NB-IoT 物聯網燃氣表介紹

一、前言

NB-IoT 物聯網燃氣表系統，是通過中國移動/聯通/電信的 NB-IoT 低功耗窄帶物聯網絡進行燃氣表數據傳輸的一種新型的燃氣表遠程管理解決方案。

經過比較分析，我們選擇中國電信的 NB-IoT 通訊基站作為城市供氣管網系統的數據通信平臺。目前，中國電信的 NB-IoT 網絡經過不斷的基站建設和完善，覆蓋范圍不斷擴大，已成為成熟、穩定、可靠的通信網絡。NB-IoT 蜂窩移動通訊網絡可提供廣域的無線 IP 連接。在通信運營商的 NB-IoT 業務平臺上構建燃氣表遠程抄控管理系統，實現燃氣表具的遠程管理及用戶的空中充值、表具在線查詢等功能，是提高燃氣計量收費管理效率的。

通過 NB-IoT 移動蜂窩網絡技術，為燃氣公司用氣管理提供在線實時、穩定性高的數據和事件記錄，可實現燃氣表大批量、全方位的抄控功能。NB-IoT 物聯燃氣管理系統由 NB-IoT 物聯網燃氣表、燃氣運營平臺、NB-IoT 移動蜂窩網絡、用戶手機 APP 等組成。在日常使用過程中，NB-IoT 燃氣表按燃氣公司設置要求，每天自動將表具當前剩余氣量/金額、累計氣量/金額、單價、階梯價、表具時鐘等信息及表的運行狀態（通訊信號強度、電池電量、閥門、異常情況等），通過燃氣表內置的 NB-IoT 通訊模塊直接發送給信息中心的數據服務器，服務器收到指令后將返回一個應答數據， 從而能夠實現燃氣運營平臺與表具的雙向通訊。通過每天自動的數據收集將為燃氣使用的供銷差和用氣數據預測提供準確的數據依據。

用戶可以通過手機 APP、燃氣公司網上營業廳、網上銀行進行實時網絡充值功能。用戶充值后， 將充值信息發送到燃氣公司運營平臺，燃氣公司后臺向物聯網表具發送相應充值命令操作，表具接收到充值指令并返回充值成功狀態。同時，燃氣公司運營平臺通過短信或 APP 通知反饋給用戶。

北京盛世昌華科技有限公司是集智能家用計量儀表的科研、開發、生產、銷售及服務于一體的高新技術企業，是國內最早從事 IC 卡智能燃氣表及收費管理系統研發和生產銷售的企業之一。公司歷經多年沉淀，已經形成一支 30 余人軟件開發、硬件設計的技術開發團隊。我公司率先將GPRS/NB-IoT 通訊技術、自適應調頻技術、無線自組網通信技術應用于智能燃氣表及系統，引領行業發展。2017 年起，我公司將加大力度推動 GPRS/NB-IoT 物聯網智能抄表系統、遠程燃氣實時監控系統等燃氣系統解決方案，為建設智慧燃氣、智慧城市做出應有貢獻。

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二、NB-IoT 燃氣表介紹

1.物聯網燃氣表執行技術標準

※執行膜式煤氣表國家標準 GB/T6968-2011 《膜式煤氣表》中 1.5 級表要求進行生產

※中華人民共和國計量檢定規程 JJG577-2012《膜式煤氣表檢定規程》。1.5 級表的技術要求。

※中華人民共和國國家計量技術規范 JJF1354-2012

※ DL/T 698 電能信息采集與管理系統

※CJT503-2016 《無線遠傳膜式燃氣表》

※ GB/T 19882.211《自動抄表系統－低壓電力線載波抄表系統系統要求》

※ JG-T-162-2009《住宅遠傳抄表系統》

※ CJ/T188-2004《戶用計量儀表數據傳輸技術條件》

※《社區能源計量抄收系統規范》在編國家標準

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2.NB-IoT 燃氣表組成及原理

NB-IoT 物聯網燃氣表的控制器主要由數據采集（光電轉換模塊）、液晶顯示、閥門控制、移動通訊模塊（NB-IoT）、時鐘芯片、電源管理模塊、報警器接口、功能按鈕等模塊組成，如下圖所示。

