智慧供热趸售用户预缴费管理系统研究与应用

郑 刚

（国能宁夏供热有限公司，宁夏 银川 750001）

0 概述

供热趸售预缴费管理系统是供热公司对各分管区域趸售供热企业进行售热和热能管控的系统平台，该平台根据热力智能管理终端和无线4G 控制终端，通过平台进行趸售企业热量预缴费、充值等管理，实现热量表数据无线采集、无线传输、电动阀门远程开关和调节等功能。

1 研究背景

近几年，集中供热作为一种节能、高效、环保的供热方式已经逐步成为了我国城镇的主要供热方式。银川“东热西送”集中供热项目是采用长距离、跨黄河、大温差智能供热项目，供热区域涵盖银川市主要城区、永宁县城、望远镇、河东机场四大区域，供热面积约7000 万m2。当前国能宁夏供热有限公司供热区域内，供热收费管理由两部分组成：一部分是自营区域由供热公司直接面向热用户自行收取；另一部分是供热企业向各趸售企业提供热能，按照热量表计量数据收取费用，共接带趸售企业10 家。

2 现状介绍

2.1 趸售企业热能数据无法传输到供热公司管理平台

各趸售企业供热管网中均安装大口径超声波热量表，供热公司通过热量表计量数据销售热能。但热量表数据只能本地读取，因此，供热公司每月都必须派人去各趸售企业进行热量表数据抄读，增加了人工和时间成本。

2.2 无法有效管理趸售企业缴费信息

各趸售企业都是通过企业公户转账缴费的，缴费信息属于财务部，但是售热工作属于市场部；两个部门之间信息不通，导致缴费和售热工作繁琐且无法统一管理。

2.3 对趸售企业无法起到监管作用

在建设初期已考虑到趸售企业的监管问题，并且在进入各趸售企业的主管网处安装有电动阀门，但当供热以后由于阀门井温度过高，水渗透等问题导致无法下井现场操作电动阀门，因此，无法起到监管作用。

2.4 供需矛盾无法得到解决

供热企业因为无法监管趸售企业及换热站供热参数不达标等因素影响，致使供需双方产生了矛盾，趸售企业拖欠甚至拒交热费，产生较大的负面影响，已给供热公司的正常生产经营工作带来了巨大的障碍。

3 研究内容

供热趸售预缴费管理系统主要有两大功能，一是趸售企业热量预缴费功能，二是供热管网电动阀门远程开、关和调节功能，这两大功能都是基于数据无线采集控制技术实现，系统控制流程如图1 所示。现场热表数据通过支持4G通信的采集器传输至数据采集中间件，数据采集中间件通过WebSocket 方式将数据写入预缴费管理系统；管理系统分为App 及PC 端，可供公司内部员工及趸售用户使用，管理系统通过Web Service 与内部收费系统联动，使开关阀自动工作。为满足安全防护要求，数据上传数据采集中间件时配置防火墙，提高系统的安全性和可靠性，避免病毒入侵。

图1 系统流程图

3.1 趸售预缴费管理平台

趸售用户缴费管理平台是基于B/S 架构开发的网页平台，该平台依托于热能智能管理终端和无线4G 控制终端，通过平台可完成热量售卖、充值等管理工作，实现热量表数据无线采集、无线传输。同时平台还可进行趸售换热站电动阀门信息维护，在线进行远程调节和关断。

3.1.1 系统硬件、软件及开发环境确定3.1.1.1 硬件配置选择

对系统进行专业单元测试及性能测试，同事兼顾系统稳定性、可靠性，根据专业数据、业务发展及成本控制，对服务器硬件进行最小化冗余配置，如表1 所示。服务器部署在供热公司智慧化热网机房，配备两路市电及一路UPS 不间断电源，保障服务器运行的稳定性。

