相關(guān)詞匯

AMR（AutomaticMeter Reading）自動(dòng)抄表技術(shù)

PLC（PowerLine Communication）電力載波通訊

RTU（RemoteTerminal Unit）遠(yuǎn)程終端單元

DTU（DataTransfer Unit）數(shù)據(jù)傳輸單元

CMS（Concentrated Metering System）集中抄表系統(tǒng)

MDMS (Meter Database Management system)電表信息管理系統(tǒng)

1前言

電費(fèi)、燃?xì)赓M(fèi)、水費(fèi)、供熱費(fèi)，跟大家生活息息相關(guān)，人工抄表時(shí)間長(zhǎng)、效率低、統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確、人員成本高等缺點(diǎn)非常明顯。如果考慮到階梯電價(jià)、豐時(shí)水電價(jià)等分時(shí)計(jì)費(fèi)，以及電能質(zhì)量（PQ）檢測(cè)、實(shí)時(shí)故障報(bào)警等功能，那就是人工抄表完全沒(méi)辦法完成的了。

隨著科技的進(jìn)步，在行業(yè)協(xié)會(huì)、各大公司的驅(qū)動(dòng)下，加上國(guó)家層面的宏觀(guān)調(diào)控，遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)逐步有了成熟成型方案，并推廣向海內(nèi)外。

音特電子也充分利用自身在保護(hù)器件的技術(shù)、資源優(yōu)勢(shì)，在遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)中扮演重要角色，為更優(yōu)化、更安全的遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)電路保護(hù)方案，供智能電表AMR、采集器、集中器設(shè)計(jì)工程師提供設(shè)計(jì)參考。

2遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)組成

遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)Concentrated Metering System一般由終端智能表（水電氣熱）、采集器、集中器、后臺(tái)主站四級(jí)組成，如下圖所示。

圖1遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)組成框圖

2.1終端智能表Smart Meter

終端智能表，SmartMeter，是最接地氣、最靠近用戶(hù)、甚至入戶(hù)的計(jì)量表，如智能電表、水表、氣表、北方地區(qū)供熱的熱能表。

圖2智能電表、氣表、水表、熱能表樣圖（圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）

智能終端表的主要功能是進(jìn)行終端計(jì)量及費(fèi)控管理，從用戶(hù)終端采集到電、水、氣、熱等使用信息，并給用戶(hù)顯示反饋相關(guān)信息，如用量、當(dāng)前階梯價(jià)格、預(yù)充余額等。

從用戶(hù)端采集到的信息，需要實(shí)時(shí)（或分段）的上傳采集器直至服務(wù)器后臺(tái)，并且管理后臺(tái)也需要下發(fā)相關(guān)費(fèi)控或安全認(rèn)證管理指令，因此，智能終端表也集成了通訊模塊，常見(jiàn)終端表采用的通訊方式為RS485、電力載波、紅外等方式。如圖3所示，智能電表的組成框圖。

圖3智能電表的組成框圖

音特電子為智能電表、智能水表、智能氣表及智能熱能表的電源管理和通信電路，設(shè)計(jì)有可靠完備的電路保護(hù)方案，并擁有各種測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下的相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)，歡迎智能終端表設(shè)計(jì)工程師咨詢(xún)參考。

2.2采集器

智能終端表一般為一戶(hù)一表，有些單元樓采用的是集中裝表，即一個(gè)單元的表一排整齊的在一個(gè)位置，針對(duì)這種情況，可應(yīng)用采集器來(lái)集中收集每塊電表的數(shù)據(jù)。通常一個(gè)采集器就近安裝，通過(guò)采集電表脈沖或rs232等通訊方式管理12塊、32塊或64塊電表（可以根據(jù)電表的數(shù)量選擇不同型號(hào)的采集器），然后通過(guò)電力載波把這些電表的數(shù)據(jù)上傳給集中器。

這樣也可以降低終端電表的復(fù)雜度和總體成本。如圖4所示，采集器主要功能是向終端表發(fā)送采集指令，并接收終端表預(yù)處理過(guò)的信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)GPRS或有線(xiàn)的方式上傳到集中器或服務(wù)器云端。

圖4遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)采集器的組成框圖

采集器與智能終端表之間一般采用RS485、電力載波、MBUS等方式進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)通訊，與上級(jí)集中器之間可采用GPRS、4G、PSTN、Ethernet、NB-IoT、LoRa等有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

2.3集中器

集中器（Concentrator）是遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的中心管理設(shè)備和控制設(shè)備，負(fù)責(zé)定時(shí)讀取終端數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的命令傳送、數(shù)據(jù)通訊、網(wǎng)絡(luò)管理、事件記錄、數(shù)據(jù)的橫向傳輸?shù)裙δ堋?span>跟上述采集器功能分工。

