热力企业无线抄表系统方案设计.docx

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热力企业无线抄表系统方案设计

市

热量表数据远程传输信息化工程

规划设计方案

****

一、工程概况和需求分析

根据“热力公司集中供热热计量表供应商选择”招标文件的要求，本工程为多个居民小区、总数为只热量表的抄表系统。

工程包括小区内自动抄表、通讯网络和监控中心建设。

使用地为一般城市居民小区环境，GPRS信号全覆盖，无线信号使用频率执行国家统一规范，无特殊要求，有民用电力电源。

该工程要求数据采集单元安装于计量现场，读取计量仪表的数据，同时，采集器构成以楼或单元为单位的局域网络。

采集器将采集到的各户、楼栋计量数据通过GPRS通讯模块将数据上传至上位系统。

硬件系统选型以安全、稳定为目标。

上位管理系统硬件要提供详细的网络拓扑及配置说明，以保证核心业务系统正常运行。

软件系统平台采用系统资源占用率低、安全性高的操作系统；软件系统采用性能稳定、处理数据量大的数据库，该系统应具备权限管理、抄表、存储、历史数据查询、故障报警、费率设置、耗热量计算、热费计算、数据库备份、数据导出等功能，为供热计量及收费管理、现场仪表的维护管理、供热生产与调度提供及时的数据支持。

招标方提供该系统小区平面布置图、楼层、单元等资料，投标方应负责该系统的设备供货、系统设计、布线、安装、调试。

需求分析

该工程所涉及的抄表居民小区多为既有建筑，小区内布设通讯线路需要在小区内开挖布线施工，工期长、工程量大且对小区现况、日常秩序等有较大影响。

针对招标文件的要求，我们选用无线抄表系统无线抄表系统。

该系统以每个单元为数据节点，单元内表具通过数据线与采集终端连接，小区设区域集中器，采集终端与区域集中器间使用无线抄表系统技术无线传输数据，区域集中器通过DTU模块与监控中心建立GPRS通讯。

依据招标文件的技术要求，我们设计了本技术方案，并实现了满足以下技术特点：

1、通用性：

本系统所涉及的通讯设备具有多种数据端口，通讯协议透明，可实现RS485、Meter-Bus、Mod-Bus等多种通讯端口和协议的表具接入；监控中心软件采用B/S架构，方便查询触摸屏、卡机等外挂设备接入；使用Oracle数据库，能够与SqlServer、access等多种数据库对接，实现数据转储和交换。

