基于无线网络平台的物联网燃气表技术探讨 附基于物联网的智慧燃气安控系统关键技术研究与应用.docx

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1、基于无线网络平台的物联网燃气表技术探讨摘要：根据家用燃气表技术现状，提出基于无线网络平台的物联网燃气表技术设想，讨论了物联网燃气表系统方案的技术路线、系统架构、结构原理和技术特点，阐述了计量采集、数据传输、阀门控制和配置与显示等几大功能的要求，并对关键的技术标准和指标参数提出建议。关键词：天然气；流量表；物联网；远传抄表系统一、家用燃气表技术现状燃气流量计是管道天然气企业与用户之间用气量结算的基本工具。家用流量计一般采用膜式燃气表为基表，其机械读数为计量的原始依据，在传统抄表方式中，最单的方式是人工上门抄录基表读数，这在人员成本、抄表率、准确率和可控性等方面都存在较大缺点。为此，很多天然气企业

2、逐步在基表上开发应用IC卡预付费表、智能远传表系统能够和自动遥读抄表系统等新的计量设备和技术，取得很大的进步，但是就综合表现以及与现代经济技术条件和社会要求的差距来看，这些设备模式仍然在技术、管理、成本等方面存在不少问题。以最新式的无线智能燃气表为例，其主要不足在于：1 .网络化的建立复杂，需要中继器、集散器等多个中间设备；2 .可以对燃气表进行实时监控，但需要人工干预，且不能实时远程控制阀门；3 .无法做到实时调价；4 .不能实现网上支付；5 .信号稳定性不足，非受控；6 .运行维护成本较高等。为全面提升气量结算水平，需要对表计技术、抄录方式、结算流程和管理模式等进行系统考虑，并充分运用互联

3、网思维，深入结合方兴未艾的物联网技术，开辟燃气计量技术新模式。其中，物联网燃气表是代表目前技术发展趋势的一项新兴概念，一些天然气供气企业和表计设备厂商开展了研究和试验。本文对基于无线网络平台的物联网燃气表技术进行探讨。二、物联网燃气表系统方案1 .技术路线通过采用稳定可靠移动无线网络平台（如移动、联通或电信网络平台），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、气价实时调整及按需求前后台预付费，实现网上支付，并为燃气运营数据预测提供可靠依据。2 .系统架构系统由物联网燃气表和燃气运营平台等2大部分组成。在日常使用中，物联网智能燃气表按用户设置要求，定时自动发送表计信息给燃气运

4、营平台的数据服务器，表计信息可以包括：当前流量、累计流量、表计运行状态（如阀门状态、表计事件、电池量等）。通信方式为：表内装置GPRS模块，通过移动互联网或是专用网络直接发送，数据服务器收到指令后返回应答数据，实现双向通讯。用户可以通过网上银行、第三方支付等方式进行实时网络充值。服务器充值成功后，通过短信服务平台将充值成功的信息反馈给用户的手机中。数据服务器中存储的数据可为燃气使用的供销差和用气数据预测提供依据。三、结构原理和技术特点物联网燃气表的控制器主要由数据采集（光电转换模块）、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

5、示。图1控制器结构其技术特点主要包括：1 .内外磁钢传动。表内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。2 .双数据采样方式：双脉冲采样、光电直读采样。其中光电直读采用了透射式光电编码原理，通过红外透射感应并编码，确保读数直接可靠，不与计数器机械接触，仅需瞬间供电且不受磁场干扰。3 .高精度的实时时钟。控制器必须内置高精度实时时钟，为历史数据计算和数据传输控制提供前提。4 .通讯模块采用移动GPRS、联通WCDMA或电信CDMA2000等公共通信网络，确保传输可靠稳定。5 .数据应进行加密封装，确保保密性。四、功能设计物联网燃气表的核心功能应包括计量采集、

