四表合一数据集中采集典型技术方案课案

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。一、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、电力线载波等。以下对比分析了 各种通信技术的优势和劣势

2、。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：表1 M-BUS总线通信优缺点对比表优点缺点（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

3、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。（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

4、2 RS-485通信优缺点对比表优点缺点（1）通信速率咼，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

5、10kbps。微功率无线的优缺点如下表3所示：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 方便；(2) 无需向电信运营商缴纳通 信费用;(3) 组网灵活，数据传输速率 较咼。(1)在台区范围较大或电磁屏蔽 环境，通信效果较差；(2 )无法给水、气、热表供电， 须配备外接电源或后备电源。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 快捷；(2) 不受距离限制，在移动网络覆 盖范围内均可有效使用；(3

6、) 通信速率较咼，可满足四表合 一大数据量承载需求。(1) 设备费用及运行费用较高；(2) 通信稳定性受制于电信运营 商，在移动蜂窝网未覆盖地区无法 使用；(3) 无法给水、气、热表供电，须 配备外接电源。1.5电力线载波 电力线载波是指利用工频强电的电力线传输高频弱电信号的通信技术。电力线载波通信一般使用(3500) kHz或(230) 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。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 信链路，节省一定成本；(2) 可引入电力

7、台区管理模式。(1) 将电力线引至燃气表，可能 会带来消防安全隐患；(2) 自身需要配备外接电源；(3) 通信性能受电网噪声干扰。、用电信息采集系统架构分析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

8、杂性主要体现在本地信道层面：采集设备采集设备中图1用电信息采集系统架构图本地箱信电能表电力用户'申'”11 口申益.I蜩本地箱信电能表二.I瞬A（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，采集器通过RS-485与电能表通信。（3）I型采集器与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。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。三、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

10、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I型采集器通信，采集器通过 RS-485与电能表通信。：RS-4BSt图2 I型集中器（全无线+ 半无线）采集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

11、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。理I采集器微功率无红仲）图3 I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+1型载波采集器的场 景。此场景要求I型采集器与水气

12、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。 告能电能吉来集器! RS-485 i>t谱能电换图4 I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。改造后四表合一系统架构如下图 5所示。图5 I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

13、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型集中器通过 RS-485与电能表通信图6 I型集中器（半载波、半无线）及R34«5 fII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

14、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7 I型集中器（半载波、半无线）及II型集中器四表合一示意图四、四表合一技术方案配置表如上所述，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。表6四表合一技术方案配置表序号电表通信方式电表采集模式水气热表通信方式电水气 热表相 对位置水气热表安装位置u u、 A，具体改造方式技术万案1较近户内万案一1. 组建无

15、线星型网2. 需加配外置天线2微功率二段式（1 型集中器+电表）微功率户外万案一1.组建无线星型网2可采用内置天线3无线无线较远户内万案三1. 组建无线网状网2. 需加配外置天线4户外万案三1.组建无线网状网2可采用内置天线5较近户内万案二1. 组建无线星型网2. 需加配外置天线6电力线二段式（1 型集中器+电表）微功率户外万案二1.组建无线星型网2可采用内置天线7载波无线较远户内方案三1. 组建无线网状网2. 需加配外置天线8户外方案三1.组建无线网状网2可采用内置天线9RS-485二段式（II 型集中器+微功率无线/户内方案三1. 组建无线网状网2. 需加配外置天线10电表）户外方案三1.

16、组建无线网状网2可采用内置天线11三段式（1 型集中器+11型采集器+电表）/户内方案三1. 组建无线网状网2. 需加配外置天线12户外方案三1.组建无线网状网2可采用内置天线13三段式（1 型集中器 +I型无线 米集器+电表）较近户内万案一1. 组建无线星型网2. 需加配外置天线14户外万案一1.组建无线星型网2可采用内置天线15较远户内万案三1. 组建无线网状网2. 需加配外置天线16户外万案三1.组建无线网状网2可采用内置天线17三段式（1 型集中器 +I型载波 米集器+电表）较近户内万案二1. 组建无线星型网2. 需加配外置天线18户外万案二1.组建无线星型网2可采用内置天线19较远户内方案三1. 组建无线网状网2. 需加配外置天线20户外方案三1.组建无线网状网2可采用内置天线21微功率无线二段式（1 型集中器+电表）M-BUS/户内方案三在户内安装M-BUS集线器22户外方案三在户外安装M-BUS集线器23电力