以通过报警条件的设置自动的产生报警信息，比如余量不足、电量不足、泄露报警（与泄露报警器联动）、用气异常等。
这些报警信息还可以与短信平台、微信平台等移动平台结合及时的推送给用户，图7是后台报警信息参数设置界面。
表具上传的报警信息量是巨大的，人工逐台的查看并判断异常情况已不现实，物联系统的后台系统已经对异常情况进行了统计分类（阀门异常、电量异常、用气异常等），你只需要设置筛选条件如：
小区、时间段、表具类型、用气类型、异常分类等条件后，系统会自动生成报表以供查看，报表都可以以EXCEL的方式导出方便后续处理。
实时互动
基于云客服平台帮助燃气企业低成本、快捷地建立多渠道全业务客户服务中心。
支持电话、微信、支付宝服务窗、掌厅、网厅、微博等主流渠道。
用户可经由上述渠道，便捷的实现与燃气公司的业务互动。
用户通过移动APP或微信平台可以远程缴费、用气信息查询、阶梯气价执行情况查询、故障报修等功能。
燃气公司通过移动APP或微信公众号实现基于知识库的自动服务应答，减少人工客服量，节省成本，提高效率。
同时，云客服平台针对燃气公司，可以解决欠费查询、费用缴纳、预存、代扣、自报表读数等客户服务，以及欠费催缴等各类信息推送，节省客服总体成本，有效引流聚集客户量。
6.支持机械表的在线抄表
云客服系统支持普通机械表的用户在线拍照抄表，缴费，节省了燃气公司的抄表投入、方便用户缴费、免打扰！
7.数据安全可靠
采用了64位的动态加密算法（DES），数据在传输过程中，传输数据包完整可靠保密性强，
保证了数据的安全可靠。
8.表具特性
防护等级：
采用迷宫式设计满足IP65等级；
供电方式：
采用内部1节锂电、外部4节碱性电池的双电源供电方式，碱性电池使用寿命>12个月（每天上传一次数据）、锂电池使用寿命>10年，用户可自行更换碱性电池；
防泄漏：
可以与燃气泄漏报警器联动，当接受到报警器泄漏信号时会立即关闭阀门，并执行联网操作把报警信息直接上传到后台系统；
防反接、防逆流：
采用专利技术，当表计反接或出现逆流的情况下，气源会自动切断而与阀门是否开启无关从而实现防反接、防逆流的功能；
通信号段：
采用移动的专用物联网号段（M2M），13位号码与手机使用的号段分离，保证通信的安全与带宽。
四、物联网燃气表技术说明
1.技术标准
※膜式燃气表国家标准GB/T6968-2011《膜式燃气表》
※中华人民共和国国家计量检定规程JJG577-2012《膜式煤气表检定规程》
※中华人民共和国国家计量技术规范JJF1354-2012《膜式燃气表型式评价大纲》
※JG/T162-2009《住宅远传抄表系统》
※CJ/T188-2004《户用计量仪表数据传输技术条件》
※Q/JK008-2014《无线远传膜式燃气表》
2.结构原理
物联网燃气表的控制器主要由数据采集、液晶显示、阀门控制、移动通讯模块（GPRS）、实时时钟、电源管理模块、报警器接口、功能按钮等模块组成，如下图所示。
3.技术特点
3.1内外磁钢传动
采用永久性磁性材料，永不退磁并保证足够的传递扭矩，确保磁性传动的长久性和可靠性。
3.2板载采样
在行业第一个采用板载取样技术，完全脱离数码轮加工与防护工艺，将取样取件放置在线路板上，提高了产品质量和生产自动水平，并且由于板载取样结构更加精密，区域缩小，对于外部磁干扰检测能力有明显的增强。
3.3唯一标示
根据既定的条码规则，每个燃气表出厂后都会有唯一ID的编号，确保了燃气表的抄表正常，方便用户建立管理档案。
3.4高精度的实时时钟
控制器的内部配备了高精度的实时时钟，能够准确的实现万年历计算，为历史数据和准确的控制数据传输提供了基础。
