四表合一數(shù)據(jù)集中采集典型技術(shù)方案課案

1、附件3 :四表合一數(shù)據(jù)集中采集典型技術(shù)方案四表合一數(shù)據(jù)集中采集（以下簡(jiǎn)稱“四表合一”）技術(shù)方 案的設(shè)計(jì)和選擇須依托現(xiàn)有用電信息采集系統(tǒng)的典型技術(shù) 方案，充分利用其采集終端和信道資源。本方案以調(diào)研業(yè)界通信技術(shù)為基礎(chǔ)，以適應(yīng)用電信息采集系統(tǒng)基本架構(gòu)為導(dǎo) 向，提出了覆蓋現(xiàn)場(chǎng)各種類型用電信息采集系統(tǒng)技術(shù)路線和 水氣熱表現(xiàn)狀的四表合一典型技術(shù)方案。一、四表合一通信技術(shù)分析通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)四表合一的重要基礎(chǔ)，它決定了系統(tǒng) 的工作原理，也影響著系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性。目前業(yè) 界四表合一采用的通信技術(shù)主要為M-BUS總線、RS-485、微功率無(wú)線、無(wú)線公網(wǎng)、電力線載波等。以下對(duì)比分析了 各種通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)

2、。1.1 M-BUS 總線M-BUS是一種由主機(jī)控制的分級(jí)通信系統(tǒng)，它由主 機(jī)、從機(jī)和兩條連接電纜組成。從機(jī)之間不能直接交換信 息，只能通過(guò)主機(jī)來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)。M-BUS技術(shù)的傳輸介質(zhì)為雙絞 線，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)3009600bps，最大傳輸距離為1000米左右。另外，M-BUS總線可實(shí)現(xiàn)采集終端向計(jì)量設(shè) 備遠(yuǎn)程供電，可解決四表合一水、氣、熱表無(wú)法自取能的 問(wèn)題。M-BUS總線的優(yōu)缺點(diǎn)如下表 1所示：表1 M-BUS總線通信優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)（1）布線簡(jiǎn)單，只有兩條通信線， 總線無(wú)極性，對(duì)布線方式無(wú)特殊要 求，可并聯(lián)也可串聯(lián)；（2 ）總線供電，可通過(guò)通信線路 給表計(jì)供電，特別適合水、氣、熱 表這類本

3、身無(wú)電源供應(yīng)的表計(jì)；（3 ）通信穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)， 只要雙絞線不出現(xiàn)故障，一般都可 保證通信成功率。（1 ）與無(wú)線通信技術(shù)相比， M-BUS需要布線，而入戶布線 可能會(huì)破壞居民現(xiàn)有的家居設(shè) 施，從而引發(fā)糾紛；（2）長(zhǎng)時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行后可能會(huì) 出現(xiàn)雙絞線接頭氧化，而更換雙 絞線接口較為繁瑣。1.2 RS-485RS-485是一種采用兩條差分電壓信號(hào)線進(jìn)行信號(hào)傳輸 的通信技術(shù)。它由主機(jī)、從機(jī)和連接電纜組成，傳輸介質(zhì) 為雙絞線，數(shù)據(jù)傳輸速率在1Mbps以下，最大覆蓋距離1200米。由于RS-485通信線不具備供電能力，因此在四表 合一應(yīng)用時(shí)還需要配合兩條電源線使用。RS-485的優(yōu)缺點(diǎn)如下表2所示：表

4、2 RS-485通信優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)（1）通信速率咼，可滿足四表 合一大數(shù)據(jù)量的承載需求；（2）采用差分信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳 輸，抗干擾能力強(qiáng)；（3）通信穩(wěn)定，只要雙絞線不 出現(xiàn)故障，一般都可保證通信成 功率。（1）與無(wú)線通信技術(shù)相比，RS-485 需要布線，而入戶布線可能會(huì)破壞 居民現(xiàn)有的家居設(shè)施，從而引發(fā)糾 紛；（2 ）無(wú)法給水、氣、熱表直接供 電，須配備外接電源或后備電源， 導(dǎo)致其設(shè)備費(fèi)用明顯高于M-BUS。1.3微功率無(wú)線微功率無(wú)線通信技術(shù)是指發(fā)射功率不超過(guò)50mW，覆蓋范圍數(shù)百米，采用470MHz510MHz頻段，具備自組網(wǎng)功能的無(wú)線通信技術(shù)。微功率無(wú)線通信技術(shù)組網(wǎng)簡(jiǎn)單，通 信速率可達(dá)

