□ 山东潍微科技股份有限公司 刘景福
摘要：本文指出了电力企业在四表集抄中遇到的困惑和所走的弯路，从水表企业的角度，给出了许多建设性的意见。
关键词：四表集抄；水表；集中器；标准
四表集抄，可以共享设备资源，降低社会成本，优势是公认的，十几年前就有文呼吁，但一直停留在呼吁上，当然这其中的原因是多方面的。从去年开始，由国家相关部门推动，四表集抄才真正全面展开。
四表集抄是由电力部门牵头，从过去的单一抄收电表，扩展到利用电表网络，同时抄收多种计量表。我们作为国内最早的远传水表生产企业，在这个过程中，与多家电表企业有着较多的接触，从中了解到，电表企业在这个过程中遇到了很大的困惑。本文的初衷，是站在水表企业的视角，从技术角度对四表集抄给出了许多建设性的意见。
两者在软件方面，水表比电表简单得多，但从产品硬件角度，水表却比电表难复杂或困难的多。
首先，水表有两大难点，都是电表不存在的。一是防水，很多水表都工作在阴暗潮湿的环境中，甚至是经常被水浸泡；二是电池，电表不用为用电发愁，而水表一节电池至少要能工作六年以上。
其次，水表上传数据期间，所耗电能比平时待机状态大很多，为了减少电池的消耗，通常是在抄表的同时，通过总线为终端提供电源。通常采用两种方式的总线有两种，一是RS485总线，二是MBUS总线。485总线需要四条线，其中有两条是电源线，不能接错；MBUS总线只有两条线，且无极性。MBUS总线有四大特点：一是总线在传输数据的同时，还可以为终端供电；二是下行发码为电压信号，信号幅度比485大得多，所以抗干扰能力很强；三是回码信号为电流信号，电流环本身就有很强的抗干扰能力；四是总线为线路压降提供了很大的空间，即便是线路压降高达20V，系统也会正常工作，一条总线允许带几百个终端。这些优点是其他总线所不具备的，所以MBUS总线成为了远传水表最主要的总线形式。我们可以简单地说，RS485是一种数字总线，而MBUS是一种半数字、半模拟的总线，为了充分发挥这种总线的优势，对集中器的要求是很高的，由此造成的困难，也是电表不存在的。事实上，很多电表企业都在此处遇到了麻烦。
第三，水表的通信协议是CJ/T 188，电表的通信协议是DL/ T 645。水表在软件方面确实比电表简单，但是通信数据要在通道上传输，电表的通道种类很少，且行业标准做的较好，而水表的通信通道种类非常多，有线的包括RS485，MBUS，CMBUS，MODBUS，以太网，电力线载波等，无线的更多，小无线，自组网，GPRS，LoRa，以及即将推出的NB-IoT，等等，非常繁杂，市场上，上述种类的产品几乎都存在。水表本身的技术种类更多，当然，对于四表集抄来说，如果是在现有系统上做，可能不需要关注内部技术。对于无线水表，数据协议通常都挂接在某种无线传输协议上，这种无线协议，几乎是每个厂家都不相同，而且都对外保密。还有一种水表更难处理，就是卡式水表，既不是有线表，也不是无线表，没有对外通信通道，没法实现集抄。
第四，水表产品不像电表产品，有行业认证机构，产品标准化做的较好，能够实现不同厂家的产品可以互相代换。水表产品依据的188协议本身就不够严谨，各家产品做不到完全兼容，有线水表相对还好一些，无线水表几乎完全不兼容。所以各地用水工程所采用的水表和设备，基本都是同一厂家生产的。
自去年推行四表集抄以来，大致走了三条路：
1、电表企业在现成的水表网络上加装采集设备，保持原来的水表系统不变，但却遇到了水表多样化的难题。
2、电表企业对未安装远传水表的住宅区新装水表，水表来自水表企业，电表企业指定性能指标，自己做采集设备，但在采集设备上也遇到了技术难题。中国西部有一城市，制定了自己的通信标准，让参标的各家水表厂按此标准供应水表，可能他们只看到了无线表的优势，所以标准就是按无线表制定的。由于各水表企业都不愿意公开自己的无线协议，且按照新的无线协议开发新的产品，投入较大，整个行动最终失败。电表企业制定标准，初衷是解决水表标准混乱的问题，但各家电表企业都在制定自己的标准，让整个市场重新回到了各自为政的老路上了。笔者去年年底在北京参加了JG/T 162协议的技术会议，可以讲，这个协议就是为了规范四表集抄行业标准的协议。
3、水表的多样化，也许会让电表企业感到惊讶，所以有的电表企业干脆让水表企业同时提供水表和采集设备，只规定采集设备的上行协议标准。这可能是一种相对成功的途径，但也许出于商业考虑，只有少数电表企业会走这种办法。
以下观点是笔者从水表企业的视角，对四表集抄的看法和建议。
1、有线和无线
首先，要想让所有的水表，全部纳入四表集抄，是不可能的，可以先从最容易的入手，由易到难。
水表分为有线表和无线表两大类，各有优缺点。有线表适用于比较规则的楼房，无线表适用于不便于布设总线的场合，但无线表有一个致命弱点，就是无线设备的信号无法覆盖无线水表时，或者无线水表的信号无法到达无线设备时，都会导致抄表失败，这种情况很普遍。有一个关于抄收成功率的数据，有线表抄收成功率100%，无线表抄收成功率在96%左右，电力线载波成功率约60～70%。
