水电气热能表远程抄表技术方案V0初稿.docx
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水电气热能表远程抄表技术方案V0初稿
水电气热四表远程集中抄表系统
技
术
方
案
威胜集团长沙威胜信息技术有限公司
1概述
2
2.1系统简介
2.2
2.2.1集中抄表意义
2.2.2
随着供水、供电、供气和供暖系统的改造深化，公共事业迅速发展，水、电、气、热能已作为商品进入了市场，而现在每个住宅楼都需派专人抄表，不仅抄收数据烦琐，而且统计困难。
更重要的是无法对计费、线损控制、用能分析、营销预测、乃至宏观决策等方面提供及时准确的数据。
系统各个耗能单元的耗能数据无法进行统计分析，网路的能量损耗环节不能得到及时有效的判断和处理，系统能耗较高，只有更新抄表技术，采用现代化的抄表技术和抄表手段，才是解决用能核算、用能收费方面问题的根本途径。
远程集中抄表系统是通过在台区安装的集中器，通过MBUS/RS485总线、低压电力线载波等通讯技术，实现对台区总表或居民水、电、气、热能表的数据采集、设备监测、故障报警、负荷控制等功能，并通过以太网、PSTN、GPRS、CDMA等通讯技术与主站系统交互，对数据进行存储、处理、分析、发布，实现居民用户用能监测、用能统计分析、欠费远程关断、台区线损分析等高级功能。
该系统为实现居民用户自动抄表、居民用能负荷控制、降低台区线损、提高供能部门管理水平和服务质量、减员增效等提供了可靠的技术手段和先进的管理工具，可实现真正意义上“本地网”的集中管理，统一计费，统一营收，做到整个社会范围内的能源管理自动化。
能更好的满足用户需求达到科学管理、节能减排的目的，是能量计量管理不可或缺的技术支持系统。
系统建设需求
2.2.3
Ø抄表方式落后，均采用人工抄表方式，存在抄表不及时、错抄、漏抄、估抄现象，劳动强度大、效率低；
Ø
Ø收费困难，用户不主动来交费缺少有效的管理控制手段；
Ø
Ø损耗特别严重，水量损耗率、电能损耗率、燃气损耗率超过正常水平几倍至几十倍；
Ø
Ø用户存在偷、送电水情况；
Ø
Ø表计年久未更换，计量不准确或部分计量表计失去计量功能；
Ø
Ø对生活区用水、用电、用气负荷由于没有信息系统，缺少及时高效的统计分析手段。
Ø
Ø节能减排：
根据国家持续发展要求提出，将从战略和全局的高度，充分认识到节能减排的极端重要性和紧迫性，增强历史责任感和民族使命感，切实抓好水电气热计量系统建设运行，做好节电节水节气工作，有效保护资源和环境。
Ø
设计原则
2.3
系统的开放性
2.3.1
1）本要求是为了规范“水电表远程集抄系统”设计、检验和验收。
2）本系统遵循国际标准，满足开放性的要求，采用开放式体系结构，采用一体化商用数据库作为系统数据库平台，提供标准的数据库访问接口，基于标准的图形用户编辑、生成工具及访问接口，标准的网络通信应用层协议、应用基本函数及调用接口，开放式系统软件运行任务调用软件接口。
3）本系统提供向银行收费系统、公用或专用网站等系统传送数据的数据交换接口，供各种与之相连的系统使用，提供系统软件集成的开放环境。
系统的分布式
2.3.2
1）系统采用功能分布式的系统设计和全分布的网络体系结构，系统采用多层体系结构模式，并保证其安全可靠。
2）软件按功能分配到网络上的服务器和工作站上，功能的分布应以保证系统的负荷均衡和网络负荷最小为原则，以防止功能分布不当而引起通信的“瓶颈”效应，并有效地使用网络和各单元的CPU。
系统的可靠性和安全性
2.3.3
（1）系统重要单元为冗余配置，保证整个系统功能的可靠性不受单个单元故障影响。
