1.前言

燃氣計量是管道燃氣公司的主要生產過程，由于燃氣是一種可燃流體，輸送過程中易發生危險，故燃氣進戶管道及計量儀表的安裝相比水、電等能源形式有更為嚴格的要求。

抄表和收費一直是燃氣公司永恒的主題，自上世紀九十年代以來，燃氣表的抄表工作經歷了以下幾個階段：人工入戶抄表---不入戶抄表（門口）--不上樓抄表---不出門抄表（在燃氣公司內），并且隨著通信技術的發展抄表技術也在不斷地改進中。

到目前為止，隨著抄表技術的發展，遠程集中抄表逐漸成為一種令燃氣公司較為滿意、技術上較為可靠、領先的抄表方式。

2.抄表方式的變遷

3.無線遠傳集中抄表系統簡介

3.1.系統運行示意圖

3.2.系統硬件設備

3.2.1.系統硬件設備特點

數據服務器是一個包含用戶信息數據、氣價組成數據、用戶繳費交易數據以及根據燃氣管理部門的需要所設計的各種查詢統計數據在內的數據庫系統。它除了與WEB服務器、GPRS集中器進行數據交換外，還具有數據完整性檢查、數據的備份與恢復、數據庫用戶權限及安全性的管理。

WEB服務器是一臺在Internet上具有獨立IP地址的計算機，可以向Internet上的客戶機提供各種Internet服務。在本系統中，WEB服務器給客戶端提供用戶管理、抄表計劃管理、抄表記錄查詢、收費管理、報表管理等界面功能。

GPRS集中器：集中器收集其無線通訊范圍內的各無線遠傳燃氣表或采集器中的數據，并利用無線GPRS業務將其采集到的無線燃氣表數據傳輸到燃氣管理部門。

采集器：采集器定時收集其無線通訊范圍內的各燃氣表中數據，并將數據傳輸到指定集中器。必要時，可與其它采集器或手持抄表器通訊。

手持抄表器作為補充，可直接與無線遠傳燃氣表通訊，通過無線方式完成對燃氣表的計量數據抄讀、狀態檢測、閥門控制等功能。并且手持抄表器可完成與集中器、采集器之間的數據交換。

無線遠傳燃氣表是系統的計量和控制部分，它完成對用戶所用氣量的計量工作。同時，接收主站（集中器、手持抄表器）的指令，響應或返回指定數據、執行特定動作（如關閥或開閥）。

3.3.通訊功能

3.3.1.超遠通訊距離

應用最新的SX1278無線芯片，采用擴頻通訊技術。

全球知名模擬混合信號與半導體供應商Semtech利用其最新的LoRa調制技術開發出的型號為SX1278的超遠距離擴頻無線通訊RF芯片，其主要的技術特點就是可將傳輸距離大幅提升，遠勝于交替調制的方法。目前自動抄表系統、無線傳感器系統等采用的RF無線模塊在郊區的可視傳輸距離只有0.5～1km，使用這款新的無線模塊可大幅延長可視傳輸距離，在稀疏的環境覆蓋范圍最大可達到8公里，在環境稠密的地區也可達到2公里以上。

實際接收靈敏度達到-129.5dBm。

一般方案其靈敏度為-108dBm，采用LoRaTM模式可以實現最低可達-148dBm的高靈敏度，經測試實際接收靈敏度可達-129.5dBm，并加上集成的+20dbm的功率輸出，可以PK同行業的任何一種無線模塊，該模塊適用于任何環境復雜的無線數據傳輸應用，例如：無線抄表、智能家居控制、汽車電子、安防報警、工業監控與控制系統以及遠距離農業灌溉控制系統等應用。

