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（以下簡稱“四表合一”）技術(shù)方 案的設(shè)計和選擇須依托現(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、微功率無線、無線公網(wǎng)、電力線載波等。以下對比分析了 各種通信技術(shù)的優(yōu)勢和劣勢

2、。1.1 M-BUS 總線M-BUS是一種由主機控制的分級通信系統(tǒng)，它由主 機、從機和兩條連接電纜組成。從機之間不能直接交換信 息，只能通過主機來轉(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3009600bps，最大傳輸距離為1000米左右。另外，M-BUS總線可實現(xiàn)采集終端向計量設(shè) 備遠程供電，可解決四表合一水、氣、熱表無法自取能的 問題。M-BUS總線的優(yōu)缺點如下表 1所示：表1 M-BUS總線通信優(yōu)缺點對比表優(yōu)點缺點（1）布線簡單，只有兩條通信線， 總線無極性，對布線方式無特殊要 求，可并聯(lián)也可串聯(lián)；（2 ）總線供電，可通過通信線路 給表計供電，特別適合水、氣、熱 表這類本

3、身無電源供應(yīng)的表計；（3 ）通信穩(wěn)定，抗干擾能力強， 只要雙絞線不出現(xiàn)故障，一般都可 保證通信成功率。（1 ）與無線通信技術(shù)相比， M-BUS需要布線，而入戶布線 可能會破壞居民現(xiàn)有的家居設(shè) 施，從而引發(fā)糾紛；（2）長時間現(xiàn)場運行后可能會 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線進行信號傳輸 的通信技術(shù)。它由主機、從機和連接電纜組成，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)用時還需要配合兩條電源線使用。RS-485的優(yōu)缺點如下表2所示：表

4、2 RS-485通信優(yōu)缺點對比表優(yōu)點缺點（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）采用差分信號進行數(shù)據(jù)傳 輸，抗干擾能力強；（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）與無線通信技術(shù)相比，RS-485 需要布線，而入戶布線可能會破壞 居民現(xiàn)有的家居設(shè)施，從而引發(fā)糾 紛；（2 ）無法給水、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)備費用明顯高于M-BUS。1.3微功率無線微功率無線通信技術(shù)是指發(fā)射功率不超過50mW，覆蓋范圍數(shù)百米，采用470MHz510MHz頻段，具備自組網(wǎng)功能的無線通信技術(shù)。微功率無線通信技術(shù)組網(wǎng)簡單，通 信速率可達

5、10kbps。微功率無線的優(yōu)缺點如下表3所示：表3微功率無線通信優(yōu)缺點對比表優(yōu)點缺點(1) 無需布線，現(xiàn)場工程施工 方便；(2) 無需向電信運營商繳納通 信費用;(3) 組網(wǎng)靈活，數(shù)據(jù)傳輸速率 較咼。(1)在臺區(qū)范圍較大或電磁屏蔽 環(huán)境，通信效果較差；(2 )無法給水、氣、熱表供電， 須配備外接電源或后備電源。1.4無線公網(wǎng) 無線公網(wǎng)是指基于移動蜂窩網(wǎng)的通用分組無線通信技術(shù)，其覆蓋范圍非常大，通信速率可達100kbps以上。無線公網(wǎng)的優(yōu)缺點如下表 4所示：表4無線公網(wǎng)通信優(yōu)缺點對比表優(yōu)點缺點(1) 無需敷設(shè)通信鏈路，使用方便 快捷；(2) 不受距離限制，在移動網(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)備費用及運行費用較高；(2) 通信穩(wěn)定性受制于電信運營 商，在移動蜂窩網(wǎng)未覆蓋地區(qū)無法 使用；(3) 無法給水、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電的電力線傳輸高頻弱電信號的通信技術(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 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 70%以上。電力線載波通信的優(yōu)缺點如下表5所示：表5電力線載波通信優(yōu)缺點對比表優(yōu)點缺點(1) 依托電力線，無需敷設(shè)通 信鏈路，節(jié)省一定成本；(2) 可引入電力

7、臺區(qū)管理模式。(1) 將電力線引至燃氣表，可能 會帶來消防安全隱患；(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、 遠程通信層、采集終端層、本地通信層、電能表層組成。 主站通過無線公網(wǎng)、230MHz無線專網(wǎng)、光纖專網(wǎng)等遠程通信技術(shù)與采集終端交互；采集終端通過窄帶電力線載波、 寬帶電力線載波、微功率無線、RS-485等本地通信技術(shù)與電能表通信。在實際應(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 用載波或微功率無線，II型集中器下行使用 RS-485。（2）全載波（無線）與半載波（無線）共存。全載波（無線）方案中，I型集中器下行使用載波或微功率無線與 電能表通信；半載波（無線）方案中， I型集中器下行使用 載波或微功率無線與采集器通信，采集器通過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，為了契合四表合一的集約化設(shè)計原則，四表 合一應(yīng)在采集終端層及以上實現(xiàn)完全融合，復(fù)用用電信息 采集系統(tǒng)的采集終端、遠程信道及主站。三、四表合一典型技術(shù)方案設(shè)計如上所述，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升級無線模塊此方案適用于兩種場景。場景一為微功率無線電能表+微功率無線