表1 服务器硬件、软件配置表

3.1.1.2 操作系统及开发环境选择

系统开发前，对主流操作系统在可管理性、可维护性进行横向对比，如表2 所示，最终选择了具备向后兼容性、广泛的外围兼容性、多显示器支持、多任务处理等功能的Windows 操作系统。

表2 主流操作系统对比表

3.1.2 趸售预缴费系统开发

趸售预缴费系统开发过程中遵循软件产品开发功能性、可靠性、易用性、可维护性、可移植性的原则，制定了系统开发的总体要求，一是系统采用采用B/S 架构进行设计；二是基于J2EE 平台开发；三是采用主流技术框架SSH（Spring、SpringMVC、Hibernate）；四是支持主流的关系型数据库：Mysql、Oracle、SqlServer 等。趸售站预付费系统系统架构主要分为四层，如图2 所示，分别为数据存储层、数据访问层、控制和逻辑层、展现层。数据存储层主要是系统数据库，对系统主数据、业务数据及文件进行存储管理；数据访问层的主要作用是对服务器进行数据访问、调运管理；控制和逻辑层是平台的核心，用于平台业务工作中的逻辑判断与执行操作。在收到展现层的用户指令后，连接数据访问层，调取数据存储层数据，在各层之间传达指令，对接收到的数据进行逻辑处理，实现数据的修改、获取、删除等功能，最终将处理结果反馈至展现层；展现层是平台统一的业务应用操作界面和信息展示窗口，具有人机交互功能，实现平台数据的输入与输出，是系统各项数据及执行器状态的综合展现。趸售预缴费系统业务逻辑结构主要分为实体层、DAO 层、服务层、Web 层，如图3 所示。实体层用于封装实体类数据结构、映射数据库的数据表及视图，还可以描述业务中客观存在的对象，各层中进行数据交互传递的都是一个或多个实体对象。DAO 层是数据访问层，封装对数据库的访问，主要负责业务模块的逻辑应用设计。服务层专注于业务逻辑，处理页面和业务逻辑的交互，对数据进行验证、转换。对于系统需要的数据库操作，都通过DAO去实现；Web 层主要对数据进行呈现，管理系统用户的请求和响应。趸售预缴费管理平台具有以下功能。

图2 系统技术架构图

图3 系统业务逻辑结构

3.1.2.1 缴费管理

①查看收费记录、趸售用户交费记录及当前余额，剩余热量等。②趸售用户交费。

3.1.2.2 控制管理

①查询电动阀门开关状态及实施开度状态，控制电动阀门开关状态。②当用户余额达到关阀报警阈值时，通过微信、短信给用户推送报警信息。

3.1.2.3 参数设置

设置收费参数、收费开始时间、结束时间、热量单位、单位热量价格、关阀报警阈值等。

3.1.2.4 记录查询

①实时查看趸售热用户热量表数据，查看电动阀门状态，数据可以通过表格、图标等形式展现。②查看某一时段热量表、电动阀门历史数据，并能导出Excel 报表。③热量表采集数据列表：包括流量、热量、进口温度、出口温度、温差等所有热量表能显示的数据。

3.1.2.5 报警管理

实时记录报警信息，并在管理平台实时滚动显示报警信息，提高了系统运行的稳定性和安全性，减少供热事故的发生，降低贸易结算纠纷的风险。

3.2 热量表数据采集

通过趸售企业侧加装热力数据采集控制终端，实时采集数字接口热量表的各类数据，并将采集到的数据通过4G 网络无线远程传输至云服务端，前端的预缴费管理平台调用云服务端数据，远程采集和传输热量表数据。主体供热企业可通过预缴费管理平台在趸售企业的IC 卡写入购热信息，再通过刷卡的方式将购热信息写入热力数据采集控制终端，从而实现热量预缴费功能；也可以通过4G 无线网络将购热信息远程写入热力数据采集控制终端。热量数据采集控制终端是在之前DCFG-485 采集控制器的基础上增加了热量预缴费功能，集数据采集和控制为一体，可根据下发的指令控制相关设备的状态。RDCFG-485 系列数据采集控制器采用高性能工业级无线模块，工业级高稳定高精度元器件，极宽温设计，轻松适应高温严寒工作环境，支持数据透明传输，能适应任何标准或是非标准的用户协议。远程传输高性能4G数据，数据传输稳定，可远程控制任何具备标准通信协议、具有RS485 硬件接口或M-BUS 硬件接口的设备[1]。数据采集控制终端采用AC220V 供电，具备一路RS485 接口、两路AI 接口、4G 全网通无线通信。设备防护等级达到IP66，使用环境-25℃～55℃，满足冬季室外运行要求。具体设计使用技术与硬件如下。

