CN201820293U - 非接触智能ic卡预付费用热控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种安装于城市集中供热系统热力站的非接触智能IC卡预付费用热控制装置，该装置主要由壳体及壳体内部的电源、触摸式操作控制器、非接触智能IC卡读卡器、CDMA/GPRS/ADSL等公共通讯网络模块、RS485MOD-BUS通讯模块、M-BUS热计量表通讯模块、多分支电动阀控制模块、多分支电动阀状态检测模块等部分组成。通过该装置可以实现集中供热IC卡预付费功能，存储付费数据、交易记录、热量消耗数据等，该装置采集符合M-BUS通讯标准协议的热计量表，通过RS485接口将部分数据传输给本地其他智能设备，并将实时数据、交易记录、热消耗数据等信息通过CDMA/GPRS/ADSL等公共通讯网络通讯接口传输至上位管理系统，使供热企业及时了解到热用户的用热需求及交易情况，提高供热企业的现代化管理水平。

Description

非接触智能IC卡预付费用热控制装置 

技术领域

本实用新型涉及供热(冷)计量控制技术，尤其是涉及利用非接触智能IC卡预付费的用热控制装置，用于实现供热企业针对大客户用热的预付费管理、控制、报警及远程监测等工作。 

背景技术

目前，我国城市热力公司客户拖欠热费的现象非常严重，迫切需要采用更加科学的收费管理系统解决存在的问题，保护企业合法权利，提高供热质量、提高收费率、降低热力公司经营风险，进一步保障城市供热系统的安全、稳定运行，实现城市供热的高效、低碳、科学的可持续发展。 

以往的收费系统多数采用人工计量、上门催缴的传统方法，人工工作量大，传统方法固有的缺陷，造成客户拖欠热费的现象，供热企业无法及时掌握用户的实际用热量，严重影响热网调度的科学性。 

发明内容

本实用新型是针对城市集中供热实施热量趸售方式热力站的管理与控制而设计的一种安装于城市集中供热系统热力站的非接触智能IC卡预付费用热控制装置，其目的是通过该用热控制装置提高效率，减少能耗，降低人工成本、管理成本和运营成本，加快资金回笼，进而实现收费管理的科学化与标准化。 

为了实现本实用新型的目的，特提出一种非接触智能IC卡预付费用热控制装置，该控制装置包括操作控制器、非接触智能IC卡读卡器、CDMA/GPRS/ADSL公共通讯网络模块、RS485MOD-BUS通讯模块、M-BUS热计量表通讯模块、灯光报警器和UPS电源，其中，所述操作控制器为触摸式操作控制器，其包括嵌入式CPU中心控制器、FLASH数据存储器、触摸显示屏、IC卡读卡器接口、热计量表通讯接口、CDMA/GPRS/ADSL公共通讯网络接口、多分支电动阀控制模块、多分支电动阀状态检测模 块，其中， 

嵌入式CPU中心控制器，完成计算、逻辑处理、显示、存储流程的执行程序功能； 

FLASH数据存储器用于程序存储、转存记录存储、用热记录存储功能， 

触摸显示屏用于数据显示、提供人机交互的交易界面、用热记录查询、基本信息查询、人工检修功能； 

IC卡读卡器接口采用RS232接口与所述读卡器连接，实现IC卡数据的交易功能； 

热计量表通讯接口采用M-BUS通讯规约，同时读取包括采暖及生活热水多块热计量表数据，该数据包括供水温度、回水温度、瞬时流量、瞬时热量、累计流量、累计热量(其中热量数据由热计量表直接计算得出)，通过M-BUS通讯规约传输至所述嵌入式CPU中心控制器、CDMA/GPRS/ADSL公共通讯网络； 

公共通讯网络接口采用RS232接口与CDMA/GPRS/ADSL公共通讯网络模块连接，将热计量表数据、交易数据、报警数据、检修情况发送至上位计算机管理系统。 

所述不间断UPS电源包括为整个控制装置提供一个安全、不间断的供电环境，保证外部电源发生故障或由于人为原因造成供电中断时，可以及时关闭阀门并向上位系统报警的电路部分。 