3.5通讯性能稳定可靠
采用高品质的移动通讯模块，通过中国移动、中国联通、中国电信等公共通信网络，利用数据方式（GPRS/CDMA2000/WCDMA）确保了数据的可靠稳定的传输。
3.6防潮保护
基表与塑料壳底座和塑料壳底座与塑料上壳体之间均采用了迷宫式的设计，大大提高了防水/防尘的等级，可达到IP65。
3.7数据安全可靠
采用了64位的动态加密算法（DES），数据在传输过程中，数据包完整可靠保密性强，保证了数据的安全可靠。
3.8低功耗
各元器件均采用了超低功耗的产品，保证电池的使用寿命。
4.主要参数
公称流量
m³/h
1.6
2.5
4
最大流量
m³/h
2.5
4
6
最小流量
m³/h
0.016
0.025
0.04
计量等级
级
1.5
基本误差限
Qmin≤Q＜0.1Qmax时±3
0.1Qmax≤Q≤Qmax时±1.5
最大累计量
m³
99999.999
最大工作压力
kPa
10
总压力损失
Pa
≤250
密封性
kPa
输入1.5倍最大工作压力的空气，历时3min不泄露
防爆标准
EXibIIBT3Gb
字轮最小读数
dm³
0.2
机械读数窗口
有
液晶显示面板
有
使用温度
℃
-25～+50
介质条件
各类燃气、空气、无腐蚀性气体
进出气管螺纹
Mm
M30×2
进出气管中心距
Mm
130
外廓尺寸
Mm
H227xW210xD164
重量
Kg
2.24
供电方式
4节碱性电池（外）+1节锂电（内）
电池使用年限
锂电池，使用寿命大于10年
碱性电池，使用寿命大于1.5年
工作电压
V
DC5.0V～7.0V
工作电流（平均）
mA
≤90
静态电流
uA
≤20
采样方式
双脉冲
阀门控制
有
阀门可靠性
连续开关次数不小于10000次
关阀时间
S
＜0.5
阀门工作电压范围
V
2.5~7.0
时钟误差
s/月
＜10
防护等级
IP65
通讯方式
GPRS（数据流）
一次抄表成功率
≥98.5%
数据抄读准确率
≥99.9%
5.主要功能
5.1数据采集
采用双脉冲的采样方式，可自动采集机电传感器上的脉冲信号，利用专利的技术算法进行防抖，具有单边干扰和双边干扰防护功能。
当发生单边干扰或双边干扰时阀门会立即关闭，干扰状态解除后用户可以通过功能按钮开启阀门。
5.2数据上传方式
定时上传方式（自动抄表）
当物联网智能表内部时钟运行达到系统设置要求数据上传的时间点时，表具主动上传表具相关实时数据，并获取相关命令。
5.2.1人工上传方式（实时充值）
在任何时间点，用户都可通过按物联网表具中的功能按钮，触发表具实时联网，上传数据并获取相关命令。
5.3防反接、防逆流
采用专利技术，当表计反接或出现逆流的情况下，气源会自动切断而与阀门是否开启无关从而实现防反接、防逆流的功能。
5.4远程关阀
可通过后台服务系统远程关闭阀门，当阀门关闭后，用户不能通过功能按钮来开启，只能通过“远程开阀”方式来开阀。
5.5远程开阀
可通过后台服务系统远程使能开阀，表具接收到使能开阀命令后不会自动开阀，必须通过人工触发功能按钮来开阀，从而保证用气的安全。
5.6防死阀
当遇到阀门故障时，阀门未能正常关闭，表具仍然能够保持数据采集和处理，并立即上传给后台服务系统。
5.7阶梯气价与调价
阶梯气价系统包括4级阶梯气量，5个阶梯价格。
在阶梯气价开启时，1个周期内表内周期累积气量如果大于1级阶梯气量则使用价格2，如果大于2级阶梯气量则使用价格3以此类推，当一个阶梯周期结束后自动进入一个新的周期。