6、数据传输、阀门控制和配置与显不等几大功能：1 .数据采集和保存。可自动采集机电传感器上的脉冲信号，采用双干簧管的采样方式并防止干扰；历史数据应最少保存连续6个月每天的数据，并且能长期保存，不受低电压、掉电、更换电池等外界干扰影响。2 .数据上传包括定时上传和人工上传2种方式。当表内时钟运行达到系统设置的时间点时自动上传相关实时数据；用户也可以在在任何时间点通过表上的功能按钮激活上传实时数据，并获取相关命令。传输的数据内容主要包括：表计的通信号（与ID对应）、表计时间、系统版本、流量读数、表内阀门状态、电池电压、信号强度和表技防护状态等。为避免大批量同时传输的拥塞，可根据ID号划分成若干发送单元

7、，错时（如相隔5分钟）发送。3 .阀门控制。对阀门能进行远程开、关控制和防护是有效实现表计管理的重要前提，其中，通过后台服务系统远程关闭阀门、杜绝用户手动开启，达到解决用户欠费和配合后台预付费功能；后台服务系统发出远程开阀指令后，用户再通过人工按钮触发开阀。当遇到阀门故障时，阀门未能正常关闭，表计仍然能够保持数据采样和处理,通过内部常置电池仍然能保持数据正常采集。当表计检测到连续几天不用气、或上传数据不成功则会自动关阀。当主电池电压低于设定提示值时，显示“电量不足”的字符，并自动发送信息给后台服务系统；如果低于设定关阀值时，应提示后关闭阀门。4 .配置与显示。用户能在线配置通信参数（如IP地址

8、、数据端口等），在线配置数据上传时间（包括以天为周期和以月为周期定时上传）；当表计数据上传时，后台系统自动计算用户的剩余金额并与当时的单价一起返回给表计。表计液晶处于常显示方式，通过功能按钮，可查看内容包括：剩余金额或气量、气价、表内时间、通信号等。当剩余金额或气量为零时，系统会以短信形式告知用户，做出关阀处理。当然，在关阀前，企业可以设置一定的提前量或给予一次性透支量，给出提示以方便用户。五、技术标准和主要指标1 .技术标准。基表应执行膜式煤气表国家标准GB/T6968-2011膜式煤气表中1.5级表要求进行生产，并根据JJG577-2012膜式煤气表检定规程予以检定；同时，遵循JG-T-1

9、62-2009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和社区能源计量抄收系统规范等标准。2.主要的指标参数如下：指标单位参数公称流量m/h1.62.54最大流量m/h2.546最小流量m/h0.0160.0250.04计量等级级1.5基本误差限%QminQ0,1Qmax时3,0.1QmaxQQmax时1.5最大累计量m99999.999最大工作压力kPa10总压力损失Pa250密封性kPa20kPa压力下3min内不泄漏字轮最小读数dm0.2使用温度-10+50工作电压VDC5.0V7.0V工作电流(平均)mA98.5%数据抄读准确率99%参考文献：1戴嗣英.无线

10、抄表技术在燃气行业的应用；上海计量测试；2010年03期2葛东，张国海.物联网技术的现状及应用J.价值工程，2012(7)基于物联网的智慧燃气安控系统关键技术研究与应用摘要：在当前科学技术高速发展的背景下，基于现代信息的技术的智慧城市建设进程不断深化，由此，基于物联网技术的智慧燃气建设速度也随之提升。基于此，本文将针对智慧燃气安控系统相关技术进行研究，希望对智慧燃气系统建设提供参考意见。关键词：物联网;智慧燃气;关键技术引言：城镇燃气存在易燃、易爆等危险特征，如果疏于管理，出现重大安全事故的几率会大幅提升。传统燃气管理模式将整个供应流程进行分割，形成数个供应段,各段之间存在信息沟通渠道缺失情况

11、，信息孤岛问题较为突出，使得管理体系存在较大漏洞，难以达成预期控制效果。由此，基于现代信息技术的智慧燃气管理体系建设成为当前行业发展主要方向，其中安控系统中软件模块等关键技术成为技术人员研究的主要内容。1 .智慧燃气业务平台构建智慧燃之业务平台由通信服务器、WEB服务、终端等三个主要部分组成。其中通信服务器主要承担连接IOT系统及数据库存取职能，此外，在面对突发告警信息情况下，利用通讯网络及时迅速地将信息传输至监控人员应用终端，提升故障处理响应效率。WEB展示及调用是WEB服务基本功能设置。WEB调用主要基于JSON协议，协议设计主要依据实际应用进行。WEB调用过程中需要依照透明方式对数据库表