所述多分支电动阀控制模块包括同时控制多路供热分支电动阀的开/关控制的电路装置；多分支电动阀状态检测模块具有同时检测多路供热分支电动阀的实际状态的电路装置。 

所述灯光报警器包括用于热费余额不足、电源断电、仪表故障、通讯中断、阀门故障、逻辑故障、读卡故障的闪烁报警，提示值班人员注意的电路模块。 

所述IC卡读卡器接口采用RS232接口与读卡器连接，实现IC卡数据的交易功能；IC卡读卡器采用射频基站控制器，该射频基站控制器采用ESAM安全芯片来对敏感信息进行存储，并负责使用密钥进行各种加、 解密运算。 

通过本实用新型的用热控制装置可以实现集中供热IC卡预付费功能，存储付费数据、交易记录、热量消耗数据等，同时该装置可以采集符合M-BUS通讯标准协议的热计量表，通过RS485接口将部分数据传输给本地其他智能设备，并将实时数据、交易记录、热量消耗数据等信息通过CDMA/GPRS/ADSL等公共通讯网络通讯接口传输至上位管理系统，使得供热企业及时了解热用户的用热和交易情况。 

附图说明

图1是非接触智能IC卡预付费用热控制装置整体结构示意图； 

图2-1是控制装置电路原理图； 

图2-2和图2-3是控制装置的继电器接线图； 

图3是控制装置S1端子接线图； 

图4是采暖控制阀接线图； 

图5是生活热水控制阀接线图； 

图6是控制仪表接线图； 

图7是DTU通讯接线图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体结构做详细说明，图1是非接触智能IC卡预付费用热控制装置整体结构示意图。如图所示，该控制装置主要由壳体及壳体内部的UPS电源、触摸式操作控制器、非接触智能IC卡读卡器、CDMA/GPRS/ADSL等公共通讯网络模块、RS485MOD-BUS通讯模块、M-BUS热计量表通讯模块、多分支电动阀控制模块、多分支电动阀状态检测模块、灯光报警器、UPS电源等部分组成。 

不间断UPS电源为整个控制装置提供一个安全、不间断的供电环境，保证外部电源发生故障或由于人为原因造成供电中断时，可以及时关闭阀门并向上位系统报警。 

触摸式操作控制器包括嵌入式CPU中心控制器、FLASH数据存储器、触摸显示屏、IC卡读卡器接口、M-BUS热计量表通讯接口、CDMA/GPRS/ADSL等公共通讯网络接口、多分支电动阀控制模块、多分支 电动阀状态检测模块等部分组成。其中嵌入式CPU中心控制器完成所有计算、逻辑处理、显示、存储等流程的执行程序功能，FLASH数据存储器用于程序存储、转存记录存储、用热记录存储等功能，触摸显示屏用于数据显示、提供人机交互的交易界面、用热记录查询、基本信息查询、人工检修等等功能；IC卡读卡器接口采用RS232接口与读卡器连接，实现IC卡数据的交易功能；热计量表通讯接口采用M-BUS通讯规约，可以同时读取多块热计量表数据，包括采暖及生活热水热计量表，数据包括供水温度、回水温度、瞬时流量、瞬时热量、累计流量、累计热量(其中热量数据由热计量表直接计算得出)，通过M-BUS通讯规约传输至中心控制器，CDMA/GPRS/ADSL等公共通讯网络。通讯接口采用RS232接口与CDMA/GPRS/ADSL等公共通讯网络模块连接，将热计量表数据、交易数据、报警数据、检修情况等内容发送至上位计算机管理系统，MOD-BUS通讯接口，采用MOD-BUS通讯协议，为本地其他智能设备提供了一个标准的RS485接口用于数据交换，多分支电动阀控制模块可以同时控制多路供热分支电动阀的开/关控制、多分支电动阀状态检测模块可以同时检测多路供热分支电动阀的实际状态；灯光报警器用于发生热费余额不足、电源断电、仪表故障、通讯中断、阀门故障、逻辑故障、读卡故障时，闪烁报警，提醒提示值班人员注意。 

