2G/3G/4G无线网络实现自来水远程自动抄表系统应用方案

一、系统简介

       随着供水部门对“一户一表”工程改造的推进，以及对自动化的要求，远程自动抄表系统已成为自来水自动化管理和智能化控制不可缺少的组成部分。为了适应供水公司用户水表和现代智能化楼宇用水管理的需要，方便水表用户缴水费，目前厦门才茂通信专门为供水公司、物业管理公司设计了基于2G/3G/4G无线网络的自来水远程自动抄表系统。该系统将计算机技术、移动数据通信技术、数据网络技术、自控技术溶为一体，可自动完成用水户水表网络的远程数据采集、纪录、实时监测、统计分析、打印和供、停水控制等管理工作。

二、系统组成

   2G/3G/4G无线网络自来水远程自动抄表系统由监控中心、通信网络和无线网络水表（数显水表＋CM510 -23X  DTU）组成。监测中心包括中心站机、计算机及系统软件、显示器、打印机等设备，中心站机与无线网络水表的通信采用2G/3G/4G无线网络。该系统适用于与供水公司距离遥远、分散单独的水表用户，系统网络方框图如图所示：

                               拓扑图：2

三、系统功能

1、自动检测功能：系统对水表的用水量（流量）等参数（压力）的数据进行采集、监测、纪录，并进行数据分析处理，形成各种图形和报表，实现远程无人自动抄表。

2、动态显示功能：可定时或随机在自动抄表系统网络图画面上动态显示每只水表的用水量和整个系统所包括水表的总水量。

3、打印功能：可打印每只水表的月、年报表和月水费单，可打印总用水量的日、月、年报表和收水费的月、年报表。

4、数据管理功能：建立历史数据库，存储原始数据，供统计分析使用。对采集的用水量等数据进行累计值、平均值、最大值、最小值等的分析计算，系统数据库适合扩充和维护，可满足各种规模的供水部门数据抄表和维护使用。

5、合并、网络浏览功能：本系统可与供水公司的服务器连接，通过局域网接入供水公司现有用水营业收费电脑管理系统，实现信息共享。

6、银行自动缴费：通过监控中心收费管理系统与银行挂接，计费灵活方便。

7、可依据用户缴纳水费情况控制供水或停水，具有支持IC卡功能。

四、系统主要设备

1、中心站机：用于发送监测中心计算机的指令和接收无线网络水表的信息，并将信息通过RS-232/RG45通讯接口送入计算机。

2、系统软件：

  系统开发的专业软件，它结合了国际最新软件流行趋势，可在Windows98、Windows2000、WindowsXP、Liunx等主流操作系统上运行。系统软件通过中心站机发布指令，对本系统实施监测，负责各采集站点的配置和网络管理，同时将输入数据写入数据库，可发布指令，实现参数设置、数据监测、统计分析和报表打印及供、停水控制等处理。 3、CM510 -23X DTU 技术参数：

  CM510 -23X DTU采用采用ARM9工业级高性能嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台,超大内存,内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈；设备支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能；设备提供在线维持技术，保持数据终端永久在线，保存数据链路任何时候畅通，实现高速、稳定、可靠的TCP/UDP透明数据传输功能。针对网络流量和产品功耗比较敏感的客户，本产品支持语音、短信、数据触发上线以及超时自动断线的功能，降低流量降低产品功耗，实现低功耗功能。

    该产品拥有ARM9工业级处理器和智能三级保护，它不但通过电力3000V电击测试，还拥有专利技术，产品性能稳定可靠。

   该产品已广泛应用于电力集中抄表、水表集中抄表、热网监控、燃气监控、水利监控、环保检测、气象检测、地震监测，交通控制等等行业。

软件功能

工业级设计 1.工业级CPU：工业级高性能嵌入式处理，高速缓存数据，加快高速数据访问速度；带缓村，高速指令缓存，加强了指令处理速度。 2.工业级无线模块：采用工业级无线模块，抗干扰强，传输稳定。 3.实时操作系统：采用LINUX2.6操作系统，带内存管理单元，实时性强，功能升级快，系统稳定，带完善TCP/IP协议栈；或者嵌入式UCOS操作系统。 4.强化电路板：PCB采用遵循20H和3W原则，同时公司所有产品电路板都采用生益材质来生产，确保板材的稳定可靠。 5.工业级元器件：整机元器件采用严格筛选的工业级元器件来生产。 6.工业级电源：宽压电源设计，电源适应范围为DC6V~DC32V，内置电源反向保护和过压过流保护。

