相關詞匯

AMR（AutomaticMeter Reading）自動抄表技術

PLC（PowerLine Communication）電力載波通訊

RTU（RemoteTerminal Unit）遠程終端單元

DTU（DataTransfer Unit）數據傳輸單元

CMS（Concentrated Metering System）集中抄表系統

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

1前言

電費、燃氣費、水費、供熱費，跟大家生活息息相關，人工抄表時間長、效率低、統計不準確、人員成本高等缺點非常明顯。如果考慮到階梯電價、豐時水電價等分時計費，以及電能質量（PQ）檢測、實時故障報警等功能，那就是人工抄表完全沒辦法完成的了。

隨著科技的進步，在行業協會、各大公司的驅動下，加上國家層面的宏觀調控，遠程集中抄表系統逐步有了成熟成型方案，并推廣向海內外。

音特電子也充分利用自身在保護器件的技術、資源優勢，在遠程集抄系統中扮演重要角色，為更優化、更安全的遠程集抄系統綜合設計電路保護方案，供智能電表AMR、采集器、集中器設計工程師提供設計參考。

2遠程集抄系統組成

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

圖1遠程集抄系統組成框圖

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、甚至入戶的計量表，如智能電表、水表、氣表、北方地區供熱的熱能表。

圖2智能電表、氣表、水表、熱能表樣圖（圖片來源網絡）

智能終端表的主要功能是進行終端計量及費控管理，從用戶終端采集到電、水、氣、熱等使用信息，并給用戶顯示反饋相關信息，如用量、當前階梯價格、預充余額等。

從用戶端采集到的信息，需要實時（或分段）的上傳采集器直至服務器后臺，并且管理后臺也需要下發相關費控或安全認證管理指令，因此，智能終端表也集成了通訊模塊，常見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，設計有可靠完備的電路保護方案，并擁有各種測試標準下的相關測試數據，歡迎智能終端表設計工程師咨詢參考。

2.2采集器

智能終端表一般為一戶一表，有些單元樓采用的是集中裝表，即一個單元的表一排整齊的在一個位置，針對這種情況，可應用采集器來集中收集每塊電表的數據。通常一個采集器就近安裝，通過采集電表脈沖或rs232等通訊方式管理12塊、32塊或64塊電表（可以根據電表的數量選擇不同型號的采集器），然后通過電力載波把這些電表的數據上傳給集中器。

這樣也可以降低終端電表的復雜度和總體成本。如圖4所示，采集器主要功能是向終端表發送采集指令，并接收終端表預處理過的信息，通過無線GPRS或有線的方式上傳到集中器或服務器云端。

圖4遠程集抄系統采集器的組成框圖

采集器與智能終端表之間一般采用RS485、電力載波、MBUS等方式進行指令和數據通訊，與上級集中器之間可采用GPRS、4G、PSTN、Ethernet、NB-IoT、LoRa等有線或無線網絡進行數據通訊。

2.3集中器

集中器（Concentrator）是遠程集中抄表系統的中心管理設備和控制設備，負責定時讀取終端數據、系統的命令傳送、數據通訊、網絡管理、事件記錄、數據的橫向傳輸等功能。跟上述采集器功能分工。

2.4后臺主站（服務器、數據管理、云端）

后臺主站用于管理界面，如任務管理、數據查詢、收費等。

如下圖所示，某無線遠程水表的系統架構及管理平臺功能：

圖5某智能水表的組成框圖

3 遠程集抄系統保護電路

音特電子為遠程集抄系統的終端智能表，采集器，集中器硬件電路設計保護方案，在電源供電、信號接口等關鍵部位，通過分析其可能出現的雷擊、浪涌、靜電等電磁兼容風險，提供全面有效的電路保護方案。主要方案有：

3.1電壓取樣采集電路

針對智能電表，需要進行電壓信號采集，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行輸入端過壓防護，推薦型號有14D或20D產品，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

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來進行浪涌防護，保護后續計量芯片。

圖7智能電表電流采集輸入端接口電路

音特電子推薦TVS型號為SMBJ6.5CA或P6SMB6.8CA。其部分參數如下：

表2音特電子SMBJ6.5CA和P6SMBJ6.8CA部分參數

3.3電力線載波通信PLC接口電路

電力線載波PLC（Power Line Communication）有很多應用場景。載波電路通過FSK等方式將通信信號加載到電力線，并通過電力線接收到其他系統傳輸過來的信號，解調出相關數據。

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

音特電子推薦保護器件為（圖8）：

表3電力載波接口電路音特保護器件推薦

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。由于電磁環境的復雜不可控，RS485芯片常常受到浪涌、靜電的沖擊，造成系統或部件損壞。

圖9 RS485通訊接口保護電路示意圖

音特電子推薦RS485通訊端口，采用ESDSM712靜電保護器件。ESDSM712采用7V，12V不對稱內部結構，能夠對RS485雙線進行共模12V、差模14V的靜電或浪涌抑制。其主要參數有：

表4ESDSM712保護器件部分參數

3.5芯片供電電源端保護

針對系統內重點芯片，其供電電源接入端，可利用瞬態抑制二極管TVS的ps級響應速度和精準鉗位特性，對芯片電源端進行浪涌保護。

圖10主芯片電源保護電路示意圖

音特電子推薦主MCU電源端浪涌保護器件：SMF5.0CA

表5SMF5.0CA部分特性參數

3.6無線通信天線保護

對采集器或集中器的無線通信模塊，常需要對天線接口端進行靜電保護，防止從天線端竄入的靜電騷擾，影響無線通信模塊的正常工作。

圖11天線收發模塊保護電路示意圖

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

4小結

遠程集中抄表系統隨著物聯網的發展，發展出越來越多的物聯網儀表，通訊模式也有了很多變化。