基于遼寧現(xiàn)狀多表集抄技術(shù)方案的研究

尚 瑩，劉 晨，劉 罡，劉 璐

(國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

基于遼寧現(xiàn)狀多表集抄技術(shù)方案的研究

尚 瑩，劉 晨，劉 罡，劉 璐

(國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

多表集抄系統(tǒng)主要由水、電、氣、熱四表和轉(zhuǎn)換器、集中器、數(shù)據(jù)傳輸通道、用電信息采集系統(tǒng)主站構(gòu)成，通過(guò)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析3個(gè)階段建立數(shù)學(xué)模型。本方案依托現(xiàn)有的用電信息采集系統(tǒng)，在不影響其原有功能應(yīng)用的前提下，充分利用其采集終端和信道資源，主要針對(duì)用戶水、電、氣、熱四表數(shù)據(jù)進(jìn)行集中抄表和監(jiān)控，通過(guò)安裝接口轉(zhuǎn)換器，完成不同接口形式的水、氣、熱表的抄收并通過(guò)集中器傳輸至用電信息采集主站。

多表集抄；用電信息采集系統(tǒng)；集中器；轉(zhuǎn)換器

Abstract:Multiple tables set copy system is mainly composed of water, electricity, gas and heat four tables and converter, concentrator, data transmission channel, electricity information collection system.Three phase mathematical model are established through data collection, data transmission and data analysis. This scheme based on the existing electricity information acquisition system,and makes full use of its acquisition terminal and channel resources under the premise that application does not affect its original function.It mainly for users of water, electricity, gas, heat four table data for centralized meter reading and monitoring.By installing the interface converter, it complete different interfaces in the form of water, gas and heat table of copy and transmission through the concentrator to electricity information collection master station.

Keywords：Multiple tables set copy system；electricity information acquisition system；identification;transormer

隨著水、電、氣、熱表走進(jìn)千家萬(wàn)戶，其準(zhǔn)確計(jì)量和及時(shí)采集成為保障百姓安居生活的關(guān)鍵要素。多表集抄技術(shù)打破原有的抄表方式，減少了人工成本，避免人為差錯(cuò)，提高了服務(wù)質(zhì)量。基于用電信息采集系統(tǒng)，對(duì)用戶水、電、氣、熱四表數(shù)據(jù)進(jìn)行集中抄表和監(jiān)控，以加強(qiáng)用戶能源管理為目的，對(duì)異常的能源情況進(jìn)行告警操作與處理，更好地提高用戶能源安全、保護(hù)能源設(shè)備。

1 多表集抄設(shè)計(jì)方案

充分利用國(guó)網(wǎng)已經(jīng)建設(shè)完成的用電信息采集系統(tǒng)，減少多表合一抄表投資。現(xiàn)有國(guó)網(wǎng)集抄系統(tǒng)主要有3種方案：載波、小無(wú)線和RS485方案。即Ⅰ型集中器下行抄表有PLC/470M RF通信和Ⅱ型集中器的下行RS485通信。

方案主要是保持原有的用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)，對(duì)集中器進(jìn)行軟件升級(jí)，并增加轉(zhuǎn)換器(類似Ⅰ型采集器)實(shí)現(xiàn)對(duì)水、氣、熱表的采集，采用“協(xié)議轉(zhuǎn)換器+集中器”的方式，把水、氣、熱表的數(shù)據(jù)傳送到協(xié)議轉(zhuǎn)換器上，協(xié)議轉(zhuǎn)換器再將這些數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線的方式，傳遞到集中器，最后由集中器將數(shù)據(jù)傳遞到采集系統(tǒng)主站[1]。另外水、氣、熱表需要改造以增加通信功能。改造后多表合一系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 多表合一技術(shù)方案系統(tǒng)架構(gòu)圖

國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司主要應(yīng)用Ⅰ型集中器，通過(guò)全載波或半載波、微功率無(wú)線與采集器通信的方式抄讀電能表數(shù)據(jù)，改造后Ⅰ型集中器多表合一采集系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 Ⅰ型集中器四表合一示意圖

