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摘 要：近年来为打造新型用能服务模式，国家鼓励能源与基础信息设施平台共享复用，国家电网公司重点推出四表合一集抄工程，利用电力系统现有采集平台实现水、电、暖、气等公共事业数据一体化远程抄收模式，目的在于打造新型用能服务模式、全面支撑智慧城市建设，减少抄表工作量和硬件重复建设。水、电、燃气及热力数据的远程集抄，全面便捷居民客户，提升优质服务，助力企业降低成本，为智慧城市建设提供保障，极大的提高了国家的社会信息化水平，促进了社会的发展。
关键词：四表合一；用电信息采集；远程集抄；智慧城市
1背景
目前家庭用水、电、燃气、热力这四个行业属于不同的管理体系，有着不同的工作模式。它们采用不同的抄表方式，资源无法共享，抄表工作量大，抄表人员需要每家每户分别抄表，大大影响了抄表收费的效率，为提高抄表效率，提出了集抄系统的构想。
目前只有智能电表集抄系统得到普及，通过近些年的发展，其在覆盖率、上线率、运行和维护支持及规范管理等方面的优势已极为突出，这为四表合一集抄系统奠定了设备和网络基础。目前用电信息采集系统通信和数据传输方式是电力线载波，为避免集抄设备的重复性投资，同时考虑到水、燃气、热力三表的安装特点，采用以电力线载波通信和微功率无线技术相结合的通信方案构建四表合一集抄系统，该方案具有实时双向、通信速度和效率较高、可靠性高及便与安装和使用便捷等优点。
2四表合一集抄系统
四表合一集抄系统主要包括用户用电信息采集系统及通信方案设计，两者相辅相成，互为补充。
2.1信息采集系统及结构
设计要考虑两个准则：一是不影响初始功能的使用；二是共享采集系统的设备资源。基于以上考虑，集抄系统主要由主站系统、集中器、基本计量仪表单元（网络电能表、智能水表、智能燃气表和智能热力表）及数据转换器等构成。一个主站系统管理多个集中器，一个集中器下有多个电力载波电能表，集中器与采集终端之间通过电力载波与微功率无线等方式进行数据交互，水、气、热表与采集终端之间通过微功率无线方式进行数据交互，并通过采集终端自动注册申请并入用电信息采集系统。主站将四表数据分类存储，形成数据源，并对各类数据统计分析，生成各自的报表，进行统一管理，并提供数据接口，以便与水表管理系统、热表管理系统、气表管理系统进行对接，最终满足水、燃气及热力表系统对数据管理的需求。其系统结构如图1所示。
主站：主站通过远程信道采集集中器中储存的信息，并对所采集的信息进行处理和管理。常用的主站设备是计算机，主站主动控制数据流，同时主站与不同地区的多个集中器进行数据交换。主站还能提供与其他系统之间连接的数据接口，根据各表管理的需要，将数据传送到各系统。
集中器：集中器主动收集并存储各网络电能表和（或）多功能电能表或采集终端的数据，可以将所采集的数据与主站进行交换。
采集终端：采集终端主要用于采集单个或多个计量表的信息，经过处理后通过通信信道将数据传送到采集终端或集中器，同时还能将上一级设备的命令传送给下一级设备。
数据转换器：本地数据转换器通常安装在仪表附近，使仪表的数据符合集抄系统的数据格式和协议要求，转换后的数据通过微功率无线进入用电信息采集系统，使用现有的用电采系统的信道和设备，最终将数据上传到主站。
网络电能表：网络电能表具有计量、数据记录、存储、通信中继以及通过信道与系统上一级（采集终端或集中器）的设备进行数据交换能力的仪表。
2.2通信方案
数据通信技术是实现四表合一的数据采集功能中不可缺少的环节。各采集系统的通信质量与四表合一的集抄系统的可靠性及安全性息息相关。水、气、热表通過微功率无线系统与用电信息采集系统进行数据传输，电表与集中器之间保持现有的通信方式，即电力线载波通信与微功率无线通信相结合。
相比于M-BUS（通过主机控制的分级通信系统），从机间可以直接交换信息，不必通过主机转换，其布线和维修过程简；而RS-485通信系统，虽然数据传输速率较高，覆盖距离较长，但是应用时必须单独为电表连接电源线，并不符合实际需求，无法避免布局布线的调试；相比于无线公网通信系统，可以在完成传输任务的同时，减少设备以及运行成本。
