STS网络预付费系统
(整理)基于STS的预付费代码表及售电系统69263393
项目名称：基于STS的预付费代码表及售电系统一、研究目标本课题研究分析当前国内预付费表与基于STS的预付费代码表及售电系统的差别，提出适用于国内的整套预付费系统的完整解决方案。
(1)本项目研发的代码式电能表及其售电通过南非STS协会的认证，使得本产品可以兼容其他通过协会认证的产品，解决当前IC卡电能表不能兼容的问题。
(2)代码式电能表网络售电系统的建立，解决当前不能在线收费、随时购电的问题。
(3)代码式电能表可以采用一体和分体式的方案，解决不同地区的抄表难题。
(4)本项目的推广，可以节省生产成本，便于管理。
二、国内外研究现状1. 国内外研究水平的现状和发展趋势；国内在本技术领域的研究属于刚刚起步，只有少数十几家电表公司在做该产品的研发和应用，但是由于市场和推广的原因，目前尚未大规模应用。
其经验值得借鉴，但是要配合南方的特色进行大量研究和调整，制定相关行业规范，促进技术成熟和新解决方案的推广。
2. 国外研究机构对本项目的研究情况；国外已经涉及到本技术领域的研究，走的比较前列，到目前为止，在国外本技术已经得到了广泛的应用，从最初的南非到后来的发达国家和发展中国家，有超过2000万只符合STS标准的电能表安装在40多个国家的500多个电力公司。
但是其研究成果并不能直接用于国内，国内需要针对以上应用场景进行研究和试验出符合我国国情的解决方案。
意义及必要性：预付费电能表就是具有用户先买电后用电特点的一种特殊的电能表。
它具有当用户电量用完时，具有继电器自动断开，用户不能用电的功能，用户购电后，继电器又可以自动闭合继续供用户使用的特点，这样就很好的解决了供电部门收费难的问题。
写卡式预付费电能表已广泛得到应用，但其仍然存在以下问题：1）兼容性问题：不同的IC卡、不同的加密方式、不同的供应商都采用不同的卡表，难以兼容，客户扩展性差。
2）成本问题：每台预付费电表都需要使用IC卡，存在使用成本问题。
3）购电问题：客户必须到电力公司指定的营业点购电，受路程和时间限制，购电成本较高。
预付费售电系统PPT最新版
无介质通讯
STS国际通用标准 64位DES加密 可多平台协作 多数事务自动化处理 SmartPM1100
SmartPM1100网络架构
售电点 管理处
Ethernet 以太网 租户建筑
Smart PM1100 售电平台
服务器+数据库 TCP/IP 专网
RS485
…
对接第三方 缴费平台
SmartPM1100 管理平台
SmartPM1100
物业报表管理
物业报表
按照业主物业管理需求，通过对数据库查询和统计， 生成各类物业报表，方便业主进行统一管理和考核。
用途： 公示张贴 考核管理 物业文档管理
当月缴费记录汇总表 用户电度余量汇总表 低电度/断电用户汇总表 用电情况报告 异常用电情况汇总表 变更情况统计表
SmartPM1100
低电量管理案例
欠费 告警 断电
人性化多阶梯提醒，欠费自动拉闸，缴费自动上电
事件：电表合闸上电 提醒：充电100度，恢复供电
提醒：
提醒： 余额10度, 请充值 余额0度，将断电
（日期 ）
事件：电表拉闸断电
（电度 kWh）
提醒：赊欠电量-10度，自动断电
SmartPM1100
② 反接接触记录 ③ 旁路检查记录 ④ 失压检查记录 ⑤ 掉电检查记录
SmartPM1100
SmartPM1100优势
防窃电更容易
① 主站系统与现场电表实时在线，业主可实时监测租户用电情况； 及时了解异常用电 ② 电表有多种防窃电监测，如开盖监测、过流监测、反接监测、旁 路监测等，这些事件可及时被主站采集并报警给业主，业主可及 时进行现场监察，确认窃电行为； ③ 租户用电数据被完整抄读并保存，然后以曲线、表格等方式分析 租户用电行为，提供租户用电异常分析。
STS售电系统培训
4
学习大纲
1.基本认识 2.简单探讨
3.认识代码表规范
4.代码表应用 5.代码表售电系统架构 6.讨论互相学习
5
简单探讨---预付卡
1.生活中的预付费例子： 高速公路收费卡、公交卡、购物卡、各类有储值功能的会员卡。
2.其实这些都是没有货币流通性强： 不能存到银行，不能用于其他投资，而资金量巨大；变成不能用的 民间闲置资金；也只有我国社会主义特色的中国特有的 黄牛党 来，打包 在打包，转卖再转卖成，使之流通。 3.被提前消费，换来方便消费： 有了各种预付卡，我们消费方便，实际上在你早已消费掉，很多是 不能退的不能转让的，你早晚需要用掉；相反资本一方早已提前获利，甚 至用于继续投资或者扩大投资……