2 多表集抄系統(tǒng)基本功能

2.1集中抄表功能

按照預(yù)先設(shè)定的主站采集間隔和采集周期，通過(guò)轉(zhuǎn)換器自動(dòng)讀取水、電、氣三表的計(jì)量數(shù)據(jù)，并保持原有的電能表采集功能[2]。

采集數(shù)據(jù)類型包括：①水、熱、氣三表碼數(shù)據(jù)；②實(shí)時(shí)或凍結(jié)的計(jì)量數(shù)據(jù)信息；③事件數(shù)據(jù)。

采集任務(wù)管理：①支持?jǐn)?shù)據(jù)主動(dòng)上送；②周期定時(shí)數(shù)據(jù)采集；③人工手動(dòng)召喚數(shù)據(jù)；④自動(dòng)數(shù)據(jù)補(bǔ)召：當(dāng)用電信息采集系統(tǒng)主站與集中器或轉(zhuǎn)換器通信中斷時(shí)，一旦通信恢復(fù)后，主站能夠自動(dòng)根據(jù)事件記錄對(duì)采集中斷期間的全部應(yīng)采數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)測(cè)。

2.2統(tǒng)計(jì)分析功能

系統(tǒng)提供完善的統(tǒng)計(jì)分析功能，按照表計(jì)類型、供電單位、統(tǒng)計(jì)日期等查詢條件，統(tǒng)計(jì)每日或抄表例日的凍結(jié)數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算出采集成功率。

2.3報(bào)表功能

根據(jù)電、水、氣、熱表使用方的不同需求，可將用戶的用戶地址、用戶編號(hào)、表計(jì)類型、表示數(shù)、表計(jì)狀態(tài)、集中器狀態(tài)、統(tǒng)計(jì)日期等數(shù)據(jù)以excel形式導(dǎo)出。

2.4圖形分析

能顯示同一用戶在一定時(shí)間段內(nèi)不同表計(jì)的示值曲線，分析用戶的能源消耗趨勢(shì)。

2.5遠(yuǎn)程操作

可通過(guò)用電信息采集系統(tǒng)主站對(duì)集中器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，包括表計(jì)參數(shù)下發(fā)，遠(yuǎn)程透抄，集中器參數(shù)復(fù)位，遠(yuǎn)程軟件升級(jí)等。

2.6歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析

電表的抄表周期為每日，水、氣、熱表考慮到發(fā)行周期與電池使用壽命，暫時(shí)定為每月抄取1次表示數(shù)，將采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在主站的數(shù)據(jù)庫(kù)中，用于其他統(tǒng)計(jì)分析。

2.7與信息化系統(tǒng)的接口

與抄收系統(tǒng)具有接口，用于對(duì)外發(fā)布數(shù)據(jù)。

3 關(guān)鍵設(shè)備及技術(shù)

3.1集中器

集中器是指定時(shí)采集各水、電、氣、熱四表的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行儲(chǔ)存，同時(shí)能與用電信息采集系統(tǒng)主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的設(shè)備。集中器是一款基于嵌入式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的無(wú)線數(shù)據(jù)智能通信設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)短距離和遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸，能用于單點(diǎn)對(duì)單點(diǎn)、單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信的無(wú)線數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品。

現(xiàn)有的國(guó)網(wǎng)Ⅰ型、Ⅱ型集中器硬件均無(wú)需改動(dòng)，只需簡(jiǎn)單的軟件升級(jí)即可實(shí)現(xiàn)多表合一抄表功能[3]。

3.2轉(zhuǎn)換器

轉(zhuǎn)換器是用于采集多個(gè)水、氣、熱三表能源信息, 并可與集中器交換數(shù)據(jù)的設(shè)備，類似國(guó)網(wǎng)采集器。

轉(zhuǎn)換器下行通過(guò)M-BUS/RF/RS485直接與水、熱、氣三表相連的終端設(shè)備，采集水、熱、氣三表里用戶需要的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換器上行通過(guò)PLC/RF/RS485傳輸至集中器。轉(zhuǎn)換器配有不同的通信接口，可和配有不同通信接口的儀表聯(lián)接抄讀數(shù)據(jù)。

