無限遠傳膜式燃氣表怎麼使用

一、智慧燃氣表的發展背景及誕生

燃氣表是燃氣系統的重要組成部分，對燃氣企業的安全運營、服務質量、經濟效益等都有著較大的影響。隨著經濟社會的發展以及天然氣階梯氣價政策的實施，新時期燃氣企業所面臨的入戶抄表、安檢、監管、調價、結算、事故等問題日益突顯。燃氣企業一方面要實現發展盈利的目標，另一方面還應及時、準確地將分散的使用者資料採集回企業，為後續的經營做決策。燃氣計量儀器作為使用者用氣資料採集的終端裝置，是燃氣企業實現智慧化管理的前提，也是進一步實現大資料服務的關鍵。傳統的燃氣表顯然已經達不到這樣的要求，跨界合作應運而生，藉助通訊技術、物聯網技術，燃氣儀表在智慧化的道路上越走越遠。

一般理解在燃氣基表上加入某些模組，實現資料採集、傳輸、控制等功能的燃氣表可稱為智慧燃氣表。國外的智慧燃氣表最早1983年在日本使用，我國的智慧燃氣儀表從1995年研製IC卡表開始起步。目前國內外在智慧燃氣儀表技術上差距不大，均在物聯網智慧燃氣表階段發力佈局。從智慧燃氣儀表的發展來看，智慧燃氣儀表從最初的只能實現預收費和控制功能發展到目前集資料感知、空中儲值、查詢、遠端監控、實時預警等功能為一體的過程一共經歷了三個發展階段。

智慧燃氣表發展歷程

二、智慧燃氣儀表的開端——IC卡式燃氣表

IC卡燃氣表的功能主要體現在兩方面：一是預收費；二是用氣控制。其核心在於購氣卡，使用者與燃氣公司之間的交易以及使用者使用燃氣都是透過購氣卡來體現的，透過設定在燃氣表中的讀卡裝置來對購氣卡資料進行讀取，自動調整燃氣閥門的關閉與開啟。

在卡式燃氣表中，根據購氣卡型別的差異，可以將其分為IC卡燃氣表、CPU卡燃氣表、射頻卡燃氣表三種。卡式燃氣表功能十分完善，主要包括預付費功能、提醒功能、欠費閥門關閉控制功能、補氣驗證、非法卡識別功能等。透過卡式燃氣表的利用，不僅可以解決傳統入戶收費的弊端，實現了使用者的自動繳費，有效避免使用者欠費問題，提高燃氣使用的安全性。

目前我國最常用的是IC卡燃氣表，其是以膜式燃氣表為計量基表，以IC卡為媒體，加裝電子控制器所組成的一種有預付費功能的燃氣計量裝置。IC卡燃氣表主要由膜式燃氣表（基表）、採集訊號單元（量值感測器、磁鋼）、控制器單元（計費器）、執行器（電磁閥等）、媒體（IC卡）、電源組成，其通訊模式如圖1。

ic卡燃氣表通訊模式

圖1 IC卡燃氣表的通訊模式網路結構

IC卡表具有自動收費功能，一戶一表一卡，使用者將費用交給燃氣銷售部門，銷售部門將購氣量透過計算機管理系統寫入IC卡中，使用者將IC卡再插入IC卡燃氣表中，便可獲得所購燃氣量的使用許可權。在使用者用氣的過程中，IC卡智慧表中的微電腦自動核減剩餘氣量，所購氣量用盡後便會自動關閥斷氣，使用者需重新購氣方能再次使IC卡燃氣表開閥供氣。

CPU卡在常規IC卡基礎上新增CPU智慧卡以及嵌入式安全模組ESAM作為資料資訊儲存和傳遞的介質，大大提升了卡表的資訊儲存能力，強化了安全性和抗攻擊性，並可實現CPU卡的金融功能。