10
TOKEN
2035 6935 2541 2362 9654
代码式电表的用法非常简单，就是通过电表上的键盘向电表中输入 TOKEN，完成相应的功能。同一个TOKEN是不能输入两次的,TOKEN的 使用有一定的时间性。 这组代码里还有密钥标签、时间标签、电表地址、以及其他数据 信息，在开发文档里有详细的介绍。
是STS分配给其会员具有唯一性的识别标识。 使用时体现为KMF，需要载入到安全模块(CM)中使用， 依据安全模块编号以及SGC申请，并使用它贯穿了电表的几 乎全部操作过程。
20
密钥的使用
电表生产厂家的默认密钥是不能售电的，只有电力公司的密钥才可以售电。 密钥也是电表与TOKEN之间进行身份核对的关键因素。 密钥和安全模块都是对代码式电表使用上安全性的一种保障措施。 密钥更改： 为什么更改电表密钥？ 更改电表密钥是使电表中的公司信息编号与电力公司的信息编号相同，只 有这样，电力公司的TOKEN才能输入到电表中，被接受。
预付费系统使用说明(客户)
预付费系统使用指南V1.02013 年5 月目录一、创建账户 (1)二、计费价格设置 (2)三、注册新用户 (3)四、开户充值 (4)五、销售 (5)六、充值修改 (6)七、用户补卡 (7)八、换表 (8)九、制作工具卡 (9)十、查询功能 (10)十一、卡片类型及功能 (10)一、创建账户操作步骤：登录预付费系统后依次选择“账户管理→创建账户→选择仪表类型→子表号”根据实际情况填写限购量、预存量、透支量等信息，如图1所示。
图1注：1.创建账户完成以后会弹出“您要为该帐户添加一个价格吗？”，选择“是”，将进入价格管理菜单，选择“否”，退出创建账户菜单。
2.创建账户时设置的子表号应不一致，在预付费系统中可以同时创建4个账户。
3.不同维护码账户内制作的卡片不可以交换刷表，若混刷表则表会提示警示信息（详见表或块说明）。
4.账户创建完成后，销售时不需要再创建账户，可直接开户销售。
二、计费价格设置价格管理界面，如图2所示。
图2操作步骤：登录预付费系统后进入“价格管理”菜单，选择“添加价格”，填入相应的价格信息即可增加新的价格。
当需要根据实际情况对此价格进行调整、修改、删除操作时，可以直接进入“价格管理”中，选择“调整价格”、“修改价格”、“删除价格”选项进行对应操作。
“调整价格”：可调整已存在的价格信息。
选中对应需要调整的价格，点击“调整价格”，然后修改相应信息，点击“确认”即可。
“修改价格”：可修改已存在的价格信息。
选中对应需要修改的价格，点击“修改价格”，然后修改相应信息，点击“确认”即可。
“删除价格”：可删除已存在的价格信息。
若该价格未被用户所使用，可选中需要删除的价格，点击“删除价格”，点击“确认”即可删除。
若该价格已被用户使用，则不能删除价格。
每个账户可以有多个价格，例如居民用水价格和商业用水价格（居民用电价格或商业用电价格），可在“价格管理”内分别创建对应的价格信息，开户时在开户界面的“价格类型”选择对应价格进行开户。
预付费系统功能的介绍
STS预付费系统功能的应用1、开户：用电类型系统默认是居民生活用电，如果是商业用户可以选择一般商业用电。
赊欠门限值系统默认为0.00，报警金额A为20.00，报警金额B为10.00。
赊欠门限值与报警金额可根据用户的需求更改。
一般工厂生产都会在单相表内设置居民生活用电的电价，在三相表内设置一般商业用电的电价。
如果要修改则在预付费开户界面选择一种用电类型，到下装界面下装到表内。
比如单相表有可能是一般商业用电，三相表有可能是农业用电。
以下界面是费率电价批量下装界面，如果所需修改电价的表比较多或者地区电费调整，可以用这个界面。
2、购电，这个过程可以由主站完成，也可以由带易付宝的POS机完成，以后还可能会由ATM机，银行柜台，充值网站来完成。
3、电量下装。
购电完成后，在预付费电量下装界面的未下装购电记录中会产生一条购电记录。
15分钟后该条购电记录会自动下装到表里。
若要快速下装则选中任务单号，选择下装。
（这15分钟的下装时间是用作冲正的，就是操作错误产生的购电记录，要在该记录下装到表前修改。
等表计下负电量功能实现了就可以取消这等待时间。
）4、查询余额。
购电记录下装到表内之后可以召读表内的剩余金额，看看有没有变化。
5、下装记录查询：可以选择查询的时间段，查询该户在这段时间的充值情况。
