多表合一采集技术在建筑电气设计中的探讨

李久福， 左美洋

（1.山东同圆设计集团有限公司，济南250101；2.国网山东省电力公司济南供电公司，济南250012）

0 引言

2016年，发改委、能源局发布《关于促进智能电网发展的指导意见》，提出加强能源互联，促进多种能源优化互补，实现水、电、气、热等资源信息共享复用、集采集抄、数据集成。在这种背景下，多表合一采集应运而生。多表合一采集是指在智能电能表集抄基础上增加少量投资，将智能水表、智能热力表、智能燃气表和智能电表融为一体进行集中抄表，将采集的数据通过特定的通讯通道传输到统一的管理平台。

在水、电、气、热四大能源行业中，实际采用的标准为国家能源局发布的行业标准 DL／T698、DL／T645，以及住建部发布的行业标准CJ／T188和国家电网公司发布的用电信息采集系统及智能电能表企业标准，这些标准的应用已具备多表合一采集的基础条件。而水、气、热行业采用的CJ／T188户用计量仪表数据传输技术条件发布后未进行修订，其数据项定义不明确、功能不完整，不同省市的不同生产企业依据此标准生产出的水、气、热表通信协议具有多样性，无法实现互操作以满足多表合一采集系统的功能需求。故本文通过描述多种数据采集方案，探讨了多表合一采集在建筑电气设计中的具体应用过程，为建筑电气多表合一采集的设计提供了有效参考。

1 通信技术介绍

作为多表合一采集系统的重要基础，通信技术决定了数据采集系统的工作原理，很大程度上影响着整个系统的可靠性和运行效率。以下对各种通信技术简要介绍。

1.1 RS-485总线

通信距离若为几十米至上千米，则大多采用RS-485串行总线标准。该总线采用差分平衡电路，能够极大地抑制噪音，且不受节点之间接地电平差异的影响，具有较强的抗干扰能力以及较远的传输距离（最大通信距离约为1 219m，最高数据传输速率达10Mbps），传输介质为屏蔽双绞线。又由于RS-485仅为通讯线，故在多表合一采集系统中需单独敷设电源线。

1.2 M-BUS总线

M-BUS专门为消耗测量仪器和计数器传送信息而设计，在抄表领域使用较多，其最大传输距离约为1 000m，数据传输速率为300～9 600bps，抗干扰能力强、组网成本低，采用普通双绞线即可，同时可采用远程供电的方式给设备提供电源，方便解决水、气、热表自身需要取电的问题。

1.3 微功率无线通信技术

微功率无线通信技术是近几年发展起来的一门新技术，通过微功率无线通讯模块发射和接收信息，具有无需布线、通信可靠性高、网络稳定、通信速率高、实时性强等优点，采用无线自组网通信技术，工程安装简单、组网灵活、容易维护。

2 多表合一典型方案比选

根据近两年的实践及应用，笔者推荐以下3种多表合一的典型方案，并分别就这3种方案的使用场景进行分析。

2.1 方案一：升级无线模块

本方案要求电能表（或I型采集器）、水、气、热表距离较近且均为无线传输。其结构图如图1所示。

图1 多表合一数据采集系统结构示意图一

在该方案一中，Ⅰ型集中器通过微功率无线与电能表或I型采集器构成网状网，电能表模块可与水、气、热表形成一点对多点的星型网。因此，该方案可以实现对水、气、热表的数据采集与转发。

而水、气、热表等设备的电池供电方式却会使电池容量成为制约设备使用寿命的重要因素。因此，该方案无法实现水、气、热表在线实时通讯，且使用寿命有限。

2.2 方案二：更换双模模块

该种方案适用情况为集中器与电表之间使用双模构建网状网，需要同时更换集中器与电表模块，使电表与水、气、热表间通过无线构建星形网，如图2所示。

在该方案二中，I型集中器通过双模通信方式与电能表（I型采集器）通信，电能表（I型采集器）通过微功率无线与周边水、气、热表形成星型网络。此外，由于无线水、气、热表功耗制约，同样不能与Ⅰ型集中器直接组建网状网的模式。

2.3 方案三：增加通信接口转换器

图2 多表合一数据采集系统结构示意图二

方案三是在原有电能表采集系统基础上，通过增加通信接口转换器来实现多表的信息采集。其结构组成如图3所示，其中，电能表通过RS-485总线通讯，水、气、热表通过M-BUS总线通讯或微功率无线通讯。

通信接口转换器上下行各一路RS-485，下行两路M-BUS，其中上行通过微功率无线或RS-485与采集器通信，下行通过M-BUS或微功率无线与水、气、热表通信。

此外，为充分利用现有资源，在采集全覆盖建设的基础上，保持原有采集系统架构不变，不更换现有电表和集中器，并通过升级集中器软件，在集中器和水、气、热表之间加装通信接口转换器，将不同通信接口和规约数据转换为统一接口和DL／T645-2007规约，实现水、气、热表数据的统一采集。

