NB-IoT 物联网燃气表介绍

一、前言

NB-IoT 物联网燃气表系统，是通过中国移动/联通/电信的 NB-IoT 低功耗窄带物联网络进行燃气表数据传输的一种新型的燃气表远程管理解决方案。

经过比较分析，我们选择中国电信的 NB-IoT 通讯基站作为城市供气管网系统的数据通信平台。目前，中国电信的 NB-IoT 网络经过不断的基站建设和完善，覆盖范围不断扩大，已成为成熟、稳定、可靠的通信网络。NB-IoT 蜂窝移动通讯网络可提供广域的无线 IP 连接。在通信运营商的 NB-IoT 业务平台上构建燃气表远程抄控管理系统，实现燃气表具的远程管理及用户的空中充值、表具在线查询等功能，是提高燃气计量收费管理效率的。

通过 NB-IoT 移动蜂窝网络技术，为燃气公司用气管理提供在线实时、稳定性高的数据和事件记录，可实现燃气表大批量、全方位的抄控功能。NB-IoT 物联燃气管理系统由 NB-IoT 物联网燃气表、燃气运营平台、NB-IoT 移动蜂窝网络、用户手机 APP 等组成。在日常使用过程中，NB-IoT 燃气表按燃气公司设置要求，每天自动将表具当前剩余气量/金额、累计气量/金额、单价、阶梯价、表具时钟等信息及表的运行状态（通讯信号强度、电池电量、阀门、异常情况等），通过燃气表内置的 NB-IoT 通讯模块直接发送给信息中心的数据服务器，服务器收到指令后将返回一个应答数据， 从而能够实现燃气运营平台与表具的双向通讯。通过每天自动的数据收集将为燃气使用的供销差和用气数据预测提供准确的数据依据。

用户可以通过手机 APP、燃气公司网上营业厅、网上银行进行实时网络充值功能。用户充值后， 将充值信息发送到燃气公司运营平台，燃气公司后台向物联网表具发送相应充值命令操作，表具接收到充值指令并返回充值成功状态。同时，燃气公司运营平台通过短信或 APP 通知反馈给用户。

北京盛世昌华科技有限公司是集智能家用计量仪表的科研、开发、生产、销售及服务于一体的高新技术企业，是国内最早从事 IC 卡智能燃气表及收费管理系统研发和生产销售的企业之一。公司历经多年沉淀，已经形成一支 30 余人软件开发、硬件设计的技术开发团队。我公司率先将GPRS/NB-IoT 通讯技术、自适应调频技术、无线自组网通信技术应用于智能燃气表及系统，引领行业发展。2017 年起，我公司将加大力度推动 GPRS/NB-IoT 物联网智能抄表系统、远程燃气实时监控系统等燃气系统解决方案，为建设智慧燃气、智慧城市做出应有贡献。

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二、NB-IoT 燃气表介绍

1.物联网燃气表执行技术标准

※执行膜式煤气表国家标准 GB/T6968-2011 《膜式煤气表》中 1.5 级表要求进行生产

※中华人民共和国计量检定规程 JJG577-2012《膜式煤气表检定规程》。1.5 级表的技术要求。

※中华人民共和国国家计量技术规范 JJF1354-2012

※ DL/T 698 电能信息采集与管理系统

※CJT503-2016 《无线远传膜式燃气表》

※ GB/T 19882.211《自动抄表系统－低压电力线载波抄表系统系统要求》

※ JG-T-162-2009《住宅远传抄表系统》

※ CJ/T188-2004《户用计量仪表数据传输技术条件》

※《社区能源计量抄收系统规范》在编国家标准

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2.NB-IoT 燃气表组成及原理

NB-IoT 物联网燃气表的控制器主要由数据采集（光电转换模块）、液晶显示、阀门控制、移动通讯模块（NB-IoT）、时钟芯片、电源管理模块、报警器接口、功能按钮等模块组成，如下图所示。