下面介绍下其余的各个功能模块。
6、拉合闸。
如果电表在保电状态，则拉合闸没效果。
电表出厂一般会设置成保电状态，调试完成启用预付费后就需要解除保电状态。
赊欠门限值一般设置为0，即欠费就跳闸。
但是短信报警值可以自己设置。
在日常业务，配电网终端维护里面，选择集中器，则右边有批量保电设置界面。
选择相应的采集器或者电表，点筛选，选中表计则可以设置。
在批量保电设置界面的旁边有批量拉合闸设置界面。
7、剩余金额查询。
剩余金额分为日初余额与当前剩余金额。
日初余额为主站配置的抄表任务，在凌晨与表码一起抄读上来的。
（1）单户的日初余额。
8、状态与信息设置的数据导出。
IEC-PAS 62055-41 STS 协议规范
Edition 1.0
2003-09
Electricity metering – Payment metering systems – Part 41: Standard Transfer Specification
PUBLICLY AVAILABLE SPECIFICATION
Page i
Copyright © 2003, STS; 2003, IEC
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
ELECTRICITY METERING – PAYMENT METERING SYSTEMS –
Part 41: Standard Transfer Specification
3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National Committees in that sense. While all reasonable efforts are made to ensure that the technical content of IEC Publications is accurate, IEC cannot be held responsible for the way in which they are used or for any misinterpretation by any end user.
9) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this IEC Publication may be the subject of patent rights. IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
IC卡预付费蒸汽计量 思达特 预付费流量控制系统
防盗型非接触IC卡预付费计量控制系统1. 前言能否更有效的实现城市集中供热的计量收费管理，一直是科研人员和供热企业研究和探讨的课题。
尤其是作为供热企业的热电厂、热力公司与作为用热大户的厂矿企业、事业单位、住宅小区之间的生产生活用热贸易计量收费系统，由于贸易额较大，在许多地方如果解决不好，很容易引起纠纷。
我公司引进新加坡的先进生产技术，结合广大能源企业多年的应用经验和中国石油大学科研人员的设计经验，研制成功了一款专为供热贸易计量收费量身定做的新型防盗计量系统——ST901B型IC卡（非接触式）预付费计量系统。
该系统适合对各种能源（热水、蒸汽、燃气）的流量热量计量与收费。
2. 系统构成与功能ST901B型IC卡（非接触式）预付费计量系统由中心站客户收费及查询系统、中心站远程数据监控系统（高端客户）、客户端计量控制箱、客户端现场流量计、客户端阀门控制系统组成。
2．1 中心站客户收费及查询系统包括收费微机、发卡机、客户查询机、客户收费查询软件一套。
上位机软件功能包括：（1） 发卡、充值、查询等基本功能。
（2） 补卡、擦除（回收用户卡，生成新卡）功能。
（3） 可以根据用户需要设定热量/流量单位等，方便操作的需要。
（4） 报表打印功能。
（5） 直观形象：每次充值自动调出该用户的所有充值记录信息，方便核对。
演示图如下：1. IC充值系统登录界面：2. IC充值系统主界面3. IC卡充值查询2.2中心站远程数据监控系统（高端客户-远程监控用户）供热企业可将IC卡预付费式计量系统联网，系统可通过光缆、无线电台、GPRS/CDMA、以太网等多种通讯方式实现组网。
用户可根据实际情况进行选择一种或几种方式混合组网。
