【摘要】企事業(yè)單位能源供應(yīng)預(yù)付費系統(tǒng)與家用能源供應(yīng)預(yù)付費系統(tǒng)的主要差別是:前者的安全可靠性要求特別;某些重要部門的能源供應(yīng)突然中斷，易引發(fā)事故。針對企事業(yè)單位能源供應(yīng)的安全可靠性要求，研發(fā)了IC卡預(yù)付費系統(tǒng)。一個完整的能源預(yù)付費系統(tǒng)由售卡制卡子系統(tǒng)、能源計量子系統(tǒng)、預(yù)付費控制子系統(tǒng)、預(yù)付費監(jiān)控子系統(tǒng)以及各子系統(tǒng)之間的傳輸介質(zhì)組成。其中預(yù)付費控制子系統(tǒng)包含IC卡讀卡器、預(yù)付費控制器、控制閥和輔助設(shè)備。售卡制卡子系統(tǒng)的軟件應(yīng)包括操作員密碼驗證（總貌畫面）、權(quán)限管理、單位檔案管理、IC卡初始化、IC卡充值、操作痕跡查詢等。能源預(yù)付費系統(tǒng)集成了能源計量、數(shù)據(jù)采集和能源供應(yīng)控制三大功能，實現(xiàn)了能源計量、數(shù)據(jù)及時傳送、欠費關(guān)停的功能。該系統(tǒng)已在供能區(qū)域得到了廣泛使用，用戶反響良好。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)；能源；無線通信；可靠性；預(yù)付費系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集；監(jiān)控

0引言

近年來，能源預(yù)付費系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展對量大面廣的能源供應(yīng)網(wǎng)意義非凡。該系統(tǒng)不僅節(jié)省了上門抄表的人工成本，而且改后付費為預(yù)付費，杜絕了能源費拖欠這一老大難問題，實現(xiàn)了收費管理的現(xiàn)代化。能源預(yù)付費系統(tǒng)的發(fā)展促進(jìn)了能源計量表計和控制設(shè)備的發(fā)展，具有預(yù)付費管理和控制功能的預(yù)付費水表、電表、燃?xì)獗響?yīng)運而生。消費者從售卡處購得1C卡或進(jìn)行充值，然后將費用存入表計，使閥門自動開啟后進(jìn)行供水或供氣。在此過程中，供方和需方都很便利。這樣的刷卡消費在家用時不存在大的安全隱患，但是對于一個工業(yè)制造企業(yè)就不那么簡單了。尤其是在工業(yè)爐窯以及化工生產(chǎn)過程中，突然中斷能源供應(yīng)易引發(fā)事故。本文針對企事業(yè)單位能源供應(yīng)的安全可靠性要求，研發(fā)了IC卡預(yù)付費系統(tǒng)。

1能源預(yù)收費系統(tǒng)的組成

能源預(yù)付費系統(tǒng)由5個基本部分組成:售卡、制卡子系統(tǒng)，能源計量子系統(tǒng)，預(yù)付費控制子系統(tǒng)，預(yù)付費監(jiān)控管理子系統(tǒng)和各系統(tǒng)之間的傳輸介質(zhì)，如圖1所示。

1.1售卡、制卡子系統(tǒng)

售卡、制卡子系統(tǒng)一般安裝在財務(wù)部門或熱網(wǎng)管理站的財務(wù)專員處。其硬件包括非接觸式IC卡讀寫器和與之相連的PC機(jī)。軟件界面包括操作員密碼驗證(總貌畫面）、權(quán)限管理、單位檔案管理、IC卡初始化、IC卡充值、操作痕跡查詢等界面。

1.2能源計量子系統(tǒng)

因能源種類、介質(zhì)類型和設(shè)計的不同，能源計量子系統(tǒng)的組成也不同。對于以蒸汽為介質(zhì)的供熱系統(tǒng)，計量的對象為蒸汽的質(zhì)量流量或熱量流量，系統(tǒng)通常由流量變送器（或傳感器）、壓力變送器、溫度傳感器、流量演算器等組成.為了提系統(tǒng)的可靠性，有的設(shè)計中還提供不間斷電源。為了將測量結(jié)果及時遠(yuǎn)傳到中控室的監(jiān)控站，流量演算器一般帶有數(shù)字通信口，常用的傳輸介質(zhì)為有線、無線以及移動通信（GPRS或CDMA)。隨著移動通信資費的降低，現(xiàn)在人們更喜歡采用移動通信的方法。以GPRS為通信介質(zhì)的蒸汽預(yù)付費系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

