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Technical Articles
一、現狀與問題
1.1 人工抄表，效率低，耗時長
在調查中發現，物業部門一般會安排維修人員負責抄表任務，目前大多數園區都還沿用人工抄表方式，包括很多高新區科技園。園區內建筑物數量多，企業規模不一，而電費計取是針對具體的企業，這就造成了抄表過程復雜程度不一。抄表人員需要根據預先打印好的企業名單逐家讀取數據，抄表過程耗費時間長。
1.2 電費收繳難
用電量數據抄錄后，還需累加統計，與供電公司的總表讀數進行對比，分攤公共用電，計算每家企業的應繳金額。而企業收到電費繳納通知后，付費時間有先后，拖欠行為時有發生，需要反復催繳。
1.3 預付費電表的充值不便
市場上很早就已出現預付費電表，該設備的使用可促使用戶及時繳納電費，保持持續供電，有效解決拖欠電費的問題。但早期的預付費電表都采用IC卡充值方式，用戶需要持有特定的卡片，到特定地點進行充值，完成后再對自己單位的電表進行充值金額轉移，才能維持電力續供。充值過程繁瑣，而且受到充值卡的制約，遇到持卡人不在單位的時候，無法對賬戶進行充值。
1.4 本地告警的有效性不足
預付費電表都具有余額不足告警功能，當表內剩余電量低于設置的告警閾值時，表內邏輯控制部分(單片機)會給出告警觸發信號，引起蜂鳴器的鳴叫。但是此告警信號往往起不到應有效果，需要接收告警信息的用戶無法及時接收，而告警信號還會對附近的其他用戶造成噪聲影響。
二、解決方案
2.1 思路
目前我國的移動互聯網應用市場大，利用已廣泛使用的移動應用和移動支付系統，與預付費電表管理系統結合，可解決以上問題，實現用戶隨時自助充值，減少物業部門抄表收費的工作量，并有效解決電費拖欠問題。
2.2 網絡結構
該應用系統從物理結構上分為三層，分別為底層(終端層)、中間層(網絡傳輸層)和應用服務層。終端層為預付費電表，采集各個用戶的剩余電量和余額信息，通過數據總線將電表數據集中傳送到區域數據采集器。終端設備的通信方式如采用RS-485總線結構，有距離限制和網絡不穩定性的問題，可使用現場控制網絡，如Lonworks，Pro?bus等；中間層為網絡傳輸層，各個數據采集器通過數據交換網絡將數據匯總至管理平臺，傳送介質可選擇光纖或無線；上層為應用層，由管理平臺與其他業務應用系統對接，提供信息查詢、充值付費、短信通知等服務，并對匯總數據進行分類統計，形成報表。
2.3 功能模塊
從系統的功能結構上可分為三部分，分別是計量子系統、收付費子系統和網絡安全子系統。計量子系統完成電表至管理平臺的數據傳輸，收付費子系統完成終端用戶的充值應用。網絡安全子系統包含通用的接入訪問控制和用戶身份鑒別，以及加密通信、外部攻擊防護等，在此不做描述。
2.3.1 計量子系統
電表數據上報
終端設備(即電表)將數據上報至管理平臺，根據電表設備的不同，可提供的數據種類也不同，多功能的電表可提供實時電流、電壓、功率因數、有功/無功功率、諧波數量、三相不平衡等參數，可供管理平臺進行電能質量、用戶用電行為的分析。但是無論何種預付費電表，對剩余電量、剩余金額、供電狀態、通斷電事件和告警信息的數據上報都是需要的。
參數設置
管理平臺可在操作端對電表的參數進行設置，如：電費單價、余額不足的告警門限值、斷電門限值，支持對單個電表的個性化設置和編組統一設置。另外，對于多功能電表，還可根據設備支持情況，進行電能質量劣化的告警門限值設置。
充值數據下發對接收到的用戶充值信息，實時下發到對應的電表，由電表對余額數據進行改寫，并根據余額數值判斷是否解除告警狀態。
數據統計
管理平臺可分時段對所有電表的用電數據進行統計，主要為用電量、用電金額、通斷電狀態，還可進行用電戶占比、電力消耗同比、環比等能耗指標分析。
2.3.2 收付費子系統
用戶注冊
下載APP的用戶可填寫注冊信息，并關聯企業名稱或電表編號，發送至管理平臺進行驗證。平臺完成驗證后，對注冊賬號發送注冊成功或不成功的提示消息。
用戶管理
這里所說的用戶，一是系統應對企業用戶建立檔案，企業用戶名稱與電表編號對應，二是對APP個人注冊用戶，需記錄其注冊與各項操作事件，并將用戶名與企業用戶名對應綁定。考慮到實際應用情況，需支持多個APP用戶對應單個企業的關聯。
消息通知
