上海正伟燃气表无线抄表方案

一、背景介绍

无线远传抄表系统，通过无线通讯系统传输数据的一种远传系统。与其他抄表方式比较，其优点突出是：无须布线，施工简单。
燃气表是正伟公司研制开发，具有用户信息管理和抄表功能，适用于天然气、液化石油气、人工煤气等气体流量计量的仪表。它由可发信燃气表基表部分、微控制器系统、脉冲采样系统、无线模块组成。该表具有可靠性高、精度高、功耗低的特点。
经过比较分析，我们选择中国移动的GPRS系统作为城市供气管网系统的数据通信平台。目前，GSM网络经过电信部门的多年建设，覆盖范围不断扩大，已成为成熟、稳定、可靠的通信网络，特别是中国移动新推出的GPRS数据业务。GSM/GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建天然气供气抄控系统，实现管网监控点的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。
通过GPRS 无线网络，为用气管理提供实时性好、稳定性高的数据和事件记录，可实现多块表、全方位的抄控功能。
GPRS无线系统具备如下特点：
1、良好的实时响应与处理能力。与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，系统能够同时实时收取、处理多个所有监测点的各种数据，无需轮巡就可以同步监测点的时钟可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
2、远程仪器设备控制：由于采用GPRS双向传输系统，监控中心可以反向实现对仪器设备的时间校正、状态报告、开关以及其他监测、控制等功能；
3、建设成本低：可充分利用现有GSM网络，设备安装即接通。
4、安装调试简单，建设周期短：利用现有成熟GSM网络，系统投入运行时基本不需要调试，安装简捷。
5、覆盖范围广。构建供气管网抄控系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于管网监控点数量众多，分布在全市范围内，部分管网监控点位于偏僻地区，而且地理位置分散。采用GPRS方式，理论上在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以实现监控。
6、数据传输速率高。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，实际应用时数据传输速率在40Kbps左右。
7、系统的传输容量大。监控中心站要和每一个管网监控点实现实时连接。由于管网监控点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
8、通信费用低。由于GPRS采用包月计费的方式，运营维护成本低。
用正伟公司提供的系统解决方案，还具有以下特点：
无线模块多信道、多波特率（用户可选择）；硬件采用了高精度集成封装技术，随环境温、湿度变化，频率偏移小、计量准确、通信可靠；采用高效纠错技术，保证通信数据100%正确；微功率、通信距离远、价格低。
无线抄表器携带方便、操作简单直观、功能丰富。
系统高度集成、总成本较低。
可以随时抄取数据。
抄表不入户、避免扰民。
带阀控功能。
系统简单、抄表效率高。
二、解决方案介绍
系统架构：
抄表方案一、无线智能燃气表抄表系统就是采用无线的方式，将智能燃气表的计量数据直接发送到抄表员手持的PDA手掌机上，后将PDA手掌机通过USB接口和PC机连接，从而把成批数据传送到电脑上，然后由电脑经过数据处理，得到最终抄表结果。

手持仪（PDA）抄表系统示意图

不推荐用户采用上述直接用PDA抄表的方式，另一种方式是通过集中器集中数据，PDA抄读集中器所集中的数据。也就是说，客户用PDA去抄读集中器中的数据，而不是直接用PDA去抄读用户气表的数据。
无线智能燃气表抄表系统通过无线抄表，不但解决了入户抄表的困难，而且还能了解表具的运行状态，根据用户的缴费情况，对表具进行开、关控制，并可对用户的用气情况进行科学的统计和分析。
该方案无线智能燃气表抄表系统主要由带无线通讯功能的智能燃气表、PDA手掌机、集中器及电脑等部分组成。
抄表方案二、通过集中器采集仪表数据，然后用GPRS传输至管理中心。