稳定可靠 1.三层系统保护：在原来两级（软件保护 CPU内置看门狗WDT保护）系统保护的基础上，增加一级系统虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）检测保护功能，确保系统稳定可靠 2.UIM/SIM卡ESD保护：1.8V/3V/5V标准的推杆式用户卡接口，内置15KV ESD保护。 3.串口ESD保护：RS232/RS485/TTL/RS422,内置15KV ESD保护。 4.金属外壳：采用金属外壳，防辐射，抗干扰；外壳和系统安全隔离，防雷设计；符合电力安规要求；防护等级为IP41；特别适合于环境恶劣的工业控制领域。 5.所有无线模块都有通过CGD认证或者FCC认证或者CE认证。 6.高速处理CPU：采用高速性能工业级CPU，可以更加高速地处理各种协议数据转换；解决了业内“假在线”、“假死机”、“当机”等疑难问题。 7.超大内存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits（不同型号内存不同），有超大的内存来缓存客户发送数据，同时接收超大数据包，数据不丢失。 8.DNS自动获取：自动获取DNS，不再需要人工配置输入DNS；规避了因为选择的DNS服务器异常，导致DTU设备当机的严重现象。 9.完善的协议栈：新系统加载了完善的TCP/IP协议栈，采用了完善的TCP/IP协议栈；使网络通信性能优异，掉线概率极大降低。 10.EMC性能优异：通过电力3000V电击测试，特别适合在工业领域环境恶劣下使用；系统EMC/EMI优异，系统稳定可靠；通过EMC测试；

功能强大 1.TCP透明数据传输和UDP透明数据传输；支持多种工作模式 2.支持虚拟数据专用网（APN/VPDN） 3.支持双数据中心备份及多数据中心（8个）接受数据，最大支持发送中心达256个 4.智能防掉线。支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线 5.远程唤醒：支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接 6.支持固定IP通信方式；支持DDNS动态域名通信方式 7.支持短信远程配置，远程控制；支持短消息告警 8.丰富接口：提供RS232接口或者RS485接口或者TTL接口或者RS422接口或者USB接口接口，全接口支持。 9.完善的网络支持：提供包括2G网络（GSM网络），2.5G网络（GPRS网络），2.75G网络（EDGE网络），3G网络（WCDMA网络、EVDO网络、TD-SCDMA网络），4G网络（HSPA 网络、LTE网络），全网络的产品支持。 10.数据包传输状态报告 11.标准的AT命令界面 12.可以用做普通拨号MODEM 13.支持串口软件升级 14.同时支持LINUX、UNIX和WINDOWS操作系统

简单易用 1.图形化配置工具：完善的图形化配置工具，提供快速配置功能，实现客户快速配置；提供批量配置功能，实现批量设备的配置。 2.中心软件：提供C#，VC，VB，DEPHI中心端软件，方便客户测试。 3.提供多种动态库DLL：公司提供C# ，VC，VB，DEPHI中心端软件的动态库支持，并提供使用说明文档，方便客户自行快速开发中心端应用软件。 4.丰富第三方软件支持：包括亚控软件，三维力控软件在内的业内主要中心端软件支持（驱动中选择“厦门才茂（桑荣）”或者“桑荣”的驱动 ），可以直接方便购买第三方软件来上项目，实现快速稳定低成本地完成项目。 5.检查软件：提供串口调试软件，网络速度检测软件，提供不同的调试等级输出，方便客户查看各种信息，快速定位问题。

