远程集中抄表系统介绍及其电路保护方案
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cms（concentrated metering system）集中抄表系统
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1 前言 电费、燃气费、水费、供热费，跟大家生活息息相关，人工抄表时间长、效率低、统计不准确、人员成本高等缺点非常明显。如果考虑到阶梯电价、丰时水电价等分时计费，以及电能质量（pq）检测、实时故障报警等功能，那就是人工抄表完全没办法完成的了。
随着科技的进步，在行业协会、各大公司的驱动下，加上国家层面的宏观调控，远程集中抄表系统逐步有了成熟成型方案，并推广向海内外。
音特电子也充分利用自身在保护器件的技术、资源优势，在远程集抄系统中扮演重要角色，为更优化、更安全的远程集抄系统综合设计电路保护方案，供智能电表amr、采集器、集中器设计工程师提供设计参考。
2 远程集抄系统组成 远程集抄系统concentrated metering system一般由终端智能表（水电气热）、采集器、集中器、后台主站四级组成，如下图所示。
图1 远程集抄系统组成框图
2.1 终端智能表smart meter
终端智能表，smart meter，是最接地气、最靠近用户、甚至入户的计量表，如智能电表、水表、气表、北方地区供热的热能表。
图2 智能电表、气表、水表、热能表样图（图片来源网络）
智能终端表的主要功能是进行终端计量及费控管理，从用户终端采集到电、水、气、热等使用信息，并给用户显示反馈相关信息，如用量、当前阶梯价格、预充余额等。
从用户端采集到的信息，需要实时（或分段）的上传采集器直至服务器后台，并且管理后台也需要下发相关费控或安全认证管理指令，因此，智能终端表也集成了通讯模块，常见终端表采用的通讯方式为rs485、电力载波、红外等方式。如图3所示，智能电表的组成框图。
图3智能电表的组成框图
音特电子为智能电表、智能水表、智能气表及智能热能表的电源管理和通信电路，设计有可靠完备的电路保护方案，并拥有各种测试标准下的相关测试数据，欢迎智能终端表设计工程师咨询参考。
2.2 采集器
智能终端表一般为一户一表，有些单元楼采用的是集中装表，即一个单元的表一排整齐的在一个位置，针对这种情况，可应用采集器来集中收集每块电表的数据。通常一个采集器就近安装，通过采集电表脉冲或rs232等通讯方式管理12块、32块或64块电表（可以根据电表的数量选择不同型号的采集器），然后通过电力载波把这些电表的数据上传给集中器。
这样也可以降低终端电表的复杂度和总体成本。如图4所示，采集器主要功能是向终端表发送采集指令，并接收终端表预处理过的信息，通过无线gprs或有线的方式上传到集中器或服务器云端。
图4 远程集抄系统采集器的组成框图
采集器与智能终端表之间一般采用rs485、电力载波、mbus等方式进行指令和数据通讯，与上级集中器之间可采用gprs、4g、pstn、ethernet、nb-iot、lora等有线或无线网络进行数据通讯。
2.3 集中器
集中器（concentrator）是远程集中抄表系统的中心管理设备和控制设备，负责定时读取终端数据、系统的命令传送、数据通讯、网络管理、事件记录、数据的横向传输等功能。跟上述采集器功能分工。
2.4后台主站（服务器、数据管理、云端）
后台主站用于管理界面，如任务管理、数据查询、收费等。
如下图所示，某无线远程水表的系统架构及管理平台功能：
图5 某智能水表的组成框图
3 远程集抄系统保护电路 音特电子为远程集抄系统的终端智能表，采集器，集中器硬件电路设计保护方案，在电源供电、信号接口等关键部位，通过分析其可能出现的雷击、浪涌、静电等电磁兼容风险，提供全面有效的电路保护方案。主要方案有：
3.1电压取样采集电路 针对智能电表，需要进行电压信号采集，而单相、三相电表电压和采样方式又有不同。下图为单相电表电压采集输入端。
图6 单相智能电表电压采集输入端
音特电子推荐采用压敏电阻进行输入端过压防护，推荐型号有14d或20d产品，电压470v（单相220v）~820v（三相380v）：
表1 音特电子14d和20d压敏电阻部分参数
3.2 电流取样采集电路
在智能电表的电流采集输入端，常常采用tvs来进行浪涌防护，保护后续计量芯片。
