四表合一數(shù)據(jù)集中采集典型技術(shù)方案

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。1、 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)。1.1 M

2、-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、熱表這類本身無(wú)電源供應(yīng)的表計(jì)；（3）通信穩(wěn)定

3、，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?shù)耐ㄐ偶夹g(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）通信速率高，

4、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)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

5、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)傳輸速率較高。（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）通信速率較高，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

6、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）可引入電力臺(tái)區(qū)管理模式。（1）將電力線引至燃?xì)獗恚赡軙?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。2、 用電信息

7、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)雜性主要體現(xiàn)在本地信道層面：圖1 用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)圖（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-

8、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。3、 四表合一典

9、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

10、過(guò)RS-485與電能表通信。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。圖3 I型集中器

11、（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+I型載波采集器的場(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。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

12、，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II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

13、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4、 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

14、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技術(shù)方案具體改造方式1微功率無(wú)線二段式（I型集中器+電表）微功率無(wú)線較近戶內(nèi)方案一1.組建無(wú)線星型網(wǎng)2.需加配外置天線2戶外方案一1.組建無(wú)線星型網(wǎng)2.可采用內(nèi)置天線3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4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5電力線載波二段式（I型集中器+電表）微功率無(wú)線較近戶內(nèi)方案二1.組建無(wú)線星型網(wǎng)2.需加配外置天線6戶外方案二1.組建無(wú)線星型網(wǎng)2.可采用內(nèi)置天線7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

15、式（II型集中器+電表）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11三段式（I型集中器+II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（I型集中器+I型無(wú)線采集器+電表）較近戶內(nèi)方案一1.組建無(wú)線星型網(wǎng)2.需加配外置天線14戶外方案一1.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)方案三1.組建無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)2.需加配外置天線16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17三段式（I型集中器+I型載波采集器+電表）較近戶內(nèi)方案二1.組建無(wú)線星型網(wǎng)2.需加配外置天線18戶外方案二1.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（I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電力線載波二段式（I