（2）系统具有高度的安全保障特性，能保证数据安全。
系统在各环节提供安全措施，防止非法进入，多层次确保系统安全，工作权限随人定机确定，系统参数及电量数据修改调整必须有专业人员负责并流水登记，同时具备恢复手段。
（3）单个/台设备异常不影响其它设备的正常运行，系统具有隔离性，发生故障时不产生连锁效应，并且在排除故障时具有将故障点隔离的能力，并保证故障恢复过程快速而平稳。
系统的准点性和唯一性原则
2.3.4
除采用先进的网络设备、软件技术外，还必须保证满足计量数据准点一致性要求和测点数据唯一性的原则。
可扩充性原则
2.3.5
民用住宅水电表集抄系统的配置要具备灵活性和可扩展性，系统要充分考虑今后发展容量扩充及应用功能的扩充能力，满足发展需要。
（1）用户可根据自己的情况和功能要求，任意增减工作站，任意组合多种功能。
（2）所有外部设备和前置系统均通过网络设备间接连接。
（3）系统可以逐步建设、逐步扩充、逐步升级。
其支撑平台采用国际标准开发，所有功能模块之间的接口标准应统一。
“三公”原则
2.3.6
系统应用应利于“公平、公正、公开”的“三公”原则贯彻，便于切实保障各方利益。
建设目标
2.4
水电气热远程抄表集中监控系统将实现自动抄表、表计实时监测、银行托收、数据管理分析、报表上传、信息发布及查询，以及对电、气的远程控制等功能。
应用前景
2.4.1
系统实施后将达到下述的应用前景。
水电气热远程抄表集中监控系统涉及居民用户、维护管理人员、系统管理员、收费员、财务人员、企业管理人员等多个角色，业务涵盖供水公司、供电公司、供气公司、物业公司、等多家公司的财务、生产、设备维护、营业所、管理层等多个部门。
系统实施后将达到如下的前景目标（如图1所示）。
图1
Ø水、电、气、热、物业、卫生等用户需缴纳的费用一并由银行托收，欠费进行告警，同时允许供水、供电、供气、供热公司设立营业所，从事水、电、气、热费用独立或统一收缴。
Ø
Ø用户通过登录集抄WEB网站或语音电话方式查询缴费、欠费明细以及账户余额
Ø
Ø用量、缴费、账户余额、欠费、政策法规等信息以短信或语音电话方式通知用户
Ø
Ø重要的表计故障信息及时发布给监察人员
Ø
Ø系统管理人员通过系统来监管设备、更新设备内部参数
Ø
Ø企业管理人员通过系统直接了解到每日、月能耗、损耗和收入情况
Ø
Ø财务人员可及时通过系统了解每月应收、实收金额
Ø
应用目标
2.4.2
✓实现用户水电气远程自动抄表，实时掌握每户居民用电、用水、用气、热量情况。
✓
✓达到安全节能目标，用户燃气浓度报警器远程报警、进气阀远程控制；实现用户长期外出可临时报停。
✓
✓现实缴费业务流程的重组，水、电、气、物业、卫生等用户需缴纳的费用一并由银行托收，欠费告警。
✓
✓用户通过网站、手机短信、自动语音电话、营业点触摸屏等方式查询水电气的月用量、缴费情况、欠费告警、政策法规等信息。
✓
✓实现远程停送电控制。
✓
✓通过数据分析，掌握水电气用量、峰谷值、网络损耗、商品质量及负荷预测。
✓
✓留有扩充数据接口，为将来接入热能表，以及有线电视费、固定电话费做好准备。
✓
系统总体设计
3
集抄系统网络拓扑图
3.1
集中抄表系统由系统主站、通讯网络、系统分站组成。
实现数据采集、存储和传输，并对表计和分站终端设备运行工况准确实时监控，用量统计和分析，结算收费、催费，远程控制，为管理单位的MIS、ERP系统等其他系统提供准确、完整的用户用电信息数据。
集中器的上行通信信道可以是GPRS/CDMA/SCDMA、以太网或电话网；集中器的下行通信信道可以是低压电力线载波、RS485总线和MBUS总线。