中心站可自建或委托我方代管服务器（需方可在任何地方凭帐户与密码登陆查询相关管网运行情况），系统可实时显示用户的各种参数，诸如：管网压力、温度、流量、累积、热量、密度、掉电时间、卡的余量、阀门的开关状态等，若客户有特殊需求可要求我公司软件定制。
付费系统国际标准及其安全体系研究
付费系统国际标准及其安全体系研究徐人恒;杜博;依溥治;曲井致;关靓【摘要】符合STS协议的电能表已经在全球近100个国家得到应用,相关的系列标准正在被转化成IEC 62055标准,该系列标准涵盖了付费系统、用户信息系统、售电系统、令牌介质、预付费电能表和存在于这些实体中的接口等内容.本文对IEC 62055国际标准体系框架进行了研究并对标准传输规范(STS)进行了解析,STS 规范了实用化的设备和编码,用于售电系统内使用的加密密钥的安全管理(产生、保存、补救和传递),着重研究了STS中传输令牌(Token)的加密流程和加密算法,以及预付费电能表的售电方式和密钥管理体系的安全性.%The electric energy meters conformed to the STS protocol have been applied in almost 100 countries.The relevant system standards have been transformed into IEC 62055 series standards.IEC 62055 series standards contain payment system,consumer information system,power sellingsystem,Token,prepayment meters and the interfaces in the substance.This paper researches the systematic framework of IEC 62055 and analyzes standard transfer specification (STS),the STS standardizes the practical equipment and code,and is used for the safety management including producing,storage,remedy and delivery of the key in the power selling system.This paper mainly studies the encryption process and encryption algorithm of Token and the security of the electricity vending method of prepayment meters and the key management system.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2017(054)010【总页数】6页(P123-128)【关键词】IEC62055标准;标准传出规范;付费系统;传输令牌【作者】徐人恒;杜博;依溥治;曲井致;关靓【作者单位】哈尔滨电工仪表研究所,哈尔滨 150028;哈尔滨电工仪表研究所,哈尔滨 150028;哈尔滨电工仪表研究所,哈尔滨 150028;哈尔滨电工仪表研究所,哈尔滨150028;黑龙江大学信息科学与技术学院,哈尔滨 150080【正文语种】中文【中图分类】TM9330 引言1993年，南非电力公司（ESKOM）制订了 STS（Standard Transfer Specification）标准传输规范。
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IEC 62055-52 电能测量-付费售电系统.第52部分:标准传输规范(STS). 直接本地连接双程虚拟令牌载波的物理层协议
STS协议参考模型
6.3.2 传输格式
图2 字符传输格式 字符传输格式包含1 个起始位，7个数据位，1个偶校验位和一个停止位。见图2 7位ASCII字符位编号见表2 表2 一个7位字符号位编码
元 TCT 令牌数据 ID记录 PRN记录
格式 2个数字 66位 36/33个数字 正文
引用参考 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.1.5
