抄表方案

腾联智能远程集中抄表

解决方案

烟台腾联信息科技有限公司

二〇一四年五月

第一章前言

1.1.智能抄表势在必行

随着人民生活水平的提高和住宅商品化的发展，居民住宅的质量和档次越来越高，住房对住宅环境、物业管理水平的要求也日益提高。这样使得传统的抄表收费方式存在的弊病越来越突出，抄表收费难也成为各部门管理上的问题，其原因主要有以下几点：

1.入户抄表难度加大。由于居民生活水平的提高、家庭财产价值及用户

逐渐开始重视私隐权等方面的原因，用户不希望被别人打扰。同时入户抄表只能在早晚居民休息的时间里进行，抄表人员实际可利用的时间变短。因而使得电费、水费、暖气费、煤气费的漏抄、欠收、漏收严重，实际收费往往远低于统计值，费用流失严重。

2.各管理部门负担较重。抄表率低、周期长、资金回收速度慢，严重影响了这些部门的经济效益。

3.管理费用开支过高。随着城市的发展，用户会越来越多，相伴着手动抄表的管理人员和操作人员也要相应的增多，这势必会严重制约着相关企事业单位的发展。

4.抄表工作和劳动强度加大。抄表操作人员的工作条件差、效率低、劳动强度大，而现行的抄表收费大多是人工抄表、人工收费、手工结算，这难以适应企业管理信息化的形式要求。

正是由于上述种种原因，建设部提出了建设小康型住宅小区的规划要求，明确提出了要对新建和必扩建的住宅小区进行统一规划，逐步实行水、电、气三表出户的统一管理，实现微机自动检测、计量和收费。随着居民住宅小区的物业管理水平的不断提高，目前在不少住宅小区，各能耗的计量问题也已经由以前的各部门管理逐步改为由生活小区物业管理部门统一管理。现代物业管理要求不断向规范化、自动化和科学化的进程迈进，多表联网远传系统将越来越受到用户的认可，因此，多用户计量表计联网远程抄表系统的诞生就显得十分迫切。

我公司研制、开发的智能远传抄表系统，将全方位改变水、电、气等系统抄

表、计费、收费、维护和管理的模式，使其更加科学化、规范化，大大节省了各管理部门整体的运行成本，有着巨大的经济效益和社会效益。

该系统具有：

1、标准化的集成管理软件，使住户水、电、气表管理更加简洁、高效；

2、提供了全新的管理概念；

3、能实时查询各用户用表数据，调度部门可及时了解到整个网络不同区域的负荷状况，便于掌握负荷规律，确定最佳调度方案，减少社会资源浪费；

4、从系统设计、产品支持、工程服务和售后服务提供了专业化的技术支持；

5、体现了水、电、气收费公平性，消除了人为因素。

同时该系统的施工、安装、调试、使用、维护简单，且译码总线直读水表的机械尺寸与普通水表的规格一致，无需对水管的口径有特殊要求，而水表上保留机械读数可作为用户对系统读数有异议时的参考值。

1.2.各类远程抄表系统优缺点比较

第二章智能远程抄表系统设计

2.1. 集中抄表系统物理架构

本系统由终端计量表具、数据采集装置（采集器）、数据网关（集中器）、通信网络、管理服务器等组成:

终端计量表具主要为智能电表、远传水表、超声波热量表、远传燃气表及温度传感器等；

数据采集装置采用烟台腾联信息科技自主研发的数据采集器，采集水、电、暖、气等各类计量表具的数据，并将数据上传至数据网关或终端服

务器。其下行通信支持RS-485、M-bus总线接口；上行通信支持无线公

网信道（GSM/GPRS、CDMA等）、电力线载波通信、TCP/IP以太网通信等

方式。并可支持不同表计厂家的多种计量规约，如DLT645、Modbus

协议、CJ/T188-2004、GB/T19582-2008等。

数据网关（集中器）也是腾联信息科技自有技术产品，是大型集中抄表系统中的重要设备，能够通过下行信道自动抄收并存储各种具有载波通

信功能或RS-485串行通信通道的智能仪表、采集终端或采集模块的计

量数据。

通信网络分为数据采集器与计量表具之间的下行通信，以及数据采集器与主站服务器系统之间的上行通信。

管理服务器配备主站管理系统软件、数据库及各种系统和应用软件，是整个集中抄表系统的数据中心和管理中心。

2.2. 现场采集系统设计

2.2.1.现场组网方式

现场采集系统的构建，其设备与设备之间采用两种组网媒介：一种是有线的串行通信总线，即M-bus或RS-485总线通信技术，构成数据采集器和计量表具之间的通信；另一种是无线的电力线载波通信技术，所谓无线是指在采集系统的工程建设过程中无需楼与楼之间的远距离布线，借由建筑原有的电力供电线路，通过电力载波技术，实现数据采集器与数据集中器之间的通信。

