四表合一數(shù)據(jù)集中采集典型技術(shù)方案

1、精品文檔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。1

2、.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(dá)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(yuǎn)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、熱表這類本身無電源供應(yīng)

3、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?shù)耐ㄐ偶夹g(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 2 RS-485

4、 通信優(yōu)缺點對比表優(yōu)點缺點（ 1）通信速率高，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(dá) 10kbps。微功

5、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 較高。（ 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(dá)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；（

6、 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（3 500） kHz或 （ 2 30） 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）

7、 可引入電力臺區(qū)管理模式。（ 1 ）將電力線引至燃?xì)獗?，可?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。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(yuǎn)程通信層、采集終端層、本地通信層、電能表層組成。主站通過無線公網(wǎng)、230MHz無線專網(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)雜性主要體現(xiàn)在本地

8、信道層面：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

9、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(yuǎn)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

10、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。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

11、， 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。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+I 型載波采集器的場景。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

12、 型采集器通信，采集器通過RS-485 與電能表通信。17 歡迎下載 。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I型更換為微功率+載波的雙模通信模塊方式，使電能表（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或微功率無線）場景。 此場景中電能表與水氣熱表的相對位置距離較遠(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型集中器通過載波或微功

13、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。精品文檔6 I 型集中器（半載波、半無線）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。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

14、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。 基于典型設(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 安裝位置技術(shù)方案具體改造方式1微功率無線二段式（I型集中器+電表）微功率無線較近戶內(nèi)方案一1. 組建無線星型網(wǎng)2. 需加配外置天線2戶外方案一1. 組建無線星型網(wǎng)2. 可采用內(nèi)置天線3較遠(yuǎn)戶內(nèi)方案三1. 組建無線網(wǎng)狀網(wǎng)2. 需加配外置天線4戶外方案三1.

15、組建無線網(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）微功率無線較近戶內(nèi)方案二1. 組建無線星型網(wǎng)2. 需加配外置天線6戶外方案二1. 組建無線星型網(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+電表）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戶外方案三1. 組建無線網(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

16、用內(nèi)置天線13三段式（I型集中器較近戶內(nèi)方案一1. 組建無線星型網(wǎng)2. 需加配外置天線14+I 型無線采集器+電表）戶外方案一1. 組建無線星型網(wǎng)2. 可采用內(nèi)置天線15較遠(yuǎn)戶內(nèi)方案三1. 組建無線網(wǎng)狀網(wǎng)2. 需加配外置天線16戶外方案三1. 組建無線網(wǎng)狀網(wǎng)2. 可采用內(nèi)置天線17三段式（I型集中器+I 型載波采集器+電表）較近戶內(nèi)方案二1. 組建無線星型網(wǎng)2. 需加配外置天線18戶外方案二1. 組建無線星型網(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（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24