對于電表內余額不足、清零斷電、供電恢復等關鍵狀態改變的事件，可以主動發送消息的方式，通知到相關人員。消息通知的形式可分為兩種，一是APP賬戶通知，用戶需打開APP才可收到；二是短信通知，便于用戶及時接收。
查詢響應
針對用戶請求的被動響應，在用戶端APP發出查詢請求時，管理平臺判別用戶身份信息，將對應企業的相關數據發送到APP客戶端，滿足用戶的查詢需求。
充值付費
APP程序中綁定管理單位的移動支付系統賬號，用戶可通過移動支付系統對其關聯的企業進行電費充值，充值金額直接計入管理單位的賬戶。
計費管理
管理平臺通過外部接口與網絡支付系統對接，實時接收來自用戶的付費確認信息，并將充值金額與電表編號對應，推送給計量子系統，完成充值數據下發。并可根據時間段設置，將一段時期內的全部或單個用戶的充值數據進行統計分析。
三、安科瑞預付費管理系統及現場硬件選型
3.1 系統結構
3.2 系統功能
1.房間監控
清晰簡潔的展示所有房間狀態信息，所屬樓棟樓層，在線失連情況，費用狀態等，進入房間詳情可對房間當前實時信息進行查看，并可了解當天用電量和使用金額情況，可對房間內的電表進行各種遠程控制操作，比如開戶、電價設置，售電、退電、報警金額設置、分合閘操作等等。
2.電戶開表
系統針對商鋪開戶不僅支持一戶一表，也支持一戶掛多表的需要;支持自定義電價方案，單一電價、尖峰平谷電價、階梯電價等:支持預先設置開戶信息后期一鍵開戶;支持設置電表合額告警默認三級告警，告警金額和次也可以自定義，推送方式支持手機短信，APP推送，郵件、語音外呼、公眾號推送等。
3.充電繳費
可以對已開戶的電表進行遠程充值，電費實時下發到電表。電表會根據電度走字實時扣除電費同時系統也支持早臺計費，金額下發到系統賬戶，到賬快速穩定。
4.財務管理
訂單總覽，包含系統里所有水電充值退費記錄，以及物業費扣費流水記錄。收入概況，可以從日，月，年，時間跨度等不同維度統計水電費收入情況，收入組成。
5.報表
系統還提供了多個報表以供查詢。用電綜合報表，幫助財務統計每個月商鋪總用電量，尖峰平谷用電量以及電費，能耗同比分析，可以比較每個月份與去年同期相比的用能差距。能耗日月年報表，按日，月，年三個不同維度查詢電表每個階段的用能情況。
6.批量操作
為了方便用戶對大量儀表進行管理和設置，可以在系統中新建批量操作任務，比如設置電價、電表控制、儀表設置、充值等，批量任務可以立即執行，也可以定時執行。
7.自定義收費方案
為了靈活應對用戶多種多樣的收費方案，比如物業費，房租，服務費等，系統支持用戶自定義收費項目。收費方式可設置直接從賬戶扣除或者生成催繳賬單，可設置周期性收費或者一次性收費，可以按固定金額收費或者按房間面積換算等等。
8.負載控制
系統具備惡性負載識別功能，自動識別學院規定禁止使用的各類違章電器（如熱得快、電吹風、電熱毯、暖手煲等）功能，并及時自動斷電。
9.基礎電量
可根據管理要求，對各宿舍，不同區域獨立設置基礎電量，提供給學生一定的免費電量。
10.負控復位
超負荷斷電或使用禁用發熱電器自動斷電后可自動恢復供電，自動供電時間可設。管理者可設定自動供電的次數，超過設定次數后系統不能再自動供電，需找管理者查明斷電原因后，由供電管理人員恢復供電。
11.時間控制
可根據學校實際要求，進行生效日期設置、節假日設置、通斷設置和備注，并對已經設置的進行篩選查看。
12.白名單管理
該功能用于維護電器白名單的信息，系統支持學習功能，自帶不低于30類學校常用電器使用特征的數據庫。不在特征數據庫的電器可以通過現場學習進入數據庫，從而區分惡性負載及白名單負載。
13.公眾號在線支付
用戶可以在微信小程序或者微信公眾號自助查詢電表使用情況以及繳費。
3.3 設備選型
四、結束語
本方案集遠程集抄、預付費使用和網絡支付為一體，可解決人工抄表效率低、事后收費難和續費充值流程繁瑣的問題，可大量節約物業部門在電費收取方面的人力、時間成本，并為用戶提供查詢和充值的便利性。也可用于高校、大型單位集體宿舍，以及商業街區商戶的預付費用電管理。
參考文獻
[1]周峰.預付費用電在工業園區物業管理中的應用.
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2020.06版.
[4]安科瑞用戶測電能計量與預付費管理解決方案手冊2020.02版.
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