摘要：依托于国网公司用电信息采集系统的智能水、电、气、热表计一体化采集，其关键技术在于本地通讯层，相关实际通讯方式、通讯协议等问题的技术研究。
关键词：多表合一；一体化采集；本地通讯层
1 前言
我国居民用户使用的能源计量设备主要包含电表、水表、燃气表和热力表，而我国电、水、气、热分属四个能源行业，运营单位不同，居民需要分别缴纳电费、水费、气费、热费，公共服务效率低下。目前，在电、水、气、热四个能源行业中，只有电力行业形成了面向全国的超大型运营企业，也只有国家电网公司建设了覆盖11亿人口的用电信息采集系统，因此国家电网公司具有得天独厚的集约化、规模化优势来推行多表集抄工作。
仅在辽宁省，经过近一年的发展建设，目前已建立的多表合一采集大约有4万余户，而随着能源一体化计量的推行，此数目将会逐年已几何倍数增长。因此，合理利用已有智能电能表应用和用电信息采集系统覆盖广泛的采集终端和通信资源，是多表合一工作的必然发展方向。
2 多表合一能源计量一体化采集架构体系
多表合一采集系统整体架构分为终端设备层、网络通信层、前置解析层、数据层、应用层五部分。其中除新增设本地通讯扩展外，其他沿用原有用电信息采集系统。
终端设备层水、气、热表计，通过通讯接口转换器与集中器相连，将采集回来的数据上传至主站前置解析层；前置解析层将数据根据水、气、热表计通信协议进行数据解析上送数据层；数据层按照数据模型进行数据存储，同时将水、气、热表采集示数同步到营销基础数据平台。应用层调用数据层数据进行数据展示和报表查询等业务功能，同时和营销业务应用通过接口实现客户档案及智能表示数的同步。
多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。为适应用电信息采集系统本地信道的复杂性，同时满足多表合一的多样化需求，多表合一应部署于采集终端层以下。同时，为了契合多表合一的集约化设计原则，多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。
3多表合一关键技术
3.1 多表智能识别分项计量
国网公司一般在低压用户台区内使用的采集终端设备为集中器，是具备数据采集功能并可以通过公网与采集主站进行通讯的设备。由于之前国网公司仅抄读电表，抄读方式一般都是每天定时抄读日冻结数据。因此之前的集中器无需对表计进行分类，也只有固定的抄读方式。而多表合一采集体系中，因需要共用采集终端的设计，因此必须对集中器进行软件升级，使集中器具备表计型号、类别的分类自动识别，自动采用适合的抄表方式和规约。
3.2 具有低功耗特性的能源计量数据传输技术研究
本地通信技术是实现多表合一的重要基础，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。目前实践可行、稳定的多表合一多采用的主要本地通信技术有：M-BUS 总线、RS-485、微功率无线(RF)、电力线载波(PLC)等。以下对比分析了各种通信技术的优势和劣势。
3.3 通讯接口
国网公司采用的集中器本地通讯层部分一般采用电力线载波（PLC）、微功率无限（RF）等方式与电表或下层采集设备通讯。而水、气、热智能表计较常见通讯方式为M-BUS、RS-485、微功率无限（RF）等形式。而微功率无限（RF）通讯方式的集中器、电表一般采用的通讯频率为470MHz，而微功率无限（RF）通讯方式的水、气、热表一般采用的通讯频率为485MHz，所以在集中器与水、气、热智能表计间需要增加通讯接口转换器进行转换。
通讯接口转换器：其设计初衷即是将符合国网公司标准载波（PLC）、微功率无限（RF）等通讯方式转换为满足水、气、热表计抄读方式的M-BUS、RS-485、微功率无限（RF）等通讯方式。
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同时，为保障远程抄表、本地抄表的同时存在，需要在通讯接口转换器内预留本地抄表接口，可以实现安装通讯接口转换器后使用本地抄表器进行抄表不受影响。
