水、电、气联合物联网管理系统

一、概述

水、电、气联合管理就是把同一个用户的用电计量和用水计量、用气计量统一到一个账户（同时具有子账户），用一套软件进行统一管理，当账户余额不足时，可实行停电催费，从而既达到预付费的目的，又能实现统一的水电管理。

水电联合管理系统是我公司节能监管平台系列产品的子系统之一，主要用于高校学生公寓、商务写字楼、部队住宅小区、企业职工宿舍等的水、电表远程抄表、数据统计、预付费用、无费关断，达到节能降耗、科学管理的目的。

水电联合管控系统主要有智能水表、智能电表、数据采集网关、通讯网络、系统软件及管理电脑组成。

水、电、气联合管控系统是我公司根据客户管理需求和市场实践开发的一套实用新型专利产品。采用先进的自动化控制技术、数据采集技术、计算机技术、网络通讯技术、数据库技术实现在线水电监测、数据采集、收费管理与节能控制。

水电联合管理系统应用最新的物联网技术，实现了手机监测设备运行，手机支付及网络缴费，大大简化管理、方便用户。

二、设计思路

1、传统IC卡表的缺点

传统IC卡预付费电表、水表解决了人工抄表繁、上门收费难的管理问题，但在使用过程中出现了几个方面的问题。

1.1 IC卡电表主要问题是用户持卡到管理中心充值后要再把IC卡插到电表中以便把充值金额传到电表里，不仅麻烦而且与电表的零距离接触易引起安全问题；另外就是如电表发生故障而不能正常计费时缺乏必要的监测手段不能及时发现问题及时维护，会造成用户长期用电而不用交费的问题。

1.2 IC卡水表除存在上面电表同样的问题外，还有就是用于欠费断水的电磁阀由于长期侵泡水中受到水质等影响关断失效的情况时有发生，更严重的是当欠费停水后由于阀门故障在用户交了费也不能开阀送水的问题时有发生，水表的维修更换工作量是比较大的，不仅造成后期维护成本高企而且对用户的影响很不好。

1.3 欠费时强制给用户停水不仅不是人性化管理，还会代来一些消防上的隐患。

1.4由于缴费后充值卡会在相对长的时间段内不用，会带来用户保管的不便。

2、预付费的目的

2.1 预付费的本意是预付费用、欠费关断，解决收费难的问题。

2.2 预付费是一种管理手段而不是最终目的，主要为了顺利回收水电费用，而不要花费大量精力去问用户催费讨钱。

3、水电联合管控系统的设计思路

3.1 采用智能远程费控电表，用户交费后后天软件直接通过网络把充值数据发送到终端计量表计。用户欠费后可自动或手动拉闸断电。

3.2 采用光电直读式智能水表，实现水表数据与电表数据同时通过网络上传到管理中心。

3.3 采用用户账户分类统计统一账户扣费的方式，实现水电账户绑定，水电账户联动，当账户欠费时进行拉闸断电，达到强制用户交费而不需停水的催费目标。

3.4 水电联合管控系统既解决了老式预付费电表、水表存在的弊端，大大降低后期维护成本，提高设备及系统的稳定可靠性，同时解决预付费用、强制交费的目的。实现了科学化、人性化管理。