5、10kbps。微功率無(wú)線的優(yōu)缺點(diǎn)如下表3所示：表3微功率無(wú)線通信優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)(1) 無(wú)需布線，現(xiàn)場(chǎng)工程施工 方便；(2) 無(wú)需向電信運(yùn)營(yíng)商繳納通 信費(fèi)用;(3) 組網(wǎng)靈活，數(shù)據(jù)傳輸速率 較咼。(1)在臺(tái)區(qū)范圍較大或電磁屏蔽 環(huán)境，通信效果較差；(2 )無(wú)法給水、氣、熱表供電， 須配備外接電源或后備電源。1.4無(wú)線公網(wǎng) 無(wú)線公網(wǎng)是指基于移動(dòng)蜂窩網(wǎng)的通用分組無(wú)線通信技術(shù)，其覆蓋范圍非常大，通信速率可達(dá)100kbps以上。無(wú)線公網(wǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)如下表 4所示：表4無(wú)線公網(wǎng)通信優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)(1) 無(wú)需敷設(shè)通信鏈路，使用方便 快捷；(2) 不受距離限制，在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆 蓋范圍內(nèi)均可有效使用；(3

6、) 通信速率較咼，可滿足四表合 一大數(shù)據(jù)量承載需求。(1) 設(shè)備費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用較高；(2) 通信穩(wěn)定性受制于電信運(yùn)營(yíng) 商，在移動(dòng)蜂窩網(wǎng)未覆蓋地區(qū)無(wú)法 使用；(3) 無(wú)法給水、氣、熱表供電，須 配備外接電源。1.5電力線載波 電力線載波是指利用工頻強(qiáng)電的電力線傳輸高頻弱電信號(hào)的通信技術(shù)。電力線載波通信一般使用(3500) kHz或(230) MHz的電力線頻譜資源，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 1kbps以上，在公司用電信息采集系統(tǒng)的通信技術(shù)中占比達(dá) 70%以上。電力線載波通信的優(yōu)缺點(diǎn)如下表5所示：表5電力線載波通信優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)(1) 依托電力線，無(wú)需敷設(shè)通 信鏈路，節(jié)省一定成本；(2) 可引入電力

7、臺(tái)區(qū)管理模式。(1) 將電力線引至燃?xì)獗?，可?會(huì)帶來(lái)消防安全隱患；(2) 自身需要配備外接電源；(3) 通信性能受電網(wǎng)噪聲干擾。、用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)分析四表合一技術(shù)方案設(shè)計(jì)應(yīng)以不影響用電信息采集系統(tǒng) 功能應(yīng)用，充分共享現(xiàn)有用電信息采集系統(tǒng)設(shè)備和信道資 源為原則。如下圖 1所示，用電信息采集系統(tǒng)由主站層、 遠(yuǎn)程通信層、采集終端層、本地通信層、電能表層組成。 主站通過(guò)無(wú)線公網(wǎng)、230MHz無(wú)線專網(wǎng)、光纖專網(wǎng)等遠(yuǎn)程通信技術(shù)與采集終端交互；采集終端通過(guò)窄帶電力線載波、 寬帶電力線載波、微功率無(wú)線、RS-485等本地通信技術(shù)與電能表通信。在實(shí)際應(yīng)用中，雖然用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu) 各不相同，但是架構(gòu)的復(fù)

8、雜性主要體現(xiàn)在本地信道層面：采集設(shè)備采集設(shè)備中圖1用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)圖本地箱信電能表電力用戶'申'”11 口申益.I蜩本地箱信電能表二.I瞬A（1）I型集中器與II型集中器共存。I型集中器下行采 用載波或微功率無(wú)線，II型集中器下行使用 RS-485。（2）全載波（無(wú)線）與半載波（無(wú)線）共存。全載波（無(wú)線）方案中，I型集中器下行使用載波或微功率無(wú)線與 電能表通信；半載波（無(wú)線）方案中， I型集中器下行使用 載波或微功率無(wú)線與采集器通信，采集器通過(guò)RS-485與電能表通信。（3）I型采集器與II型采集器共存。I型采集器下行具 有三路RS-485通信接口，II型采集器下行具有一路