3.4 通讯协议
目前集中器与电表间的本地通讯层采用的通讯协议多为各个方案厂家定制，比较多样化，国网公司仅对集中器与集中器本身的下行通讯模块间通讯协议（376.2规约）、电表与电表本身的上行通讯模块或采集器间通讯协议（645规约）进行了固定式规范，而上下行本地通讯模块间的通讯协议国网公司仅作出制式规范。因此通讯接口转换器一般需具备协议转换功能，需将本地通讯模块间的通讯协议转换为智能水、气、热表可以使用的标准CJ/T188协议或其他私有协议。而由于水、气、热表的协议类型较多，通讯接口转换器的存储能力有限，且升级较繁琐，因此通常采用“透明传输”的方式，即由集中器作出判断表计类型、型号选择应使用的协议类型，将报文嵌套在本地上下行通讯协议报文中，通过通讯接口转换器解析后直接发送至水、气、热表，返回报文以同样方式嵌套后通过本地上下行通讯协议报文返回给集中器。如此设计，可以避免因本地上下行通讯协议不同而造成的报文无法识别等问题，扩大了通用性。
水、气、热表因分属不同能源机构，因此在很多时候通讯协议需要进行二次转换，以避免例如误发阀控命令、更改数据命令等事故发生，此时一般需在水、气、热表前增设协议转换器。一般设计为协议转换器上行通过RS-485、微功率无限（RF）与通讯接口转换器采用标准CJ/T188协议进行通讯，下行通过M-BUS、RS-485、RS-232、CAN总线等接口与水、气、热表进行通讯，采用的是表计厂商的私有协议。在协议转换器中规避掉如阀控、数据量下发等命令，仅保留数据抄读命令。一般协议转换器由表计厂商或相应能源公司来设计并提供使用，以此保证其设备的安全性。
3 .5 供电模式
电表的供电取至民用电力线，是常态供电方式，而考虑到安全问题和施工布线等问题，一般水、气、热表都不可以直接取民用电作为工作电源。采用M-BUS形式的表计可以使用总线供电；RS-485形式的表计一般则需外接一路直流低压电作为工作电源或采用干电池作为电源；微功率无限（RF）形式的表计则一般都采用干电池作为电源。
这里就出现了两个问题：第一个是做为非长时间供电的计量设备，很多表计厂商在通讯电路设计上偏重于最大程度取得工作能量而忽略长时间供电而引起的电子元件老化问题，因此长时间持续供电将损坏此类表计功能。第二个是干电池的使用寿命问题，按表计厂家设计，每月抄读1-2次，电池的使用寿命越为8-10年，而干电池一般都是一次性不可更换式的，按照电表的抄读方式每日抄读一次则将很快将干电池能量耗尽。
解决第一个问题，需要在设计通讯接口转换器时考虑到M-BUS和RS-485的供电间隔问题，例如：可以设计成仅在抄读时进行供电，
连续抄读时长超过5分钟则自动进行间歇，间歇时长15分钟，间隔或不供电时段供电端口、通讯端口自动短接接地还可以预防雷电等过电压冲击损坏表计和采集设备。解决第二个问题则需要在集中器处做表计类型的分辨，若是干电池供电的表计则采用每月抄读1-2次的方式进行抄读。
4 结束语
本文仅对目前国内较为普遍的水、电、气、热能源一体化采集方案的关键技术加以研究，随着通讯技术的发展，将会出现更多、更便捷、更高效的采集方案以及相关技术，应用于多表合一采集当中，这需要我们作出更大的努力。
参考文献
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[7]荣旭东,高伟,傅维柱,张蓓.基于用电信息采集系统的四表合一技术方案[J]《科技创新导报》 2016年08期
论文作者:王安鑫1,张成文2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/16
标签：通讯论文; 集中器论文; 方式论文; 电表论文; 采集系统论文; 数据论文; 干电池论文; 《电力设备》2017年第31期论文;