由表计、采集器、集中器和管理中心计算机组成了四级网络，并进行计量数据的四级储存。
系统结构拓扑图如下：
图2水电气热能表远程抄表系统拓扑图
软件架构
3.2
主站系统通过分析处理采集来的数据，自动生成各种统计分析、交费单据，对欠费用户进行远程断合闸等功能。
其管理系统基于web网络系统，授权用户可上网进行日月电量表码查询、台区表计时间段行度电量查询、台区重点用户电量查询、台区用户电量查询、台区用户电量对比分析、台区用户异常分析等工作，用户也可以通过网络、电话查询自己的能源消耗和缴欠费情况，方便管理。
主站系统采用多层分布式结构，分别由展现层、业务处理层、通讯层以及数据层组成。
展现层：
采用Web浏览器方式为用户受理各业务提供可交互的界面。
用户通过界面操纵各类业务、维护系统和设备。
业务处理层：
提供和实现抄表、拉合闸、设备维护、用量计算、费用计算和缴费等各类业务和服务，进行各类业务及规则处理。
通讯层：
负责与集中器或其它逻辑节点间的数据和信息交换，提供稳定、可靠的通讯链路等。
数据层：
数据的存储和一致性维护。
系统通道设计
3.3
上行通道
3.3.1
主站与集中器通讯称为上行通道，通常来说，上行通讯组网方案是根据当地的现场通讯环境或外部移动运营商能提供的服务来确定，技术已经趋于成熟，运行稳定。
1.无线通讯
2.
无线通讯方式主要是采用GPRS/CDMA/等方式与主站通信，即移动的GPRS和联通的CDMA网。
在省公司层面与运营商网络间开通APN专网，实现电力数据网与无线运营商网络的直接互联。
根本上避免公网模式（通过因特网连接）输效率低，数据安全性差的缺点；并且可减少公网模式下为保证链路连接而发送心跳报文的数量，减少非有效数据的传输流量。
在专网模式下还可做到每张数据卡捆绑固定的IP地址，使终端设备具有被远程访问和管理的能力。
采用商用网络，避免了自建网络的建设、维护开销，并可以通过用量和运营商谈判降低使用成本。
Ø无线通讯优缺点
Ø
1）优点：
高可靠、大容量、低延时、开放性好、性价比高、专有数据加密和压缩技术，确保数据传输的安全性、高效性、技术成熟、应用丰富、可实现主站随时控制、集中器主动告警、升级等。
2）
3）缺点：
大批量投入运营费用较贵，受网络限制（无信号的山区，受屏蔽的地下室等）。
4）
Ø无线通讯适用场合
Ø
无线通讯适合所有移动信号覆盖的地区，由于低压集抄系统地理覆盖范围较大，将来还会有较大扩容，对安全性、可靠性、速度的要求都很高，故适宜采用无线专网APN方式。
Ø建设内容
Ø
采用无线通讯方式与主站通讯，具体要求为：
（1）申请与移动公司的E1专线，申请专用APN（如：
hnws.hn）。
（2）SIM卡关闭语音功能，开通短信和数据业务以及全省漫游功能（避免边界地区无法使用）。
（3）SIM卡绑定IP地址，便于集中器远程操作和维护。
（4）主站与集中器通讯采用UDP协议。
（5）每台集中器配置一张SIM卡。
（6）所有SIM卡绑定至一个用户用来缴费，以防止部分因欠费掉线。
3.有线通讯
4.
有线通讯方式主要是采用PSTN方式与主站通信，需要敷设电话线采用拨号的方式与主站连接。
ØPSTN优缺点
Ø
1）优点：
技术成熟、可实现利用既有PSTN、ISDN网络和线路资源
2）
3）缺点：
每次抄表必须先拨号连接，不支持主站随时控制、集中器主动告警，有一定的运行费用。
速率较慢，但可满足抄表要求。
4）
Ø无线通讯适用场合
Ø
PSTN有线通讯适合方便电话布线，或有内部电话网的城区供电台区。
Ø建设内容
Ø
采用PSTN通讯方式与主站通讯，主要建设内容为敷设电话线路，集中器上安装拨号猫，主控机房安装网络交换机等。
5.光纤通讯
6.