按照標(biāo)準(zhǔn)，蒸汽計量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到±2.5%，而實際準(zhǔn)確度能達(dá)到±1.5%.流量示值在常用流量附近或接近滿度流量處，準(zhǔn)確度能達(dá)到±0.5%±1.0%。

1.3預(yù)付費控制子系統(tǒng)

預(yù)付費控制子系統(tǒng)由預(yù)付費控制器和控制閥組成。其中，控制閥安裝在管道上，而控制器都帶有讀卡器，一般都安裝在現(xiàn)場便于操作的地點。

預(yù)付費控制器應(yīng)具有下列基本功能。

①讀卡。預(yù)付費控制箱自帶非接觸式讀卡器，將客戶預(yù)先購得的1C卡上的金額讀入與卡號一致的控制箱單片機(jī)，并在彩色液晶顯示器上顯示，剩余金額也相應(yīng)調(diào)整。

②1C卡充值記錄畫面。每一次在控制箱讀卡器上刷卡充值時，如果充值成功便形成一條充值記錄。記錄內(nèi)容包括:充值日期、時間、充入金額。通過操作控制器面板，可查詢?nèi)砍渲涤涗洝?/span>

③預(yù)付費主顯示畫面。主顯示畫面的用途是告知熱用戶，充入控制箱的余額以及當(dāng)前的蒸汽單價。該畫面還顯示累積流量和控制閥的當(dāng)前開度。

④自動關(guān)閥。當(dāng)余額為0時，控制器(或計算機(jī)）自動關(guān)閥。

⑤故障診斷代碼。

1.4數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)

該系統(tǒng)是整個能源供應(yīng)網(wǎng)的監(jiān)視和指揮中心。它先對分布在各處的現(xiàn)場能源計量表計的測量結(jié)果進(jìn)行采集、保存、處理，并制作成各種畫面，以便操作管理人員使用;其次對各客戶終端的能耗情況及余額進(jìn)行監(jiān)視，并在余額不多時，分別提前三天、兩天和一天自動發(fā)出提示短信：在所剩金額為0時，通過計算閉現(xiàn)場控制閥或由現(xiàn)場預(yù)付費控制器自動關(guān)閉能源控制閥。監(jiān)控站計算機(jī)的畫面可以很豐富，一般有檢測控制點地理分布畫面、動態(tài)流程圖畫面、計量數(shù)據(jù)密集顯畫面、計量數(shù)據(jù)歷史曲線畫面、管損趨勢圖畫面、同比分析畫面、事件報告畫面、統(tǒng)計報表畫面和收費通知單制作畫面，在有關(guān)文獻(xiàn)中已對其有詳細(xì)描述。在具有預(yù)付費管理功能的監(jiān)控操作站，還要有費用管理畫面和控制閥操作畫面。

2系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵問題研究

2.1可靠性問題

安全性和可靠性設(shè)計是預(yù)付費系統(tǒng)的關(guān)鍵。

①系統(tǒng)不因主電源掉電和控制線路斷線而意外關(guān)閥。主電源上電和掉電時，電動控制閥的閥門能保持原有閥位，不會自行關(guān)閥;控制線斷線后也不會自行關(guān)閥。

②上位機(jī)開機(jī)/關(guān)機(jī)、系統(tǒng)調(diào)試，均不應(yīng)引起控制閥關(guān)閉。在系統(tǒng)正式投入控制之前，關(guān)閉控制閥電源，則調(diào)試過程中的各種操作都不會導(dǎo)致控制閥的意外關(guān)閉。上位機(jī)對控制閥進(jìn)行操作的條件是:應(yīng)用程序投入正常運行;能與下位機(jī)進(jìn)行正常通信、由值機(jī)人員按下相應(yīng)的關(guān)閥鍵。在上位機(jī)的開機(jī)、關(guān)機(jī)、掉電、出錯時，不可能同時滿足這3個條件，因此，系統(tǒng)是安全的。