2.4 最优方案选用

设定以上三种典型方案的优选原则为：（1）增加抄热、水、电、气表功能对现有采集系统影响最小；（2）现场的施工难度最小但不影响采集效果；（3）施工费用、线材消耗、后期维护费用最优。

目前，智能电能表的采集全部采用RS-485通信协议，部分智能表有无线传输模块，采集成功率达到99.9%，安装在小区地下室户表间或者楼道的管道井和计量箱中。

水表主要采用 M-bus、Modbus、Lomworks通信协议，老旧小区仍然采用机械表，多安装在小区每层的管道井，如实行预付费需安装辅助电磁阀门，通信信道受环境影响，成本难控制，新建小区多采用智能水表，掌机联线，本地集抄。

智能热表目前还是新生事物，按流量计费还未大面积普及，该热表精度受温度影响非常大，而且受地域性影响，南方不供热，无需用到热表，通信协议主要为 M-bus、Modbus、Lomworks。

燃气表属于易燃易爆设施，多安装于居民家中，燃气表无通信模块。通信方式可采用总线方式通讯，电力线载波通讯，微功率无线通讯。燃气表到燃气灶之间的距离越长，燃气计量损失越大。

因此，综上分析，根据现有环境和已有的终端设备，笔者认为方案三（增加通信接口转换器）为最优方案，该项方案主要有以下几点优势。

（1）通信接口转换器，最大限度地减少水、气、热仪表对现有电力集抄系统的影响。

（2）通信接口转换器统一水、气、热仪表厂商通信协议、通信接口方式。

（3）M-BUS通信方式可对水、气表供电，可选用无源直读表计，工程实施及调试简便。

（4）用电信息采集系统通信网络、集抄终端设备不变。

（5）低功耗无线通信可实现对户内智能燃气表数据采集，无需施工布线。

（6）可接入行业主流水、表计，无需更改。

3 多表合一采集在建筑电气设计中的应用

本文以一座18层新建住宅楼为例，对多表合一数据采集系统的设计及施工进行介绍。

3.1 工程简介

本工程为某小区5号楼，共2个单元，为地下1层、地上18层的二类高层建筑。地下一层为储藏室，1～18层均为住宅，本工程总建筑面积为15 587.4m2、建筑高度53.2m。该楼标准层为二梯四户，每层设一处电井、一处水暖井，上下贯通。

根据当地相关部门规定及规范要求，住户电、水、暖、气分户计量，电度表分楼层设置于电井内，水表、暖表设于水暖井内，燃气表设于住户内。

3.2 系统设计及线路敷设

本工程多表合一采集系统采用上文优选出的方案三，系统图如图4所示。

主站系统设于供电部门或其他相关职能部门，集中器设于电井内（或电气间内），集线器设于水暖井内。集中器每个单元设一处，集线器每层均设。主站系统与集中器之间通过GPRS无线传输数据，集中器与电度表、集线器之间通过RS-485总线通讯；集线器与水表、暖表间采用M-BUS总线通讯；集线器与住户内燃气表采用微波无线通讯。RS-485总线沿电井内弱电桥架敷设，出桥架后穿PC20管敷设；电井与水暖井间采用穿PC20管敷设。

图4 住宅多表合一数据采集系统图

3.3 工程实施

为保证工程实施顺利，将整个实施过程分为四个阶段，以控制施工进度。

（1）第一阶段：设备到货及验收。

从设备开始到到货后，进行设备的送货检验及初装准备。

（2）第二阶段：工程实施。

在此阶段，将按照计划进行工程的规范化施工：1）采集器、集中器安装，采集电缆敷设，设备调试；2）水表安装，采集电缆敷设，信号调试。

（3）第三阶段：采集系统调试。

设备安装完毕，确保采集系统所采集的数据的正确性。

（4）第四阶段：工程总体验收。

在系统施工完毕，进行系统测试后，严格按工程目标检验系统，进行工程终验验收。

4 结束语

在全球能源互联网蓬勃发展的今天，多表合一采集完善了煤、电、油、气领域信息资源共享机制，支持水、电、气、热表采集抄，通过建设跨行业的能源运行动态数据集成平台，将智能水表、智能热力表和智能燃气表和智能电表融为一体进行集中抄表，形成了统一的管理平台，有利于能源互联及今后的可持续发展。

本文通过对多表合一采集进行前沿性的方案研究，结合采集现状与工程实例推荐了最具实用性的方案，又结合该方案在建筑电气设计中的实际应用，为今后的建筑电气多表合一采集的设计提供了有效参考。

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