9、 RS-485 通信接口。為適應(yīng)用電信息采集系統(tǒng)本地信道的復(fù)雜性，同時(shí)滿 足四表合一的多樣化需求，四表合一應(yīng)部署于采集終端層 以下。同時(shí)，為了契合四表合一的集約化設(shè)計(jì)原則，四表 合一應(yīng)在采集終端層及以上實(shí)現(xiàn)完全融合，復(fù)用用電信息 采集系統(tǒng)的采集終端、遠(yuǎn)程信道及主站。三、四表合一典型技術(shù)方案設(shè)計(jì)如上所述，用電信息采集系統(tǒng)的架構(gòu)差異性較大，因 此基于不同用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)的四表合一改造方案也 截然不同。為保證技術(shù)方案的科學(xué)性、合理性、全面性， 以最低的成本和改造量實(shí)現(xiàn)四表合一數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，提出了三種四表合一典型技術(shù)方案。3.1升級(jí)無(wú)線模塊此方案適用于兩種場(chǎng)景。場(chǎng)景一為微功率無(wú)線電能表+微功率無(wú)線

10、水氣熱表，此場(chǎng)景要求電能表與水氣熱表之間的 距離較近；場(chǎng)景二為 RS-485電能表+無(wú)線水氣熱表+I型無(wú) 線采集器的場(chǎng)景，此場(chǎng)景要求I型采集器與水氣熱表之間的 距離較近。改造前用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)如下圖2所示，I型集中器通過(guò)微功率無(wú)線直接與電能表通信，或通過(guò)微功率無(wú)線與I型采集器通信，采集器通過(guò) RS-485與電能表通信。：RS-4BSt圖2 I型集中器（全無(wú)線+ 半無(wú)線）采集方式示意圖改造過(guò)程主要是對(duì)電能表（或 I型采集器）的微功率無(wú) 線模塊進(jìn)行軟件升級(jí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水氣熱表的采集，I型集中器通過(guò)微功率無(wú)線與電能表（或 I型采集器）通信。改造后四 表合一系統(tǒng)架構(gòu)如下圖 3所示。由于微功率無(wú)線水氣熱

11、表僅通過(guò)電池供電且電池容量有限， 若I型集中器直接與水氣熱 表組建網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)會(huì)消耗較高的能量，制約水氣熱表的使用壽命，因此應(yīng)采用電能表（或 I型采集器）內(nèi)置通信模塊作為 網(wǎng)關(guān)，與周圍無(wú)線水氣熱表形成星型網(wǎng)絡(luò)的方案。此方案可實(shí)現(xiàn)對(duì)水氣熱表的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，但水氣熱表無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線通訊，只能采用喚醒的方式來(lái)延長(zhǎng)使用壽命。理I采集器微功率無(wú)紅仲）圖3 I型集中器（全無(wú)線+ 半無(wú)線）四表合一示意圖3.2更換雙模模塊此方案適用于兩種場(chǎng)景。場(chǎng)景一為載波電能表+無(wú)線水氣熱表，此場(chǎng)景要求電能表與水氣熱表之間的距離較近；場(chǎng) 景二為RS-485電能表+無(wú)線水氣熱表+1型載波采集器的場(chǎng) 景。此場(chǎng)景要求I型采集器與水氣

12、熱表之間的距離較近。改造前用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)如下圖4所示，I型集中器通過(guò)電力線載波直接與電能表通信，或通過(guò)電力線載波與I型采集器通信，采集器通過(guò)RS-485與電能表通信。 告能電能吉來(lái)集器! RS-485 i>t譜能電換圖4 I型集中器（全載波或半載波）采集方式示意圖針對(duì)上述兩種場(chǎng)景，可以將電能表（I型采集器）模塊更換為微功率+載波的雙模通信模塊方式，使電能表（ I型采集器）上行通過(guò)電力線載波與 I型集中器通信，下行通過(guò) 微功率無(wú)線與水氣熱表通信，上、下行信道獨(dú)立運(yùn)行。改造后四表合一系統(tǒng)架構(gòu)如下圖 5所示。圖5 I型集中器（全載波或半載波）四表合一示意圖3.3增加通信接口轉(zhuǎn)換器此方案適