③防止控制閥卡死問題。預(yù)付費控制系統(tǒng)中的大部分控制閥少發(fā)生動作，有的計量點可能一年也不發(fā)生動作。因此，閥芯總是停留在一個位置上，容易因流體中的水垢等異物而卡死，導(dǎo)致需要關(guān)閥的時候無法關(guān)斷。解決這一問題的方法是經(jīng)常讓閥芯動一動，例如在上位機(jī)中設(shè)計一個程序，定期由上位機(jī)送出一個將閥門關(guān)小的信號，并自動記錄閥門動作的實

際響應(yīng)數(shù)據(jù)，并由計算機(jī)判斷控制閥動作是否正常。在試驗中，閥門關(guān)小的程度應(yīng)以不影響用戶的使用為限。實現(xiàn)這一措施的基礎(chǔ)是閥門選用比例式電動控制閥，并帶比例式閥位反饋。

④防止冷管開閥引起水擊的問題。冷管通汽應(yīng)遵循一定的程序，操作太急容易引起水擊，損壞設(shè)備。在預(yù)付費控制系統(tǒng)中，業(yè)主單位可在控制閥旁邊設(shè)一臺通徑足夠小的旁通閥；冷管啟動時，先開旁通閥暖管；暖管過程結(jié)束后，再開啟預(yù)付費控制閥。預(yù)付費閥關(guān)閉后，仍有旁通閥為下游提供微量的蒸汽，防止因管內(nèi)積水而導(dǎo)致預(yù)付費閥重新打開時的水擊。

⑤儀表的故障診斷和診斷信息的管理。預(yù)付費控制器和計量表計的正常運行是預(yù)付費系統(tǒng)正常運行的先決條件。因此，預(yù)付費控制器和流量演算器均應(yīng)具備必要的故障診斷功能，并將診斷結(jié)果上傳至上位機(jī)，以顯示、報警和編制報警記錄。同時，儀表的液晶屏上也顯示診斷結(jié)果（代碼），從而提了系統(tǒng)的可靠性。

2.2防做弊問題

用于貿(mào)易交接計量的表計偶爾會發(fā)生做弊事件，做弊的手法也很多。在現(xiàn)有的儀表中，已經(jīng)實施的防做弊策略有以下幾種。

①防止拉電做弊的策略。在計量箱內(nèi)的流量演算器帶有斷電記錄功能，能將計劃停電和有意拉電一次不漏地記錄下來。主電源掉電后，不間斷電源中的充放電控制器能送出一路干接點信號至流量演算器的開關(guān)量輸入口，然后經(jīng)數(shù)字通信口送至上位機(jī)，在監(jiān)視器上發(fā)出報警信號，并作好事件記錄，以備查考。

②開箱門報警。在現(xiàn)場儀表箱內(nèi)配有行程開關(guān)，一旦箱門被打開，就有一路接點信號經(jīng)演算器送至上位機(jī)，進(jìn)行報警。

③防止通過上位機(jī)向下位機(jī)下載數(shù)據(jù)做弊。在預(yù)付費控制系統(tǒng)中，上位機(jī)要對安裝在現(xiàn)場的控制閥進(jìn)行操作，就需從下位機(jī)（控制器）下載數(shù)據(jù)。如果流量演算器與控制器合而為一，就會引發(fā)用戶的憂慮:上位機(jī)既然可以下載控閥數(shù)據(jù)，為什么就不能下載與計量有關(guān)的數(shù)據(jù)呢？為了消除用戶的這一擔(dān)心，將控制器和流量演算器分為兩臺表。其中，用于計量的流量演算器申請授權(quán)機(jī)構(gòu)的檢定，檢定合格后加封印。

④防止通過修改與計量結(jié)果有關(guān)的數(shù)據(jù)做弊。在智能化的流量演算器中，有很多數(shù)據(jù)在輸入密碼之后都可以修改。儀表出廠后，為了防止掌握密碼的人員違規(guī)修改這些數(shù)據(jù)，在流量演算器中設(shè)有“關(guān)鍵數(shù)據(jù)修改記錄功能"。關(guān)鍵數(shù)據(jù)的每一次修改，都會形成一條黃色字跡的記錄，從而杜絕了這一做弊方法。