TCDU中数据项 6.1.2 令牌数据 此为从令牌载波中的令牌数据66位二进制格式。为同一数据项作为TCDU中从POS至令牌 载波接口
项
格式
引用参考
令牌数据
格式 18个数字 4个数字或1个数字
IEC62055-41引用参考 6.1.2 6.1.11
TCT EA SGC TI KRN
指示此电能表PAN关联令牌载波类型 指示此电能表PAN关联加密算法 指示此电能表PAN关联供电组 指示此电能表PAN关联费率索引 指示此电能表PAN密匙修正编号
2个数字 2个数字 6个数字 2个数字 1个数字
引用参考
5.1.2 5.1.3
ID记录
PRN记录
36/33个数字
正文
5.1.4
5.1.5
5.1.4 ID记录 可选标识数据在付费电能表ID卡或连同令牌数据的令牌载波上编码。 可选ID记录包括表2中的数据项。 表2 ID记录中的数据项
元素 电能表PAN 截至日期 文本 符合ISO标识付费电能表原始账户号 标识数据的可选截至日期作为在一个付费电能表ID卡或 令牌载波上编码（见5.2.3） 格式 18个数字 4个数字或1个数字 IEC62055-41引用参考 6.1.2 6.1.11
5 POS 至令牌载波接口：物理层协议 5.1 TCDU 5.1.1 TCDU中的数据项 TCDU 为一个数据接口至物理层协议并由表1中数据项组成。 表1 TCDU中数据项 5.1.2 TCT 指示令牌载波类型上（见IEC 62055-41 条款6.1.3）令牌数据编码。
元
TCT 令牌数据
格式
2个数字 66位
STS网络预付费系统介绍
目录
1
2
预付费系统的现状分析
STS标准及其算法介绍 STS网络预付费解决方案 STS网络预付系统典型应用平台介绍 终端产品介绍 典型应用案例
3
4 5 6
1
国内预付费系统的现状分析
预付费电能表发展概况
STS方式不传统预付费比较
比较项目
安全性能
逻辑加密卡
操作时核对卡中的密码，但只进行 一次认证，无其他的保护措施，安 全性能较低
TCT EA SGC TI
指示此电能表PAN关联令牌载波类型 指示此电能表PAN关联加密算法 指示此电能表PAN关联供电组 指示此电能表PAN关联费率索引
2个数字 2个数字 6个数字 2个数字
6.1.3 6.1.5 6.1.6 6.1.7
KRN
指示此电能表PAN密匙修正编号
1个数字
6.1.8
POS 至令牌载波接口：物理层协议 5.1 TCDU 5.1.1 TCDU中的数据项 TCDU 为一个数据接口至物理层协议并由表1中数据项组成。 表1 TCDU中数据项
6.1.3 6.1.5 6.1.6 6.1.7 6.1.8
表A.1 购买合同和投标中应注明项目
条款 ID记录 内容 是否售电系统需要在令牌载波中记录一个ID。 选项： 在令牌载波中使用ID记录 在令牌载波中不使用ID记录（为现行办法） 引用参考 5.1.4
截至日期
如果ID记录被使用在令牌载波中，其后时候那些记录应实施一个截至 日期 选项： 截至日期将不被使用（为现行办法） 截至日期被使用
充值TOKEN:充值TOKEN64位待处理数据是被上位机软件采用 3DES加密算法后的密文数据，通过存贮在EEPROM中的密钥对 其解密后, 解密其明文数据格式为: 充值TOKEN组成: 类号 子类号 随机数 Token辨识号 数量 CRC校验 2bits 4bits 4bits 24bits 16bits 16bits 0 0 ----数据串6项数据：token类型号、系统加密时的随机数、token辨识 码（Token Identifier TID)、购买电量值、CRC校验码，类号是解 密之前提取，当类号与子类号均为0时，传递变量值为所购电量值。
类号 （00）
子类号 （0000）
随机数 （1011）
TID （6DA159）
传递值 （0064）
CRC码 （45B6）
电费购买卡
购买日期 2006/8/30
购买时刻 9:29:20
购买电量 100kWh
TID(辩识号)是STS协议中的重要数据成分，表示购买TOKEN时刻最初时刻距最初时刻
（1993/1/1,00:00:00）的时间（以分钟为单位） 协议要求表计预留存储50个记录的空间用来保存最新的TID，表计根据此记录来判断（ 令牌购电）的有效性 若TOKEN中TID已存在于记录中，表计提示“USED”拒绝接受； 若TID早于50多记录中的任一条，表计提示OLD,拒绝接收。 为避免TID重复，STS规定若同一分钟内出售多条TOKEN中，将从第二条开始， 按购买顺序依次将TID将1，再生成TOKEN（新）然后POS还原其实的TID，存储备份数据 当类号 子类号均为0时，传递变量值为所购买的电量，单位为100Wh，数据的转换规则为 t=10e×m, e=0 ……………………………………………………………………. ①