13、用于電能表（RS-485）+水氣熱表（M-BUS或微功率無(wú)線）場(chǎng)景。此場(chǎng)景中電能表與水氣熱表的相對(duì)位 置距離較遠(yuǎn)。改造前用電信息系統(tǒng)架構(gòu)如下圖6所示。第一種是I型集中器通過(guò)載波或微功率無(wú)線與采集器通信，采集器通過(guò) RS-485與電能表通信；第二種是 II型集中器通過(guò) RS-485與電能表通信圖6 I型集中器（半載波、半無(wú)線）及R34«5 fII型集中器采集方式示意圖改造后四表合一采集系統(tǒng)架構(gòu)如下圖7所示，原有用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)不變，同時(shí)新裝或換裝通信接口轉(zhuǎn)換器。 通信接口轉(zhuǎn)換器型式外觀與I型采集器相同，但弱電端子定義略有差異，具有上下行各一路RS-485及下行兩路 M-BUS。通信

14、接口轉(zhuǎn)換器下行可通過(guò)微功率無(wú)線或M-BUS與水氣熱表通信，上行通過(guò)微功率無(wú)線、電力線載波或RS-485與采集器通信。圖7 I型集中器（半載波、半無(wú)線）及II型集中器四表合一示意圖四、四表合一技術(shù)方案配置表如上所述，典型設(shè)計(jì)方案分三類， 分別為方案一：升級(jí) 無(wú)線模塊；方案二：更換雙模模塊；方案三：增加通信接口 轉(zhuǎn)換器?；诘湫驮O(shè)計(jì)方案，同時(shí)兼顧現(xiàn)場(chǎng)差異化的電水氣 熱表相對(duì)位置和水氣熱表安裝位置，形成了下述四表合一技術(shù)方案配置表。表6四表合一技術(shù)方案配置表序號(hào)電表通信方式電表采集模式水氣熱表通信方式電水氣 熱表相 對(duì)位置水氣熱表安裝位置u u、 A，具體改造方式技術(shù)萬(wàn)案1較近戶內(nèi)萬(wàn)案一1. 組建無(wú)

15、線星型網(wǎng)2. 需加配外置天線2微功率二段式（1 型集中器+電表）微功率戶外萬(wàn)案一1.組建無(wú)線星型網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線3無(wú)線無(wú)線較遠(yuǎn)戶內(nèi)萬(wàn)案三1. 組建無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)2. 需加配外置天線4戶外萬(wàn)案三1.組建無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線5較近戶內(nèi)萬(wàn)案二1. 組建無(wú)線星型網(wǎng)2. 需加配外置天線6電力線二段式（1 型集中器+電表）微功率戶外萬(wàn)案二1.組建無(wú)線星型網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線7載波無(wú)線較遠(yuǎn)戶內(nèi)方案三1. 組建無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)2. 需加配外置天線8戶外方案三1.組建無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線9RS-485二段式（II 型集中器+微功率無(wú)線/戶內(nèi)方案三1. 組建無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)2. 需加配外置天線10電表）戶外方案三1.

16、組建無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線11三段式（1 型集中器+11型采集器+電表）/戶內(nèi)方案三1. 組建無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)2. 需加配外置天線12戶外方案三1.組建無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線13三段式（1 型集中器 +I型無(wú)線 米集器+電表）較近戶內(nèi)萬(wàn)案一1. 組建無(wú)線星型網(wǎng)2. 需加配外置天線14戶外萬(wàn)案一1.組建無(wú)線星型網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線15較遠(yuǎn)戶內(nèi)萬(wàn)案三1. 組建無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)2. 需加配外置天線16戶外萬(wàn)案三1.組建無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線17三段式（1 型集中器 +I型載波 米集器+電表）較近戶內(nèi)萬(wàn)案二1. 組建無(wú)線星型網(wǎng)2. 需加配外置天線18戶外萬(wàn)案二1.組建無(wú)線星型網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線19較遠(yuǎn)戶內(nèi)方案三1. 組建無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)2. 需加配外置天線20戶外方案三1.組建無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線21微功率無(wú)線二段式（1 型集中器+電表）M-BUS/戶內(nèi)方案三在戶內(nèi)安裝M-BUS集線器22戶外方案三在戶外安裝M-BUS集線器23電力