表计表计表计表计表计表计

至于现场采集系统与数据管理主站之间的通信，即数据集中器与管理服务器之间的通信则采用无线GPRS、CDMA或TCP/IP以太网通信实现的。

2.2.2.野外终端表单抄方案

系统组成：终端表、现场采集设备（数据收发器、带自发电功能的蓄电池）、主站管理软件等。

系统架构：

系统搭建：客户把终端表安装到待测点后，将数据收发器安装在终端表附近，终端表信号线接至数据收发器上，数据收发器内置GPRS 卡，直接经由服务器上传终端表数据和接收主站命令。

数据收发器由蓄电池供电，蓄电池配有自发电装置，可以确保长期工作。

2.2.

3.M-bus 或RS-485两种总线抄表方案的比较

在现场采集系统的设计和建设中，我公司以“M-bus 总线+电力载波”的组网方式为首选设计使用方案，RS-485总线为辅助组网方式。主要是由于M-bus 总线技术在集中抄表系统中优于RS-485总线的种种表现：

1．传送速度和通讯距离

根据RS485总线结构理论，在理想环境的前提下，RS485总线传输距离可以达到1200米。其条件是通讯材优质达标，波特率为9600，只负载一台RS485设备，才能使得通讯距离达到1200米。但是在集中抄表领域通常采用的波特率为1200，所以通常RS485总线实际稳定的通讯距离往往达不到1200米。如果负载RS485设备多，线材阻抗不合乎标准，线经过细，转换器品质不良，设备防雷保护复杂和波特率的提高等等因素都会降低通讯距离。

M-BUS 传输距离会和网路分布线路情况、电缆长度和截面积以及传送速度有关，终端的数量可以通过调整作为互感器的数字远程控制器而提高。在集中抄表方案中通常采用的波特率为4800，因此M-BUS 在抄表领域中的传输距离符合下表。在实际的远程抄表方案的应用中，M-BUS 总线的可靠通讯长度为1000米，已经可以满足小区的集中抄表需求。

2．线缆要求和通讯电平

RS485不具有节点供电能力，通信线由两根具有不同极性的屏蔽双绞线和两

管理区

现场

条另外供电的两条电缆，总共四条线组成的，RS485收发器在规定的共模电压-7V 至+12V之间，它是通过两根通信线之间的电压差的方式来传递信号，因此称之为差分电压传输。由于RS485总线必须为四线，而且对双绞线的要求很高，无疑在集中抄表中加大成本。

M-BUS使用的是无极性的普通RV1.5双绞线，下行传输是电压信号，上行传输是电流信号。不但传输信号抗干扰性更强，而且与RS485相比节约大量的线材费用，同样在布线中接线方便，避免了因极性引起的错接。并且当总线有电时，终端从总线取电，总线可以为每个终端提供稳压电源。当总线掉电时，终端可以获得总线掉电信号，同时将供电电源切换为后备电池。这样不但节约了大量的成本，减少的布线难度，因此在集中抄表的应用中更加稳固可靠。

3．负载个数

其负载数量要根据RS485转换器内芯片的型号和RS485设备芯片的型号来判断，只能按照指标较底的芯片来确定其负载能力一般485芯片负载能力有三个级别：32台、128台和256台。此外理论上的标称往往实际上是达不到的。通讯距离越长，波特率越高、线经越细、线材质量越差、转换器品质越差、转换器电能供应不足（无源转换器）、防雷保护越强，这些都会降低真实负载数量。如果想要增加节点数或者增大负载个数，那么必须采用RS485中继器或RS485集线器来拓展网络距离或节点数。

M-BUS的负载数量依赖于电源的容量，理论上只要电源的容量足够大，负载数量是不受限制的。但是在实际操作中，电源容量是有限的，因此M-BUS的负载理论最多可以达到水表约500只，电表300只。

4．拓扑结构

由于RS485网络的规范是1200米通讯长度，32个节点数，限定了一条RS485总线只可能进行星形连接、串行连接或者一些比较单一的连接方式，所以RS485其实是适用于拓扑结构相对固定或者已知的工作现场。但是在集中抄表的实际环境中，要求的拓扑结构往往未知，而且连接结构比较复杂，连接方式要求多样，因此RS485的本身的局限性是并不适应集中抄表的复杂环境的。

由于M-BUS通讯方式不用区分极性，而且起本身就是专门为消耗测量仪器和计数器传送信息的数据总线而设计的，因此M-BUS可按照任意拓扑结构布线施工，并且支持级联。所以针对集中抄表环境中未知的拓扑结构，M-BUS可以展现出优于RS485适应未知拓扑结构的能力，而且连接的任意节点故障不影响系统的正常工作，系统可靠性也大大加强，并且施工成本和难度大大下降，因此M-BUS 总线是十分适合于在集中抄表领域使用的。