3.物聯網燃氣表功能及特點

3.1 基表性能特點

※機芯裝有誤差曲線調整機構可對燃氣表的誤差曲線斜率進行調整，以提高燃氣表的計量精度， 減小誤差分散性；

※計數器字輪放大顯示窗可以更方便清楚的讀取燃氣表數據；

※內外磁耦合傳動技術，采用永久性磁性材料永不退磁，確保磁性傳送的長久性和可靠性，且杜絕了計數器內外由軸孔引起的漏氣現象；

※表具具備防逆轉、防逆通氣功能；

※表具采用寬流程設計，由于制造精度的提高，一個規格的燃氣表可滿足(0.016～6m3/h)流量范圍的精確計量；

※表具符合 IP65 防護等級，并且具有寬溫工作范圍（‐25℃～+55℃）；

曲線調整機構

※唯一表號標識，根據燃氣公司的既定條碼規則，每個燃氣表出廠后都會有唯一 ID 的編號，便于燃氣公司建立用戶氣表檔案進行管理；

※可預留報警器接口，能夠與燃氣泄漏報警器進行聯動，保證燃氣用氣安全，并將報警信息及

時的發送到數據服務中心，數據服務中心通過短信平臺及時提醒用戶；

3.2  電控部分主要功能特點

1）NB-IoT 低功耗窄帶通訊技術

具有低功耗、覆蓋廣、穿透強、成本低等特點，是燃氣物聯網化管理的最優通訊方式選擇。2）雙干簧管采樣技術

本產品采用“雙干簧管計數”的方式，改進了干簧繼電器安裝結構并結合軟件濾波的技術，

克服了這個問題，能夠保證機械計數器與電子計數的完全同步。是目前眾多的機－電信號轉換方式中最為可靠、實用、價廉的方式。

3）歷史數據保存功能

表具連續保存 12 個月每月每天的用戶表具數據。

4）遠程數據抄讀及開關閥

可通過燃氣公司管理系統后臺進行用戶表具狀態信息的抄讀以及表具閥門狀態的控制，可設置數據定期上傳功能，當表具內部時鐘運行到指定時間后即會上傳表具相關信息；                  5）預付費氣價調整

物聯網燃氣表可以接收并響應燃氣公司管理系統后臺發出的“氣價調整”指令，根據調價指令，對表內現有價格參數進行更新。

6）階梯氣價功能

物聯網燃氣表可根據用氣量將氣價分為四檔，且可對時間價格參數進行設置，能夠根據用戶每個自然月或多個自然月的用量來實現階梯計價功能，燃氣表會按照階梯價格的規則進行結算，并顯示當前階梯的用量，價格及剩余金額等參數。                                                7）定時上傳數據容錯機制

定時上傳時如果數據一次上傳不成功，表具會等待一段時間后再次嘗試發送數據。

8）時鐘芯片聯網校時

表具內部采用精度為±5ppm 的硬時鐘，保證了全年的時鐘累計誤差不超過 10 分鐘，另外每次登錄系統時，表具都會進行網絡校時，能夠保證每個表具的時鐘準確無誤，不會出現偏差。        9）數據保護及安全

數據可以長時間保存，不受外界干擾、低電壓、掉電、更換電池等情況的影響，并且數據采用 64 位動態的加密方式（DES），保證了數據的安全可靠。                                    10）故障自我診斷及報警提示功能

對于加裝有液晶顯示屏的物聯網燃氣表，可在不同狀態下，以相應的錯位代碼顯示和蜂鳴器報警提示，并對檢測到的燃氣表故障和用戶的違規操作進行自我保護。

11）報警提示功能

1）當電池電壓不足時，顯示“換電池”；

2）當剩余氣量/剩余金額小于設置值（此值可設定）后，每用氣 0.1m3，蜂鳴器響聲，顯示屏提示“請充值”，同時可根據燃氣公司要求是否關閥報警；                                    3）當剩余氣量/剩余金額為 0 時，關閉閥門，停止供氣。