辅助热计量装置包括：流量计、热电阻、积分仪等；辅助控制装置包括电动阀等。 

下面结合附图详细说明本实用新型的电路原理及接口电路。其中，图2-1是控制装置电路原理图；图2-2和图2-3是控制装置的继电器接线图；如图所示，在热力站的一次供水管和一次回水管上各装有一个温度变送器，用以检测一次供水和一次回水的温度；一般在一次回水管上装有超声波流量计，可检测瞬时流量。温度变送器和流量计产生的信号，由积分仪接收后，计算得到对应的瞬时热量和累计热量。M-Bus是专门为消耗量计量仪表设计的、采用两线总线的一种通信标准，目前主要用于热量计量领域。只有在中心控制器通过M-BUS线向热计量表发出询问指令的情况下，控制器和热计量表之间才会执行数据交换。图3是控制 装置端子S1接线图，在该接线图中，控制器通过COM2发送读表指令，通过WIN855M-BUS模块，将COM2的232电信号转化为M-BUS电信号，经M-BUS模块的端子5和6将指令信号送至仪表接线图的DX3-5和DX3-6线槽，再由M-BUS电缆送至热计量表。热计量表内置有相应的M-BUS模块，一旦识别到M-BUS电信号携带的读表指令，会自动反馈热计量表的实时记录数据(供水温度、回水温度、瞬时流量、瞬时热量、累计流量、累计热量)，数据的M-BUS信号经M-BUS模块转化回232电信号后，反馈回中心控制器的COM2口。 

图4是采暖控制阀接线图，图5是生活热水控制阀接线图。采暖和生活热水的区别在于前者要缴纳采暖基价，并且在热力站里采暖和生活热水的分支管网是分开的。在我们的趸售系统中，分别对应采暖和生活热水两种充值卡，读卡时通过中心控制器的COM3口和读卡器交互数据，程序会自动识别用户刷卡的卡类型，将卡内的金额读出后，分别保存到两个变量中，并分别以二进制文件形式存储于中心控制器的Flash存储器的两个文件夹中，并且依据所消耗的热量，对金额进行实时扣减并保存。在S1端子接线图中，DZ1上的端口是开关量输出端口，其输出电平的两种状态(开或关)由程序控制。其中，RO-和R1-端口分别控制采暖阀门的开和关，R1-和R2端口-分别控制生活热水阀门的开和关。 

用热控制装置通过M-BUS RS485通讯总线与本地其他智能设备实现信息交换和共享。在控制装置S1端子接线图中，M-BUS模块负责控制器与热计量表进行交互通讯时的电信号转化，前文已述。RS485模块负责将232电信号转换为可传输距离更远的485电信号。在S1端子接线图中，COM1用作通讯端口，将需要发送至上位的数据信息，经RS485模块把232电信号转化为485电信号，送至图7所示的DTU通讯接线图里的DX3-1和DX3-2线槽，再传送至无线通讯模块，无线通讯模块内置有232/485模式选择的拨码，可以人工选择采用485模式工作。DTU由P2的24V电源经DX3-3和DX3-4供电。用热控制装置定时通过CDMA/GPRS/ADSL等公共通讯网络将站内用户用热数据发送至上位系统， 同时上位系统可以实时监视各个站的通讯状态；在DTU通讯接线图中，不同的用热控制器(热力站终端)有不同的站编号，在控制装置程序经过COM1口由CDMA/GPRS/ADSL发送给上位的数据信息中，均包含有各控制器特有的站编号。上位服务器通过解析出数据里的站编号，通过数据库将数据录入到对应的站名称里，即可实现对各站的实时监测。 

用热控制装置通过远程通讯和本地声光报警器两种方式实现热费余额不足、电源断电、仪表故障、通讯中断、阀门故障、逻辑故障、读卡故障等报警；远程通讯报警即为上位报警。报警信息由下位控制器通过DTU无线模块发送至上位服务器，经web服务器发布到网页上，用户访问网页，即可看到到对应热力站的报警内容。 