3.5水电联合管控系统可对设备进行在线监测，及时发现、维护、解决问题。

3.6 与将来企业的能耗监测机能源管理平台系统进行对接，不会导致二次投资。

三、系统架构

1、系统结构图

2、架构说明

2.1 数据网关可采集不同类型的计量表具数据，分类保存并实时或定时上传。

2.2 数据网关以楼宇为单位，根据安装表具数量进行配置。安装于楼层弱电间，可接入楼层交换机也可单独从弱电井布线。

2.3 数据网关下行具有4个端口，其中3个端口分别接入楼层的水表、电表、气表。

2.4 进行电表、水表、气表等多表具同时计量，实现水、电、气联合管理。

2.5 楼宇数据网关汇总后通过局域网接入楼宇弱电间网络端口。

四、系统功能

1、系统管理

1.1 能够实现用于电管理、水管理、水电联合监管的多种功能功能。

1.2 设置和识别登陆人员的身份（水管员、电管员、水电联管员）。

1.3 对于水管员，只显示和能够操作用水管理部分的功能；对于电管员，只显示和能够操作用电管理部分的功能；对于水电联管员，显示和能够操作全部功能。

2、高精度的水、电、气计量

使用高精度、双向计量的多功能智能仪表，精确测量用户负荷和系统负荷，优化容量设计，有助于合理分配能源使用，减低使用成本。

3、预付费管理

3.1 预付费是一种管理手段，实行先收费后使用，目的是保证（带有一定的强制性）用户及时缴纳水、电、气费用，而不用管理人员上门被动催费；

3.2 我们科学地把三表管理有机结合，科学设计分类数据统计账户与共同费用结算账户实现分别计量自动核算，统一扣费。

3.3 当用户欠费时实行停电而不停水、气的模式，完全达到预付费目的而更具人性化管理，同时避免使用阀控水表、气表增加成本及降低可靠性的弊端从而后期运维成本。

4、预付费模式

4.1 现金充值，用户到财务缴纳现金，财务收款人员通过专用的收费管理模块进行操作，充值后，计算机直接把充值金额数据通过网络下发到智能电表。

4.2 用户持充值卡，同时在楼宇管理员处配备缴费收款刷卡机，进行扣费充值。

4.3 用户通过微信、支付宝等支付平台进行缴费。

5、用电、用水情况监视和分析

5.1 可对整个系统范围内的用户使用情况进行持续的监测，实时监视用户水量和电流的功率因数等用水和用电参数，对使用情况进行分析。

5.2 可对整个系统范围内的计量表具、数据网关等设备进行实时状态跟踪监测，实时掌握设备的运行状况。

6、水电消耗统计和分析

6.1每天用能数据可自动上传到服务器，供用电管理人员进行查询同时为用户提供综合的水量、电能和需量统计报表，包括不同费率时段的用电量。

6.2可以进行日、月、季节、年的统计与记录，并可进行显示、打印和查询。

7、报警和事件管理

系统可以在水、电流发生突变时，发出信息语音提示，同时可以将报警信息以email或手机短信的形式通知相关人员。

8、报表及历史数据管理

8.1 自定义新的模板生成报表，可以手动或根据预设时间生成，能转换成xml格式进行发送和打印。

8.2 系统基于SQL server数据库完成历史数据管理，所有实时采样数据均可保存到历史数据库。

9、web客户端及用户管理

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9.1系统软件是基于B/S架构的软件，可以通过IE浏览器查看能源监测画面和查询用电情况；用户权限管理能够防止未经授权的操作。

9.2可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行维护管理提供可靠的安全保障。

10、系统开放性

10.1 系统具有良好的开放性，可方便与其他智能设备进行通讯；

10.2 系统具有第三方通讯功能，可作为服务器其他程序提供数据，也可作为客户端，从其他系统获取数据。

五、设备技术参数及特点

1、智能电表选型

1.1 每个电表或电表模块自带CPU，可独立实现所有控制功能

1.2 电表或模块自带负载检测功能卡拉合伙人，阀值可通过数据中心设置，具体由用户实际使用情况决定，实现过载拉闸功能。

1.3 定时开关功能可以周为单位，每天可以设置4个定时开关时间段；也可根据需要设置节假日的开关时间段。

1.5 具有分时限电功能，可在不同时段限制不同的过载功率。

1.6 具有多种费率及分时计费功能。

1.7 大屏幕液晶显示账户数据及功能参数。

1.8 具有485远程通讯接口及红外本地数据接口，均具有耐压及抗干扰隔离设计，确保通讯稳定可靠。

1.9 符合国家电网的技术标准，具有标准通讯规约协议。

2.0 智能电表根据应用场合可选单相智能电表、三相智能电表、多功能仪表灯

2、智能水表、气表选型

卡拉合伙人2.1 水表可气表均采用光电直读绝对编码方式，自动记忆码轮位置，无须初始化；直接读取窗口值，无累计脉冲换算，没有累计误差，实现了表记字轮数据的直读，确保表具计量数据和后台数据的完全统一。