图7 智能电表电流采集输入端接口电路
音特电子推荐tvs型号为smbj6.5ca或p6smb6.8ca。其部分参数如下：
表2 音特电子smbj6.5ca和p6smbj6.8ca部分参数
3.3 电力线载波通信plc接口电路 电力线载波plc（power line communication）有很多应用场景。载波电路通过fsk等方式将通信信号加载到电力线，并通过电力线接收到其他系统传输过来的信号，解调出相关数据。
如下图所示为一种电力载波接口电路。
图8 电力载波接口电路
音特电子推荐保护器件为（图8）：
表3 电力载波接口电路音特保护器件推荐
3.4 rs485通信接口电路 在采集器与智能电表，或采集器与集中器之间，常常采用rs485的通讯方式。由于电磁环境的复杂不可控，rs485芯片常常受到浪涌、静电的冲击，造成系统或部件损坏。
图9 rs485通讯接口保护电路示意图
音特电子推荐rs485通讯端口，采用esdsm712静电保护器件。esdsm712采用7v，12v不对称内部结构，能够对rs485双线进行共模12v、差模14v的静电或浪涌抑制。其主要参数有：
表4 esdsm712保护器件部分参数
3.5芯片供电电源端保护 针对系统内重点芯片，其供电电源接入端，可利用瞬态抑制二极管tvs的ps级响应速度和精准钳位特性，对芯片电源端进行浪涌保护。
图10 主芯片电源保护电路示意图
音特电子推荐主mcu电源端浪涌保护器件：smf5.0ca
表5 smf5.0ca部分特性参数
3.6无线通信天线保护 对采集器或集中器的无线通信模块，常需要对天线接口端进行静电保护，防止从天线端窜入的静电骚扰，影响无线通信模块的正常工作。
图11 天线收发模块保护电路示意图
音特电子推荐采用低容小型封装静电防护器件esdlc5v0d9b，封装为sod923,电容低0.5pf，静电最高可达±30kv。
4 小结 远程集中抄表系统随着物联网的发展，发展出越来越多的物联网仪表，通讯模式也有了很多变化。
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2 远程集抄系统组成 远程集抄系统concentrated metering system一般由终端智能表（水电气热）、采集器、集中器、后台主站四级组成，如下图所示。
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图2 智能电表、气表、水表、热能表样图（图片来源网络）
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从用户端采集到的信息，需要实时（或分段）的上传采集器直至服务器后台，并且管理后台也需要下发相关费控或安全认证管理指令，因此，智能终端表也集成了通讯模块，常见终端表采用的通讯方式为rs485、电力载波、红外等方式。如图3所示，智能电表的组成框图。
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音特电子为智能电表、智能水表、智能气表及智能热能表的电源管理和通信电路，设计有可靠完备的电路保护方案，并拥有各种测试标准下的相关测试数据，欢迎智能终端表设计工程师咨询参考。
2.2 采集器
智能终端表一般为一户一表，有些单元楼采用的是集中装表，即一个单元的表一排整齐的在一个位置，针对这种情况，可应用采集器来集中收集每块电表的数据。通常一个采集器就近安装，通过采集电表脉冲或rs232等通讯方式管理12块、32块或64块电表（可以根据电表的数量选择不同型号的采集器），然后通过电力载波把这些电表的数据上传给集中器。
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采集器与智能终端表之间一般采用rs485、电力载波、mbus等方式进行指令和数据通讯，与上级集中器之间可采用gprs、4g、pstn、ethernet、nb-iot、lora等有线或无线网络进行数据通讯。
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图8 电力载波接口电路
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