10、水氣熱表，此場景要求電能表與水氣熱表之間的 距離較近；場景二為 RS-485電能表+無線水氣熱表+I型無 線采集器的場景，此場景要求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型集中器通過微功率無線直接與電能表通信，或通過微功率無線與I型采集器通信，采集器通過 RS-485與電能表通信。：RS-4BSt圖2 I型集中器（全無線+ 半無線）采集方式示意圖改造過程主要是對電能表（或 I型采集器）的微功率無 線模塊進行軟件升級，實現(xiàn)對水氣熱表的采集，I型集中器通過微功率無線與電能表（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。由于微功率無線水氣熱

11、表僅通過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)，與周圍無線水氣熱表形成星型網(wǎng)絡(luò)的方案。此方案可實現(xiàn)對水氣熱表的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，但水氣熱表無法實現(xiàn)實時在線通訊，只能采用喚醒的方式來延長使用壽命。理I采集器微功率無紅仲）圖3 I型集中器（全無線+ 半無線）四表合一示意圖3.2更換雙模模塊此方案適用于兩種場景。場景一為載波電能表+無線水氣熱表，此場景要求電能表與水氣熱表之間的距離較近；場 景二為RS-485電能表+無線水氣熱表+1型載波采集器的場 景。此場景要求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型集中器通過電力線載波直接與電能表通信，或通過電力線載波與I型采集器通信，采集器通過RS-485與電能表通信。 告能電能吉來集器! 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上述兩種場景，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）上行通過電力線載波與 I型集中器通信，下行通過 微功率無線與水氣熱表通信，上、下行信道獨立運行。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或微功率無線）場景。此場景中電能表與水氣熱表的相對位 置距離較遠。改造前用電信息系統(tǒng)架構(gòu)如下圖6所示。第一種是I型集中器通過載波或微功率無線與采集器通信，采集器通過 RS-485與電能表通信；第二種是 II型集中器通過 RS-485與電能表通信圖6 I型集中器（半載波、半無線）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)換器下行可通過微功率無線或M-BUS與水氣熱表通信，上行通過微功率無線、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)計方案分三類， 分別為方案一：升級 無線模塊；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)計方案，同時兼顧現(xiàn)場差異化的電水氣 熱表相對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 對位置水氣熱表安裝位置u u、 A，具體改造方式技術(shù)萬案1較近戶內(nèi)萬案一1. 組建無

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）微功率戶外萬案一1.組建無線星型網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線3無線無線較遠戶內(nèi)萬案三1. 組建無線網(wǎng)狀網(wǎng)2. 需加配外置天線4戶外萬案三1.組建無線網(wǎng)狀網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線5較近戶內(nèi)萬案二1. 組建無線星型網(wǎng)2. 需加配外置天線6電力線二段式（1 型集中器+電表）微功率戶外萬案二1.組建無線星型網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線7載波無線較遠戶內(nèi)方案三1. 組建無線網(wǎng)狀網(wǎng)2. 需加配外置天線8戶外方案三1.組建無線網(wǎng)狀網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線9RS-485二段式（II 型集中器+微功率無線/戶內(nèi)方案三1. 組建無線網(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. 組建無線網(wǎng)狀網(wǎng)2. 需加配外置天線12戶外方案三1.組建無線網(wǎng)狀網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線13三段式（1 型集中器 +I型無線 米集器+電表）較近戶內(nèi)萬案一1. 組建無線星型網(wǎng)2. 需加配外置天線14戶外萬案一1.組建無線星型網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線15較遠戶內(nèi)萬案三1. 組建無線網(wǎng)狀網(wǎng)2. 需加配外置天線16戶外萬案三1.組建無線網(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)萬案二1. 組建無線星型網(wǎng)2. 需加配外置天線18戶外萬案二1.組建無線星型網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線19較遠戶內(nèi)方案三1. 組建無線網(wǎng)狀網(wǎng)2. 需加配外置天線20戶外方案三1.組建無線網(wǎng)狀網(wǎng)2可采用內(nèi)置天線21微功率無線二段式（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