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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 工控機

上海正偉燃氣表無線抄表方案

發布日期：2022-04-27 點擊率：94

一、背景介紹

     無線遠傳抄表系統，通過無線通訊系統傳輸數據的一種遠傳系統。與其他抄表方式比較，其優點突出是：無須布線，施工簡單。
    燃氣表是正偉公司研制開發，具有用戶信息管理和抄表功能，適用于天然氣、液化石油氣、人工煤氣等氣體流量計量的儀表。它由可發信燃氣表基表部分、微控制器系統、脈沖采樣系統、無線模塊組成。該表具有可靠性高、精度高、功耗低的特點。
    經過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統作為城市供氣管網系統的數據通信平臺。目前，GSM網絡經過電信部門的多年建設，覆蓋范圍不斷擴大，已成為成熟、穩定、可靠的通信網絡，特別是中國移動新推出的GPRS數據業務。GSM/GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建天然氣供氣抄控系統，實現管網監控點的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡，縮短建設周期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。
    通過GPRS 無線網絡，為用氣管理提供實時性好、穩定性高的數據和事件記錄，可實現多塊表、全方位的抄控功能。
GPRS無線系統具備如下特點：
   1、良好的實時響應與處理能力。與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統無時延，系統能夠同時實時收取、處理多個所有監測點的各種數據，無需輪巡就可以同步監測點的時鐘可很好的滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。
   2、遠程儀器設備控制：由于采用GPRS雙向傳輸系統，監控中心可以反向實現對儀器設備的時間校正、狀態報告、開關以及其他監測、控制等功能；
   3、建設成本低：可充分利用現有GSM網絡，設備安裝即接通。
   4、安裝調試簡單，建設周期短：利用現有成熟GSM網絡，系統投入運行時基本不需要調試，安裝簡捷。
   5、覆蓋范圍廣。構建供氣管網抄控系統要求數據通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由于管網監控點數量眾多，分布在全市范圍內，部分管網監控點位于偏僻地區，而且地理位置分散。采用GPRS方式，理論上在無線GSM/GPRS網絡的覆蓋范圍之內，都可以實現監控。
   6、數據傳輸速率高。GPRS網絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s，實際應用時數據傳輸速率在40Kbps左右。
   7、系統的傳輸容量大。監控中心站要和每一個管網監控點實現實時連接。由于管網監控點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。
   8、通信費用低。由于GPRS采用包月計費的方式，運營維護成本低。
    用正偉公司提供的系統解決方案，還具有以下特點：
    無線模塊多信道、多波特率（用戶可選擇）；硬件采用了高精度集成封裝技術，隨環境溫、濕度變化，頻率偏移小、計量準確、通信可靠；采用高效糾錯技術，保證通信數據100%正確；微功率、通信距離遠、價格低。
    無線抄表器攜帶方便、操作簡單直觀、功能豐富。
    系統高度集成、總成本較低。
    可以隨時抄取數據。
    抄表不入戶、避免擾民。
    帶閥控功能。
    系統簡單、抄表效率高。
二、解決方案介紹
    系統架構：
    抄表方案一、無線智能燃氣表抄表系統就是采用無線的方式，將智能燃氣表的計量數據直接發送到抄表員手持的PDA手掌機上，后將PDA手掌機通過USB接口和PC機連接，從而把成批數據傳送到電腦上，然后由電腦經過數據處理，得到最終抄表結果。

                  手持儀（PDA）抄表系統示意圖

    不推薦用戶采用上述直接用PDA抄表的方式，另一種方式是通過集中器集中數據，PDA抄讀集中器所集中的數據。也就是說，客戶用PDA去抄讀集中器中的數據，而不是直接用PDA去抄讀用戶氣表的數據。
    無線智能燃氣表抄表系統通過無線抄表，不但解決了入戶抄表的困難，而且還能了解表具的運行狀態，根據用戶的繳費情況，對表具進行開、關控制，并可對用戶的用氣情況進行科學的統計和分析。
    該方案無線智能燃氣表抄表系統主要由帶無線通訊功能的智能燃氣表、PDA手掌機、集中器及電腦等部分組成。
    抄表方案二、通過集中器采集儀表數據，然后用GPRS傳輸至管理中心。