3系统功能分析
3.1抄收功能
系统可以实时以及通过定时或广播冻结的方式采集四表（水、电、燃气及热力表）的数据工作参数及计量数据等）。
3.2参数设置功能
通过通信信道初始化采集终端或四表，进而设置、修改采集终端或四表的表号（地址）；通过通信信道设置及修改基本计量单元的各类参数（如设置、修改电能表脉冲常数等）。
3.3系统安全控制功能
通过密码控制主站与集中器的通信以及集中器与四表/采集终端的通讯功能；电能表参数设置功能具有可以铅封的硬件闭锁装置；只有在解锁状态下，才可以进行参数设置。
3.4通信管理功能
系统初次上电时具有自动初始化功能（给每只表及采集终端分配地址）、进行低压配网的网络拓扑分析并为中继路径自适应准备条件；在距离较远时，系统可以通过多级中继的方式进行较远距离的通信；当系统不能实现规定的信道最终指标时，系统将自动启动中继路径自适应功能，以便实现规定的信道最终指标；
集中器和采集单元（网络电表及采集终端）以及采集单元与采集单元之间的通讯采用PLC和RF双信道互补冗余方式，在通讯过程中，它们能根据当前的通讯情况自动选择最适当的信道。
3.5远程对时功能
主站远程对集中器进行对时，集中器再通过载波信道对全网统一校时。
3.6系统自诊断自恢复功能
系统能够提供一定程度的异常、故障监测及诊断能力，并能提供报警或提示，还可以自动复位恢复正常。
3.7事件记录
记录重要的操作（参数配置、异常事件及报警故障等），并生成相应的报文，为日后数据分析及故障排查提供依据。
3.8系统扩展
系统采用平台化设计，功能模块可扩展，方便增加用户的新需求
4结论
本设计提出的四表合一的集抄系统依托现有的电力线载波通信技术用电信息采集方案，结合短距离无线通信技术，利用数据转换器使水、电、燃气及热力表的数据符合集抄系统的数据格式和协议要求。利用现有的用电信息采集系统的信道和设备，通过电力线载波或微功率无线方式将数据采入用电采集系统，最终上传到主站。该系统有助于水、电、气、暖一体化缴费平台的建立，进一步丰富完善采集系统主站功能，实现与各城市市民服务网络的互联互通，为四表客户，提供优质、高效的用能服务支撑。
关键词：四表合一；用电信息采集；远程集抄；智慧城市
1背景
目前家庭用水、电、燃气、热力这四个行业属于不同的管理体系，有着不同的工作模式。它们采用不同的抄表方式，资源无法共享，抄表工作量大，抄表人员需要每家每户分别抄表，大大影响了抄表收费的效率，为提高抄表效率，提出了集抄系统的构想。
目前只有智能电表集抄系统得到普及，通过近些年的发展，其在覆盖率、上线率、运行和维护支持及规范管理等方面的优势已极为突出，这为四表合一集抄系统奠定了设备和网络基础。目前用电信息采集系统通信和数据传输方式是电力线载波，为避免集抄设备的重复性投资，同时考虑到水、燃气、热力三表的安装特点，采用以电力线载波通信和微功率无线技术相结合的通信方案构建四表合一集抄系统，该方案具有实时双向、通信速度和效率较高、可靠性高及便与安装和使用便捷等优点。
2四表合一集抄系统
四表合一集抄系统主要包括用户用电信息采集系统及通信方案设计，两者相辅相成，互为补充。
2.1信息采集系统及结构
设计要考虑两个准则：一是不影响初始功能的使用；二是共享采集系统的设备资源。基于以上考虑，集抄系统主要由主站系统、集中器、基本计量仪表单元（网络电能表、智能水表、智能燃气表和智能热力表）及数据转换器等构成。一个主站系统管理多个集中器，一个集中器下有多个电力载波电能表，集中器与采集终端之间通过电力载波与微功率无线等方式进行数据交互，水、气、热表与采集终端之间通过微功率无线方式进行数据交互，并通过采集终端自动注册申请并入用电信息采集系统。主站将四表数据分类存储，形成数据源，并对各类数据统计分析，生成各自的报表，进行统一管理，并提供数据接口，以便与水表管理系统、热表管理系统、气表管理系统进行对接，最终满足水、燃气及热力表系统对数据管理的需求。其系统结构如图1所示。