3安科瑞Acrelcloud-3200預(yù)付費水電云平臺

3.1概述

AcrelCloud-3200預(yù)付費水電云平臺是安科瑞公司研制的與DDSY-1352單相電子式預(yù)付費電能表及DTSY-1352三相電子式預(yù)付費電能表配套的售電管理系統(tǒng)。另外可以選配遠(yuǎn)傳閥控水表組成水電一體預(yù)付費系統(tǒng)，達(dá)到先交費后用水的目的，剩余水量用完自動關(guān)閥。主要完成電能表/水表參數(shù)設(shè)置，商戶售電/售水管理及能耗管理工作，操作簡便，實現(xiàn)物業(yè)公司遠(yuǎn)程實時操作實時監(jiān)控，具有良好的人機(jī)界面，能夠有效的統(tǒng)計和管理數(shù)據(jù)。安裝方便，是用電管理部門、商業(yè)廣場和物業(yè)小區(qū)，提用電用水管理水平，解決收費難問題的理想產(chǎn)品。

3.2應(yīng)用場所

本平臺適用于公寓出租戶、商業(yè)廣場、公寓酒店、物業(yè)小區(qū)、寫字樓、物流倉儲、校、連鎖超市、智慧園區(qū)、農(nóng)貿(mào)市場等場所。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4系統(tǒng)功能

3.4.1房間監(jiān)控

清晰簡潔的展示所有房間狀態(tài)信息，所屬樓棟樓層，在線失連情況，費用狀態(tài)等，進(jìn)入房間詳情可對房間當(dāng)前實時信息進(jìn)行查看，并可了解當(dāng)天用電量和使用金額情況，可對房間內(nèi)的電表進(jìn)行各種遠(yuǎn)程控制操作，比如開戶、電價設(shè)置，售電、退電、報警金額設(shè)置、分合閘操作等等。

3.4.2電戶開表

系統(tǒng)針對商鋪開戶不僅支持一戶一表，也支持一戶掛多表的需要;支持自定義電價方案，單一電價、尖峰平谷電價、階梯電價等:支持預(yù)先設(shè)置開戶信息后期一鍵開戶;支持設(shè)置電表合額告警默認(rèn)三級告警，告警金額和次也可以自定義，推送方式支持手機(jī)短信，APP推送，郵件、語音外呼、公眾號推送等。

3.4.3充電繳費

可以對已開戶的電表進(jìn)行遠(yuǎn)程充值，電費實時下發(fā)到電表。電表會根據(jù)電度走字實時扣除電費同時系統(tǒng)也支持早臺計費，金額下發(fā)到系統(tǒng)賬戶，到賬快速穩(wěn)定。

3.4.4財務(wù)管理

訂單總覽，包含系統(tǒng)里所有水電充值退費記錄，以及物業(yè)費扣費流水記錄。收入概況，可以從日，月，年，時間跨度等不同維度統(tǒng)計水電費收入情況，收入組成。

3.4.5報表

系統(tǒng)還提供了多個報表以供查詢。用電綜合報表，幫助財務(wù)統(tǒng)計每個月商鋪總用電量，尖峰平谷用電量以及電費，能耗同比分析，可以比較每個月份與去年同期相比的用能差距。能耗日月年報表，按日，月，年三個不同維度查詢電表每個階段的用能情

3.4.6批量操作

為了方便用戶對大量儀表進(jìn)行管理和設(shè)置，可以在系統(tǒng)中新建批量操作任務(wù)，比如設(shè)置電價、電表控制、儀表設(shè)置、充值等，批量任務(wù)可以立即執(zhí)行，也可以定時執(zhí)行。

3.4.7自定義收費方案

為了靈活應(yīng)對用戶多種多樣的收費方案，比如物業(yè)費，房租，服務(wù)費等，系統(tǒng)支持用戶自定義收費項目。收費方式可設(shè)置直接從賬戶扣除或者生成催繳賬單，可設(shè)置周期性收費或者一次性收費，可以按固定金額收費或者按房間面積換算等等。

3.4.8公共區(qū)域用電分?jǐn)?/span>

某塊表為主表，然后分配關(guān)聯(lián)子表，系統(tǒng)每個月自動將主表的用電按比例換算成電費從子表中扣除，這樣可以剩余人工統(tǒng)計的麻煩。公攤方式多樣，可以根據(jù)比例公攤，按房間面積公攤，按用量公排，收費方式有直接扣費或者生成維費賬單。