經驗估計值：收發端每增加或減少 6dB，距離就會增加或者減少一倍。

經實際測試，使用型號為SX1278的無線芯片，將無線遠傳燃氣表放置在室內，在有建筑物遮擋的環境下，其傳輸距離可達200m左右。

3.3.2.無線路由功能

所有無線路由燃氣表都具有雙向通訊功能，可以承擔轉發數據任務；

最大路由級數8級，信號覆蓋范圍廣；

多個備份路徑，自動平衡中間節點耗電。

3.3.3.無線自動組網功能

自動搜尋周圍節點，無需人工干預，系統調試簡單；

組網時間短；

表內路由失效時，節點自主發起重新入網流程。

3.3.4.可實現真正的群抄功能

全網統一喚醒，實現真正意義的群抄；

精準時鐘控制，確保數據有序返回；

合理的TDMA（時分多址）退避算法，減少數據碰撞機率。

A、原有方案

A、現有方案

3.3.5.集中抄表設備安裝簡單化

由于無線抄表距離的大幅提升以及無線組網路由功能的實現，使得；

集中器、中繼器的數量大大降低。（根據經驗估計，2000戶規模的小區，僅需安裝一臺集中器就可覆蓋整個小區）

對集中器安裝位置要求降低；

系統的調試工作較為簡單。

3.3.5.其它功能

3.3.5.1.自動頻率校準功能

具有自動頻率校準功能，惡劣環境下也可正常工作；

使用過程中，工作頻率可在線調整，以避免其它無線設備干擾。

3.3.5.2.階梯氣價功能

階梯氣價是指居民每年或每月超過天然氣基本消費量后，執行高氣價。

2014年2月14日，經過數次討論修改， 《關于實施居民生活用氣階梯氣價的指導意見》已完成并上報至國務院。

2014年3月21日，國家發改委公布意見，要求2015年底前所有已通氣城市建立起居民生活用氣階梯價格制度。階梯氣價分為三檔，各檔氣價實行超額累進加價，第一檔氣量應覆蓋80%的家庭。無論是后付費模式還是預付費模式，階梯氣價的最基礎數據都是一定周期內用戶的累計使用量。階梯氣價對燃氣用戶用氣信息的及時、準確獲取，提出了更高要求。

根據國家要求，在2015年要全面實施階梯氣價。無論是后付費模式還是預付費模式，階梯氣價的最基礎數據都是一定周期內用戶的累計使用量。階梯氣價對燃氣用戶用氣信息的及時、準確獲取，提出了更高要求?？梢灶A測，具有遠程數據抄讀功能的燃氣表將會占有越來越重要的位置。

可設置 4 階階梯氣價；

可實時調價，也可定時調整階梯價格；

階梯氣價周期靈活可設置。（按每月、雙月、每季、每半年、每年等）

可設置任一月中的任一天為結算日。

3.3.5.3.預付費方式下的階梯氣價

燃氣表內應以金額單位（元）進行結算;

燃氣表內內置時鐘芯片，具有時鐘功能，且誤差不大于5分鐘/年；

燃氣表內保存有計費周期內各階梯下的用氣單價，且可通過不同方式對燃氣表內的階梯氣價相關參數進行設置或更改。

3.3.5.4.預付費方式下的階梯氣價實現方法

無線遠傳集中抄表系統設置四檔階梯氣價，用戶持IC卡從系統購氣后輸入表內。燃氣表內顯示的應為剩余金額（元），表內內置時鐘及階梯氣價功能，燃氣表判斷在一定計費周期內（每月、雙月、每季度、每半年、每年等，可進行設置）的實際用氣量，燃氣表根據各階梯不同用氣量所對應的單價，自動將用氣量轉換為金額進行扣減，并在液晶顯示屏顯示對應的剩余金額。

當階梯氣價需要調整時，需重新對燃氣表內的階梯氣價參數進行設置。先對系統內的階梯氣價參數進行修改，然后可通過以下幾種方案對燃氣表內的階梯氣價參數進行修改：①.通過用戶IC卡購氣時將階梯氣價參數帶回表內進行設置；②.使用工具卡統一上門對燃氣表進行設置（不帶遠程抄表功能）；③.帶遠程抄表功能的燃氣表可通過系統發送指令統一對所有氣表進行設置。

3.3.5.5.后付費方式下的階梯氣價

后付費下階梯氣價可在系統中直接設置四檔階梯氣價，當用戶在一定計費周期內進行繳費時，系統根據遠程集中抄表系統所抄得的燃氣表數據，自動計算用戶實際用氣量對應的每階梯不同的單價和應收金額，并形成收費記錄和出具發票或收據，其上注明詳細的用氣數據，包括各階梯檔位的單價、用量、金額以及合計金額等等。

當階梯氣價需要調整時，系統管理員可對系統階梯氣價參數重新進行設置，然后通過系統與無線遠傳燃氣表進行通訊，統一將階梯氣價調整信息發到燃氣表端進行更新，下一計費周期內或指定日期將統一執行新的階梯氣價標準。

