淺談“四表合一”采集方案的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

殷玉朋 趙旭彤

摘 要：現(xiàn)在水、電、氣、暖行業(yè)的管理都自成體系，四個(gè)系統(tǒng)各自根據(jù)各自行業(yè)的特點(diǎn)和管理模式開(kāi)展工作，無(wú)法資源共享，形成信息孤島。目前四個(gè)行業(yè)的抄表系統(tǒng)也都是各自進(jìn)行，需要在同一個(gè)小區(qū)內(nèi)建設(shè)、運(yùn)維各自的抄表系統(tǒng)，既浪費(fèi)資源、增加成本，又容易引起相互間的干擾，產(chǎn)生混亂?！八谋砗弦弧笔侵杆?、電表、燃?xì)獗?、熱表的?shù)據(jù)集中在電表采集系統(tǒng)中反映，利用電力遠(yuǎn)程采集終端和通信通道，結(jié)合智能電能表和用電信息采集系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，將智能水表、智能燃?xì)獗?、智能熱力表的?shù)據(jù)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)四種行業(yè)計(jì)量表的集中抄表。儀表數(shù)據(jù)通過(guò)集中器和電力通信通道傳輸?shù)接秒娦畔⒉杉到y(tǒng)，可在同一平臺(tái)上進(jìn)行電、水、氣、熱信息數(shù)據(jù)的查詢，實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)信息資源的共享。

關(guān)鍵詞：四表合一；采集；住宅；通信

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.173

1 引言

目前國(guó)內(nèi)各地居民水、熱、氣、電的使用推行一戶一表的政策，但這四表分屬不同行業(yè)管理，各自運(yùn)營(yíng)，各自進(jìn)行抄表結(jié)算。濟(jì)南地區(qū)電表一般集中安裝在戶表間，采用集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集；水表和熱表一般安裝在樓道的管道井內(nèi)，氣表一般安裝在室內(nèi)，水、氣、熱抄表尚未全部完成自動(dòng)化采集，多借助手持掌機(jī)實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)采集，不確定因素較多使抄表員工作難度增大，效率降低，采集質(zhì)量下降，用戶體驗(yàn)降低。為此，供電公司工作人員將電表的遠(yuǎn)程采集技術(shù)應(yīng)用到小區(qū)配套住宅的水、氣、熱抄表中，有效的實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源的合理利用，減少人力、物力不必要的浪費(fèi)。

2 四表合一采集技術(shù)方案組成

“四表合一”是指水表、電表、燃?xì)獗怼岜淼臄?shù)據(jù)集中在電表采集系統(tǒng)中反映，利用電力遠(yuǎn)程采集終端和通信通道，結(jié)合智能電能表和用電信息采集系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，將智能水表、智能燃?xì)獗?、智能熱力表的?shù)據(jù)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)四種行業(yè)計(jì)量表的集中抄表。其主要技術(shù)方案包括了通信信道建設(shè)和用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)。

2.1 通信信道設(shè)計(jì)

目前四表合一常采用的通信技術(shù)主要有M-BUS總線、RS-485、微功率無(wú)線、無(wú)線公網(wǎng)、電力線載波等。

（1）M-BUS是一種由主機(jī)控制的分級(jí)通信系統(tǒng)，最大傳輸距離為1000米左右。這種通信方式下，采集設(shè)備可以向計(jì)量表計(jì)遠(yuǎn)程供電，解決水、氣、熱表無(wú)法取電的問(wèn)題，但其有線的特點(diǎn)，使得施工較為復(fù)雜。

（2）RS-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，最大覆蓋距離1200米。由于RS-485通信線不具備供電能力，因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需要敷設(shè)兩條電源線。

（3）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，具備自組網(wǎng)功能的無(wú)線通信技術(shù)，但當(dāng)臺(tái)區(qū)供電半徑較大或覆蓋區(qū)域內(nèi)有電磁屏蔽時(shí)，其通信效果較差。由于無(wú)法給水、氣、熱表供電，使用時(shí)須外接電源。

（4）無(wú)線公網(wǎng)通信技術(shù)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。但其穩(wěn)定性受制于通信運(yùn)營(yíng)商，在移動(dòng)蜂窩網(wǎng)未覆蓋地區(qū)無(wú)法使用。

（5）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)，在供電公司用電信息采集系統(tǒng)的通信技術(shù)中應(yīng)用較為廣泛。但將電力線引至燃?xì)獗?，可能?huì)帶來(lái)相應(yīng)的消防安全隱患。

2.2 用電信息采集系統(tǒng)構(gòu)架

四表合一技術(shù)方案設(shè)計(jì)應(yīng)充分利用現(xiàn)有用電信息采集系統(tǒng)的通信資源，又不影響現(xiàn)有系統(tǒng)功能的使用，盡可能的對(duì)現(xiàn)有資源充分利用。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[1]。采集終端一方面通過(guò)無(wú)線公網(wǎng)、230MHz無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)、光纖等通信方式與主站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，同時(shí)又通過(guò)電力線載波[2]、微功率無(wú)線、RS-485等本地通信技術(shù)與電能表實(shí)現(xiàn)本地通信。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：

