淺談“四表合一”采集方案的設計與應用

殷玉朋 趙旭彤

摘 要：現在水、電、氣、暖行業的管理都自成體系，四個系統各自根據各自行業的特點和管理模式開展工作，無法資源共享，形成信息孤島。目前四個行業的抄表系統也都是各自進行，需要在同一個小區內建設、運維各自的抄表系統，既浪費資源、增加成本，又容易引起相互間的干擾，產生混亂。“四表合一”是指水表、電表、燃氣表、熱表的數據集中在電表采集系統中反映，利用電力遠程采集終端和通信通道，結合智能電能表和用電信息采集系統的優勢特點，將智能水表、智能燃氣表、智能熱力表的數據進行整合，實現四種行業計量表的集中抄表。儀表數據通過集中器和電力通信通道傳輸到用電信息采集系統，可在同一平臺上進行電、水、氣、熱信息數據的查詢，實現跨行業信息資源的共享。

關鍵詞：四表合一；采集；住宅；通信

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

1 引言

目前國內各地居民水、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管理，各自運營，各自進行抄表結算。濟南地區電表一般集中安裝在戶表間，采用集中器進行數據遠程采集；水表和熱表一般安裝在樓道的管道井內，氣表一般安裝在室內，水、氣、熱抄表尚未全部完成自動化采集，多借助手持掌機實現本地數據采集，不確定因素較多使抄表員工作難度增大，效率降低，采集質量下降，用戶體驗降低。為此，供電公司工作人員將電表的遠程采集技術應用到小區配套住宅的水、氣、熱抄表中，有效的實現優質資源的合理利用，減少人力、物力不必要的浪費。

2 四表合一采集技術方案組成

“四表合一”是指水表、電表、燃氣表、熱表的數據集中在電表采集系統中反映，利用電力遠程采集終端和通信通道，結合智能電能表和用電信息采集系統的優勢特點，將智能水表、智能燃氣表、智能熱力表的數據進行整合，實現四種行業計量表的集中抄表。其主要技術方案包括了通信信道建設和用電信息采集系統建設。

2.1 通信信道設計

目前四表合一常采用的通信技術主要有M-BUS總線、RS-485、微功率無線、無線公網、電力線載波等。

（1）M-BUS是一種由主機控制的分級通信系統，最大傳輸距離為1000米左右。這種通信方式下，采集設備可以向計量表計遠程供電，解決水、氣、熱表無法取電的問題，但其有線的特點，使得施工較為復雜。

（2）RS-485是一種采用兩條差分電壓信號線進行信號傳輸的通信技術。它由主機、從機和連接電纜組成，傳輸介質為雙絞線，最大覆蓋距離1200米。由于RS-485通信線不具備供電能力，因此實際應用時還需要敷設兩條電源線。

（3）微功率無線通信技術是指發射功率不超過50mW，覆蓋范圍數百米，具備自組網功能的無線通信技術，但當臺區供電半徑較大或覆蓋區域內有電磁屏蔽時，其通信效果較差。由于無法給水、氣、熱表供電，使用時須外接電源。

（4）無線公網通信技術是指基于移動蜂窩網的通用分組無線通信技術，其覆蓋范圍非常大，通信速率可達100kbps以上。但其穩定性受制于通信運營商，在移動蜂窩網未覆蓋地區無法使用。

（5）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，在供電公司用電信息采集系統的通信技術中應用較為廣泛。但將電力線引至燃氣表，可能會帶來相應的消防安全隱患。

2.2 用電信息采集系統構架

四表合一技術方案設計應充分利用現有用電信息采集系統的通信資源，又不影響現有系統功能的使用，盡可能的對現有資源充分利用。用電信息采集系統由主站層、遠程通信層、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無線公網、230MHz無線專網、光纖等通信方式與主站實現遠程通信，同時又通過電力線載波[2]、微功率無線、RS-485等本地通信技術與電能表實現本地通信。在實際應用中，雖然用電信息采集系統架構各不相同，但是架構的復雜性主要體現在本地信道層面：

（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。

用電信息采集系統的本地信道具有一定的復雜性，而四表合一的實際應用中又具有多樣化的需求。鑒于上述特點，四表合一應充分利用主站層、遠程通信層和采集終端層，實現完全融合，復用用電信息采集系統的采集終端、遠程信道及主站，并部署在本地通信層和電能表層，實現集約化設計。

3 四表合一采集技術應用設計

在實際的四表合一采集建設過程中，根據小區的環境特點和通信要求，通常會采用如下三種技術方案：升級無線模塊，更換雙模模塊，使用通信接口轉換器。

（1）升級無線模塊技術方案是指通過升級電力集中器的無線采集模塊，實現對水氣熱表的采集。因設備發射功率的限制，無線網絡覆蓋范圍有限，該方案要求現場水氣熱表均支持微功率無線通信，且水氣熱表的安裝位置在集中器無線網絡的覆蓋范圍內，集中器可通過無線網絡或RS-485實現電能表的采集。這一方案可在無線網絡的支持下完成四表數據的同步采集與發送。

（2）更換雙模模塊技術方案是指通過增加采集器的通信模塊，實現對水電氣熱表的同時采集，這種技術方案適用于采集器或電能表與水氣熱表的相對距離較遠的環境。

（3）增加通信接口轉換器技術方案適用的條件，要求電能表使用RS-485通信，而水氣熱表使用M-BUS[3]或微功率無線進行通信，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雜的環境，受到的環境制約較小。但是由于該方案技術連接內容更豐富，技術成本也比其他方案要高。

濟南地區的住宅小區，所有小區電表采集均已建設完成，集中器安裝于電表間，采集本單元或本樓的電能表數據，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或遠程采集的方式，在一樓采集終端位置采集整個單元的水熱表信息；氣表一般安裝在室內，采用微功率無線的通訊方式進行采集。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GPRS或光纖與用電信息采集系統主站連接，電能表和接口轉換器通過RS485總線和集中器連接；集中器通過接口轉換器直接采集水表、熱表數據，或接口轉換器直接獲取水表、熱表采集設備的數據；氣表通過微功率無線和接口轉換器連接。目前該方案已在現場實際運用，項目建設簡潔、迅速，抄表運行穩定，采集成功率達100%。

4 結論

在后續四表合一采集建設工作中，將繼續跟進、對比不同采集方案下的四表采集成功率和通信通道的穩定性。不同地區的住宅設計特點會影響四表采集的通信效率及采集穩定性，通信技術的發展變化也將改變固有通信方式格局。本文主要描述了現有的幾種四表合一采集技術設計方案和在濟南地區的設計應用情況，旨在提供一種適合濟南城市特點的設計方案，能夠實現對不同小區環境、不同通信條件下水電氣熱表數據的集中采集，為四表合一采集建設提供實踐經驗。

參考文獻：

[1]國家電網公司.Q/GDW373-2013電力用戶用電信息采集系統功能規范[S].北京：國家電網公司，2013.

[2]陳鳳，鄭文剛等.低壓電力線載波通信技術及應用[J].電力系統保護與控制，2009，37（22）：188-1

[3]羅永剛，鄒志遠.基于MBUS的智能集中器設計[J].電子技術應用，2013，39（10）：89-93.