3.3.5.6.歷史數據保存功能

無線遠傳燃氣表具有時鐘功能，且誤差不大于5分鐘/年，可有效保存以下數據：

使用壽命內（不低于10年）每月的用氣量；

最近60天的每天用氣量。

3.3.5.7.抄表時段靈活設置功能

可設定每月期間：某日某時～某日某時期間抄表；每個抄表周期內，表計具備被動喚醒功能；

每15分鐘為一個時間區段，可單獨設置每個時間區段內，表計無線接收功能是否開啟。

3.3.5.8. 在線充值功能

在具有穩定、可靠的無線組網路由功能以及集中器GPRS遠程通訊功能的基礎上，每只表具均能穩定、實時與燃氣公司保持聯系，使得無卡在線充值變得可能。

3.3.5.9. 雙通道脈沖采樣技術

膜式燃氣表的指示裝置輸出信號為機械信號，要實現無線抄表需首先應將機械信號轉換為電子信號。遠傳表采用的是磁敏組件組成的脈沖發生器，在機械指示器0.01m3字輪上安裝一永磁鐵，兩只干簧繼電器呈180°夾角安裝其附近，字輪每旋狀一周，每只干簧管被吸合至少一次，由此產生一個計數脈沖，表示一個脈沖體積當量0.1m3。在電源不間斷的情況下，機械、電子記錄的累積流量是一致的。機電轉換誤差：小于0.1m3。

3.3.5.10. IC卡預付費功能

提示功能：

抄表完成后，集中器、采集器或手持抄表器可將用戶用氣情況信息發送到燃氣表，表中會顯示當前用氣價格、本次用氣氣量及本次應繳金額。

按“查詢”鍵可顯示表中當前表中剩余氣量；

當外置電池電壓不足時，顯示“換電池”；

當剩余氣量小于5m3（此值可設定）后，每用氣0.1m3，蜂鳴五聲，顯示“請繳費”；

當剩余氣量達到設定值時，將關閉控制閥提示，用戶插卡可打開閥門繼續用氣；

當剩余氣量為0時，關閉閥門，停止供氣，顯示“請繳費”。

保護功能：

電源欠壓保護：當檢測到電源電壓低于指定值時，燃氣表會立即關閉控制閥，切斷供氣，停止電子計數，并記錄電源欠壓發生時間；

外磁場攻擊保護：當燃氣表受到外磁場攻擊而使計數功能受到影響時，燃氣表會立即關閉控制閥，切斷供氣及停止電子計數，并記錄外磁場發生時間；

當氣表檢測到有讀卡錯誤時，液晶顯示“讀卡異?！?，且根據不同情況，顯示相應錯誤代碼；

當檢測到用戶有違規操作或燃氣表故障時，燃氣表會顯示“異?！?，且顯示相應故障代碼。

另外還有一些其它的防護功能，比如：表殼防拆功能、死表檢測功能等等。

3.3.5.11.IC 閥門控制功能

無線集中遠傳燃氣表（帶IC卡功能）可在以下條件下自動對閥門進行控制，以達到控制用戶用氣的目的。

關閥條件	開閥條件
剩余氣量為減為0	輸入新購氣量
剩余氣量達到設定的關閥報警值	用戶按“查詢”鍵可打開閥門繼續用氣
氣表被強磁場干擾	撤消強磁場
檢測到電路故障	更換主板
電池電壓低于截止電壓	更換電池
取掉干電池	重新安裝干電池
系統通過集中器、采集器或手持抄表器向燃氣表發出關閥指令	系統通過集中器、采集器或手持抄表器向燃氣表發出開閥指令

3.3.5.12.雙電源供電技術

無線遠傳燃氣表采用內置鋰電池加外置堿性電池的雙電源供電方案，兩種電源自動切換。

當外置電池被取出時，控制閥將關閉，燃氣表自動轉由內置鋰電池供電。即使用戶未裝外置電池，燃氣公司管理人員仍可以抄讀燃氣表的狀態或發出控制指令。鋰電池僅提供無線通訊、液晶顯示等用電（不負責開關閥等）。在完全沒有外置電池時，鋰電池也能至少保證五年以上的可靠運行。

