智慧供熱躉售用戶預(yù)繳費(fèi)管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用

鄭 剛

（國能寧夏供熱有限公司，寧夏 銀川 750001）

0 概述

供熱躉售預(yù)繳費(fèi)管理系統(tǒng)是供熱公司對各分管區(qū)域躉售供熱企業(yè)進(jìn)行售熱和熱能管控的系統(tǒng)平臺，該平臺根據(jù)熱力智能管理終端和無線4G 控制終端，通過平臺進(jìn)行躉售企業(yè)熱量預(yù)繳費(fèi)、充值等管理，實(shí)現(xiàn)熱量表數(shù)據(jù)無線采集、無線傳輸、電動閥門遠(yuǎn)程開關(guān)和調(diào)節(jié)等功能。

1 研究背景

近幾年，集中供熱作為一種節(jié)能、高效、環(huán)保的供熱方式已經(jīng)逐步成為了我國城鎮(zhèn)的主要供熱方式。銀川“東熱西送”集中供熱項(xiàng)目是采用長距離、跨黃河、大溫差智能供熱項(xiàng)目，供熱區(qū)域涵蓋銀川市主要城區(qū)、永寧縣城、望遠(yuǎn)鎮(zhèn)、河?xùn)|機(jī)場四大區(qū)域，供熱面積約7000 萬m2。當(dāng)前國能寧夏供熱有限公司供熱區(qū)域內(nèi)，供熱收費(fèi)管理由兩部分組成：一部分是自營區(qū)域由供熱公司直接面向熱用戶自行收?。涣硪徊糠质枪崞髽I(yè)向各躉售企業(yè)提供熱能，按照熱量表計(jì)量數(shù)據(jù)收取費(fèi)用，共接帶躉售企業(yè)10 家。

2 現(xiàn)狀介紹

2.1 躉售企業(yè)熱能數(shù)據(jù)無法傳輸?shù)焦峁竟芾砥脚_

各躉售企業(yè)供熱管網(wǎng)中均安裝大口徑超聲波熱量表，供熱公司通過熱量表計(jì)量數(shù)據(jù)銷售熱能。但熱量表數(shù)據(jù)只能本地讀取，因此，供熱公司每月都必須派人去各躉售企業(yè)進(jìn)行熱量表數(shù)據(jù)抄讀，增加了人工和時間成本。

2.2 無法有效管理躉售企業(yè)繳費(fèi)信息

各躉售企業(yè)都是通過企業(yè)公戶轉(zhuǎn)賬繳費(fèi)的，繳費(fèi)信息屬于財(cái)務(wù)部，但是售熱工作屬于市場部；兩個部門之間信息不通，導(dǎo)致繳費(fèi)和售熱工作繁瑣且無法統(tǒng)一管理。

2.3 對躉售企業(yè)無法起到監(jiān)管作用

在建設(shè)初期已考慮到躉售企業(yè)的監(jiān)管問題，并且在進(jìn)入各躉售企業(yè)的主管網(wǎng)處安裝有電動閥門，但當(dāng)供熱以后由于閥門井溫度過高，水滲透等問題導(dǎo)致無法下井現(xiàn)場操作電動閥門，因此，無法起到監(jiān)管作用。

2.4 供需矛盾無法得到解決

供熱企業(yè)因?yàn)闊o法監(jiān)管躉售企業(yè)及換熱站供熱參數(shù)不達(dá)標(biāo)等因素影響，致使供需雙方產(chǎn)生了矛盾，躉售企業(yè)拖欠甚至拒交熱費(fèi)，產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，已給供熱公司的正常生產(chǎn)經(jīng)營工作帶來了巨大的障礙。

3 研究內(nèi)容

供熱躉售預(yù)繳費(fèi)管理系統(tǒng)主要有兩大功能，一是躉售企業(yè)熱量預(yù)繳費(fèi)功能，二是供熱管網(wǎng)電動閥門遠(yuǎn)程開、關(guān)和調(diào)節(jié)功能，這兩大功能都是基于數(shù)據(jù)無線采集控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)控制流程如圖1 所示?，F(xiàn)場熱表數(shù)據(jù)通過支持4G通信的采集器傳輸至數(shù)據(jù)采集中間件，數(shù)據(jù)采集中間件通過WebSocket 方式將數(shù)據(jù)寫入預(yù)繳費(fèi)管理系統(tǒng)；管理系統(tǒng)分為App 及PC 端，可供公司內(nèi)部員工及躉售用戶使用，管理系統(tǒng)通過Web Service 與內(nèi)部收費(fèi)系統(tǒng)聯(lián)動，使開關(guān)閥自動工作。為滿足安全防護(hù)要求，數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)采集中間件時配置防火墻，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，避免病毒入侵。