射頻卡在基表基礎上加裝微電腦晶片和射頻卡作業系統，以射頻卡為媒介，實現了更多功能，比如：報警提示功能、閥門異常計量功能、防磁干擾功能、一卡多表功能等。

卡式燃氣表儘管實現了計量收費和控制功能，但普遍存在著抗干擾能力差、電源不持久、閥門易故障、卡座易損壞等缺陷；卡式表無法實現資料實時傳輸，燃氣公司也無法及時準確的瞭解使用者用氣量情況；由於無法實時監管，容易造成使用者端燃氣事故；如果實施新氣價，卡式表需要人工調整其計費方式，工作量大，不利於燃氣公司財務及供銷差統計。

我們將卡式表與常規膜式表進行了對比，如表1所示。

表1 卡式表與膜式表對比

膜式燃氣表與ic卡燃氣表對比

三、智慧燃氣表與通訊技術初次結合—— 遠傳燃氣表

遠傳燃氣表是指具有基表資料讀取和遠傳功能的燃氣表，其基表資料讀取採集是由資料感測器完成的，再利用無線或有線通訊方式，實現基表讀取資料與燃氣公司收費管理系統中心的資訊傳輸，從而實現對燃氣表的遠端抄表，在收費管理系統中完成對氣量的計算和費用的結算。在遠傳燃氣表中，主要是有線遠傳表、無線遠傳表兩種型別。

3。1 有線遠傳燃氣表系統

有線抄表系統主要由燃氣表、採集器和手持機構成，其原理如圖2所示。燃氣表透過通訊匯流排與採集器相連，採集器定期採集燃氣表資料並存儲於晶片中。工作人員透過手持機讀取採集器中所儲存的燃氣表資料並將其上傳到燃氣企業後臺管理系統。

RS485有線遠傳通訊模式

圖2 有線抄表系統原理

該系統可以實現遠端抄讀資料、遠端監測，有線遠傳表不需電源、資料傳輸穩定，解決了抄表難、檢測難的問題，但施工佈線複雜，施工、安裝、維護成本較高，依然需要配備人員去各採集器中下載資料。

3。2 無線遠傳燃氣表系統

無線遠傳表利用短距離無線網路將燃氣表的計量資料傳輸到電子資料採集器/集中器，採集器/集中器和資料中心之間可以選擇GPRS、CDMA、3G或簡訊的通訊方式。短距離無線網路一般採用調製解調通訊技術，而智慧燃氣表遠端無線技術中最為常見的有GFSK高斯頻移鍵控技術和LoRa擴頻技術。GFSK高斯頻移鍵控技術是把輸入資料經高斯低通濾波器預調製濾波後，再進行FSK調製的數字調製方式。它具有恆幅包絡、功率譜集中、頻譜較窄等特性。LoRa擴頻技術是一種專用於無線電調製解調的技術，融合了擴頻技術、前向糾錯編碼技術以及數字訊號處理技術，使其傳輸距離變長，無需中繼器，功耗降低，抗干擾性和安全性也得以提高。

無線智慧燃氣表抄表解決方案也分成了三種形式：

（1）無線手持機抄表方案

無線燃氣表透過自身攜帶的無線通訊模組與採集器實現無線通訊，採集器定期主動採集燃氣表的資料並儲存，工作人員透過手持機與採集器通訊將表中的資料下載到手持機中。此種抄表系統中的通訊方式均為短距離通訊網路。該技術僅僅將有線抄表技術更換成無線通訊，依然需要工作人員定期將資料下載到手持機中，比較落後。

無線遠傳燃氣表通訊模式

圖3 無線手持機抄表系統原理

（2）GFSK遠端集中抄表方案

GFSK遠端集中抄表方案，用集中器代替手持機，進一步減少了人工成本，改善了無線手持機抄表；但集中器的投入以及通訊流量費用的產生，造成成本較高。該系統由無線智慧燃氣表、資料採集器與資料集中器構成，採用GFSK高斯頻移鍵控技術實現燃氣表與採集器的通訊，其原理如圖4所示。無線燃氣表與資料採集器採用短距離通訊網路，資料採集器與資料集中器之間多采用電力載波通訊（利用已佈置的電線）或一些標準的自組網網路通訊（無線），集中器與燃氣企業後臺管理系統採用GPRS通訊。