小区无线远程抄表系统示意图

城市联合抄表系统示意图

GPRS远程抄表系统通过计量仪表计量，用集中器采集仪表数据，将数据存储并通过GPRS移动通讯网络传到有关管理部门（如物业公司、煤气公司、天然气公司等），从而实现远程自动抄表及监测。
管理部门可在办公室内随时观测到分散在全市各地的企事业单位的天然气使用状况，可随时打印出各种报表及收费情况等，大大节省管理成本，减少人为误差，提高了管理水平。该方案具有精度高、可靠性好、价格低、操作简单、施工方便等特点。
（一）、系统组成
1.燃气表数据采集
集中器是一个以微处理器为中心的小型信息处理系统，其内置GSM／GPRS模块，配一张开通GPRS服务的SIM卡，负责接收从数据服务中心发过来各种指令并加以筛选、判别，将有效指令发送到相应的表具中；接受表具发送过来的数据并发送给数据服务中心。采用小型的无线电台和表具进行无线连接。
集中器也可以用太阳能电池板供电，免去用户拉线供电或更换蓄电池之烦。
集中器内还存储与数据中心联网的各种参数，如：中心的IP地址、服务端口等。集中器一加电便自动运行，搜索GPRS网络，向中心进行注册并连接。如果没有数据传输时可以进入休眠状态，一旦有数据需要发送或收到中心呼叫(通过短信或电路)时便从新登陆数据服务中心，进行数据传输。GSM短信作为备用通道，一旦GPRS网络出现故障，立即启动GSM短信通道和数据服务中心进行通信。
燃气表数据采集位于居民小区的信息中心，居民用户的用电数据由表首先通过局域无线接口连接到位于小区信息中心的集中器，集中器再通过RS232接口与GPRS透明数据传输终端相连。通过GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GSM网络，通过 GPRS网络传送至管理部门数据中心的抄表系统，实现表数据和数据中心系统的实时在线连接。
燃气表集中器通过局域无线接口抄控燃气表，既可支持单个电表，也可以同时支持多个电表，实现对表参数的采集、存储、预处理或并将采集到的表数据实时传送到配电中心；同时，集中器还可将配电中心发送的遥控指令传给表控制模块，对表进行控制操作。
2.管理中心
管理中心服务器接受到GPRS网络传来的数据后，传送到管理中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。
管理中心计算机主机可进行业务管理和计费管理，对数据进行校验、计算、存储、分析、管理等，可对异常情况进行告警，同时对用户使用情况实时监控，保证管理部门的合法收益。
3.GPRS/GSM移动数据传输网络
集中器采集的数据经GSM网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到管理中心IP地址。
4.无线模块
无线模块选用无线远程唤醒数据传输模块，无线模块是连接在燃气表的传感器上，用于采集燃气表的用量并存储，其余时间都处于睡眠状态，当传感器有信号进来时，模块被唤醒，并自动计量，而且模块会不间断的自动醒来，检测外界是否有唤醒信号，主要用于抄表器抄取数据，如果检测到唤醒信号，它将被唤醒并等待下一指令，执行相关操作。如果没有唤醒信号，则又进入睡眠状态。这样一来，无线模块的功耗就非常低，采用5号碱性电池供电，可以达到6个月到一年。
5.无线抄表器（PDA）
无线抄表器是通过无线射频方式发送数据或指令和接收数据，在它和无线模块之间建立一套通信协议就可以和无线模块进行通信，抄取数据。所有功能都在屏幕上显示。与PC机通信是采用有线方式，使用标准的RS232接口。便于携带。
6.PC机软件
（二）系统方案
由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，管理中心计算机主机上网取得IP地址，各个表数据采集点采用GPRS模块和该主机进行通信。
各小区抄控点使用集中器，通过移动的GPRS网络与管理中心相连,各信息采集点采集实时数据，支持24小时实时在线，实现信息采集点24小时传送采集的信息数据。这样，整个城市区域通过移动网络就实现了统一管理。
凡天然气公司授权的信息采集点均可以使用本系统：
1）管网抄控小区必须使用移动统一的SIM卡，用户使用本卡只能用于与监控中心数据通信功能。
2）终端设备使用西安旌旗电子有限公司提供的局域无线表计终端。
3）用户登记：符合天然气公司的规定。
推荐通过公网使用VPN接入到移动GPRS网，这种方式成本比较低，安全性比较高，而且速度和网络服务质量都保障；也可以通过GPRS专线接入到移动GPRS网，这种方式成本高，安全性高、稳定可靠。
（三）抄表工作原理
将无线模块的采集端连接在燃气表的传感器上，每当燃气表使用一定量时，传感器就会发出脉冲信号，脉冲信号会将睡眠的无线模块唤醒，模块并将该次使用量记下，然后又继续进入睡眠状态。
它在睡眠时，会间断的自动醒来，检测空中是否有唤醒信号进来，如果检测到有唤醒信号，模块马上进入工作状态，等待抄表器的下一指令，然后执行相关操作，如果操作完成，模块会等待一定的时间，看是否还有指令，如果没有接收到指令，则进入睡眠状态。
如果无线手抄器要进行抄表时，只要抄表人员拿着抄表器在通信距离以内先发出唤醒信号（必须是先选择用户），将某个用户表端的无线模块唤醒，然后再发出抄取数据的指令，这样无线模块将把采集到的数据发送给抄表器。抄表器内的用户资料是通过PC机有线下载到抄表器的，抄表器抄取数据后也是通过有线的方式上传给PC机。
若采用小区无线远程抄表系统抄表方案，集中器间数据自动路由，最后由GPRS传至管理中心。
燃气表带有阀控的功能，如果用户欠费或更换模块的电池，都可以通过抄表器发出关阀指令。
（四）安全措施
由于燃气表远程抄表系统的特殊性，本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。
对于特定用户，可通过数据中心给每个移动终端分配特定的用户ID和密码， 其他没有数据中心分配的用户ID和密码的移动终端将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。
安全的防火墙过滤，设置防火墙软件保障系统安全。
三、结论
采用GPRS构建供气管网监控系统系统，目前有包月制和按数据量两种收费方式，按流量计算0.03元/kbyte，而包月制30元/月有500M流量，可满足目前监控系统的实际数据量，估计日后其费用会逐步降低。对于用户来说，由于通信费用较低，享受到了实惠。另外，由于接入设备可以移动，当管网抄控点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用，可以保护用户原有投资，适合于天然气管网抄控工作的特点，能很好地满足供气调控的需求，而且，做为网络运营商的移动通信公司也将因此获得业务稳定的集团用户，随着用户数量的增加，移动通信公司的营收也随之增加，调动了运营商的积极性，符合网络建设和网络应用同步发展的要求。