圖1 系統(tǒng)流程圖

3.1 躉售預(yù)繳費(fèi)管理平臺

躉售用戶繳費(fèi)管理平臺是基于B/S 架構(gòu)開發(fā)的網(wǎng)頁平臺，該平臺依托于熱能智能管理終端和無線4G 控制終端，通過平臺可完成熱量售賣、充值等管理工作，實(shí)現(xiàn)熱量表數(shù)據(jù)無線采集、無線傳輸。同時平臺還可進(jìn)行躉售換熱站電動閥門信息維護(hù)，在線進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)和關(guān)斷。

3.1.1 系統(tǒng)硬件、軟件及開發(fā)環(huán)境確定3.1.1.1 硬件配置選擇

對系統(tǒng)進(jìn)行專業(yè)單元測試及性能測試，同事兼顧系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性，根據(jù)專業(yè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)發(fā)展及成本控制，對服務(wù)器硬件進(jìn)行最小化冗余配置，如表1 所示。服務(wù)器部署在供熱公司智慧化熱網(wǎng)機(jī)房，配備兩路市電及一路UPS 不間斷電源，保障服務(wù)器運(yùn)行的穩(wěn)定性。

表1 服務(wù)器硬件、軟件配置表

3.1.1.2 操作系統(tǒng)及開發(fā)環(huán)境選擇

系統(tǒng)開發(fā)前，對主流操作系統(tǒng)在可管理性、可維護(hù)性進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋绫? 所示，最終選擇了具備向后兼容性、廣泛的外圍兼容性、多顯示器支持、多任務(wù)處理等功能的Windows 操作系統(tǒng)。

表2 主流操作系統(tǒng)對比表

3.1.2 躉售預(yù)繳費(fèi)系統(tǒng)開發(fā)

躉售預(yù)繳費(fèi)系統(tǒng)開發(fā)過程中遵循軟件產(chǎn)品開發(fā)功能性、可靠性、易用性、可維護(hù)性、可移植性的原則，制定了系統(tǒng)開發(fā)的總體要求，一是系統(tǒng)采用采用B/S 架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；二是基于J2EE 平臺開發(fā)；三是采用主流技術(shù)框架SSH（Spring、SpringMVC、Hibernate）；四是支持主流的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫：Mysql、Oracle、SqlServer 等。躉售站預(yù)付費(fèi)系統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)主要分為四層，如圖2 所示，分別為數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)訪問層、控制和邏輯層、展現(xiàn)層。數(shù)據(jù)存儲層主要是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，對系統(tǒng)主數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及文件進(jìn)行存儲管理；數(shù)據(jù)訪問層的主要作用是對服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問、調(diào)運(yùn)管理；控制和邏輯層是平臺的核心，用于平臺業(yè)務(wù)工作中的邏輯判斷與執(zhí)行操作。在收到展現(xiàn)層的用戶指令后，連接數(shù)據(jù)訪問層，調(diào)取數(shù)據(jù)存儲層數(shù)據(jù)，在各層之間傳達(dá)指令，對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的修改、獲取、刪除等功能，最終將處理結(jié)果反饋至展現(xiàn)層；展現(xiàn)層是平臺統(tǒng)一的業(yè)務(wù)應(yīng)用操作界面和信息展示窗口，具有人機(jī)交互功能，實(shí)現(xiàn)平臺數(shù)據(jù)的輸入與輸出，是系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)及執(zhí)行器狀態(tài)的綜合展現(xiàn)。躉售預(yù)繳費(fèi)系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯結(jié)構(gòu)主要分為實(shí)體層、DAO 層、服務(wù)層、Web 層，如圖3 所示。實(shí)體層用于封裝實(shí)體類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、映射數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表及視圖，還可以描述業(yè)務(wù)中客觀存在的對象，各層中進(jìn)行數(shù)據(jù)交互傳遞的都是一個或多個實(shí)體對象。DAO 層是數(shù)據(jù)訪問層，封裝對數(shù)據(jù)庫的訪問，主要負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)模塊的邏輯應(yīng)用設(shè)計(jì)。服務(wù)層專注于業(yè)務(wù)邏輯，處理頁面和業(yè)務(wù)邏輯的交互，對數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證、轉(zhuǎn)換。對于系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)庫操作，都通過DAO去實(shí)現(xiàn)；Web 層主要對數(shù)據(jù)進(jìn)行呈現(xiàn)，管理系統(tǒng)用戶的請求和響應(yīng)。躉售預(yù)繳費(fèi)管理平臺具有以下功能。