2.2 采用M-BUS总线技术，通讯、供电只需两根线，并且无需区分正负极性，无需外接电源，安装方便

2.3 系统采用三级结构，具有极佳的系统扩容性，方便管理部门增加新表；

2.4 计量表具出厂时均具有唯一ID编号，建立完整的生产、调试、使用和维护记录；

　2.5 全密封设计，防水性能好，可泡在水中正常工作。

　　2.6 不受外部强磁攻击，抗干扰性能极高；有效解决水表倒转、水锤现象。

3、数据网关

WG315数据网关是能耗监测系统中的关键设备，下行通过RS-485、MOD-BUS主流通信协议与智能电表、智能水表、流量计、气表、温度传感器、压力传感器等现场计量、监测设备连接进行参数设置、命令下发、数据采集、数据冻结、状态监测等；上行支持多种通讯方式：RS-485、TCP/IP、GPRS等与管理服务器相连接受配置命令和上传采集数据。

3.1设计特点

（1）采用RAM平台，具有低功耗嵌入式系统/微控制器结构，最大电源消耗不大于10VA；系统运行速度快，稳定可靠，平均无故障时间不少于10万小时，直观清晰，操作方便。

（2）嵌入式WEB页面，采用大屏LCD显示，支持通过TCP/IP协议远程WEB方式进行配置 ；内置各种标准通信协议如DL/T 645-1997、CJ/T 188-2004，可根据计量监测终端选型进行通讯配置；支持特殊要求的通信协议写入。

3.2功能操作

（1）可以显示当前、电压、电流等用电运行参数及用户信息查询。具有异常状态报警及用户账户查询。

（2）查询个人或单位用户数据信息，授权对用户参数进行设置和变更。。

（3）对单独用户或小组用户进行开关电操作。

3.3数据采集

（1）数据网关支持两种数据采集模式：数据中心指令采集和主动定时采集，且定时采集的时间间隔可以秒为单位进行配置，其范围为60秒—86400秒（一天）；可实时采集或按设定的时间间隔自动采集电表的实时电量、日冻结电量、月末冻结电量等数据

（2）实时采集配电监测终端的电流、电压、功率因数、相位平衡等电力运行参数并上传到服务器。

（3）实时采集水表、流量计等计量装置终端数据，识别运行状态及环境监测终端的监测数据并上传服务器。

（4）采集各个电能表的实时电能示值、日冻结电能示值，具有数据采集、数学运算、分类/分项能耗值的计算功能。

3.4数据存储

（1）网关对采集的计量、监测终端数据可自动进行存储，保存时带时标标记，数据存储容量大，具有存储至少4周历史数据(按10分钟每次冻结)的能力，且存储容量可扩充。

（2）能保存每个电能表的24个整点冻结电能数据，31个日零点冻结电能数据，12个月末零点冻结数据及重点用户的条件冻结数据。

（3）具有处理更换计量装置时的归零、底码等处理功能

（4）具有停电数据保持功能，电源瞬时或长时间断电时，具有数据保存功能。

3.5数据传输

（1）所有对外接口都进行隔离防雷设计，安全可靠。

（2）具有远程传输功能网关与后台服务器通讯，可运用以太网（优先）、GPRS、ADSL、CDMA等方式远程传输能耗数据，。

（3）支持数据主动上报，支持停电数据保存，具有断点续传功能，确保数据传输连贯、准确可靠，网络掉线不影响数据传输的准确性。

（4）传输方式为：网络层使用IP协议；传输层使用TCP/UDP协议；应用层协议参考建设部《分项能耗数据传输技术导则》。

3.6功能参数

（1）可通过远程或本地设置数据网关参数，包括主站信息、抄表间隔、抄表时间、抄读数据项目、路由、表地址、重点用户表地址等参数。

（2）校时功能网关内部设计硬件时钟，具有实时时钟和自动同步功能，时钟误差小于0.5S/d。后台服务器可对网关进行远程校时，网关对计量表具进行广播校时。

（3）具有自诊断功能，数据网关具有自检功能，发现设备（包括通讯）异常记录和报警功能。

（4）远程控制及预购电功能，网关支持后台中心对电表实行远程控制，支持预付费电表接入，支持远程购电。

（5）数据网关支持本地或远程升级。

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