3.3水表

3.3.1 M-BUS總線通信

遠(yuǎn)傳水表采用M-BUS總線通信[4]，既可選擇IC卡充值管控、又可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄控，支持階梯水價(jià)，并具有布線簡(jiǎn)單、成本低、通信成功率高等優(yōu)點(diǎn)。光電直讀有線遠(yuǎn)傳水表采用光學(xué)字輪識(shí)別(OCR)技術(shù)直接判讀水表字輪讀數(shù)。電子直讀有線遠(yuǎn)傳水表采用遲滯防抖動(dòng)技術(shù)，準(zhǔn)確計(jì)量、存儲(chǔ)、傳送用水量。

3.3.2 RF微功率無(wú)線通信

無(wú)線遠(yuǎn)傳水表采用無(wú)線射頻技術(shù)，集成微功率多通道嵌入式無(wú)線模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸。既可計(jì)量和存儲(chǔ)用水量、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄控，又可自動(dòng)檢測(cè)電池狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)等信息，支持階梯水價(jià)。具有節(jié)約成本、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

3.4熱表

遠(yuǎn)傳超聲波熱量表，采用超聲波測(cè)流技術(shù)，用于測(cè)量和顯示家庭用戶的暖氣供熱量，通過(guò)無(wú)線通信或M-BUS通信將熱量表信息上傳至管理中心。

3.5氣表

3.5.1 M-BUS總線通信

電子直讀遠(yuǎn)傳燃?xì)獗碇械奈㈦娔X自動(dòng)計(jì)量和存儲(chǔ)用氣量，并可自動(dòng)檢測(cè)電池狀態(tài)、儀表運(yùn)行狀態(tài)等信息。遠(yuǎn)傳燃?xì)獗韮?nèi)置電控閥門，并集成M-BUS通信接口，支持遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程閥門控制等功能，方便管理部門進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、檢測(cè)和控制。

3.5.2 RF微功率無(wú)線通信

無(wú)線遠(yuǎn)傳氣表及抄表系統(tǒng)，用于計(jì)量管道中的氣體流量，同時(shí)具有遠(yuǎn)程抄控、遠(yuǎn)程調(diào)價(jià)、階梯氣價(jià)結(jié)算、在線監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析等功能。

4 系統(tǒng)改造

4.1計(jì)量裝置改造

4.1.1 水、氣、熱計(jì)量裝置改造

將水、氣、熱表計(jì)通信協(xié)議擴(kuò)展統(tǒng)一，使集中器能夠通過(guò)轉(zhuǎn)換器支持多表數(shù)據(jù)采集[5]。

4.1.2 集中器及通信模塊改造

遼寧省電力有限公司對(duì)集中器進(jìn)行軟件升級(jí)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存水、電、氣、熱表計(jì)檔案，自動(dòng)搜索表計(jì)，自動(dòng)生成抄表路由等功能；根據(jù)定制的報(bào)表任務(wù)抄讀水、電、氣、熱表計(jì)的數(shù)據(jù)，并按照一類、二類、三類等不同數(shù)據(jù)類型進(jìn)行存儲(chǔ)。

4.2采集系統(tǒng)功能擴(kuò)展

4.2.1 前置解析協(xié)議擴(kuò)展

擴(kuò)展原有的Q/GDW 1376.1—2013 《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議 第1部分：主站與采集終端通信協(xié)議》、Q/GDW 1376.2—2013 《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議 第2部分：集中器本地通信模塊接口協(xié)議》、CJ/T 188—2004 《用戶計(jì)量?jī)x表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)條件》水、電、氣、熱表計(jì)的通信協(xié)議，用電信息采集系統(tǒng)開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的前置解析程序。

4.2.2 數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)擴(kuò)展

按照原有的用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)[6]，完善對(duì)應(yīng)用戶的水、氣、熱表計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。

4.2.3 業(yè)務(wù)應(yīng)用擴(kuò)展

根據(jù)水、電、氣、熱表計(jì)的業(yè)務(wù)需求模型，采集系統(tǒng)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的基礎(chǔ)應(yīng)用、高級(jí)應(yīng)用及系統(tǒng)接口。

4.2.4 硬件擴(kuò)容

根據(jù)需接入用電信息采集系統(tǒng)主站的水、氣、熱表用戶數(shù)量、采集周期、采集數(shù)據(jù)等，測(cè)算每日的集中器與前置機(jī)通信頻率、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)空間，按照評(píng)估結(jié)果增加1臺(tái)專用前置機(jī)[7]。