5． RS485总线和M-BUS总线的性能对比表格：

第三章智能远程抄表系统设备选型

3.1. 数据采集器

1.概述

采集器是参与自动组网并提供载波/无线

信道，通过自身的M-bus/RS-485接口同表计的

M-bus/RS-485接口通信，采集到表计的相关数

据后，通过其自身的载波/无线信道，将采集到

的数据传至集中器，最终传至后台系统。根据

系统功能亦可将后台管理系统的指令或参数下

传至表计。我公司的数据采集器采用先进的大

规模集成电路，成熟的软件算法，低功耗设计

以及SMT工艺，设计制造参照相关的国家及行

业标准。

2.功能介绍

2.1数据采集

采集器应能按集中器设置的采集周期自动采集电能表数据。

2.2数据存储

采集器能分类存储数据，形成水、电、气不同用能的历史数据。

2.3参数设置和查询

可远程查询或本地设置和查询下列参数：

a) 支持广播对时命令，对采集器时钟进行校时。

b) 支持设置和查询采集周期、表计通信地址、通信协议等参数，并能自动识别和适应不同的通信速率。

c) 能依据集中器下发或本地通信接口设置的表地址，自动生成表计的表地址索引表。

2.4事件记录

采集器应能记录参数变更、抄表失败、终端停/上电等事件。

2.5数据传输

1 数据传输功能内容如下：

a)可以与集中器进行通信，接收并响应集中器的命令，向集中器传送数据。

b) 中继转发，采集器支持集中器与其它采集器之间的通信中继转发。

c) 通信转换，采集器可转换上、下信道的通信方式和通信协议。

d) 对于有存储功能的采集器，对重要数据的传输应有安全防护措施。

2.6本地功能

具有电源、工作状态、通信状态等指示。

提供本地维护接口，支持手持设备通过红外通信口等本地维护接口设置参数和现场抄读电能量数据。本地参数设置和现场抄表应有权限和密码管理。

2.7终端维护

2.7.1自检自恢复

终端有自测试、自诊断功能，发现终端的部件工作异常应有记录。终端应记录每日自恢复次数。

2.7.2终端初始化

终端接收到主站下发的初始化命令后，分别对硬件、参数区、数据区进行初始化，参数区置为缺省值，数据区清零，控制解除。

3.电气性能

4.整机外型尺寸：

采集器的整机结构尺寸为160mm（长）×112mm（宽）×71mm（高）

3.2. 数据集中器

1.概述

集中器是集中抄表系统中的关键设备。能够通

过下行信道自动抄收并存储各种具有载波通信功

能的智能仪表、采集终端或采集模块以及各类载波

通信终端的电量数据，并能采集外部485表数据，

其下行信道可以是低压电力线载波及RS-485串行

通信通道；同时能通过上行信道与主站或手持设备

进行数据交换，其上行信道采用公用通讯网，支持

GPRS、CDMA 等通信方式，并且采用模块化设计，

可通过更换通信模块直接改变通信方式。

2.系统原理

基于GSM短信息/GPRS的集中抄表系统，以公

共的GSM/GPRS移动通信网络为载体，辅助以现场

RS485总线、红外线等通讯方式，将居民户等为主要控制管理对象，实现水、电气各项用能的综合监测、控制和管理。

本终端主要有五部分组成：电源单元、处理单元、通信单元、交流采样单元、GPRS单元，框图如下图所示。

3.功能介绍

3.1采集方式

集中器可用下列方式采集电能表的数据：

a)实时采集：集中器直接采集指定计量表具的相应数据项，或采集采集器存储的各类用能数据、参数和事件数据。

b)定时自动采集：集中器根据主站设置的抄表方案自动采集采集器或计量表具的数据。

c)自动补抄：集中器对在规定时间内未抄读到数据的计量表具应有自动补抄功能。补抄失败时，生成事件记录，并向主站报告。

3.2数据管理和存储

3.2.1存储数据类型

集中器应能按要求对采集数据进行分类存储，如日冻结数据、抄表日冻结数据、曲线数据、历史月数据等。曲线冻结数据密度由主站设置，最小冻结时间间隔为1h

3.2.2存储容量

集中器数据存储容量不得低于32M。

集中器分类存储下列数据：每个电能表至少31个日零点（次日零点）冻结用能数据，12个月末零点（每月1日零点）冻结电能数据，10个重点用户10天的24个整点用能数据。

3.2.3重点用户采集

集中器能按要求选定某些用户为重点用户，按照采集间隔生成曲线数据。