3.4.9公眾號在線支付

用戶可以在微信小程序或者微信公眾號自助查詢電表使用情況以及繳費。

3.5系統(tǒng)硬件配置

4結(jié)束語

能源預(yù)付費系統(tǒng)集成了能源計量、數(shù)據(jù)采集和能源供應(yīng)控制三大功能，實現(xiàn)了能源計量、數(shù)據(jù)及時傳送、欠費關(guān)停的功能。1C卡的使用能有效防止偷氣，保障了計量的公平公正，并大大減少了人工抄表的費用。所設(shè)計的系統(tǒng)采用了一些智能化的方法，能夠確保用戶不發(fā)生意外停汽，保障安全用氣。該系統(tǒng)在供能區(qū)域得到了廣泛使用，用戶反響良好。

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[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版．

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1.       云平臺：變電所運維云平臺、分布式光伏運維云平臺、建筑能耗云平臺、企業(yè)能源管控平臺、遠(yuǎn)程預(yù)付費管控云平臺、宿舍預(yù)付費管控云平臺、充電樁收費運營云平臺、智慧消防云平臺、安全用電管理云平臺、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺；

2.       系統(tǒng)解決方案：變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)、馬達(dá)保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)、動環(huán)監(jiān)控及能效分析系統(tǒng)、智能照明監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源監(jiān)控裝置、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、余壓監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)；無線測溫系統(tǒng)；

3.       中壓測控裝置：環(huán)網(wǎng)柜綜合保護(hù)裝置、微機(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、線路保護(hù)裝置、配電變保護(hù)裝置、電動機(jī)保護(hù)裝置、備自投保護(hù)裝置、電容器保護(hù)裝置、PT檢測裝置、低壓備自投裝置、公共測控裝置、防孤島保護(hù)裝置、電流互感器過電壓保護(hù)器、溫濕度控制器、無源無線測溫傳感器、CT取電無線測溫傳感器；

4.       電力監(jiān)控與保護(hù)：弧光保護(hù)裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、電氣接點在線測溫裝置（智能濕度巡檢儀）、電動機(jī)(馬達(dá)）保護(hù)器、低壓線路保護(hù)器、智能剩余電流繼電器、三遙單元；

5.       電能管理：可編程交流電測儀表、可編程直流電測儀表、多功能全電量電表、精度網(wǎng)絡(luò)電力儀表、諧波表、電能質(zhì)量表、海拔儀表、逆電流監(jiān)測電表、電子式電能表、導(dǎo)軌式電能表、面板表嵌入式電表、預(yù)付費表、多用戶計量箱、物聯(lián)網(wǎng)儀表、無線多回路計量交流/直流表、無線多回路環(huán)保檢測模塊、正反向直流電能表、無線通訊轉(zhuǎn)換器、智能照明控制裝置；

6.       電能質(zhì)量治理：有源電力濾波器、中線安防保護(hù)器、諧波保護(hù)器、靜止無功發(fā)生器、濾波補(bǔ)償裝置、電力電容補(bǔ)償裝置、集成式諧波抑制電力電容補(bǔ)償裝置、投切開關(guān)、功率因數(shù)補(bǔ)償控制器、自愈式低壓并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器；

7.       電氣安全：電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器、剩余電流探測器、電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置、在線監(jiān)控路燈計量、無線測溫顯示單元、故障電弧探測器、故障電弧傳感器、隔離電源絕緣監(jiān)測裝置、醫(yī)療機(jī)構(gòu)絕緣報警顯示儀、醫(yī)療醫(yī)院用隔離變壓器、工業(yè)用絕緣監(jiān)測裝置、電氣防火限流式保護(hù)器；

8.       新能源：光伏采集裝置、電瓶車智能充電樁、汽車充電樁、光伏匯流采集裝置；

9.       數(shù)據(jù)中心/鐵塔基站：數(shù)據(jù)采集模塊、機(jī)房數(shù)據(jù)柜監(jiān)控裝置、多回路電表、母線監(jiān)控裝置、電力監(jiān)控屏；

10.       智能網(wǎng)關(guān)：通信管理機(jī)、無線通信終端（無線通訊轉(zhuǎn)換器）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、串口服務(wù)器；

11.       電量傳感器：低壓電流互感器、開口式互感器、一次小電流互感器、0.2級電流互感器、低壓電動機(jī)保護(hù)器專用互感器、剩余電流互感器、霍爾傳感器、羅氏線圈電流變送器、模擬信號隔離器、有功功率變送器、無功功率變送器、直流電壓傳感器、浪涌保護(hù)器；

12.       環(huán)保監(jiān)控：油煙在線監(jiān)測儀、環(huán)保數(shù)據(jù)采集傳輸裝置；