3.2.1 技术说明

该采集装置的核心MCU 为MSP430F5438A，外围电路由电源、晶振、RS485 通信芯片、4G 通信芯片等组成，具体如下。MCU：采用TI 的MSP430F5438A 单片机，该芯片最大主频25MHz，具有16 位RISC CPU，使用16 位寄存器以及常数发生器，编码效率和连接能力将有较大提升，并且集成有硬件乘法器寄存器，可以通过CPU 指令进行载入和读取操作，加快了数据处理速度。4G 通信模块：采用最新EC20 全网通集成芯片，EC20 是一款工业级FDDLTE/TDD-LTENCDMATD SCDMA/CDMAGSM 无 线 模块，支 持FDD-LTE，TDDLTE、DC-HSPA+、HSPA+、HSDPA、HSUPA、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA、EDGE和GPRS 网络。支持大下行速率150Mbps 和大上行速率50Mbps；同时内置多个高精度定位GNSS（GPS/GLONASS/BeiDou/Galileo/QZSS）接收机；在简化产品设计的同时，还大大提升了定位速度及精度。射频卡读写模块：采用M940BHA 集成芯片，具有体积小、工作频率高、读写距离远等优点。使用3.3V 供电，支持外接LED 和蜂鸣器。显示系统：采用迪文科技的4.3 寸全彩LCD液晶屏，该屏分辨率为480*272，支持SD 卡下载和串口显示变量等。RS485 输出模块：采用TI 的ISO3082 隔离5kV 半双工RS485 收发器，具有高电磁抗扰度和低辐射特性，且具有高绝缘能力，防止数据总线或者其他电路上的噪声和浪涌进入本地接地端，从而干扰或者损坏敏感电路。M-BUS 接口：因为有大部分民用仪表采用的是M-BUS 协议，所以为了能兼容更多的仪表，增加该通信接口。电源模块：采用北京稳固德电子WAW25S12 模块，宽电压输入AC85-265V，输出为DC12V、2.08A。高隔离电压，小型化封装。滤波模块：采用金升阳电子的FC-LX1D 滤波模块，具有宽电压输入、滤波效果好、工作温度范围高等优点。模拟开关量输入接口：支持2 路模拟量输入，实现控制功能。控制输出接口：支持2 路继电器输出接口，实现控制功能。

3.2.2 电动阀门无线远程控制

供热管网阀门井侧加装4G 无线控制器，由数字接口和电动阀门执行器相连接，上位机趸售预缴费平台可通过4G网络无线下发开阀和关阀指令，实现供热管网阀门无线远程开、关和调节功能，配合预缴费管理系统，达到热量收费管控的目的。无线4G 控制器主要是用来控制阀门执行机构、收发上位机指令以及控制阀门的开关动作。主要由两大功能，一是和执行机构进行通信；二是和云服务器进行无线通信。

4 结语

趸售供热预缴费系统是智慧供热的一个重要组成部分，包括数据采集、数据无线远程传输、无线远程控制、运维监控等部分。建立趸售供热管理和运行的大数据平台，有利于供热企业提升管理水平和效率。该系统通过智能化、自动化操作解决了热能供给者与需求者之间的突出矛盾，建立了热能购销的新模式，彻底解决了收费难的问题。