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深圳市燃气集团股份有限公司 深圳 518000
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，最簡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、数据传输、阀门控制和配置与显示等几大功能：
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，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、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-162-2009《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/h 1.6 2.5 4
最大流量 m/h 2.5 4 6
最小流量 m/h 0.016 0.025 0.04
计量等级 级 1.5
基本误差限 % Qmin≤Q<0.1Qmax时±3，0.1Qmax≤Q≤Qmax时±1.5
最大累计量 m 99999.999
最大工作压力 kPa 10
总压力损失 Pa ≤250
密封性 kPa 20kPa压力下3min内不泄漏
字轮最小读数 dm 0.2
使用温度 ℃ -10～+50
工作电压 V DC 5.0V～7.0V
工作电流
（平均） mA ≤90
采样方式 双干簧管/光电直读
阀门可靠性 连续开关次数不小于10000次
一次抄表成功率 ≥98.5%
数据抄读准确率 ≥99%
参考文献：
[1]戴嗣英.无线抄表技术在燃气行业的应用[J]；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）
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，最簡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、数据传输、阀门控制和配置与显示等几大功能：
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，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、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-162-2009《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/h 1.6 2.5 4
最大流量 m/h 2.5 4 6
最小流量 m/h 0.016 0.025 0.04
计量等级 级 1.5
基本误差限 % Qmin≤Q<0.1Qmax时±3，0.1Qmax≤Q≤Qmax时±1.5
最大累计量 m 99999.999
最大工作压力 kPa 10
总压力损失 Pa ≤250
密封性 kPa 20kPa压力下3min内不泄漏
字轮最小读数 dm 0.2
使用温度 ℃ -10～+50
工作电压 V DC 5.0V～7.0V
工作电流
（平均） mA ≤90
采样方式 双干簧管/光电直读
阀门可靠性 连续开关次数不小于10000次
一次抄表成功率 ≥98.5%
数据抄读准确率 ≥99%
参考文献：
[1]戴嗣英.无线抄表技术在燃气行业的应用[J]；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）