3.物联网燃气表功能及特点

3.1 基表性能特点

※机芯装有误差曲线调整机构可对燃气表的误差曲线斜率进行调整，以提高燃气表的计量精度， 减小误差分散性；

※计数器字轮放大显示窗可以更方便清楚的读取燃气表数据；

※内外磁耦合传动技术，采用永久性磁性材料永不退磁，确保磁性传送的长久性和可靠性，且杜绝了计数器内外由轴孔引起的漏气现象；

※表具具备防逆转、防逆通气功能；

※表具采用宽流程设计，由于制造精度的提高，一个规格的燃气表可满足(0.016～6m3/h)流量范围的精确计量；

※表具符合 IP65 防护等级，并且具有宽温工作范围（‐25℃～+55℃）；

曲线调整机构

※唯一表号标识，根据燃气公司的既定条码规则，每个燃气表出厂后都会有唯一 ID 的编号，便于燃气公司建立用户气表档案进行管理；

※可预留报警器接口，能够与燃气泄漏报警器进行联动，保证燃气用气安全，并将报警信息及

时的发送到数据服务中心，数据服务中心通过短信平台及时提醒用户；

3.2  电控部分主要功能特点

1）NB-IoT 低功耗窄带通讯技术

具有低功耗、覆盖广、穿透强、成本低等特点，是燃气物联网化管理的最优通讯方式选择。2）双干簧管采样技术

本产品采用“双干簧管计数”的方式，改进了干簧继电器安装结构并结合软件滤波的技术，

克服了这个问题，能够保证机械计数器与电子计数的完全同步。是目前众多的机－电信号转换方式中最为可靠、实用、价廉的方式。

3）历史数据保存功能

表具连续保存 12 个月每月每天的用户表具数据。

4）远程数据抄读及开关阀

可通过燃气公司管理系统后台进行用户表具状态信息的抄读以及表具阀门状态的控制，可设置数据定期上传功能，当表具内部时钟运行到指定时间后即会上传表具相关信息；                  5）预付费气价调整

物联网燃气表可以接收并响应燃气公司管理系统后台发出的“气价调整”指令，根据调价指令，对表内现有价格参数进行更新。

6）阶梯气价功能

物联网燃气表可根据用气量将气价分为四档，且可对时间价格参数进行设置，能够根据用户每个自然月或多个自然月的用量来实现阶梯计价功能，燃气表会按照阶梯价格的规则进行结算，并显示当前阶梯的用量，价格及剩余金额等参数。                                                7）定时上传数据容错机制

定时上传时如果数据一次上传不成功，表具会等待一段时间后再次尝试发送数据。

8）时钟芯片联网校时

表具内部采用精度为±5ppm 的硬时钟，保证了全年的时钟累计误差不超过 10 分钟，另外每次登录系统时，表具都会进行网络校时，能够保证每个表具的时钟准确无误，不会出现偏差。        9）数据保护及安全

数据可以长时间保存，不受外界干扰、低电压、掉电、更换电池等情况的影响，并且数据采用 64 位动态的加密方式（DES），保证了数据的安全可靠。                                    10）故障自我诊断及报警提示功能

对于加装有液晶显示屏的物联网燃气表，可在不同状态下，以相应的错位代码显示和蜂鸣器报警提示，并对检测到的燃气表故障和用户的违规操作进行自我保护。

11）报警提示功能

1）当电池电压不足时，显示“换电池”；

2）当剩余气量/剩余金额小于设置值（此值可设定）后，每用气 0.1m3，蜂鸣器响声，显示屏提示“请充值”，同时可根据燃气公司要求是否关阀报警；                                    3）当剩余气量/剩余金额为 0 时，关闭阀门，停止供气。