主站：主站通过远程信道采集集中器中储存的信息，并对所采集的信息进行处理和管理。常用的主站设备是计算机，主站主动控制数据流，同时主站与不同地区的多个集中器进行数据交换。主站还能提供与其他系统之间连接的数据接口，根据各表管理的需要，将数据传送到各系统。
集中器：集中器主动收集并存储各网络电能表和（或）多功能电能表或采集终端的数据，可以将所采集的数据与主站进行交换。
采集终端：采集终端主要用于采集单个或多个计量表的信息，经过处理后通过通信信道将数据传送到采集终端或集中器，同时还能将上一级设备的命令传送给下一级设备。
数据转换器：本地数据转换器通常安装在仪表附近，使仪表的数据符合集抄系统的数据格式和协议要求，转换后的数据通过微功率无线进入用电信息采集系统，使用现有的用电采系统的信道和设备，最终将数据上传到主站。
网络电能表：网络电能表具有计量、数据记录、存储、通信中继以及通过信道与系统上一级（采集终端或集中器）的设备进行数据交换能力的仪表。
2.2通信方案
数据通信技术是实现四表合一的数据采集功能中不可缺少的环节。各采集系统的通信质量与四表合一的集抄系统的可靠性及安全性息息相关。水、气、热表通過微功率无线系统与用电信息采集系统进行数据传输，电表与集中器之间保持现有的通信方式，即电力线载波通信与微功率无线通信相结合。
相比于M-BUS（通过主机控制的分级通信系统），从机间可以直接交换信息，不必通过主机转换，其布线和维修过程简；而RS-485通信系统，虽然数据传输速率较高，覆盖距离较长，但是应用时必须单独为电表连接电源线，并不符合实际需求，无法避免布局布线的调试；相比于无线公网通信系统，可以在完成传输任务的同时，减少设备以及运行成本。
3系统功能分析
3.1抄收功能
系统可以实时以及通过定时或广播冻结的方式采集四表（水、电、燃气及热力表）的数据工作参数及计量数据等）。
3.2参数设置功能
通过通信信道初始化采集终端或四表，进而设置、修改采集终端或四表的表号（地址）；通过通信信道设置及修改基本计量单元的各类参数（如设置、修改电能表脉冲常数等）。
3.3系统安全控制功能
通过密码控制主站与集中器的通信以及集中器与四表/采集终端的通讯功能；电能表参数设置功能具有可以铅封的硬件闭锁装置；只有在解锁状态下，才可以进行参数设置。
3.4通信管理功能
系统初次上电时具有自动初始化功能（给每只表及采集终端分配地址）、进行低压配网的网络拓扑分析并为中继路径自适应准备条件；在距离较远时，系统可以通过多级中继的方式进行较远距离的通信；当系统不能实现规定的信道最终指标时，系统将自动启动中继路径自适应功能，以便实现规定的信道最终指标；
集中器和采集单元（网络电表及采集终端）以及采集单元与采集单元之间的通讯采用PLC和RF双信道互补冗余方式，在通讯过程中，它们能根据当前的通讯情况自动选择最适当的信道。
3.5远程对时功能
主站远程对集中器进行对时，集中器再通过载波信道对全网统一校时。
3.6系统自诊断自恢复功能
系统能够提供一定程度的异常、故障监测及诊断能力，并能提供报警或提示，还可以自动复位恢复正常。
3.7事件记录
记录重要的操作（参数配置、异常事件及报警故障等），并生成相应的报文，为日后数据分析及故障排查提供依据。
3.8系统扩展
系统采用平台化设计，功能模块可扩展，方便增加用户的新需求
4结论
本设计提出的四表合一的集抄系统依托现有的电力线载波通信技术用电信息采集方案，结合短距离无线通信技术，利用数据转换器使水、电、燃气及热力表的数据符合集抄系统的数据格式和协议要求。利用现有的用电信息采集系统的信道和设备，通过电力线载波或微功率无线方式将数据采入用电采集系统，最终上传到主站。该系统有助于水、电、气、暖一体化缴费平台的建立，进一步丰富完善采集系统主站功能，实现与各城市市民服务网络的互联互通，为四表客户，提供优质、高效的用能服务支撑。