在本地(下位)，通过控制器连接的LED报警灯，可实现光报警。在S1端子接线图中，报警灯BJD的两端分别接R4-端子和24V直流电源。程序运行时先判断出报警故障，然后由程序控制R4-端口的电平(0V或24V)，即可实现报警灯的闪烁。当读卡器内部损毁时，正常供电时读卡器内置的蜂鸣器会有连续的蜂鸣声音，产生声报警。 

不间断UPS电源为整个控制装置提供一个安全、不间断的供电环境，保证外部电源发生故障或由于人为原因造成供电中断时，可以及时关闭阀门并向上位系统报警；在图2所示的控制装置电路原理图中，外部电源(市电)故障(停电)时，J5上的DL1-2和DL1-N无市电电压，导致继电器J5内的金属触点断开，也即J5的5和9端口之间形成断路，DZ2-6和DX1-6上的24V电断开，使得S1端子接线图中控制器的数字量输入端口DZ2-6的电平维持在低电平(0V)，当程序判断出该端口的电平状态后，即可实现市电故障的实时报警。 

多分支电动阀控制模块同时控制多路供热分支电动阀的开/关控制、多分支电动阀状态检测模块同时检测多路供热分支电动阀的实际状态；图6是控制仪表接线图；如图所示，控制模块的接地由DX2-3提供，DX2-1或DX2-2(经继电器J1或J2)提供开关阀所需的220V电源。状态检测模块的24V电源由DX1-3提供，当阀门开到位或关到位后，反馈回24V (或0V)的电平信号，经DX1-1和DX1-2反馈至控制器的DZ2-2和DZ2-3数字信号输入端子，程序即可判断出阀门是否开或关到位。 

IC卡读卡器接口采用RS232接口与读卡器连接，实现IC卡数据的交易功能；读卡器内内置芯片，利用提供的读卡器操作函数，通过控制器的COM3发出指令，触发读卡器内置的RF射频芯片发出射频信号(读卡指令)，充值卡内的CMOS电路对指令产生响应，反馈卡内数据回读卡器，经RS232接口返回COM3。射频基站控制器判别采暖卡和生活热水卡，对敏感信息(用户信息、金额信息等)进行存储，并负责使用密钥进行各种加、解密运算，控制器如何进行分辨系统认可的智能卡，给出相应的提示，便于上层系统进行错误处理与用户警示。 

不同的卡种类，在接收到读卡指令后，经验证和加密等算法后，返回不同的数据字节。程序可根据不同的返回结果，根绝编制的说明文档，作出诸如用户卡无效或已充值卡内金额为零的判断，并在控制器可视界面弹出对话框的提示。 

IC卡读卡器采用射频基站控制器，该射频基站控制器采用ESAM安全芯片来对敏感信息(用户信息、金额信息等)进行存储，并负责使用密钥进行各种加、解密运算。在用户使用的过程中，ESAM存储了该用户的两张智能卡信息，即采暖卡和生活热水卡。一旦用户进行刷卡时，控制器会进行判别，分辨是否为系统认可的智能卡。若刷卡使用的是已挂失的卡片或其他用户的卡片，控制器会给出相应的提示，便于上层系统进行错误处理与用户警示。该控制器的主要技术指标： 

射频接口：载波频率13.56MHz； 

执行标准：ISO14443 Type A/B； 

射频通讯速率：106k——848kbps； 

通讯接口：RS-232串行通讯接口； 

串口传输速率：最高115,200bps； 

工作温度：-10℃～75℃； 

工作湿度：5～95％； 

供电方式：5±0.5V(由主板稳压供电)； 

SIM卡接口：符合ISO7816，通讯速率最高115,200bp s； 

功耗：5V：250mA(开射频)；5V：75mA(关射频)。 

根据上面描述非接触智能IC卡预付费用热控制装置，其工作原理和相应的控制方案如下： 

(1)控制装置同时具有多个接口，与射频卡读卡器、热计量表、CDMA通讯DTU、液晶显示触摸屏、其他智能接口设备等连接。 

(2)当用户持已充值的射频卡在控制装置交易时，装置显示完整清晰的热力站基础信息(供热面积、基础热费、当前热计量表累计热量、单位热费等)和运行信息(剩余热量、供回水温度、瞬时流量、瞬时热量等)，提醒用户可以交易，用户确认交易后，控制装置将用户卡内的基础热费与本站实际应缴纳的金额进行核对，核对无误后，将用户卡内所购买的实际热费转移至控制装置内，将用户卡内金额清空，打开所有分支截门。 

