四表合一数据集中采集典型技术方案分析

1、附件 3：四表合一数据集中采集典型技 术方案四表合一数据集中采集（以下 简称“四表合一 ”）技术方案的设计和选择须 依托 现有用电信息采集系 统的典型技 术方案，充分利用其采集 终端和信道 资源。本方案以调 研业界通信技 术为基础，以适应用电信息采集系 统基本架构 为导向，提出了覆盖 现场各种 类型用电信息采集系 统技术路线和水气热表现状的四表合一典型技 术方案。1、四表合一通信技术分析通信技 术是实现四表合一的重要基 础，它决定了系 统的工作原理，也影响着系 统的运行效率和可靠性。目前业 界四表合一采用的通信技 术主要为 M-BUS 总线、 RS-485、微功率无 线、无线公网、电 力线载波

2、等。以下对 比分析了各种通信技 术的优势 和劣势。1.1 M-BUS 总线M-BUS 是一种由主机控制的分 级通信系 统，它由主机、从机和两条 连接电缆组成。从机之间 不能直接交 换信息，只能通 过主机来 转发。 M-BUS 技术的传输 介质为 双绞线 ，数据传输 速率可达 3009600bps，最大传输 距离为 1000 米左右。另外，M-BUS 总线可实现 采集终端向计量设备远 程供电，可解决四表合一水、气、热 表无法自取能的 问题。 M-BUS 总线的优缺点如下表 1 所示：-1-表 1M-BUS总线通信优缺点对比表优点（1）布线简单，只有两条通信线，总线无极性，对布线方式无特殊要求，可

3、并联也可串联；（2）总线供电，可通过通信线路给表计供电，特别适合水、气、热 表这类本身无电源供应的表计；（3）通信稳定，抗干扰能力强，只要双绞线不出现故障，一般都可保证通信成功率。缺点（1）与无线通信技术相比，M-BUS 需要布线，而入户布线可能会破坏居民 现有的家居 设施，从而引发纠纷；（2）长时间现场 运行后可能会出现双绞线接头氧化，而更换双绞线接口较为繁琐。1.2 RS-485RS-485 是一种采用两条差分 电压 信号线进行信号 传输的通信技 术。它由主机、从机和连 接电缆组 成，传输介质为双绞线，数据传输速率在 1Mbps 以下，最大覆盖距离 1200 米。由于 RS-485 通信线

4、不具备供电能力，因此在四表合一 应用时还需要配合两条 电源线使用。 RS-485 的优缺点如下表 2 所示：表 2RS-485 通信优缺点对比表优点缺点（1）通信速率高，可满足四表合一大数据量的承 载需求；（2）采用差分信号进行数据传输，抗干扰能力强；（3）通信稳定，只要双绞线不出现故障，一般都可保证通信成功率。（1）与无线通信技术相比，RS-485需要布线，而入户布线可能会破坏居民现有的家居设施，从而引发纠纷；（2）无法给水、气、热 表直接供电，须配备外接电源或后备电源，导致其设备费用明显高于 M-BUS 。1.3 微功率无 线微功率无 线通信技 术是指 发射功率不超 过 50mW ，覆盖范

5、围数百米，采用 470MHz510MHz 频段，具备自组网功能的无 线通信技 术。微功率无线 通信技 术组 网简单 ，通信速率可达 10kbps。微功率无线 的优缺点如下表 3 所示：-2-表 3微功率无线通信优缺点对比表优点缺点（1）无需布线，现场工程施工方（1）在台区范围较大或电磁屏蔽环便；（2）无需向电信运营商缴纳通信境，通信效果较差；费用；（2）无法给水、气、热 表供电，须配（3）组网灵活，数据传输速率较备外接电源或后备电源。高。1.4 无线公网无线公网是指基于移动蜂窝网的通用分 组无线通信技术，其覆盖范围非常大，通信速率可达100kbps 以上。无线 公网的 优缺点如下表4 所示：表

6、 4无线公网通信优缺点对比表优点缺点（1）无需敷设通信链路，使用方便快（1）设备费用及运行费用较高；捷；（2）通信稳定性受制于 电信运营商，（2）不受距离限制，在移动网络覆盖在移动蜂窝网未覆盖地区无法使用；范围内均可有效使用；（3）通信速率较高，可满足四表合一（3）无法给水、气、热 表供电，须配大数据量承 载需求。备外接电源。电力线载波是指利用工 频强电 的电力线传输 高频弱电1.5 电力线载波信号的通信技 术。电 力线载波通信一般使用（ 3 500）kHz 或（2 30）MHz 的电力线频谱资 源，数据传输速率可达 1kbps 以上，在公司用 电信息采集系 统的通信技 术中占比达 70%以上