12、格及JSON格式进行转换,在内容不变的情况下减少WEB服务工作负荷,同时也可以提升数据库遭受终端直接控制风险的抵御能力，降低数据库耦合1。短链接与长连接是终端应用的两种的主要形式，其中短SS接主要承担与WEB服务进行交互的职责，长连接则负责与通信服务器进行连接，保持活动性。通信协议均依照JSoN格式进行交互，同时为确保通信安全性，在链接阶段设置密文认证，考虑到数据阶段较为复杂且对效率存在明显要求，此阶段不采用密文传输。受移动端存在后台耗电等问题，因此，终端应用设计考虑利用华为、小米等第三方进行订阅推送服务。智慧燃气业务平台构建过程中，还需要对用户类型进行详细分类并进行命名设计。依据应用场景差异

13、性，当前平台在用户类型划分方面主要分为管理员、一级监控中心用户、二/三/四级监控用户、巡检员、普通用户、测试角色、游客（体验）等，用户类型之间的差异主要体现在全县、功能等方面2。2 .智慧燃气软件模块设计2.1 软件数据库设计2.1.1 用户认证及权限设计本系统在实际应用过程中需要首先针对用户认证环节进行设计，此环节重点在于对用户身份的合法性进行验证。依据此要求，技术人员设计出认证流程。在用户权限设计方面，通过系统认证后，用户可以在权限范围内对系统资源进行访问。依据此要求，技术人员设计出系统授权流程。针对移动端设计，考虑到部分系统中难以对SeSSiOn进行统一与使用，因此,智慧燃气平台设计中针

14、对终端用户访问唯一性的设计采用服务器所生成的TOKEN码作为替代。2.2 WEB网站功能及接口设计本系统在设计过程中软件框架构成主要采用NETTY/JAVA环境体系，同时网站访问功能设计采用WEB-RPC服务及B/S方式实现。其中网站功能设计内容主要涵盖以下几方面：第一，用户登录模块设计;第二，主界面-主框设计，包括用户登录状态检测、全局告警指示等;第三，信息实时检测，主要内容涵盖GlS展示、设备状态监控、告警信息处理等;第四，实时信息传输，包括在线设备信息传输、告警信息传输等，其中在线设备信息传输主要依据设备归属进行过滤;第五，系统公告发布;第六，系统信息统计查询。主要内容包括依据区域、时间

15、等统计信息对设备告警情况进行查询，依据区域、时间的统计信息对设备故障历史信息进行查询等。网站接口设计方面，技术人员在实际工作中依据系统应用需求，对用户登录模块、在线设备状态信息、JSON/SQL协议透明转换等进行设计。设计人员在对JSON接口进行设计过程中将结构地址、请求方法等作为主要内容。2.3 移动应用设计本系统移动端设计的主要理念为配合智慧可燃气体探测器，利用软件实时检测功能、警情实时推动功能以及智能化处理功能等，实现便捷有效地监控燃气系统状态的目的。移动终端设计主要针对个体、物业单位等,燃气探测器主要安置在家庭厨房、酒店后厨等区域，探测器提供二维码，用户在完成账号注册环节后可利用二维码绑定设备。在发生燃气泄露等情况下，智慧燃气管理系统自动切断燃气供应，同时利用短信、电话等途径通知用户，避免燃气泄露等警情给用户带来更大的人身或财产损失。移动端设计过程中需要注意的重点环节在于针对不同手机操作系统进行设计，当前手机主流系统为android以及ios系统，针对这两项系统进行软件设计即可满足移动端使用要求。在实际设计过程中，移动端框架主要采用QT跨平台框架，最大限度地降低android以及ios代码出现复用的情况，其实降低平台移植频率，同时在通信协议设计方面，采用JSON格式，降低工作人