                  小區無線遠程抄表系統示意圖

                   城市聯合抄表系統示意圖

    GPRS遠程抄表系統通過計量儀表計量，用集中器采集儀表數據，將數據存儲并通過GPRS移動通訊網絡傳到有關管理部門（如物業公司、煤氣公司、天然氣公司等），從而實現遠程自動抄表及監測。
    管理部門可在辦公室內隨時觀測到分散在全市各地的企事業單位的天然氣使用狀況，可隨時打印出各種報表及收費情況等，大大節省管理成本，減少人為誤差，提高了管理水平。該方案具有精度高、可靠性好、價格低、操作簡單、施工方便等特點。
（一）、系統組成
    1.燃氣表數據采集
    集中器是一個以微處理器為中心的小型信息處理系統，其內置GSM／GPRS模塊，配一張開通GPRS服務的SIM卡，負責接收從數據服務中心發過來各種指令并加以篩選、判別，將有效指令發送到相應的表具中；接受表具發送過來的數據并發送給數據服務中心。采用小型的無線電臺和表具進行無線連接。
   集中器也可以用太陽能電池板供電，免去用戶拉線供電或更換蓄電池之煩。
     集中器內還存儲與數據中心聯網的各種參數，如：中心的IP地址、服務端口等。集中器一加電便自動運行，搜索GPRS網絡，向中心進行注冊并連接。如果沒有數據傳輸時可以進入休眠狀態，一旦有數據需要發送或收到中心呼叫(通過短信或電路)時便從新登陸數據服務中心，進行數據傳輸。GSM短信作為備用通道，一旦GPRS網絡出現故障，立即啟動GSM短信通道和數據服務中心進行通信。
     燃氣表數據采集位于居民小區的信息中心，居民用戶的用電數據由表首先通過局域無線接口連接到位于小區信息中心的集中器，集中器再通過RS232接口與GPRS透明數據傳輸終端相連。通過GPRS透明數據傳輸終端內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝后發送到GSM網絡，通過 GPRS網絡傳送至管理部門數據中心的抄表系統，實現表數據和數據中心系統的實時在線連接。
     燃氣表集中器通過局域無線接口抄控燃氣表，既可支持單個電表，也可以同時支持多個電表，實現對表參數的采集、存儲、預處理或并將采集到的表數據實時傳送到配電中心；同時，集中器還可將配電中心發送的遙控指令傳給表控制模塊，對表進行控制操作。
    2.管理中心
      管理中心服務器接受到GPRS網絡傳來的數據后，傳送到管理中心計算機主機，通過系統軟件對數據進行還原顯示，并進行數據處理。
     管理中心計算機主機可進行業務管理和計費管理，對數據進行校驗、計算、存儲、分析、管理等，可對異常情況進行告警，同時對用戶使用情況實時監控，保證管理部門的合法收益。
    3.GPRS/GSM移動數據傳輸網絡
      集中器采集的數據經GSM網絡空中接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到管理中心IP地址。
    4.無線模塊
      無線模塊選用無線遠程喚醒數據傳輸模塊，無線模塊是連接在燃氣表的傳感器上，用于采集燃氣表的用量并存儲，其余時間都處于睡眠狀態，當傳感器有信號進來時，模塊被喚醒，并自動計量，而且模塊會不間斷的自動醒來，檢測外界是否有喚醒信號，主要用于抄表器抄取數據，如果檢測到喚醒信號，它將被喚醒并等待下一指令，執行相關操作。如果沒有喚醒信號，則又進入睡眠狀態。這樣一來，無線模塊的功耗就非常低，采用5號堿性電池供電，可以達到6個月到一年。
    5.無線抄表器（PDA）
     無線抄表器是通過無線射頻方式發送數據或指令和接收數據，在它和無線模塊之間建立一套通信協議就可以和無線模塊進行通信，抄取數據。所有功能都在屏幕上顯示。與PC機通信是采用有線方式，使用標準的RS232接口。便于攜帶。