充值方式
营业厅充值
营业厅充值
人工成本
IC卡制作等成本，售卡补卡只能通 过营业厅，需要读写设备
IC卡制作等成本，售卡补卡 只能通过营业厅，需要读写 设备 国网大量使用
应用情况
安全性能低，所以较少使用
STS网络预付费系统应用前景
集中自劢化 抄表
异常用电行 为实时监测
STS协议由南非的ESKOM国家电力公司提出;现已成为IEC标 准:IEC62055
位 起始位 数据位0 数据位 1 数据位2 数据位 3 数据位4 数据位 5 数据位 6 校验位 停止位
值 0 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 0-1 0 1 1
语法 串行位流开始符 字符号最低有效位 字符号 字符号 字符号 字符号 字符号 字符号最高有效位 如果数据位0至6包括和二进制1’s偶数 如果数据位0至6包括和二进制1’s奇数 串行位流结束符
协议参考类型
APDU 应用层数据单元，数据接口至应用层协议 TCDU 令牌载波数据单元，数据接口至物理层协议
图 1 STS协议栈物理层
STS是一个在一个POS和一个付费电能表间使用一个令牌载波作为传输介质的 安全数据传输协议。当物理层协议处理在各种类型令牌载波上的令牌数据实际 加密时，应用层协议处理令牌，加密过程和功能均在IEC 62055-41中有所规定。 （见图1） IEC 62055此部分规定了一个物理层协议处理在一个数字令牌载波，一个磁卡 令牌载波和IEC62055-41中规定的相关应用层协议操作上的令牌数据实际编码。 物理传输令牌载波设备其他类型，如：数字，磁卡，存储卡，存储键，都在 IEC 62055-5x系列标准中有相关规定。 一个更完整的STS参考模型说明和从POS应用程序至电能表应用程序的数据 流均可在IEC62055-41 条
5.1.4
PRN记录
是否售电系统需要在令牌载波中打印记录 选项： 不打印PRN记录 打印PRN记录（提供售电系统信息）
5.1.5
磁卡ID记录
是否售电系统在磁卡载波中需要使用ID记录（记录2） 选项： 在磁卡令牌载波中使用ID记录 在磁卡令牌载波中不使用ID记录（为43;∑(214×10(n-1)), t=10 n=1
e>0 ……………………………………………………………………. ②
式中，高两位（15-16为数据E；低4位（0-14）为基数M （例当E=3，M=0X3FFFF,用户购电量为1820162.4KWH
子类号 0 1 2 3
类号 0 充值 充值 充值 充值
水 电 气 时间
1 初始化测试
2 最大功率设置 清除充值 设置费率 密钥设置（低32 位）
3
4
5 6 7 8-10 11-15
充值 金额
密钥设置（高32 位）
清除事件 水表文件 最大机终端功率 和不年数据 保留 自定义
设置
密钥设置低32位 密钥设置高32位 3DES算法 64位 KEY DATA MODEl STS协议中可用TOKEN分三类充值，初始化/测试，管理一串加密TOKEN（20 个BCD码），依据STS协议进行进制转换，获得一位十六进制数（66位二进制 数），将循环冗余检验码（末位两字节）除外的50位二进制数扩充到7个字节 （高位补零），进行CRC校验。 若表计计算得到的校验码与POS（预电）下传的校验码（加密TOKEN的末两 字节）一致，其中表号是在进行解密操作之前就被提取出来了的，购电数据的 处理过程如图示
图3 服务器协议流程图
图A.1 ID请求处理功能服务器状态图
读命令处理功能服务器状态图
写命令处理功能服务器状态图
Electricity metering – 电量测量 Payment metering systems – 付费测量系统 Part 41: 41节： Standard Transfer Specification 标准传输规范
20位BCD码（键入...） 12873154141029668781
转换后得66位二进制数 0B2A6A17C82EC17AD
被加密的64位二进制数据 B2A6A17C82EC17AD
表中存储的密钥 1234567890123456