3. 硬件设备清单：智能水表、电表、气表、传感器、PLC、RTU、网关的选型与功能

在水电气化监控系统中，硬件设备是数据采集与控制的物理基础。选型不当将直接导致数据偏差、通讯中断或系统响应滞后。本节依据SOP标准作业流程，逐一解析核心设备的选型要点与功能边界，确保联机验收阶段硬件层面零缺陷。

3.1 智能计量设备：水表、电表、气表

智能计量设备是系统最前端的“触角”，其精度与通讯协议直接决定数据质量。三类表计在选型时需重点关注计量精度等级、通讯接口类型（RS-485/M-Bus/LoRa/NB-IoT）以及防护等级（IP65/IP68）。

3.2 传感器：环境与过程参数感知

传感器用于补充表计无法覆盖的过程参数，如温度、压力、液位、气体浓度等。选型时需区分模拟量输出（4-20mA / 0-10V）与数字量输出（RS-485 / IO-Link），并确认供电方式（两线制/三线制/四线制）。

• 温度传感器： PT100 / PT1000 铂电阻（-50~200℃），精度 ±0.1℃；热电偶（K型/T型）用于高温场景（>200℃）。
• 压力传感器： 扩散硅/陶瓷压阻式，量程选择需覆盖工作压力的1.5倍；防爆场景选用本安型（Ex ia IIC T4）。
• 液位传感器： 投入式静压液位计（污水/清水）；超声波液位计（非接触式，适用于腐蚀性液体）。
• 气体传感器： 电化学式（CO、H₂S、O₂）；催化燃烧式（CH₄、可燃气体）；红外式（CO₂、碳氢化合物）。

3.3 控制与采集单元：PLC 与 RTU

PLC（可编程逻辑控制器）与 RTU（远程终端单元）是系统的“大脑”与“神经中枢”。PLC 侧重高速逻辑控制与闭环调节，RTU 侧重远程数据采集与低功耗通讯。选型时需根据现场 I/O 点数、通讯接口数量及环境温度范围综合判断。

3.4 网关：协议转换与数据汇聚

网关是连接现场设备与上层平台的“桥梁”。其核心功能包括：协议转换（Modbus RTU → MQTT / OPC UA）、数据缓存（断点续传）、边缘计算（阈值判断、本地报警）。选型时需确认上行接口（4G/5G/Ethernet/Wi-Fi）与下行接口（RS-485/RS-232/DI/DO）的数量与类型。

• 边缘计算型网关： 内置 Linux 或 RTOS，支持 Python / Node-RED 脚本，可在本地执行数据清洗与报警逻辑，减少云端压力。
• 透传型网关： 仅做串口转网络（TCP/UDP），不处理数据内容，适用于已有上位机软件的改造项目。
• 工业物联网网关： 支持多种云平台接入（阿里云 IoT、AWS IoT、ThingsBoard），内置 VPN 与安全证书管理。

// 网关典型配置示例：Modbus RTU 转 MQTT
{
  "device_id": "GW-001",
  "serial_port": {
    "baudrate": 9600,
    "data_bits": 8,
    "stop_bits": 1,
    "parity": "none"
  },
  "mqtt_broker": {
    "host": "iot.xxx.com",
    "port": 1883,
    "topic_prefix": "factory/energy/"
  },
  "polling_list": [
    { "slave_id": 1, "register": 0x0000, "length": 2, "tag": "water_flow" },
    { "slave_id": 2, "register": 0x0100, "length": 4, "tag": "power_total" }
  ]
}

3.5 硬件设备选型与功能关系图

下图展示了从现场感知层到数据汇聚层的硬件设备层级关系，以及各设备在系统中的功能定位。

3.6 硬件选型清单检查表（SOP验收用）

联机验收前，请逐项核对以下清单，确保硬件选型满足系统设计要求：

1. 通讯协议一致性： 所有智能表计与传感器是否支持网关/PLC/RTU的通讯协议？是否存在协议转换器缺失的情况？
2. 供电兼容性： 现场供电电压（24V DC / 220V AC）是否与设备额定电压一致？是否需要额外配置开关电源或隔离变压器？
3. 防护等级与安装环境： 户外安装的设备是否达到IP65及以上？防爆区域设备是否具备Ex认证？
4. I/O点数余量： PLC/RTU的DI/DO/AI/AO点数是否满足当前需求并预留20%余量？
5. 网关数据缓存能力： 网关是否支持断网情况下的本地数据缓存？缓存容量是否满足至少7天的数据存储？
6. 固件版本与兼容性： 所有设备的固件版本是否已更新至最新？是否存在已知的通讯兼容性问题？