當外置電池安裝后，內置鋰電池自動切斷，不再耗電。同時，控制閥將打開，恢復供氣。

當鋰電池故障時（開路、短路、電量不足等），電路自動隔離，不影響整表功能。

3.3.5.13.雙電源供電技術

工作狀態	工作頻度	電流	一年消耗電量
靜態	全時	<20uA	175.2mAH
電子計數	每天用氣5m3，每次計數時間0.2s	<3mA	6mAH
無線電喚醒	每 5s 偵測一次，每次偵測時間為 6ms	16mA	168.1mAH
數據傳輸	每周抄表一次，每次最長傳輸時間為 20s	<30mA	9.3mAH
合 計			358.6mAH

正常情況下，四節品牌堿性電池干電池完全可以使用一年以上。

4.數據采集和通訊設備

4.1.GPRS集中器

GPRS集中器是一個抄表區域的數據匯總設備，用于對水、電、氣、熱計量表數據進行采集和存儲。集中器具有上行和下行兩個通道。集中器內置一張SIM手機卡，其上行通道可選用GPRS無線方式、微功率無線方式或局域網方式與管理中心計算機實現遠程通信；下行通道采用微功率無線方式對其管轄的采集器或燃氣表進行數據采集、處理和存儲。

GPRS集中器特點:

內置微功率多通道無線數傳模塊，具有多個網絡通信頻段，抗干擾能力強。

具有無線組網功能，最大中繼深度可達十級，信號覆蓋范圍廣，無盲區。

自動維護無線抄表網絡，多路徑數據傳輸，網絡健壯，抄表成功率高。

具有自動頻率校準功能，惡劣天氣環境下也可正常工作。

自動搜尋采集器和燃氣表，無需人工干預，系統調試簡單，易于操作。

數據傳輸采用矩陣式編解碼算法，數據準確、保密性好。

采用大容量非易失性高可靠存儲器和數據糾錯技術，數據存儲安全可靠。

具有定時抄表、周期抄表功能，提高管理員抄表效率。

雙看門狗防死機設計，戶外長時間運行，不死機。

4.2.采集器

采集器與遠傳計量表、集中器共同組成遠程抄表控制管理系統。采集器用于擴展集中器的數據采集范圍，對水、電、氣、熱計量表進行數據采集和閥門控制。采集器具有上行和下行兩個通道。上行通道采用微功率無線方式與集中器實現數據傳輸。下行通道選用微功率無線方式對其管轄的計量儀表進行數據采集和存儲。

根據實測經驗，2000戶以下的小區一般不需安裝采集器，只需一臺集中器就可覆蓋整個小區。

采集器特點:

內置微功率多通道無線數傳模塊，具有多個網絡通信頻段，抗干擾能力強。

具有無線組網功能，最大中繼深度可達十級，信號覆蓋范圍廣，無盲區。

自動維護無線抄表網絡，多路徑數據傳輸，網絡健壯，抄表成功率高。

具有自動頻率校準功能，惡劣天氣環境下也可正常工作。

自動搜尋采集器和燃氣表，無需人工干預，系統調試簡單，易于操作。

數據傳輸采用矩陣式編解碼算法，數據準確、保密性好。

采用大容量非易失性高可靠存儲器和數據糾錯技術，數據存儲安全可靠。

具有定時抄表、周期抄表功能，提高管理員抄表效率。

雙看門狗防死機設計，戶外長時間運行，不死機。

5.遠程抄表收費系統

5.1.自動組網

通過《遠程抄表收費系統》發送“自動組網”指令進行無線遠傳燃氣表的自動路由組網。

5.2.自動集中抄表

通過《遠程抄表收費系統》發送“自動抄表”指令進行無線遠傳燃氣表的自動集中抄表。

項目	有線遠傳燃氣表	GPRS/短信燃氣表	無線遠傳燃氣表
安裝和調試難易程度	需布專用的通訊網絡，安裝難度大，一旦破壞很難恢復；需專門技術人員安裝和調試	安裝簡單，與普通表基本相同	安裝簡單，與普通表基本相同
安裝和運行成本	高	中	低
耗電情況	可使用市電	高	低
數據傳輸及時性	可隨時查看數據	一周或一天上報一次數據	可隨時查看數據
網絡遷移風險	低（更換集中器模塊）	風險很大	低（更換集中器模塊）
受外部干擾程度	低	高	低
維護難易程度	難，需專門的技術人員	較難	易
維護成本	非常高	高	低