圖2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖

圖3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯結(jié)構(gòu)

3.1.2.1 繳費(fèi)管理

①查看收費(fèi)記錄、躉售用戶交費(fèi)記錄及當(dāng)前余額，剩余熱量等。②躉售用戶交費(fèi)。

3.1.2.2 控制管理

①查詢電動閥門開關(guān)狀態(tài)及實(shí)施開度狀態(tài)，控制電動閥門開關(guān)狀態(tài)。②當(dāng)用戶余額達(dá)到關(guān)閥報(bào)警閾值時，通過微信、短信給用戶推送報(bào)警信息。

3.1.2.3 參數(shù)設(shè)置

設(shè)置收費(fèi)參數(shù)、收費(fèi)開始時間、結(jié)束時間、熱量單位、單位熱量價格、關(guān)閥報(bào)警閾值等。

3.1.2.4 記錄查詢

①實(shí)時查看躉售熱用戶熱量表數(shù)據(jù)，查看電動閥門狀態(tài)，數(shù)據(jù)可以通過表格、圖標(biāo)等形式展現(xiàn)。②查看某一時段熱量表、電動閥門歷史數(shù)據(jù)，并能導(dǎo)出Excel 報(bào)表。③熱量表采集數(shù)據(jù)列表：包括流量、熱量、進(jìn)口溫度、出口溫度、溫差等所有熱量表能顯示的數(shù)據(jù)。

3.1.2.5 報(bào)警管理

實(shí)時記錄報(bào)警信息，并在管理平臺實(shí)時滾動顯示報(bào)警信息，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，減少供熱事故的發(fā)生，降低貿(mào)易結(jié)算糾紛的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 熱量表數(shù)據(jù)采集

通過躉售企業(yè)側(cè)加裝熱力數(shù)據(jù)采集控制終端，實(shí)時采集數(shù)字接口熱量表的各類數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)通過4G 網(wǎng)絡(luò)無線遠(yuǎn)程傳輸至云服務(wù)端，前端的預(yù)繳費(fèi)管理平臺調(diào)用云服務(wù)端數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程采集和傳輸熱量表數(shù)據(jù)。主體供熱企業(yè)可通過預(yù)繳費(fèi)管理平臺在躉售企業(yè)的IC 卡寫入購熱信息，再通過刷卡的方式將購熱信息寫入熱力數(shù)據(jù)采集控制終端，從而實(shí)現(xiàn)熱量預(yù)繳費(fèi)功能；也可以通過4G 無線網(wǎng)絡(luò)將購熱信息遠(yuǎn)程寫入熱力數(shù)據(jù)采集控制終端。熱量數(shù)據(jù)采集控制終端是在之前DCFG-485 采集控制器的基礎(chǔ)上增加了熱量預(yù)繳費(fèi)功能，集數(shù)據(jù)采集和控制為一體，可根據(jù)下發(fā)的指令控制相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)。RDCFG-485 系列數(shù)據(jù)采集控制器采用高性能工業(yè)級無線模塊，工業(yè)級高穩(wěn)定高精度元器件，極寬溫設(shè)計(jì)，輕松適應(yīng)高溫嚴(yán)寒工作環(huán)境，支持?jǐn)?shù)據(jù)透明傳輸，能適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)或是非標(biāo)準(zhǔn)的用戶協(xié)議。遠(yuǎn)程傳輸高性能4G數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，可遠(yuǎn)程控制任何具備標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議、具有RS485 硬件接口或M-BUS 硬件接口的設(shè)備[1]。數(shù)據(jù)采集控制終端采用AC220V 供電，具備一路RS485 接口、兩路AI 接口、4G 全網(wǎng)通無線通信。設(shè)備防護(hù)等級達(dá)到IP66，使用環(huán)境-25℃～55℃，滿足冬季室外運(yùn)行要求。具體設(shè)計(jì)使用技術(shù)與硬件如下。