5 施工方案選擇

5.1施工改造方案

5.1.1 方案A

如圖1，轉(zhuǎn)換器下行采用M-BUS總線與水、氣、熱三表通信。

優(yōu)點(diǎn)：抄表效果好，成功率100%，且M-BUS總線提供通信電源，系統(tǒng)壽命長(zhǎng)。

缺點(diǎn)：需要布線，適用于新建小區(qū)。

5.1.2 方案B

如圖1，轉(zhuǎn)換器下行采用RF無(wú)線方式與水、氣、熱三表通信。

優(yōu)點(diǎn)：無(wú)線通信，無(wú)需布線，施工難度費(fèi)用低。

缺點(diǎn)：在水表封閉的環(huán)境里，抄表效果欠佳，需要定期更換表計(jì)電池。

5.1.3 方案C

如圖1，轉(zhuǎn)換器下行采用M-BUS總線結(jié)合RF無(wú)線方式與水、氣、熱三表通信。

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于已經(jīng)安裝RF無(wú)線的燃?xì)獗恚瑹o(wú)需更換燃?xì)獗恚M(fèi)用低。

缺點(diǎn)：水表、熱表需要M-BUS總線布線。

5.2新建小區(qū)

新裝具備M-BUS通信功能的水、氣、熱三表，且容易布線，建議采用方案A。

5.3舊小區(qū)

a. 如果水、氣、熱三表都不具備通信功能，建議更換具備M-BUS通信功能的三表，采用方案A。

b. 如果水、氣、熱三表都不具備通信功能且用戶強(qiáng)烈反對(duì)布線，建議采用方案B。

c. 如果燃?xì)獗硪丫邆銻F無(wú)線通信，且現(xiàn)場(chǎng)允許布線，建議采用方案C。

6 結(jié)束語(yǔ)

水、電、氣、熱關(guān)乎千萬(wàn)家的百姓生活，人工抄表作為早期的結(jié)算費(fèi)用的唯一手段，存在安全隱患和人為差錯(cuò)、人工成本浪費(fèi)等弊端。為了提高工作效率，避免入戶抄表引發(fā)的不安全因素和杜絕用戶拖欠費(fèi)用等情況, 采用多表合一集抄技術(shù)能有效克服上述缺點(diǎn)。能源公司可利用用電信息采集系統(tǒng)對(duì)各重要能源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控,自動(dòng)讀取相關(guān)數(shù)據(jù)并加以分析，還可進(jìn)一步進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或設(shè)備維護(hù)，可減少人力資源、縮短修護(hù)時(shí)間并節(jié)省建設(shè)成本。

[1] 劉玉民. 電、水、氣、熱“四表”一體化采集建設(shè)推廣應(yīng)用[J]. 農(nóng)村電工，2016，24(3)：53-55.

[2] 胡江溢，祝恩國(guó)，杜新綱，等. 用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014 (2):131-135.

[3] 劉海晶. 興安供電推“四表合一”主動(dòng)作為[N]. 中國(guó)能源報(bào)，2016-03-21.

[4] 曹 赟，葉 樺. 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中集中器及M-Bus總線通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009，22(8):7-9.

[5] 王志斌，關(guān) 艷，康麗雁. 無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)的應(yīng)用[J].東北電力技術(shù)，2013，34(7):1-4.

[6] 袁洪彬，趙 旭，陳曉壘. 用電信息采集系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究 [J].東北電力技術(shù)，2015，36(10)：9-11.

[7] 鄧伯發(fā). 提高用電信息采集系統(tǒng)低壓用戶采集成功率途徑 [J]. 電力需求側(cè)管理，2016，18(6)：31-31.

Research on Concentrator of Remote Meter Reading System Based in Liaoning Current Situation

SHANG Ying，LIU Chen，LIU Gang，LIU Lu

(Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

TP274

A

1004-7913(2017)07-0040-03

2017-05-20)

尚 瑩(1988)，女，學(xué)士，助理工程師，主要從事用電信息采集管理、運(yùn)行監(jiān)控等工作。