（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）全載波與半載波共存。全載波方案中，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。

用電信息采集系統(tǒng)的本地信道具有一定的復(fù)雜性，而四表合一的實(shí)際應(yīng)用中又具有多樣化的需求。鑒于上述特點(diǎn)，四表合一應(yīng)充分利用主站層、遠(yuǎn)程通信層和采集終端層，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，并部署在本地通信層和電能表層，實(shí)現(xiàn)集約化設(shè)計(jì)。

3 四表合一采集技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)

在實(shí)際的四表合一采集建設(shè)過(guò)程中，根據(jù)小區(qū)的環(huán)境特點(diǎn)和通信要求，通常會(huì)采用如下三種技術(shù)方案：升級(jí)無(wú)線模塊，更換雙模模塊，使用通信接口轉(zhuǎn)換器。

（1）升級(jí)無(wú)線模塊技術(shù)方案是指通過(guò)升級(jí)電力集中器的無(wú)線采集模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)水氣熱表的采集。因設(shè)備發(fā)射功率的限制，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限，該方案要求現(xiàn)場(chǎng)水氣熱表均支持微功率無(wú)線通信，且水氣熱表的安裝位置在集中器無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍內(nèi)，集中器可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或RS-485實(shí)現(xiàn)電能表的采集。這一方案可在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的支持下完成四表數(shù)據(jù)的同步采集與發(fā)送。

（2）更換雙模模塊技術(shù)方案是指通過(guò)增加采集器的通信模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)水電氣熱表的同時(shí)采集，這種技術(shù)方案適用于采集器或電能表與水氣熱表的相對(duì)距離較遠(yuǎn)的環(huán)境。

（3）增加通信接口轉(zhuǎn)換器技術(shù)方案適用的條件，要求電能表使用RS-485通信，而水氣熱表使用M-BUS[3]或微功率無(wú)線進(jìn)行通信，且電能表與水氣熱表距離較大。與其他方案相比，這一方案適合更加復(fù)雜的環(huán)境，受到的環(huán)境制約較小。但是由于該方案技術(shù)連接內(nèi)容更豐富，技術(shù)成本也比其他方案要高。

濟(jì)南地區(qū)的住宅小區(qū)，所有小區(qū)電表采集均已建設(shè)完成，集中器安裝于電表間，采集本單元或本樓的電能表數(shù)據(jù)，上傳到供電公司用電信息采集主站；水表和熱表采集采用手持機(jī)或遠(yuǎn)程采集的方式，在一樓采集終端位置采集整個(gè)單元的水熱表信息；氣表一般安裝在室內(nèi)，采用微功率無(wú)線的通訊方式進(jìn)行采集。上述情況中，水氣熱表均與電能表距離較大，綜合考慮，集中器通過(guò)GPRS或光纖與用電信息采集系統(tǒng)主站連接，電能表和接口轉(zhuǎn)換器通過(guò)RS485總線和集中器連接；集中器通過(guò)接口轉(zhuǎn)換器直接采集水表、熱表數(shù)據(jù)，或接口轉(zhuǎn)換器直接獲取水表、熱表采集設(shè)備的數(shù)據(jù)；氣表通過(guò)微功率無(wú)線和接口轉(zhuǎn)換器連接。目前該方案已在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用，項(xiàng)目建設(shè)簡(jiǎn)潔、迅速，抄表運(yùn)行穩(wěn)定，采集成功率達(dá)100%。

4 結(jié)論

在后續(xù)四表合一采集建設(shè)工作中，將繼續(xù)跟進(jìn)、對(duì)比不同采集方案下的四表采集成功率和通信通道的穩(wěn)定性。不同地區(qū)的住宅設(shè)計(jì)特點(diǎn)會(huì)影響四表采集的通信效率及采集穩(wěn)定性，通信技術(shù)的發(fā)展變化也將改變固有通信方式格局。本文主要描述了現(xiàn)有的幾種四表合一采集技術(shù)設(shè)計(jì)方案和在濟(jì)南地區(qū)的設(shè)計(jì)應(yīng)用情況，旨在提供一種適合濟(jì)南城市特點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同小區(qū)環(huán)境、不同通信條件下水電氣熱表數(shù)據(jù)的集中采集，為四表合一采集建設(shè)提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]國(guó)家電網(wǎng)公司.Q/GDW373-2013電力用戶用電信息采集系統(tǒng)功能規(guī)范[S].北京：國(guó)家電網(wǎng)公司，2013.

[2]陳鳳，鄭文剛等.低壓電力線載波通信技術(shù)及應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（22）：188-1

[3]羅永剛，鄒志遠(yuǎn).基于MBUS的智能集中器設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2013，39（10）：89-93.