光纤通讯方式主要是采用Ethernet/局域网等方式与主站通信，利用以太网网络线路作为传输载体，施工较为复杂，初建成本较高，运营维护成本低或没有运营成本。
Ø光纤通讯优缺点
Ø
1）优点：
高可靠、大容量、低延时、安全、高效性、技术成熟、应用丰富、可实现主站随时控制、集中器主动告警、升级等，视网络规模，距离不限，有局域网处。
2）
3）缺点：
前期投入成本较高，多级网关易受网络破坏，导致终端下线。
4）
Ø光纤通讯适用场合
Ø
光纤通讯适合可敷设网络线路、不易被破坏的城区供电台区。
Ø建设内容
Ø
采用光纤通讯方式与主站通讯，建设内容：
为每台集中器敷设光纤网络，分配固定IP地址，集中器自配以太网模块，机房建设网络交换机，集线器等，各级网络建立专用数据通路。
7.各种上行通讯方式比较
项目
PSTN（）
GPRS/CDMA
光纤专线（局域网）
初建成本
不需要或很少
不需要或很少
需要，成本相对高
运营费用
内部电话无费用，外部电话费用较少
有运营费用，视当地移动公司资费标准
不要
维护及费用
电信或内部电话公司维护
移动或联通维护
自己维护，需要费用
速率
较慢，但可满足抄表要求
速度较快
高速率
传输距离
距离不限，有电话处
GPRS/CDMA覆盖处
视网络规模
适用围
方便电话布线，或有内部电话网。
距离不限，有网络信号处
距离不限，有局域网处
下行通道
3.3.2
居民现场利用RS485总线、M-BUS、电力线载波、小无线等多种通讯载体组网。
用户可以根据自己的台区线路、改造的实际情况，灵活选择不同的组网方式，详细组网方案见下一章节。
组网方案
3.4
低压电力线载波
3.4.1
低压载波通讯就是以低压电力线为载体，集中器通过低压电力线以树状形式传播载波信号，直接或通过路由到达表计从而取得与表计的通讯，并通过这种方式来抄读表计数据。
优点：
网络结构简单，安装方便，无需敷设通信线路；上行通道投资低，一般情况下一个台区一台集中器即可，施工相对简单，载波抄读效果、实时性较好，可以利用到已经更换的表计，资源可得到合理利用。
缺点：
通讯实时性相对较差；采集范围限于同一变压器供电范围内，受现场环境、线路远近、电力负荷等因素影响较大，可能存在载波孤岛现象。
适用场合：
居民集中，对于已经更换非载波表计，线路较近，无大工业用电干扰，上行网络通道不易建设等情况下的居民小区，不需要远程停送电功能、月用电量少、电表特别分散、工程施工难度很大的乡镇、农村地区。
介质：
低压电力线，采用已有的电力线路通信，无需另外布线。
RS485/MBUS总线
3.4.2
RS485/MBUS通讯方式是一种利用485/MBUS通讯线为载体的通讯方式，只要表计具备485/MBUS通讯口，在有效通讯距离内，即可进行数据传输，RS485/MBUS总线抄表系统由主站、集中器、RS485/MBUS数字采集器、RS485/MBUS表计组成。
集中器与采集器之间采用RS485总线连接、采集器与表计之间采用RS485/MBUS总线方式组成通讯网络
优点：
抄表速度快，实时性好，通讯稳定可靠，功能扩展容易，远程停送电可靠，通讯范围不受变压器限制。
缺点：
总线布线施工工作量较大，需专业队伍安装和调试。
且总线暴露在外容易被破坏，通讯电缆的短路、开路故障查找困难，易遭受雷击，后期维护工作量大。
适用场合：
表计集中、方便布线、管理好的新建小区（如有强、弱点井的高层楼房），对数据的实时性要求很高，有远程预付费需求的供电台区。
介质：
RS485/MBUS总线。
无线组网
3.4.3
无线方式为电表全部采用无线电表，，通过微功率无线的方式将数据传输到集中器。
目前无线通讯方式主要采用微功率无线（RF）或者Zigbee技术，两者都可以自组网，只需要更换具有无线通讯能力的对应表计即可。