(3)整个交易过程，如果通讯情况良好，控制装置将交易信息实时传送至数据中心。如果通讯情况不好，控制装置可采取脱机方式定时传递交易信息。 

(4)在系统运行中，控制装置实时显示运行信息(剩余热量、供回水温度、瞬时流量、瞬时热量等)，用户可随时查询其用热情况、历史交易情况、每日用热量等信息。 

(5)当用户剩余热量少于15天、7天、1天用热量时，控制装置将以不同级别的报警方式提醒用户续费。 

(6)用户所购热量消耗完时，本地控制装置发送停热请示，数据中心可以发送控制命令，停止供热，或本地控制装置直接停止供热。 

(7)如本热力站需要检修时，持维护卡可以关闭或打开各分支水阀门。 

Claims (5)

1.一种非接触智能IC卡预付费用热控制装置，其特征在于，

该控制装置包括操作控制器、非接触智能IC卡读卡器、CDMA/GPRS/ADSL公共通讯网络模块、RS485MOD-BUS通讯模块、M-BUS热计量表通讯模块、灯光报警器和UPS电源，其中，

所述操作控制器为触摸式操作控制器，其包括嵌入式CPU中心控制器、FLASH数据存储器、触摸显示屏、IC卡读卡器接口、热计量表通讯接口、CDMA/GPRS/ADSL公共通讯网络接口、多分支电动阀控制模块、多分支电动阀状态检测模块，其中，

嵌入式CPU中心控制器，完成计算、逻辑处理、显示、存储流程的执行程序功能；

FLASH数据存储器用于程序存储、转存记录存储、用热记录存储功能，

触摸显示屏用于数据显示、提供人机交互的交易界面、用热记录查询、基本信息查询、人工检修功能；

IC卡读卡器接口采用RS232接口与所述读卡器连接，实现IC卡数据的交易功能；

所述热计量表通讯接口采用M-BUS通讯规约，同时读取包括采暖及生活热水多块热计量表数据，其中热量数据由热计量表直接计算得出，通过M-BUS通讯规约传输至所述嵌入式CPU中心控制器、CDMA/GPRS/ADSL公共通讯网络；

所述公共通讯网络接口采用RS232接口与CDMA/GPRS/ADSL公共通讯网络模块连接，将热计量表数据、交易数据、报警数据、检修情况发送至上位计算机管理系统。

2.根据权利要求1所述的非接触智能IC卡预付费用热控制装置，其特征在于，所述不间断UPS电源包括报警电路。

3.根据权利要求1所述的非接触智能IC卡预付费用热控制装 置，其特征在于，所述多分支电动阀控制模块包括同时控制多路供热分支电动阀的开/关控制的电路装置；多分支电动阀状态检测模块具有同时检测多路供热分支电动阀的实际状态的电路装置。

4.根据权利要求1所述的非接触智能IC卡预付费用热控制装置，其特征在于，所述灯光报警器包括用于热费余额不足、电源断电、仪表故障、通讯中断、阀门故障、逻辑故障、读卡故障的闪烁报警，提示值班人员注意的电路模块。

5.根据权利要求1所述的非接触智能IC卡预付费用热控制装置，其特征在于，所述IC卡读卡器接口采用RS232接口与读卡器连接，实现IC卡数据的交易功能；IC卡读卡器采用射频基站控制器，该射频基站控制器采用ESAM安全芯片来对敏感信息进行存储，并负责使用密钥进行各种加、解密运算。 

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