2.4后臺(tái)主站（服務(wù)器、數(shù)據(jù)管理、云端）

后臺(tái)主站用于管理界面，如任務(wù)管理、數(shù)據(jù)查詢(xún)、收費(fèi)等。

如下圖所示，某無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程水表的系統(tǒng)架構(gòu)及管理平臺(tái)功能：

圖5某智能水表的組成框圖

3 遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)保護(hù)電路

音特電子為遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)的終端智能表，采集器，集中器硬件電路設(shè)計(jì)保護(hù)方案，在電源供電、信號(hào)接口等關(guān)鍵部位，通過(guò)分析其可能出現(xiàn)的雷擊、浪涌、靜電等電磁兼容風(fēng)險(xiǎn)，提供全面有效的電路保護(hù)方案。主要方案有：

3.1電壓取樣采集電路

針對(duì)智能電表，需要進(jìn)行電壓信號(hào)采集，而單相、三相電表電壓和采樣方式又有不同。下圖為單相電表電壓采集輸入端。

圖6單相智能電表電壓采集輸入端

音特電子推薦采用壓敏電阻進(jìn)行輸入端過(guò)壓防護(hù)，推薦型號(hào)有14D或20D產(chǎn)品，電壓470V（單相220V）~820V（三相380V）：

表1音特電子14D和20D壓敏電阻部分參數(shù)

3.2 電流取樣采集電路

在智能電表的電流采集輸入端，常常采用TVS來(lái)進(jìn)行浪涌防護(hù)，保護(hù)后續(xù)計(jì)量芯片。

圖7智能電表電流采集輸入端接口電路

音特電子推薦TVS型號(hào)為SMBJ6.5CA或P6SMB6.8CA。其部分參數(shù)如下：

表2音特電子SMBJ6.5CA和P6SMBJ6.8CA部分參數(shù)

3.3電力線(xiàn)載波通信PLC接口電路

電力線(xiàn)載波PLC（Power Line Communication）有很多應(yīng)用場(chǎng)景。載波電路通過(guò)FSK等方式將通信信號(hào)加載到電力線(xiàn)，并通過(guò)電力線(xiàn)接收到其他系統(tǒng)傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)，解調(diào)出相關(guān)數(shù)據(jù)。

如下圖所示為一種電力載波接口電路。

圖8電力載波接口電路

音特電子推薦保護(hù)器件為（圖8）：

表3電力載波接口電路音特保護(hù)器件推薦

3.4 RS485通信接口電路

在采集器與智能電表，或采集器與集中器之間，常常采用RS485的通訊方式。由于電磁環(huán)境的復(fù)雜不可控，RS485芯片常常受到浪涌、靜電的沖擊，造成系統(tǒng)或部件損壞。

圖9 RS485通訊接口保護(hù)電路示意圖

音特電子推薦RS485通訊端口，采用ESDSM712靜電保護(hù)器件。ESDSM712采用7V，12V不對(duì)稱(chēng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能夠?qū)?/span>RS485雙線(xiàn)進(jìn)行共模12V、差模14V的靜電或浪涌抑制。其主要參數(shù)有：

表4ESDSM712保護(hù)器件部分參數(shù)

3.5芯片供電電源端保護(hù)

針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)重點(diǎn)芯片，其供電電源接入端，可利用瞬態(tài)抑制二極管TVS的ps級(jí)響應(yīng)速度和精準(zhǔn)鉗位特性，對(duì)芯片電源端進(jìn)行浪涌保護(hù)。

圖10主芯片電源保護(hù)電路示意圖

音特電子推薦主MCU電源端浪涌保護(hù)器件：SMF5.0CA

表5SMF5.0CA部分特性參數(shù)

3.6無(wú)線(xiàn)通信天線(xiàn)保護(hù)

對(duì)采集器或集中器的無(wú)線(xiàn)通信模塊，常需要對(duì)天線(xiàn)接口端進(jìn)行靜電保護(hù)，防止從天線(xiàn)端竄入的靜電騷擾，影響無(wú)線(xiàn)通信模塊的正常工作。

圖11天線(xiàn)收發(fā)模塊保護(hù)電路示意圖

音特電子推薦采用低容小型封裝靜電防護(hù)器件ESDLC5V0D9B，封裝為SOD923,電容低0.5pF，靜電最高可達(dá)±30kV。

4小結(jié)

遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，發(fā)展出越來(lái)越多的物聯(lián)網(wǎng)儀表，通訊模式也有了很多變化。