优点：
安装维护简便、无须布线、工程量小，具备路由机制，信号覆盖范围较大；自组网、自诊断、自恢复、不受用电负荷影响、可跨变压器进行抄表；具有自动跳频的功能，能选择干净的频点进行通讯，从而提高抗干扰能力。
缺点：
和大多数无线设备一样，会受物理环境影响，穿墙能力有限，一般可穿越4到5堵墙，对于集中器安装的位置有一定要求，一般应安放在区域中心位置，信号从中心向四周覆盖，且不能封闭，由于国内应用较少，价格相对昂贵。
适用场合：
表计分散、不易布线、管理较好的小区（如多层商住楼）、，对数据的实时性要求很高，有远程预付费需求的供电台区。
介质：
微功率无线（RF）或者Zigbee技术。
主站系统功能
4
数据采集
4.1
●定义
●
用于定时或定期采集表计日冻结、月冻结数据。
●数据信息
●
采集方案信息：
采集点、起始基准时间、采集间隔（周期）、采集数据项
采集相关参数信息：
重复召唤次数、采集通道类型、当前各项数据的采集进度
采集数据信息：
各数据项相应信息（参见相关规约描述）
●功能需求
●
◆系统对采集的过程及状态进行监视，显示通讯报文、运行状态、链路状态，对于通信失败的装置给出详细的记录，并提供完善的通信成功率的分析记录；
◆
◆支持多种通道方式（局域网络/GPRS/PSTN/RS232-C）；
◆
◆水表集中器能按指定的时间间隔来自动采集采集器的数据，该数据包括了采集器采集冷、热水表数据；
◆
◆电表集中器能按指定的时间间隔来自动采集电表数据；
◆
◆系统可定时抄录采集器数据，定时采集的时间间隔和数据采集项目可由用户灵活定义，对于水电集抄用户来说，定时采集的时间间隔最小单位可以为1天；
◆
统计分析
4.2
电量计算
4.2.1
●业务定义
●
用于计算结算期内用户电用量。
●相关计算公式
●
电量＝止码－起码
●数据信息
●
✓表码：
✓
计量点编号、时间、表码
✓计算结果电量：
✓
单计量点电量：
日、月
计量点编号、时间、电量
用水量分析
4.2.2
●条件
●
可以选择日期、用户及其组合，日期可精确到日。
●功能需求
●
主要有以下功能：
序号
功能项
备注
1
时间点数据查询
查询某个时间点（最小粒度为日）所有或者部分用户用水量
2
时间段数据查询
查询某个时间段（最小粒度为日）某个用户用水量
3
两次抄表数据比较
任意两次抄读数据比较
4
日、月、季、年用水水平统计
5
日、月、季、年用水量同期比较
用户同期用水量比较
6
异常分析统计
根据月用水量分析用户的用水异常情况，包括：
Ø用水量为零；
Ø
Ø用水量为负；
Ø
Ø用水量突增，默认20％；
Ø
Ø用水量突减，默认20％；
Ø
分析数据以报表方式打印输出；
数据查询
4.3
采集数据查询
4.3.1
●业务定义
●
能提供方便的查询界面，随时查询采集到主站的各项数据。
●数据信息
●
采集数据：
电量表码数据、水表表码、气表表码、热能表表码；
●功能需求
●
✓能随时查询到各采集点的采集的电量、水表表码、气表表码、热能表表码数据；
✓
✓能查询到各台区的的采集点在同一时刻的数据；
✓
✓能查询到各采集点在任意时间段或任意时间点的数据。
✓
表计基础数据查询
4.3.2
可查询表计日月表码、用量、档案等
计费管理
4.4
用户费用计算
4.4.1
●业务定义
●
根据用户每月用水、电用量及相关的收费费率、优惠和福利政策，计算用户应缴金额，记应收明细账。
●数据信息
●
表码信息：
计费周期的起码和止码。
费率信息：
每个计量单位所产生的费用，如电费的x元/kWh、水费的x元/m3等。
优惠政策信息：
指政策规给予的费用或者费用计算公式上优惠。
用户费用缴纳
4.4.2
●业务定义
●