2、大型化：

本系统所设计的设备和软件能够接入60000个采集终端192万只热量表的抄表系统，可以满足一个城市多家热力公司的抄表、收费和管理需求。

3、高可靠性和传输速度：

无线抄表系统技术具有自动组网、数据多跳、自动拓扑等技术特点，不同于点对点通讯，保证了传输路由和速度的稳定性。

本系统按以下法规和标准设计、制造：

《中华人民共和国节约能源法》

《供热计量技术导则》

《供热计量技术规程》

GB4706.1家用和类似用途电器的安全要求

GB/T17626.2电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验

GB/T17626.3电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验

GB/T15277信息处理64bit分组密码算法的工作方式

GB/T17901.1信息技术安全技术密钥管理

CJ128-2007热量表

CJ/T188-2004户用计量仪表数据传输技术条件

CJ/T4706.1家用和类似用途电器的安全要求

二、抄表系统规划设计

根据市集中供热热计量实际情况和工程需求，结合抄表系统技术和经验，我们对市集中供热远程抄表系统进行了规划和设计。

小区内使用无线抄表系统无线数据传输技术，小区至监控中心使用GPRS传输网络，并实现以下总体功能和容量：

1、本系统除满足本次工程抄表数据量外，还留有扩展至190万户的余量。

设置一个监控中心统一管理整个城市热量表，并利用本次工程机会，一次建设完成监控中心工程。

将分散设置的监控中心统一管理，避免设备和软件的重复投资，统一标准，方便管理。

2、本系统设计采用标准化和透明传输协议，可以容纳不同品牌的热量表和抄表系统接入。

今后新增热量表只要具有输出端口且为标准端口，就可以随增随接入，统一做法，简化工程。

3、本设计在满足抄表、收费等基本功能基础上，突出对于异常情况的报警功能。

当出现上位机故障、通讯链路故障、集中器故障和仪表故障等情况，系统即自动报警。

（规划设计图见后）

注：

太原示例

总体功能参数（响应招标文件要求内容，其它介绍见后）

项目

功能及参数

说明

上位机和软件

系统容量

192万只热量表

支持多路并行采集

数据库

ORACLE可扩容至无限期数据保存

具有备份、转储、恢复功能

数据传输方式

GPRS/ADSL可选

数据传输格式

M-BUS/RS485可选

支持多项标准通讯协议仪表接入

精度等级

上位机至集中器100%

符合CJ/T188

软件结构

B/S架构中文界面，支持WEB浏览

方便维护管理，可接入第三方软件

数据帧

累计热量、累计流量、功率、瞬时流量、供水温度、回水温度、温差、异常信号、校验位、表号、抄表时间等

热量表所有数据，中文显示

抄表时间间隔

10min、20min、30min、60min、120min、180min等可设置和调整。

系统默认为60min

功能模块

用户授权与认证、实时采集、计费管理、查询统计、分析、报表、报警管理、用户档案、设备配置、表具更换、外围接口、外挂设备模块

可定时自动和实时手动抄表、可设置重点户抄表，详见软件说明

报警功能

通讯报警、设备报警、仪表报警等

（本系统重点）

可自我监视设备运行状况，见软件说明

表具更换处理

本系统特色

见软件说明

计量失败补偿功能

采集器单元（集中器）

抄表容量

可接入4800只热量表

支持手持机抄表

端口

M-BUS/RS485可选，可接入第三方热量表

标准通讯协议，具有M-BUS过流保护功能

数据上行传输方式

GPRS/ADSL可选（长期在线）

数据下行传输方式

无线（无线抄表系统）/有线可选

具有仪表在线分析功能

数据存储

4M

可存储抄表数据

采集和上传数据

累计热量、累计流量、功率、瞬时流量、供水温度、回水温度、温差、异常信号、校验位、表号、抄表时间等

防护等级

IP65

可室外安装

工作电源

AC220V±15%

工作温度

-25℃——+60℃

工作湿度

小于95%RH

运输储存温度

-30℃——+85℃

三、无线抄表系统技术简介

1、当前热量表抄表碰到的问题

随着国家节能减排和热计量工作的逐渐推进，“一户一表，计量到户”政策的贯彻，热量表安装越来越多，抄表的工作量越来越大，使得供热企业对热量表的管理任务日益加剧。

如何把庞大且分散用户的用热量及其它数据及时有效而且准确无误地收集、统计及分析，成为供热企业一个迫切需要解决的问题。

如何贯彻国家节能减排和热计量政策，为下一步对居民用户按用热量收费作好准备工作，需要管理部门完善抄表过程中的自动化水平。

目前自动抄表系统中，远距离传输借用现有的各种通讯网络，如PSTN、Internet、GPRS/CDMA或供热企业自身的光纤以太网等，实现稳定可靠的数据传输，而技术瓶颈正在于所谓的“最后一公里”，即小区内分散热量表的自动数据采集。

2、当前解决问题的方案及存在的困难

1）人工抄表

存在的问题：

工作量大，效率低，而且由人工抄表所带来的漏抄、误抄、估抄，甚至抄表人员同用户合伙作弊，给供热企业带来不可估量的损失。

2）低压载波在自动化抄表的应用

存在的困难：

低压电力载波的自动抄表，因国内低压电网噪音污染大、负载多变，尤其是加电中变频电器和中小功率电机，对电网负荷的影响，直接影响到通信可靠性和数据传输速率及实时性。

3）点对点、点对多点的无线自动抄表（如无线掌机和无线抄表车）存在的困难：

在工作效率及数据实时性方面尚不能满足供热部门的实际需要，而数据的实时性是计算线损的重要依据。

以上存在的困难，主要体现在如何解决小区内“最后一公里”自动化抄表的问题上，随着通信技术的快速发展，最新的无线抄表系统（无线传感器网络）技术的应用很好解决上述困难。

3、无线抄表系统技术基本概念

无线传感器网络是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。

它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对像的信息，这些信息通过无线方式被发送，并以自组织多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。

无线传感器网络是由许许多多功能相同或不同的无线传感器节点组成，每一个传感器节点由数据采集模块（传感器、A/D转换器）、数据处理和控制模块（微处理器、存储器）、通信模块（无线收发器）和供电模块（电池、DC/AC能量转换器）等组成。

