1、前言
预付费水表以其在水费回收方面突出的优势，多年来在国内供水企业，特别是北方城市得到广泛应用。据了解，供水企业应用预付费式水表多为计算水量式预付费卡表，即表内预存的是用户购买的购水量，表内的控制器按照用户用水时基表计量转换的水量信息，从预存的水量中减除，直至预存水量减为“0”，进行关阀操作，以此方式实现水费结算及预付费控制。
随着水价不断上调，管理不断深入精细，目前这类计“量”式预付费卡表已不能满足供水企业的应用需求，具体体现在 ：
(1) 电子控制器设计比较简单，表内只有“立方米水量”一个计算单位，表内没有水量转换水费功能，需依靠售水系统计算水费。
(2) 当水价上调时，用户可以提前大量囤积水量，给供水企业带来一定的经济损失，也带来维护、分析等管理不便。
(3) 表具没有数据远传功能，因此不能及时掌握卡表实际的运行状态，也无法掌握用户月用水量，不利于精细化管理和分析。
(4) 表具无法实现阶梯水价管理。
鉴于上述不足，探索预付费水表的“量改费”功能，是当前一个紧要的课题。计费式预付费水表在前些年来也有厂家生产，供水企业也有使用的经历，但受到投入成本和技术制约，一直未能大规模的推广。现在，AMR（Automatic Meter Resding 自动抄表系统）技术的成熟及无线传输网络的普及，为预付费水表的“量改费”提供了条件。以下我们将从供水企业的应用需求和管理角度，简要设想预付费水表的“量改费”课题的实现方案。
2、量改费功能实现研究
由于现应用的计量式预付费水表均为独立式运行，不具备双向的信息指令传输功能，唯一的信息传递介质就是用户的 IC 卡片，因此对现在装的卡表，在不更换表具的前提下，无法通过技术手段实现量改费功能。必须开发全新型表具，才能实现量改费的要求。但针对已装卡表用户囤水问题，可利用售水系统增加限制条件，计算购水间隔，控制购水上限，来减少居民囤水量全新开发的“量改费”卡表，借鉴其它行业的叫法，可称为预付费复费率式卡表，即在延续 IC 卡表的预付费功能的基础上，在表内增加费率，且为阶梯水价预留多个费率，因此称为“复费率”。针对现有的技术条件，我们研究了多个解决方案，具体如下。
2.1 不带远传功能的预付费复费率卡表
2.1.1 结构和功能描述
▲ 该表型与现使用的卡表结构和功能相近，主要分为基表、控制阀门和控制器三部分，在控制器中增加复费率模块和时钟模块。
▲ 可将用户的用水量转换成金额，从表内预存的金额中扣除，当预存金额递减至零时关阀，只有再次充值才能开阀供水。
▲ 卡表内预存三级阶梯水价，水价及阶梯计算方式可以调整，在未实施阶梯水价之前，可实行3阶同价，不影响使用。
▲ 利用购水卡可修改表内水价设置。用户买水时售水系统写入购水金额的同时，向卡片内写入现行水价，用户拿卡片插入时，购水金额和现行水价一并写入，实现水价修改。
▲ 利用工具卡，在调价前夕由工作人员对每具表进行调价操作，前提条件是卡表必须安装在管道间。
▲ 用户卡可带回最近一次插卡时卡表内的相关信息，如水表指数、剩余金额及水表状态等。
2.1.2 优缺点分析
优点 ：实现了卡表“量改费”功能，表内以金额为扣减单位，在水价及时更新的前提下，避免了居民囤水造成的经济损失 ；可执行阶梯水价 ；表具结构相对简单，造价较低 ；表具维修相对简单。
缺点 ：遇调整水价，修改表内单价比较困难，如采取用户购水卡修改方式，只有等用户买水并向表插卡操作时才能实现调价，造成调价滞后，仍会出现居民囤水的现象。如采取用工具卡上门进行调价操作，需要一定量的人力，此方式只限于卡表安装在户外的用户。由于调价一般是物价部门只提前 3-5 天才下通知，因此上门改价工作的组织实施和管理具有一定难度。用户用水情况、卡表状态等信息仍不能及时掌握。
2.2 带远传功能的预付费复费率卡表
带远传功能的预付费卡表只是在上文介绍的卡表基础上增加双向远传功能，系统可把调价信息利用远传方式传递到表中，卡表也可将水量、余额等信息传到管理系统中。
远传信息的传输链路分为三个区间，第一区间为从远传卡表到楼门集中器，第二区间为从楼门集中器到小区集中器，第三区间为小区集中器到营业计算机中心，每个区间都有不同的传输解决方式，各种方式组合搭配成多个远传卡表信息传输的解决方案。如图所示 ：
2.2.1 远传网络传输模式实现方式
第一区间的传输模式比较 ：
无线方式 ：利用微功率无线通讯技术，在楼道安装一个楼门集中器和若干中继器，实现楼门内的远传卡表双向通讯。此种方式安装便捷，但无线信号的稳定性不佳，信号会受到干扰，并且长期使用有信号衰减现象，影响正常运行。