用户到收费点缴费时，系统记录用户缴纳时产生的相关信息，并将相关信息记录用户缴费明细和实收明细账。
数据信息
缴费类别：
分别指电费、水费、热费、其它代收费。
缴费金额：
缴纳相关费用的金额。
缴费时间：
缴纳费用发生的时间。
操作人员：
执行费用收取操作的人员。
用户帐户当前信息查询
4.4.3
●查询条件
●
可以选择用户名或者小区名称。
●功能需求
●
主要的功能如下：
序号
功能项
备注
1
帐户状态
根据用户输入的条件，查询用户当前费用帐户的情况
2
异常帐户统计
查询选定区域的异常帐户情况
包括：
Ø欠费；
Ø
Ø欠费超限额，限额可以作为查询条件；
用户帐户历史查询
4.4.4
●查询条件
●
可以选择用户名，选择查询的起始时间，最小到日。
●功能需求
●
主要的功能如下：
序号
功能项
备注
1
缴费历史
根据用户查询用户缴费的历史数据
2
费用历史
根据用户查询用户某个时间段产生的费用情况。
档案管理
4.5
用户管理
4.5.1
●业务定义
●
用于用户档案的登记、变更、过户、注销等业务处理
●数据信息
●
用户信息包括用户名、栋号、房号、用户地址、联系方式、用户类别、用户编号、用户银行账号、银行类别等
●功能需求
●
1）系统提供对于系统所有用户档案的维护功能，包括增加、删除、修改、变更、过户、注销等操作。
2）
3）系统能够在删除某个用户的同时，级联删除掉该用户下属的所有表计，同时提示要求操作者对于集中器下的相关参数和档案进行更新。
4）
5）系统在删除掉某个用户后应该能够在数据库中保存该用户的历史数据。
6）
✓系统所有参数修改操作均有操作日志
✓
✓有方便的索引检索方式支持
✓
✓支持通过外部接口或Excel格式文件方式批量导入档案
✓
设备档案及参数管理
4.5.2
●业务定义
●
用于集中器、采集器、变压器、表计等设备档案的维护以及参数设置等
●数据信息
●
Ø集中器参数信息，包括：
局编号、通信地址、下行信道方式（载波或R485方式）、生产厂家、集中器版本号、规约等。
Ø
Ø采集器参数信息，包括：
局编号、通信地址、上行信道方式（载波或RS485等方式）、生产厂家、采集器版本号、所属小区等。
Ø
Ø电表参数信息，包括：
局编号、通信地址、电表类别（总表、分表）、表类型（载波表或RS485表）、计量精度、规约、版本号、台区名称、用户名、用户地址、CT变比、生产厂家等。
Ø
Ø水表参数管理，包括：
局编号，水表类别（总表、分表），计量精度、水表类型（旋翼式水表和水平螺翼式水表；热水表和常温水表；湿式水表、液封式水表和干式水表），上行信道方式（载波、RS485、无线等）、规约、版本号、台区名称、用户名、用户地址、公称口径、水温，生产厂家等。
Ø
●功能需求
●
Ø系统提供对设备现场集中器、采集器的参数、抄表方案等信息进行规范化管理，对系统各种参数进行配置和修改。
Ø
Ø能方便维护采集器的通道类型及相关参数、通道质量、通信参数，以及通道的优先级和终端所采用的主站定时采集方案来保证系统自动定时进行通信采集
Ø
Ø能满足每台集中器所采用的抄表方案不同的需求，同一台集中器可以同时有几种抄表方案
Ø
Ø系统所有参数修改操作均有操作日志
Ø
Ø有方便的索引检索方式支持：
Ø
Ø设备参数管理，用户可以查看设备的所有相关层次等相关信息和参数
Ø
Ø可以方便召测集中器参数与数据库参数进行比对来保证档案的准确性
Ø
Ø系统所有参数修改、保存、召测、下发，系统可以群组或单点方式设置或召测集中器参数，系统对所有操作均有操作日志
Ø
费率管理
4.5.3
用于定义水、电各种费率方案的新增、修改、删除。
支持多费率调整，且调整费率后，能正确结算费率调整前未结算的费用。
采集方案管理
4.5.4
●业务定义
升级会员 