4、无线抄表系统的优势

4.1节点硬件成本低

无线抄表系统节点采用嵌入式处理器和存储器，计算能力和存储能力十分有限，网络在有限计算能力的条件下进行协作分布式信息处理。

所以就单个节点而言，硬件成本是较低的。

4.2对等网络多冗余高可靠性

无线抄表系统没有严格的控制中心，所有节点地位平等，是一个对等式网络。

节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

4.3自组织

网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。

节点通讯路由自组织

4.4多跳（Multi-hop）路由

无线抄表系统节点通信能力有限，覆盖范围只有几十米到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。

如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。

无线抄表系统中的多跳路由是由普通网络节点完成的。

如下图所示，节点1到节点4的传输是通过节点2和节点3的跳跃。

多跳路由

4.5动态拓扑

无线抄表系统是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行；也可能由于工作的需要而被添加到网络中。

这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。

自动拓扑

如上图所示，路由为1—2—3—4，当节点2退出后，路由自动改为1—5—4。

四、抄表系统设计

通过对自动抄表系统的实际需求分析，结合无线抄表系统技术特点和优势，认为采用无线抄表系统技术来实现自动抄表是一个非常理想的解决方案。

基于无线抄表系统技术的自动抄表系统结构图如下：

无线抄表系统技术网络自动抄表系统结构图

1、方案具体介绍

1.1将分布居民小区内的住户按楼栋和单元分区，并且在每个单元安装无线抄表系统模块（单元内热量表通过RS485连接到无线抄表系统模块），使每个单元组成一个无线抄表系统网络。

1.2每1000户设置一个小区数据集中器，小区数据集中器通过无线抄表系统技术网络与各单元无线抄表系统无线模块进行无线通讯，读取所有热量表的热量信息及流量、温度、温差等信息；当小区大于1000户时，按每千户分区安装小区数据集中器，每个分区可以使用不同的信道，以避免同频干扰。

1.3小区数据集中器再通过成熟的GPRS/CDMA等方式上传到主站计算机管理系统。

1.4手持式抄表终端，当个别住户的热量表出现漏抄、延时等通讯线路故障时，使用手持式抄表终端抄表。

2、解决方案的优势：

2.1低成本

无线抄表系统可以将不大于1000住户的热量表连接在一起，只使用一台小区数据集中器就可以完成与主站的通讯，大大节省了价格较高的集中器的使用数量，也节省了GPRS/CDMA的运行费用。

2.2高可靠性

无线抄表系统具备自组织自愈能力，增加和删除节点、节点位置变化、节点发生故障等，都对网络没有影响，无需人工干预，网络仍可正常运行。

2.3安全性

从无线抄表系统、小区数据集中器、到GPRS等公网，提供了从热量表到计算机管理系统的一个透明通道，热量数据及热费信息，在热量表、售热终端和计费软件之间加密传输，密钥组由供热企业管理，保证了热量及热费数据的安全性。

2.4先进性

无线抄表系统技术被誉为新世纪的四大高新技术之一，而在居民自动抄表系统中，多跳自动路由技术的采用已经成为发展趋势和行业共识。

2.5实用性

无线抄表系统，既实现了用热预付费，又使供热企业能够获得热量使用的实时数据，为供热企业实施管网管理、故障报警、收费管理系统等打下坚实基础。

五、系统设备介绍

1、RZ-7101采集模块简介

RZ-7101采集模块的技术参数

l电源要求AC220V±20%

l电源消耗发射≤2W，接收≤1W

l可接入RS485、M-BUS等多种通讯端口的热量表

l无线频率470~510MHz

l通讯标准CSMA-CA

l网络拓扑任意拓扑结构：

线状、星状、树状、网状

l网络容量支持多达65535个网络，每个网络多达65535个节点

l编码方式空中为曼彻斯特编码

l调制方式GFSK

l最大通讯速率38.4k

l发射功率≤10dBm

lRF信道数16

l接收灵敏度≤-110dBm

l数据校验CRC16

l传输距离10mw：

450米

l外形尺寸：

120×160×55（mm）

l重量：

0.3公斤

l防护等级：

IP68，尘密和连续浸水防护，可室外安装

l工作环境要求

温度：

-30℃~＋75℃，相对湿度小于95％。

l运输储存条件：

温度：

-40℃~＋90℃，相对湿度小于97％。

2、CHH034-6C集中器简介

“CHH034-6C型集中器”（简称集中器）是“远程自动抄表系统”的主要核心设备，采用高性能32位嵌入式RISCCPU（ARM9内核）硬件平台、实时嵌入式Linux操作系统软件平台，是一种高度智能化的电能计量仪器。