有线方式一，RS485 总线 ：RS485 总线是被广泛使用的工业标准，集中抄表领域常用的一种解决方案，具有传输距离远、多节点等优势，但 RS485 总线为 4线连接，具有极性，因此布线施工比较复杂，且成本较高。
有线方式二，M-bus 总线 ：M-BUS 是一种欧洲标准的 2 线总线，专门为测量仪器和计数器传送信息的数据总线而设计的，它具有使用价格低廉、2 线连接，没有极性、长距离传送等特点，所以 M-BUS 总线在集中抄表领域正在被越来广泛的采用。
第二、三区间的传输模式比较 ：
手抄器方式 ：需抄表人员持手抄器到现场对楼门集中器上传下载，使用手抄器可直接完成二、三区间的信息传输工作，楼门集中区可利用电池供电，安装便捷，设备投入成本低。但使用手抄器需要一定数量的人力，抄表频率会受到限制，信息采集不够及时，另外面对调价工作，任务量将十分集中。
无线传输 +GPRS 远程传输 ：利用微功率无线通讯技术（Zigbee 无线自组网技术）实现楼门集中器到小区集中器之间的连接，小区内需安装一定数量的中继器，将各楼之间的信息汇总到小区集中器，此种方式避免在楼与楼之间布线，降低安装难度，也便于维护。小区集中器中通过 GPRS 模块连接营业中心服务器，实现数据上传下载。此种方式可设定采集周期，及时掌握信息，可同时批量修改卡表内单价，使调价工作轻松完成。此种方式需要有 220V 电源供电，涉及环节多，需要投入设备多，因此系统运行的稳定会十分依赖于产品质量和外界环境，并且水司需承担GPRS 专线运行费用。
2.2.2 远传预付费复费率卡表的功能特性
▲ 表具分为基表、控制阀门和控制器三部分，在控制器中增加复费率模块、时钟模块的同时增加远传模块。配套表具的设施还有中继器、楼内集中器、小区集中器和手抄器。
▲实现按水费余额进行阀门控制。
▲实现卡表内预存三级阶梯水价管理。
▲利用远传功能，实现及时调整卡表内水价费率。
▲利用远传功能，可及时上传卡表相关信息，准确校时，了解用户用水状态、水表状态等信息。有利于户表水量的精细化分析和表具监控。
2.2.3 远传预付费复费率卡表的优缺点分析
优点：实现了卡表“量改费”功能，避免居民囤水。可执行阶梯水价。及时掌握表具各类信息。遇调价可方便及时修改表内水价。节省卡表巡检及调价等方面工作的人工费用。
缺点 ：远传预付费复费率卡表整套系统环节多，出现故障的几率多。表具结构复杂，设备投入高，另外还需购置集中器、中继器、手抄器等设备。需支付GPRS 远传运行费用。M-BUS 总线需在楼内布线，小区集中区等设备需外接电源，因此安装环境要求高，施工难度大。
综上所述，无论用卡片实现调价还是通过各种远传方式进行调价，都有各自的优势与不足，因此我们建议采取多功能并存的方式，实现“量改费”卡表的开发设计。即预付费复费率水表保留使用用户卡和工具卡修改水价的功能，同时加装远传模块，进行数据传输，楼栋内建议使用 M-BUS 总线模式传输，楼与楼之间利用 Zigbee 无线网将数据汇总到小区集中器，最后利用 GPRS 与营业中心机房进行数据传输。另外保留手抄器采集传输功能，作为备用手段。
3、“量改费”卡表的应用管理设想
附带远传功能的预付费付费率卡表由于功能复杂，环节众多，管理难度会更大。“量改费”工作从表具研发、到安装应用、维护管理是一项系统性长期的工作，因此在项目实施前期应做好以下工作 ：
(1) 在确定实施大原则的基础上进一步研究实施细节，确保表具开发和后期应用顺利进行。
(2) 需制定企业统一的远传预付费复费率水表功能标准和接口规范，为日后进入营业系统统一管理、跨区售水、银行代售水、PDA 维护维修等卡表配套工作奠定基础。
(3) 需配套开发该表的售水管理系统和维护管理系统及远传采集分析管理系统，发挥出该表应有的功能。
(4) 需修订适合该表型特性的合同文本。与厂家研究好产品价格、质保期内外的维修方式等事宜，做好产品质量保证，保护企业利益。
(5) 由于在装的计量式 IC 卡表不能直接升级为计费式卡表，只能通过换新表来解决，因此将会在较长一段时间里计量式 IC 卡表和计费式卡表并行运行，会给卡表管理和售水服务带来一定的难度，需提前做好配套的业务处理方式和管理模式。
（6） 由于是预付费水表，年未对用户卡内剩余的预交水费按现行的活期利率给予利息。
4、 结论
综上所述，研究应用远传预付费复费率卡表，是对智能表具功能与管理的一项重要变革，对于水表制造单位和供水企业都是一次新的挑战。特别是供水企业，要做好充分准备，针对这款功能全面的智能水表，需配套完善的管理体系，建立可靠的计算机管理系统，长期保持严谨认真的管理态度，才能发挥预期的功效，产品才会持续长久的稳定运行。