GFSK遠端集中抄表系統原理

（3）LoRa遠端集中抄表方案

LoRa技術是由全球知名模擬混合訊號與半導體供應商Semtech公司釋出的一種專用於無線電調製解調的技術，融合了數字擴頻技術、數字處理技術和前向糾錯編碼技術，擁有前所未有的效能。由於LoRa技術融合了多項先進技術，綜合了多種技術的優越性，其最大的特點在於可以在同等功耗下取得更遠的通訊距離，無需中繼器，功耗降低，抗干擾性和安全性也得以提高，主要適用於低速率通訊，如燃氣表抄表、水錶抄表、溫溼度監測燈光控制等。

LoRa遠端集中抄表方案，由無線智慧燃氣表、資料集中器構成，主要是利用LoRa所融合的前向糾錯編碼技術和擴頻調製技術，其原理如圖5所示。雖然LoRa技術比GFSK技術要效能更優，但LoRa射頻晶片的價格比傳統調製技術的晶片高許多，提高了智慧燃氣表的成本，而且存在傳輸速率和傳輸的實時性上較差，通訊資訊量少等問題，需要進一步發展。

LoRa遠端集中抄表方案

圖5 LoRa遠端集中抄表系統原理

儘管遠傳式的燃氣表實現了計量收費與資料傳輸的功能，但普遍來說燃氣表本身並不智慧，僅是在普通膜式表的基礎上添加了智慧轉換模組。

遠傳燃氣表都存在以下共性問題：

（1）表具仍按體積計量收費，不能按熱值計量收費。

（2）電源問題沒有得到根本解決，還需要電池供電。

（3）智慧燃氣表的成本較高，尤其是簡訊表，這在一定程度上制約了智慧燃氣表的推廣及應用。

（4）國家還沒有建立智慧燃氣錶行業的統一標準體系，這給產品設計、製造、實驗、驗收、管理等方面帶來諸多不便和影響；系統廠商們的開發能力參差不齊，行業內同類產品介面及協議不統一、不相容，產品形式與功能不規範。這不但增加了抄表的運營維護成本，而且多種資料格式給燃氣公司後續的賬務平臺處理帶來了諸多的不便。

我們將三種遠傳燃氣表的效能進行了對比，如表2所示。

表2 三種遠傳式抄表系統對比

遠傳燃氣表對比

四、總結與展望

儘管在技術上，智慧燃氣儀表已經實現了越來越多的功能，但目前我國燃氣儀表的市場依然被大多數中低端的普通膜式表和IC卡表佔據。雖然舊燃氣表更換成智慧表的需求潛力巨大，但對燃氣公司而言，大範圍更換燃氣表需要大量資金投入，燃氣表全面升級尚需時日。在現階段，我國多種燃氣表並存的現狀依然要延續下去。

隨著電子資訊科技及網路技術的發展，燃氣表的智慧化和遠端管理及服務成為燃氣表發展的主要方向，這離不開遠端通訊技術的支撐，遠端通訊技術的發展水平直接決定燃氣表的智慧化和遠端管理及服務的實現效果。

可以預見，未來智慧燃氣表將在資料高效、實時、準確傳輸，資訊保安，能量供給，技術標準等方面持續發力。未來的智慧燃氣儀表將具有以下特徵：

（1）有更加成熟的資料安全和網路功能，可實現實時、雙向傳輸，具有線上自校準的能力。

（2）和國際接軌，不但有階梯計價功能，還具有熱值計量功能，為消費者和燃氣公司提供一個公平的交易平臺。

（3）能與智慧（電）網無縫連線，電池只是起到輔助、備用的作用。

（4）在相容性方面，加入相應的入網協議，使燃氣企業用一套控制管理系統可靈活使用各供應商供應的燃氣表，提高燃氣表選擇靈活性及入網執行可靠性。

技術上的投入需要市場不斷產出，為此，一方面，我們要緊緊抓住技術前沿，實現燃氣儀表進一步智慧化；另一方面，我們要不斷的培育、開拓市場，爭取從政策上、市場上推進智慧燃氣儀表的快速應用。