13）故障檢測防護功能

1）電源欠壓保護：當檢測到電源電壓低于指定值時，燃氣表會立即關閉控制閥，切斷供氣，停止電子計數，并記錄電源欠壓發生時間；

2）外磁場攻擊保護：當燃氣表受到外磁場攻擊而使計數功能受到影響時，燃氣表會立即關閉控制閥 ， 切 斷 供 氣 及 停 止 電 子 計 數 ， 并 記 錄 外 磁 場 發 生 時 間 ； 3）當氣表檢測到有讀卡錯誤時，液晶顯示“讀卡異常”，且根據不同情況，顯示以下相應代碼：

a）“異常 1”：卡片數據錯誤；

b）“異常 2”：卡片密碼錯誤；

c）“異常 3”：電池沒電，不操作卡；

d）“異常 5”：用戶卡卡號錯誤。       e）“異常 8”：換表卡預換出未開戶表數據；

f）“異常 9”：無效卡片；

g）“異常 16”：燃氣表已經開戶； h）“異常 18”：公司號錯誤；  4）表保護及異常提示相應代碼如下：

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3.3 表具技術參數

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三、NB-IoT 物聯網燃氣表系統說明

1.  NB-IoT 物聯網燃氣表介紹

NB-IoT 物聯網表系統由物聯網智能燃氣表、燃氣運營平臺等組成，在日常使用過程中，物聯網智能燃氣表按用戶設置要求，每天將自動把當前累計量及表的運行狀態（電池電量、閥門、惡意對表具攻擊等）信息，通過表內自帶的NB-IOT 模塊和通過移動互聯網或是專用網絡直接發送給信息中心的數據服務器，服務器收到指令后將返回一個應答數據，從

而能夠實現雙向通訊。用戶可以通過便利店、網上銀行、手機 APP 等方式進行實時網絡充值。在服務器充值成功后，通過短信服務平臺將充值成功的信息反饋給用戶的手機中。通過每天自動的數據收集將為燃氣使用的供銷差和用氣數據預測提供準確的數據依據。

2.  NB-IoT 燃氣表系統架構

整個物聯網管理系統如下圖所示，主要由四大部分組成：管理系統、表具端、數據通訊平臺、用戶端服務部分。利用移動運營商的 GPRS/NB-IoT 通訊網絡為傳輸通道，進行物聯網表的監控，表具信息及用戶充值操作發送到數據后臺中心；燃氣公司數據中心用計算機通信、信息管理和數據庫系統，對用戶的物聯網表的工作狀況進行實時的遠程控制和監視。

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3.  NB-IoT 物聯網燃氣表優勢

運營管理

※支持多種購氣付費方式：網上付費，營業廳付費，移動 APP 付費（微信、支付寶等）；

※系統自動完成抄表、收費、報表生成等業務，降低燃氣公司的運營成本，提高智能化管理水平；

※可靈活的選擇預付費或后付費繳費模式；

※采用金額結算，實施階梯氣價，能夠方便快捷的實現階梯氣價的調整；

※完美的支持階梯氣價，可實現 3 個階梯 4 個價格，并支持遠程實時調價；

※終端用戶通過手機 APP 能夠及時了解家庭的用氣信息，同時可與燃氣公司實時互動；

※具備豐富的報表功能，支持個性化定制需求；

實時監控

※能夠對燃氣表進行實時監控，掌控表具的計量信息與運行狀態；

※可遠程控制開關閥；

報警功能

※支持多種報警方式：表具聲音（蜂鳴器）及液晶顯示報警提示，用戶手機短信報警功能等；

※能夠與燃氣泄漏報警器進行聯動，保證燃氣用氣安全，并將報警信息及時的發送到數據服務中心，數據服務中心通過短信平臺及時提醒用戶；

※表端異常實時報警，如閥門直通、電量不足、強磁、報警器報警關閥等；

大數據分析

※能夠及時準確的提供燃氣表的相關數據，為供銷差統計分析提供數據基礎；

※按照不同的篩選條件（地區、時間段、用氣類型等），獲取相應的用氣數據報表；

※支持大數據處理，可輕易實現各種數據的對比，以及數據的深度挖掘。

技術優勢

※專用的 NB-IoT 網絡傳輸通道，具有功耗低、覆蓋廣、成本低、安全可靠等優勢；

※信號覆蓋范圍廣并非常穩定，抄表不受距離的限制，適用于燃氣表安裝分散的情況，一次性抄表成功率＞98.8%；

※表具具備防逆轉、防逆通氣功能；

※表具采用寬流程設計，由于制造精度的提高，一個規格的燃氣表可滿足(0.016～6m3/h)流量范圍的精確計量；

※表具符合 IP65 防護等級，并且具有寬溫工作范圍（‐25℃～+55℃）；

※系統采用 B/S 架構，方便維護與升級；