3.2.1 技術(shù)說明

該采集裝置的核心MCU 為MSP430F5438A，外圍電路由電源、晶振、RS485 通信芯片、4G 通信芯片等組成，具體如下。MCU：采用TI 的MSP430F5438A 單片機(jī)，該芯片最大主頻25MHz，具有16 位RISC CPU，使用16 位寄存器以及常數(shù)發(fā)生器，編碼效率和連接能力將有較大提升，并且集成有硬件乘法器寄存器，可以通過CPU 指令進(jìn)行載入和讀取操作，加快了數(shù)據(jù)處理速度。4G 通信模塊：采用最新EC20 全網(wǎng)通集成芯片，EC20 是一款工業(yè)級FDDLTE/TDD-LTENCDMATD SCDMA/CDMAGSM 無 線 模塊，支 持FDD-LTE，TDDLTE、DC-HSPA+、HSPA+、HSDPA、HSUPA、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA、EDGE和GPRS 網(wǎng)絡(luò)。支持大下行速率150Mbps 和大上行速率50Mbps；同時內(nèi)置多個高精度定位GNSS（GPS/GLONASS/BeiDou/Galileo/QZSS）接收機(jī)；在簡化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時，還大大提升了定位速度及精度。射頻卡讀寫模塊：采用M940BHA 集成芯片，具有體積小、工作頻率高、讀寫距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。使用3.3V 供電，支持外接LED 和蜂鳴器。顯示系統(tǒng)：采用迪文科技的4.3 寸全彩LCD液晶屏，該屏分辨率為480*272，支持SD 卡下載和串口顯示變量等。RS485 輸出模塊：采用TI 的ISO3082 隔離5kV 半雙工RS485 收發(fā)器，具有高電磁抗擾度和低輻射特性，且具有高絕緣能力，防止數(shù)據(jù)總線或者其他電路上的噪聲和浪涌進(jìn)入本地接地端，從而干擾或者損壞敏感電路。M-BUS 接口：因?yàn)橛写蟛糠置裼脙x表采用的是M-BUS 協(xié)議，所以為了能兼容更多的儀表，增加該通信接口。電源模塊：采用北京穩(wěn)固德電子WAW25S12 模塊，寬電壓輸入AC85-265V，輸出為DC12V、2.08A。高隔離電壓，小型化封裝。濾波模塊：采用金升陽電子的FC-LX1D 濾波模塊，具有寬電壓輸入、濾波效果好、工作溫度范圍高等優(yōu)點(diǎn)。模擬開關(guān)量輸入接口：支持2 路模擬量輸入，實(shí)現(xiàn)控制功能。控制輸出接口：支持2 路繼電器輸出接口，實(shí)現(xiàn)控制功能。

3.2.2 電動閥門無線遠(yuǎn)程控制

供熱管網(wǎng)閥門井側(cè)加裝4G 無線控制器，由數(shù)字接口和電動閥門執(zhí)行器相連接，上位機(jī)躉售預(yù)繳費(fèi)平臺可通過4G網(wǎng)絡(luò)無線下發(fā)開閥和關(guān)閥指令，實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)閥門無線遠(yuǎn)程開、關(guān)和調(diào)節(jié)功能，配合預(yù)繳費(fèi)管理系統(tǒng)，達(dá)到熱量收費(fèi)管控的目的。無線4G 控制器主要是用來控制閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)、收發(fā)上位機(jī)指令以及控制閥門的開關(guān)動作。主要由兩大功能，一是和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行通信；二是和云服務(wù)器進(jìn)行無線通信。

4 結(jié)語

躉售供熱預(yù)繳費(fèi)系統(tǒng)是智慧供熱的一個重要組成部分，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)無線遠(yuǎn)程傳輸、無線遠(yuǎn)程控制、運(yùn)維監(jiān)控等部分。建立躉售供熱管理和運(yùn)行的大數(shù)據(jù)平臺，有利于供熱企業(yè)提升管理水平和效率。該系統(tǒng)通過智能化、自動化操作解決了熱能供給者與需求者之間的突出矛盾，建立了熱能購銷的新模式，徹底解決了收費(fèi)難的問題。