7、。电 力线载 波通信的 优缺点如下表 5 所示：表 5 电力线载波通信优缺点对比表优点缺点（1）依托电力线，无需敷设通信（1）将电力线引至燃气表，可能会带来消防安全 隐患；链路，节省一定成本；（2）可引入电力台区管理模式。（2）自身需要配备外接电源；（3）通信性能受电网噪声干 扰。2、用电信息采集系统架构分-析3-四表合一技 术方案设计应 以不影响用 电信息采集系 统功能 应用，充分共享 现有用 电信息采集系 统设备 和信道 资源为原则。如下图 1 所示，用电信息采集系 统由主站 层、远 程通信 层、采集终 端层、本地通信层、电 能表层组成。主站通过无线公网、 230MHz 无线专网、光纤专

8、网等 远程通信技 术与采集 终端交互；采集终端通过窄带电力线载波、宽带电 力线载波、微功率无线、 RS-485 等本地通信技 术与电能表通信。在实际应 用中，虽然用电信息采集系 统架构各不相同，但是架构的复 杂性主要体 现在本地信道 层面：图 1用电信息采集系统架构图（1）I 型集中器与 II 型集中器共存。 I 型集中器下行采用载波或微功率无 线，II 型集中器下行使用 RS-485。（2）全载波（无线）与半载波（无线）共存。全载 波（无线）方案中， I 型集中器下行使用 载波或微功率无 线与电能表通-4-信；半载波（无线）方案中，I 型集中器下行使用 载波或微功率无线与采集器通信，采集器通

9、 过 RS-485 与电能表通信。（）型采集器与II型采集器共存。I型采集器下行具有3 I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。为适应用电信息采集系 统本地信道的复 杂性，同时满足四表合一的多 样化需求，四表合一 应部署于采集 终端层以下。同时，为了契合四表合一的集 约化设计原则，四表合一应在采集 终端层及以上 实现 完全融合，复用用 电信息采集系 统的采集 终端、远程信道及主站。3、四表合一典型技术方案设计如上所述，用 电信息采集系 统的架构差异性 较大，因此基于不同用 电信息采集系 统架构的四表合一改造方案也截然不同。为 保证技术方案的科学性、合

10、理性、全面性，以最低的成本和改造量实现 四表合一数据采集应用，提出了三种四表合一典型技 术方案。3.1 升级无线模块此方案适用于两种 场景。场 景一为微功率无 线电能表 + 微功率无 线水气热表，此场景要求 电能表与水气 热表之间的距离 较近；场景二为 RS-485 电能表 +无线水气热表 +I 型无线采集器的 场景，此场景要求 I 型采集器与水气 热表之间的距离较近。改造前用 电信息采集系 统架构如下 图 2 所示，I 型集中器通 过微功率无 线直接与 电能表通信，或通 过微功率无 线与-5-I 型采集器通信，采集器通过 RS-485 与电能表通信。图 2I 型集中器（全无线 +半无线）采集

11、方式示意图改造过程主要是 对电能表（或 I 型采集器）的微功率无 线模块进行软件升级，实现对 水气热表的采集， I 型集中器通 过微功率无 线与电能表（或 I 型采集器）通信。改造后四表合一系统架构如下 图 3 所示。由于微功率无线 水气热表仅通过电池供 电且电池容量有限，若 I 型集中器直接与水气 热表组建网状网 络会消耗 较高的能量，制 约水气热表的使用寿命，因-6-此应采用电能表（或 I 型采集器）内置通信模 块作为网关，与周围无线水气 热表形成星型网 络的方案。此方案可实现对 水气热表的数据 转发功能，但水气 热表无法 实现实时 在线通讯，只能采用 唤醒的方式来延 长使用寿命。图 3I