适用于各类电能采集系统的电能数据采集，设计先进、兼容性好、可靠性高、功能齐全、容量大，能够采集、处理、存贮、远传热量表输出的热量信息。

热量采集终端具备实时在线功能，与主站通讯采用GPRS或CDMA通讯方式。

终端首次安装使用时有默认的通讯参数，可通过短信命令重新设置，如终端与主站通讯成功后，也可从主站远程设置及查询。

2.1主要技术指标

l整机功耗

整机静态功耗<2W,整机动态功耗（通讯过程中）≤10W。

l工作电压

工作电压：

AC220V±20%。

l内存4M

l时钟电池

使用寿命≥6年。

l工作环境要求

温度：

-30℃~＋75℃，相对湿度小于95％。

l外形尺寸

外形尺寸：

250×150×75（mm）

l平均无故障时间（MTBF）

终端平均无故障时间（MTBF）≥50000小时。

l通讯方式

终端通讯采用GPRS和CDMA通讯方式。

l防护等级：

IP68，尘密和连续浸水防护，可室外安装

l运输储存条件：

温度：

-40℃~＋90℃，相对湿度小于97％。

2.2主要功能功能

l可抄读多种热量表数据，包括：

累计热量、累计流量、瞬时热量、流量、供水温度、回水温度、温差、报警信号、热量表运行状态等数据。

l定时自动抄表，抄表间隔可选择设置10、20、30、60、120、240、480、720和1440分钟和整点抄表时间间隔。

l内存空间可储存热量表数据，支持手持机抄表。

l具备实时在线功能，每次抄表结束后，即时将数据上传到主站。

l在线热量表自动巡检，自动检查和分析通讯链路和热量表工作状态，遇有异常信息，以报警形式上传到主站。

l具有M-BUS通道过流保护功能。

l具备完善的短信密码命令管理机制，确保短信命令设置参数的安全性和方便性。

l提供短信设置及查询参数、查询已设置记录和查询热量表数据功能。

l提供主站自动下发参数功能。

当终端标识通过短信被修改后，终端所接表块数被清零，终端登录到主站，主站发现终端所接表块数为零，自动将档案中抄表相关参数下发到终端中。

l终端应用程序升级：

终端有本地维护串口，可使用相关工具对终端进行程序升级操作。

3、思科WS-C2960-24TT-L交换机简介

交换机类型：

企业级交换机

传输速率：

10/100/1000Mbps

应用层级：

二层

交换方式：

存储-转发

背板带宽：

16Gbps

包转发率：

6.5Mpps

端口结构：

固定端口

内存：

64MB

MAC地址表：

8K

VLAN功能支持

网络标准：

IEEE802.3,IEEE802.3u802.1D,IEEE802.1s,IE802.3

传输模式：

全双工

Web浏览器,SNMP,CLI

堆叠功能：

不可堆叠

接口数量：

24个

接口类型：

10/100Base-T,10/100/10

模块化插槽数：

2个

支持全双工

网管支持：

可网管型

电气规格：

电源电压100-240V

额定功率：

30W

重量：

3.6kg

长度：

236mm

宽度：

445mm

高度：

44mm

环境参数工作温度：

0-45℃

工作湿度：

10%到85%（非冷凝）

工作高度：

3049m

存储温度：

-25～70℃

存储湿度：

10%到85%（非冷凝）

存储高度：

4573m

4、联想扬天M6600N（E5500/2G/320G）操作员站简介

基本参数

型号

扬天M6600N（E5500/2G/320G/XP）

类型

商用台式机

处理器

IntelPentiumE55002.8GHz

处理器类型

奔腾E双核

处理器频率

2800MHz

处理器接口

LGA775

二级缓存（KB）

2048KB

处理器外频

200MHz

主板/内存

主板/芯片组

IntelG41

总线频率

800MHz

内存类型

DDR31066

内存大小

2GB

存储设备

硬盘类型

SATA硬盘

硬盘参数

7200转

硬盘容量

320GB

光驱

DVD光驱

视频音频

显示器

宽屏液晶

尺寸

19寸

显卡

集成IntelGMAX4500显卡

显卡类型

集成显卡

显卡性能

PCI-EX16接口标准,支持DirectX10

声卡

板载声卡

通讯

网卡

板载10-100-1000M网卡

其它硬件

机箱

立式

键盘/鼠标

键盘/光电鼠标

其它

操作系统

WindowsXPHome

附带软件

扬天应用10版（forXP）/新东方培训60天

售后服务