阶梯周期以月为单位，当周期设置为1个月时，则实施月阶梯气价策略，当周期设置为
12个月时，则实施年阶梯气价策略，周期长度、起始时间客户可根据自身的需求而定。
调价功能是通过过修改后台的的价格数据来实现的，支持批量的修改，也支持单台表的修改方便、快捷、安全。
5.1余量不足报警
当表上的剩余量低于报警量时（根据需要报警量可在后台系统设置合适的值）表计每用
0.1方气LED灯闪烁一次同时液晶上显示“余量不足”来提醒用户及时购气。
当后台系统监测到表计处于“余量不足”的状态时根据后台系统的设置利用短信平台发送短信来提醒用户及时购气。
5.9液晶显示
液晶平时显示的是用户的“剩余量”，通过功能按钮用户可以依次查看“单价”、“累计量”、
“表号”、“表内时钟”等信息。
5.10双电源供电系统
表具采用内部1节锂电和外部4节碱性电池的双电源供电方式，碱性电池使用寿命>12个月（每天上传一次数据）、锂电池使用寿命>10年。
用户可自行更换碱性电池。
碱性电池工作时锂电不工作，碱性电池为系统中所有的模块供电，比如GPRS模块，阀门
控制模块等。
锂电池只为时钟模块供电，在没有碱性电池的情况下维持表具时钟正常工作。
5.11电池监控
当碱性电池电压低于设定的“欠压电压值”液晶面板会显示“电量不足”的字符，并自动的发送一次数据给后台系统，后台系统根据设置发送短信给用户提醒用户更换电池。
当碱性电池电压低于设定的“关阀电压值”时自动关闭阀门。
更换碱性电池后恢复正常，按下功能按钮阀门开启。
拆掉碱性电池后，燃气表自动关闭阀门，同时关闭液晶显示。
重新装上电池且电压高于规定阀值后，按下功能按钮阀门开启，恢复显示。
5.12历史数据保存
表具可保存连续12月每天的数据。
5.13获取指定月份的数据
客户根据需求通过后台软件在线获取指定月份的数据，如：
现在是9月份，后台系统中8
月份的数据部分丢失，客户可以通过这个功能获得8月份每天的数据。
5.14在线配置通信参数
客户可以通过后台系统，在线配置GPRS通信相关的参数如：
IP址址、数据端口等。
5.15在线配置数据上传时间
客户根据需求可通过后台系统在线配置数据上传的时间，上传时间设定有两种模式：
在第一种模式下，燃气表会在规定的周期内于设定时间点自动联网，如一天一次上传；在第二种模式下，燃气表会在每个月的指定日期以及指定时间点自动联网，如在每个月25号上传。
5.16上电发送数据
当系统检测到碱性电池由无到有且达到了上电要求时自动上传一次数据，并对电池抖动或恶意频繁上下电做了充分防护。
5.17几天上传数据不成功关阀
当表具检测到连续XX天上传数据不成功则会自动关阀。
用户不能通过功能按钮打开阀门，此功能可以通过后台系统在线设置。
5.18几天不用气关阀
当表具检测到连续XX天没有用气则会自动关闭阀门。
用户可以通过功能按钮来打开阀门。
此功能可以通过后台系统在线设置。
5.19防泄漏
表具可以与燃气泄漏报警器联动，当接收到报警器泄漏信号时会立即关闭阀门，并执行联网操作把报警信息直接上传到后台系统。
5.20内部时钟网络校时
表具内部采用精度为±5ppm的硬时钟，保证了全年的时钟累积误差不超过3分钟，另外每次登陆系统时，表具都会进行网络校时，能够保证每个表具的时钟准确无误，不会出现偏差。
5.21数据保护
数据可以长期保存，不受外界干扰、低电压、掉电、更换电池等影响。
5.22数据安全
采用64位动态的加密方式（DES），保证了数据的安全可靠，不受外界干扰。
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