有线表实现四表集抄相对容易，一是抄表成功率很高，二是通信协议相对一致且公开，三是有线水表容易做的可靠。据统计，水表故障，有一多半是电池直接或间接造成的，有线表，由于抄表期间所耗电能是总线提供的，所以自身电池功耗很低，比较容易做的可靠。
对于四表集抄，优选对象是有线表。
2、集中器问题
采集和管理水表群数据的设备，就是集中器。目前市面上的有线表，绝大多数都是MBUS总线的。所以集中器必须要解决MBUS信号调制与解调的技术问题。
目前国内市场上的MBUS集中器电路，据笔者所知，大致有两种，一种是来自TI公司的那个电路，但是它比较复杂，分析调试都比较困难，且用了高低正负好几套电源，电源转换效率也不高，对于电池供电的设备，性能并不好；二是国内技术人员设计的一种，不知道是什么人设计的，性能很差，见过多家的集中器产品，用的几乎都是那套方案。可悲的是，四表集抄后，电表企业竟然也采用了那套电路，再次陷入那个泥潭。
我们公司与很多电表企业有业务来往，他们做设备遇到问题后，有好几家来找到了我们公司，笔者分析了他们的线路，测量了他们的波形，指出了设计的缺陷。可惜当时都忘了把问题波形拍照，只有一家拍了输出波形的照片，如下：其他几家的波形，各种各样，大致都差不多，都不标准。而MBUS标准要求的波形如下图所示：
MBUS总线，对于水表、气表、热表来说，是一种非常优秀的总线，但是要充分发挥这种总线的优势，各方面都必须符合标准。188标准，读数据回码有三十几个字节，那套方案即便是读表成功，也是勉强成功，当水表连续发送35个00的时候，在串口助手上收到的数据一定是失败的，前半部分是00，但后半部分收到的却是FF。
集中器正常的发码波形应该如下图所示：
波形规则，且01等宽，空载负载都是这样。
解调电路接触出来的波形应该如下图所示：
波形规则，且01等宽（如最后两位）。连续接收100个00也能正确解调。
MBUS集中器要想做好，可以管理各家的水表，除了调制和解调要标准外，还有一个重要指标，就是解调灵敏度，标准规定的回码电流是11～20mA，平均值是15mA，所以解调灵敏度设置在8mA左右是合理的，这样，任何厂家的水表都能百分百读取。因为目前的水表端，采用的基本都是TSS721，很少出问题。
3、协议不严谨问题
188协议有一个地方不够严谨，就是数据标识高低字节的先后问题。有一个对188协议进行修订的提议，提议者就是当初标准的制定者。目前多数厂家还是高字节在前，低字节在后。对于第三方的采集设备，有一个办法就是测定，先用某种顺序读取，如果不成功则颠倒顺序后重新读取，成功后，记忆高低字节的顺序，以后固定用这种顺序。
4、通信速率和校验方式问题
水表协议和电表协议都规定了多种可用的速率，不过在实际中操作中，电表固定采用了2400偶校验，做得比较好，而水表是多种速率都在用，无校验和偶校验都在使用。这里要提到一个集中器与转换器的区别问题，集中器一定是内带处理器的，具有采集，汇总，打包上传等功能，而转换器的功能就是位于PC机和MBUS总线之间的一种电平适配器，收到什么转发什么，所以转换器是透传的。这种设备也有两种，一种是内带处理器，接收一侧的数据，然后原样转发给另一侧，属于软件透传，这种形式的转换器，对于任意速率水表是不行的；另一种是不带处理器的，只起一个电平转换的作用，属于硬件透传，优点是不受速率和校验方式的限制，因为延迟时间几乎为零，还可以大大提高采集速度。
1、电容型计数模块
由于历史原因，远传水表内的电池，曾经造成大面积瘫痪，成为整个行业的惨痛记忆，所以多年来，用户对于带有电池的水表非常抵触。但是对于脉冲计数类的水表，没有电池是没法工作的，如何解决这个矛盾，公司在2014年，就研发出了电容型计数模块，目前已经大批量使用。当用户通过总线抄表时，模块从总线上获取少量的能量储存在内部的特种电容中，作为平时的计数电源。在电容充满电的情况下，可以供模块连续工作至少一年。由于电容充电需要适当的时间，所以在非四表集抄场合，对总线有电时间有一定的要求，不能太短，但是对于四表集抄系统就特别合适。在集抄系统中，由于频繁抄表，根本不用考虑充电的问题。国家对远传水表的寿命规定不低于六年，这个时限主要就是为电池寿命考虑的，对于电容型产品，完全突破了六年的限制。
这种产品的另一个优势是，模块和水表是分体的，传感器附加在水表上，可以在不更换当前水表的前提下，将普通水表升级为远传水表。
另外这种模块还可以通过总线，对所有模块的内部程序，以广播形式同时升级，更改功能，以适合用户需求，即便是已经安装在水表网络上，也能升级。
2、硬件透传类设备
系列产品，适用于各种场合。
3、JG/T 162采集器
这是为四表集抄专门开发的设备，可以独立使用。
对于目前国内水表市场的混乱局面，国家已经采取措施。可以预见，四表集抄，最终会统一到162标准上。
这种采集器，下行，针对千差万别的三表进行数据采集，上行，采用统一的162协议标准上传数据。
四表集抄遇到的困难，基本都是水表特殊性造成的。这些困难，从水表的角度看的很清楚，本文提出的意见和建议，可供电力企业做四表集抄时参考。
DOI：10.16116/j.cnki.jskj.2017.06.008
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