三年有限保修及上门

5、IBMSystemx3650M2（7947I06）服务器简介

基本参数

服务器级别

企业级

服务器类型

机架式

服务器结构

2U

主要性能

标配CPU个数

1颗

最大CPU个数

2颗

CPU类型

IntelXeonE5504

处理器

标称主频

2GHz

二级缓存

4×256KB

三级缓存

4MB

总线规格

4.8GT/s

多核运算

四核心四线程　

内存

内存容量

4GB（2×2GB）

内存描述

PC3-10600DDR3RDIMM　

内存扩展

最高128GB

内存插槽

16个DDR3插槽　

存储

标配硬盘容量

146GB

标配硬盘类型

SAS,SFF　

标配硬盘描述

146GBSAS

存储控制

ServerRAID-MR10i

RAID阵列模式

支持RAID0,1,5,10

存储扩展位

标配:

12×SFF托架

光驱

DVD刻录机

网络

网络控制器

2×千兆接口

电源

电源功率

675W　

电源数量

1

电源类型

标准电源

其他

PCI扩展槽

标配:

4×PCI-Ex8

选配:

2×PCI-Ex16

2×PCI-X

I/O接口

4×USB接口

2×RJ-45接口

2×D-SUB接口

1×串行接口

显示芯片

MatroxG20016MB

机身重量

29.6Kg

机身尺寸

85.4×443.6×698mm

保修服务

三年部件

三年人力

三年现场

6、惠普LaserJetP2055d（CE457A）打印机简介

打印机类型：

黑白激光打印机

适用类型：

商用打印机

缓存：

64MB

最大可扩展内存：

320MB

字体：

HPPCL5c,HPPCL6,HP

接口高速：

USB2.0

系统兼容：

Windows2000（driveron

Professional,WindowsS

WindowsVista;Linux;U

打印性能最高分辨率：

1200×1200dpi

黑白打印速度：

33ppm

彩色打印速度：

0ppm

最大打印幅面：

A4

打印介质纸张：

证券纸,轻质纸,重片,投影胶片,重磅介质

供纸方式：

自动

首页出纸时间：

8秒

纸张容量：

800张

打印负荷最高：

50000页/月

支持双面打印：

自动

支持网络打印：

无网络打印

其他参数随机软件打印驱动程序和安装软件光

随机附件硒鼓，入门指南，CD（包括

电源电压：

220-240V

电源频率：

50±2Hz

功率：

570瓦（活动/打印）

（TEC）：

2.233W

外观参数噪音：

55db

颜色：

白色

体积：

365×368×268mm

重量：

10.7Kg

环境参数工作温度：

15-32.5℃

工作湿度：

10-80%

存储温度：

-20-60℃

存储湿度：

10-90%

7、思科ASA5505-UL-BUN-K9防火墙简介

防火墙类型：

企业级防火墙

内存容量：

256MB

闪存容量：

64MB

网络吞吐量：

150Mbps

并发连接数：

25000

VPN支持：

支持

主要功能：

CiscoASA5505防火墙版无和2路SSLVPN,3DES/AES

网络管理：

思科安全管理器CS-Mana

端口类型：

8个快速以太网端口包括2USB2.RAM:

256MB,FLASH:

64

安全性过滤带宽：

100Mbps

人数限制：

无限用户

安全标准：

UL60950,CSAC22.2No.

端口参数：

配置口8

控制端口：

console,RJ-45

电气规格电源电压：

100-240VAC,50/60Hz

电源功率额定：

20W,最大：

96W

外观参数尺寸大小：

174.5×200.4×44.5mm

产品重量：

1.8kg

长度（mm）：

174.5

宽度（mm）：

200.4

高度（mm）：

44.5

环境参数工作温度：

0-40

工作湿度：

5%-95%（非冷凝）

存储温度：

-25-70℃

存储湿度：

5%-95%（非冷凝）

8、IBMNetBay42（9306420）服务器机架（赠送）

详细参数

类型

网络型机柜

容量（U）

42U

标准

19英寸国际标准

9、HDT-3000B手持无线调试器简介

本体

处理器

ARM9主频120MHz。

存储器

RAM：

8Mbyte。

FLASH：

10Mbyte。