13）故障检测防护功能

1）电源欠压保护：当检测到电源电压低于指定值时，燃气表会立即关闭控制阀，切断供气，停止电子计数，并记录电源欠压发生时间；

2）外磁场攻击保护：当燃气表受到外磁场攻击而使计数功能受到影响时，燃气表会立即关闭控制阀 ， 切 断 供 气 及 停 止 电 子 计 数 ， 并 记 录 外 磁 场 发 生 时 间 ； 3）当气表检测到有读卡错误时，液晶显示“读卡异常”，且根据不同情况，显示以下相应代码：

a）“异常 1”：卡片数据错误；

b）“异常 2”：卡片密码错误；

c）“异常 3”：电池没电，不操作卡；

d）“异常 5”：用户卡卡号错误。       e）“异常 8”：换表卡预换出未开户表数据；

f）“异常 9”：无效卡片；

g）“异常 16”：燃气表已经开户； h）“异常 18”：公司号错误；  4）表保护及异常提示相应代码如下：

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3.3 表具技术参数

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三、NB-IoT 物联网燃气表系统说明

1.  NB-IoT 物联网燃气表介绍

NB-IoT 物联网表系统由物联网智能燃气表、燃气运营平台等组成，在日常使用过程中，物联网智能燃气表按用户设置要求，每天将自动把当前累计量及表的运行状态（电池电量、阀门、恶意对表具攻击等）信息，通过表内自带的NB-IOT 模块和通过移动互联网或是专用网络直接发送给信息中心的数据服务器，服务器收到指令后将返回一个应答数据，从

而能够实现双向通讯。用户可以通过便利店、网上银行、手机 APP 等方式进行实时网络充值。在服务器充值成功后，通过短信服务平台将充值成功的信息反馈给用户的手机中。通过每天自动的数据收集将为燃气使用的供销差和用气数据预测提供准确的数据依据。

2.  NB-IoT 燃气表系统架构

整个物联网管理系统如下图所示，主要由四大部分组成：管理系统、表具端、数据通讯平台、用户端服务部分。利用移动运营商的 GPRS/NB-IoT 通讯网络为传输通道，进行物联网表的监控，表具信息及用户充值操作发送到数据后台中心；燃气公司数据中心用计算机通信、信息管理和数据库系统，对用户的物联网表的工作状况进行实时的远程控制和监视。

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3.  NB-IoT 物联网燃气表优势

运营管理

※支持多种购气付费方式：网上付费，营业厅付费，移动 APP 付费（微信、支付宝等）；

※系统自动完成抄表、收费、报表生成等业务，降低燃气公司的运营成本，提高智能化管理水平；

※可灵活的选择预付费或后付费缴费模式；

※采用金额结算，实施阶梯气价，能够方便快捷的实现阶梯气价的调整；

※完美的支持阶梯气价，可实现 3 个阶梯 4 个价格，并支持远程实时调价；

※终端用户通过手机 APP 能够及时了解家庭的用气信息，同时可与燃气公司实时互动；

※具备丰富的报表功能，支持个性化定制需求；

实时监控

※能够对燃气表进行实时监控，掌控表具的计量信息与运行状态；

※可远程控制开关阀；

报警功能

※支持多种报警方式：表具声音（蜂鸣器）及液晶显示报警提示，用户手机短信报警功能等；

※能够与燃气泄漏报警器进行联动，保证燃气用气安全，并将报警信息及时的发送到数据服务中心，数据服务中心通过短信平台及时提醒用户；

※表端异常实时报警，如阀门直通、电量不足、强磁、报警器报警关阀等；

大数据分析

※能够及时准确的提供燃气表的相关数据，为供销差统计分析提供数据基础；

※按照不同的筛选条件（地区、时间段、用气类型等），获取相应的用气数据报表；

※支持大数据处理，可轻易实现各种数据的对比，以及数据的深度挖掘。

技术优势

※专用的 NB-IoT 网络传输通道，具有功耗低、覆盖广、成本低、安全可靠等优势；

※信号覆盖范围广并非常稳定，抄表不受距离的限制，适用于燃气表安装分散的情况，一次性抄表成功率＞98.8%；

※表具具备防逆转、防逆通气功能；

※表具采用宽流程设计，由于制造精度的提高，一个规格的燃气表可满足(0.016～6m3/h)流量范围的精确计量；

※表具符合 IP65 防护等级，并且具有宽温工作范围（‐25℃～+55℃）；

※系统采用 B/S 架构，方便维护与升级；