6.PC機軟件
（二）系統方案
    由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網絡，管理中心計算機主機上網取得IP地址，各個表數據采集點采用GPRS模塊和該主機進行通信。
    各小區抄控點使用集中器，通過移動的GPRS網絡與管理中心相連,各信息采集點采集實時數據，支持24小時實時在線，實現信息采集點24小時傳送采集的信息數據。這樣，整個城市區域通過移動網絡就實現了統一管理。
    凡天然氣公司授權的信息采集點均可以使用本系統：
    1）管網抄控小區必須使用移動統一的SIM卡，用戶使用本卡只能用于與監控中心數據通信功能。
    2）終端設備使用西安旌旗電子有限公司提供的局域無線表計終端。
    3）用戶登記：符合天然氣公司的規定。
    推薦通過公網使用VPN接入到移動GPRS網，這種方式成本比較低，安全性比較高，而且速度和網絡服務質量都保障；也可以通過GPRS專線接入到移動GPRS網，這種方式成本高，安全性高、穩定可靠。
（三）抄表工作原理
    將無線模塊的采集端連接在燃氣表的傳感器上，每當燃氣表使用一定量時，傳感器就會發出脈沖信號，脈沖信號會將睡眠的無線模塊喚醒，模塊并將該次使用量記下，然后又繼續進入睡眠狀態。
    它在睡眠時，會間斷的自動醒來，檢測空中是否有喚醒信號進來，如果檢測到有喚醒信號，模塊馬上進入工作狀態，等待抄表器的下一指令，然后執行相關操作，如果操作完成，模塊會等待一定的時間，看是否還有指令，如果沒有接收到指令，則進入睡眠狀態。
    如果無線手抄器要進行抄表時，只要抄表人員拿著抄表器在通信距離以內先發出喚醒信號（必須是先選擇用戶），將某個用戶表端的無線模塊喚醒，然后再發出抄取數據的指令，這樣無線模塊將把采集到的數據發送給抄表器。抄表器內的用戶資料是通過PC機有線下載到抄表器的，抄表器抄取數據后也是通過有線的方式上傳給PC機。
    若采用小區無線遠程抄表系統抄表方案，集中器間數據自動路由，最后由GPRS傳至管理中心。
燃氣表帶有閥控的功能，如果用戶欠費或更換模塊的電池，都可以通過抄表器發出關閥指令。
（四）安全措施
    由于燃氣表遠程抄表系統的特殊性，本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統內外的有意和無意的破環，網絡安全防護措施包括登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩定是指系統能夠24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。
    對于特定用戶，可通過數據中心給每個移動終端分配特定的用戶ID和密碼，其他沒有數據中心分配的用戶ID和密碼的移動終端將無法登錄進入系統，系統的安全性進一步增強。
    安全的防火墻過濾，設置防火墻軟件保障系統安全。
三、結論
    采用GPRS構建供氣管網監控系統系統，目前有包月制和按數據量兩種收費方式，按流量計算0.03元/kbyte，而包月制30元/月有500M流量，可滿足目前監控系統的實際數據量，估計日后其費用會逐步降低。對于用戶來說，由于通信費用較低，享受到了實惠。另外，由于接入設備可以移動，當管網抄控點搬遷時設備可隨之遷移并可繼續使用，可以保護用戶原有投資，適合于天然氣管網抄控工作的特點，能很好地滿足供氣調控的需求，而且，做為網絡運營商的移動通信公司也將因此獲得業務穩定的集團用戶，隨著用戶數量的增加，移動通信公司的營收也隨之增加，調動了運營商的積極性，符合網絡建設和網絡應用同步發展的要求。