五、网络水表

规格与普通水表相同，精度达到国家标准规定的计量等级。该水表结合了厦门才茂通信CM510 -23X DTU，具有计量准确（遥测显示水量与水表本身读出的数值完全相同）、工作稳定可靠、功耗低、数据无漏失的特点，解决了以往远程数字计量误差、怕停电、耗电量大、怕干扰的缺点。网络水表可直接使用220V市电，或采用直流电源。无线网络水表不需另配测站机，它具有测站机的类似性能，可通过CM510 -23X DTU与中心站机直接采用中国移动数据无线网络通信。

   计算机（电脑）、液晶显示器或投影机、打印机、不间断电源、避雷器等设备为外购通用或专用产品，根据抄表系统和用户的需要而配置。

六、系统特点

该系统具有下述特点：

1、该系统具有2G/3G/4G无线网络的各种优点，即：

1.1 永远在线：只要激活2G/3G/4G无线网络后，将永远保持在线，不存在掉线问题；类似于一种无线专线网络。

1.2 高速传输：由于2G/3G/4G无线网络采取了先进的分组交换方式，数据传输最快。因此，本系统在一条可移动的信息高速公路上传输数据。

1.3 按量收费：2G/3G/4G无线网络按照本系统接收和发送数据的数量来收取费用，没有数据流量的传递时，即使在线，也不收费。因此，它是一种面向使用、科学合理的计费方式。

2、该系统的自动检测抄表功能可使供水公司（或小区物业管理部门）及时、准确地掌握用户用水量和计收水费的情况，使供水管理和服务质量水平跃上一个新台阶，有力地促进供水公司（或小区物业部门）现代化管理水平的提高。

3、该系统可彻底解决用水的实时管理、实时计量和远程控制的问题，为供水公司实现远程自动计量、水量分时计费、水损分析管理和用水系统实时远程监控等现代化供水管理提供了可靠的手段。

4、实现远程自动抄表可减少抄表和相关的员工人数及费用开支，降低员工劳动强度，提高抄表工作效率；该系统的计量准确无误将避免人工疏忽的漏抄、误抄、估抄；该系统的实时监测可减少由于管道破裂漏水、用户违章用水等造成的水量损失；该系统的应用将有效地提高供水回收率和降低供水管网的运行成本。

5、配置大容量非易失存储器，可存储大量的水表数据，停电数据也可保存10年；密码保护，非授权用户无法操作。

七、系统显著的经济效益

1、较低的工程造价

由于城市的自来水供水普及率一般均达95%以上，千家万户的水表既分散又远离供水公司，多年来供水公司所应用的无线遥测系统的通信一般都采用电台。如采用该种通信方式，供水公司的测控中心均需配置电台、专用电源和高增益的铁塔天线，在市区各处水表用户的测点除配置电台及专用电源外，还需配置高增益的定向天线。而本系统的通信采用2G/3G/4G无线网络，在水司的测控中心只需配置内置天线的中心站机，水表测点只需配置无线网络水表或测站机。该型号的无线网络水表和测站机，每台仅占用一个移动电话号码，其通信的可靠性与移动电话一样。因此，本系统的工程造价比应用电台的系统造价至少低10-20万元以上（测点数量越多差价越大）。

2、低廉的运行费用

   本系统采用2G/3G/4G无线网络，不需使用电台、不需架设铁塔天线或定向天线等配套设备，无线网络水表和测站机基本上可免维护运行，不需配备专业技术人员维修保养，因此维修费用低。而采用电台通讯需向无线电管理部门申请频道资源，需配备专业技术人员维护，那么维修费、员工工资和交通费，加上电费和频道占用费等，其综合运行成本开支每个月不少于3000元。

八、结论

综上所述，应用GPRS的自来水远程自动抄表系统具有显著的社会效益和经济效益，其先进性、实用性、扩充性、安全性、可靠性，使得她必将在供水行业越来越广泛地推广应用，为供水行业的发展做出更大的贡献。