12、 型集中器（全无线 +半无线）四表合一示意图3.2 更换双模模块此方案适用于两种 场景。场 景一为载波电能表 +无线水气热表，此场景要求 电能表与水气 热表之 间的距离 较近；场景二 为 RS-485 电能表 +无线水气 热表+I 型载波采集器的 场景。此场 景要求 I 型采集器与水气 热表之间的距离 较近。-7-改造前用 电信息采集系 统架构如下 图 4 所示，I 型集中器通 过电力线载波直接与 电能表通信，或通 过电力线载波与 I 型采集器通信，采集器通 过 RS-485 与电能表通信。图 4I 型集中器（全载波或半载波）采集方式示意图针对上述两种 场景，可以将电能表（I 型采集器）模块更

13、换为 微功率 +载波的双模通信模 块方式，使电能表（I 型采集器）上行通过电 力线载 波与 I 型集中器通信，下行通 过微功率无 线与水气 热表通信，上、下行信道独立运行。改造后四-8-表合一系 统架构如下 图 5 所示。图 5I 型集中器（全载波或半载波）四表合一示意图3.3 增加通信接口 转换器此方案适用于 电能表（RS-485）+水气热表（M-BUS 或微功率无 线）场景。此场 景中电能表与水气 热表的相 对位置距离较远。改造前用 电信息系 统架构如下 图 6 所示。第一种是 I 型集中器通 过载 波或微功率无 线与采集器通信，采集器通 过 RS-485 与电能表通信；第二种是 II 型

14、集中器通 过 RS-485 与电能表通信。-9-图 6I 型集中器（半载波、半无线）及II型集中器采集方式示意图改造后四表合一采集系 统架构如下 图 7 所示，原有用 电信息采集系 统架构不 变，同时新装或 换装通信接口 转换器。通信接口 转换 器型式外 观与 I 型采集器相同，但弱 电端子定义略有差异，具有上下行各一路 RS-485 及下行两路 M-BUS 。通信接口转换 器下行可通 过微功率无 线或 M-BUS 与水气 热表通信，上行通 过微功率无 线、电 力线载波或 RS-485 与采集器通信。图 7I 型集中器（半载波、半无线）及II型集中器四表合一示意图-10-4、四表合一技术方案配

15、置表如上所述，典型 设计 方案分三 类，分别为 方案一：升级无线模块；方案二：更换双模模 块；方案三：增加通信接口转换器。基于典型设计 方案，同时兼顾现场 差异化的 电水气热表相对位置和水气 热表安装位置，形成了下述四表合一技 术方案配置表。序号12345表 6四表合一技术方案配置表电表通 电表采集水气热电水气水气热表表通信热表相技术方案信方式模式安装位置方式对位置户内方案一较近微功率二段式（I微功率户外方案一型集中器 +无线无线户内方案三电表）较远户外方案三户内方案二较近具体改造方式1.组建无线星型网2.需加配外置天 线1.组建无线星型网2.可采用内置天 线1.组建无线网状网2.需加配外置天

16、 线1.组建无线网状网2.可采用内置天 线1.组建无线星型网2.需加配外置天 线67二段式（I电力线型集中器 +载波电表）微功率无线户外方案二户内方案三1.组建无线星型网2.可采用内置天 线1.组建无线网状网8910111213二段式（II型集中器 +电表）RS-485 三段式（I型集中器+II 型采集器+电表）三段式（I型集中器较远户外方案三户内方案三/户外方案三微功率户内方案三无线/户外方案三较近户内方案一2.需加配外置天 线1.组建无线网状网2.可采用内置天 线1.组建无线网状网2.需加配外置天 线1.组建无线网状网2.可采用内置天 线1.组建无线网状网2.需加配外置天 线1.组建无线网

17、状网2.可采用内置天 线1.组建无线星型网2.需加配外置天 线-11-14+I 型无线采集器 +电15表）161718三段式（I型集中器+I 型载波19采集器 +电表）20户外 方案一 1.组建无线星型网2.可采用内置天 线户内 方案三 1.组建无线网状网2.需加配外置天 线较远户外 方案三 1.组建无线网状网2.可采用内置天 线户内 方案二 1.组建无线星型网2.需加配外置天 线较近户外 方案二 1.组建无线星型网2.可采用内置天 线户内 方案三 1.组建无线网状网2.需加配外置天 线较远户外 方案三 1.组建无线网状网2.可采用内置天 线21二段式（微功率I型集中器 + M-BUS无线22电表）23电力线二段式（I型集中器 +M-BUS24载波电表）25二段式（II型集中器 +26