智慧化居住空間水、電、瓦斯數位讀表系統佈建技術、節能效益評估暨數位表頭驗證標準及機制之研究

全文

(1)智慧化居住空間水、電、瓦斯數位讀表系統佈建技術、節能效益評估暨數位表頭驗證標準及機制之研究 (成果報告書). 內政部建築研究所研究報告.

(2) 智慧化居住空間水、電、瓦斯數位讀表系統佈建技術、節能效益評估暨數位表頭驗證標準及機制之研究. 成果報告書. 計畫編號：執行方式：■補助研究. □協同研究. □自行研究. 執行單位：財團法人台灣建築中心研究主持人：林杰宏協同主持人：蒲冠志研. 究. 員：黃國書、黃健瑋、吳宗龍. 研究助理：蔡宜珊. 內政部建築研究所. 補助計畫. 中華民國 97 年 12 月.

(3) 目. 錄. 目錄……………………………………………………………………………… Ι 圖目錄…………………………………………………………………………… Ⅲ 表目錄…………………………………………………………………………… Ⅴ 第一章緒論第一節計畫緣起與目的………………………………..……….………….. 1 第二節章節概要……………………………………………..…………..….. 3 第二章 96 年示範系統檢視與評估第一節前言……………………………………………………..……………. 5 第二節 96 年水、電、瓦斯數位讀表示範系統概述………………………. 5 第三節 96 年自動讀表示範系統困境與評估………………………………. 20 第三章未來系統架構規劃第一節前言…………………………………………………………………… 25 第二節能源通訊網路………………………………………………………… 25 第四章標準與驗證檢視分析第一節前言…………………………………………………………………… 40 第二節電表相關標準與法規介紹…………………………………………… 40 第三節水表相關標準與法規介紹…………………………………………… 47 第四節瓦斯表相關標準與法規介紹………………………………………… 48 第五節表計相關標準檢視、分析與驗證實驗室建立規劃………………… 56. I.

(4) 第六節自動讀表座談會……………………………………………………… 61 第五章節能效益的評估第一節前言……………………………………………………………….…… 68 第二節國外自動讀表系統探討………………………………………………. 68 第六章結論與建議第一節前言…………………………………………………………………… 103 第二節成果與結論…………………………………………………….……… 103 第三節建議……………………………...…………………………………..… 109 參考文獻……………………………… …………………… ……………………. 111. 附錄一. 96 年水、電、瓦斯數位讀表示範系統-辦公大樓類讀表設備………… 113. 附錄二. 96 年水、電、瓦斯數位讀表示範系統-學校機關類讀表設備………… 115. 附錄三. 96 年水、電、瓦斯數位讀表示範系統-住宅類讀表設備……………… 117. 附錄四「智慧化居住空間水、電、瓦斯數位讀表系統佈建技術、節能效益評估暨數位表頭驗證標準及機制之研究」期中審查意見回覆表……. 119 附錄五「智慧化居住空間水、電、瓦斯數位讀表系統節能效益評估暨數位表頭驗證標準及機制之探討」第一次座談會會議紀錄……………… 123 附錄六「智慧化居住空間水、電、瓦斯數位讀表系統節能效益評估暨數位表頭驗證標準及機制之探討」第二次座談會會議紀錄…………..…. 135 附錄七「智慧化居住空間水、電、瓦斯數位讀表系統節能效益評估暨數位表頭驗證標準及機制之探討」第二次座談會會議紀錄…………..…… 141 附錄八「智慧化居住空間水、電、瓦斯數位讀表系統佈建技術、節能效益評估暨數位表頭驗證標準及機制之研究」期末審查意見回覆表……. 151. II.

(5) 圖. 目. 錄. 圖 2-1 自動讀表整合連結系統架構圖……………………….………………… 6 圖 2-2 辦公大樓類之示範系統架構…………………………………………… 9 圖 2-3 學校機關類之示範系統架構…………………………………………… 11 圖 2-4 住宅類之示範系統架構…..…………………………………………….. 12 圖 2-5 96 年自動讀表示範案例監控系統首頁-一般用戶登入……………….. 13 圖 2-6 96 年自動讀表示範案例監控系統-一般用戶登入基本資料………….. 14 圖 2-7 96 年自動讀表示範案例監控系統-一般用戶能源使用列表………….. 14 圖 2-8 96 年自動讀表示範案例監控系統-一般用戶記錄查詢……………….. 15 圖 2-9 96 年自動讀表示範案例監控系統-公司機構登入…………………….. 15 圖 2-10. 96 年自動讀表示範案例監控系統-公司機構登入基本資料………… 16. 圖 2-11 96 年自動讀表示範案例監控系統-公司機購表號列表………………. 16 圖 2-12. 96 年自動讀表示範案例監控系統-能源公司登入…………………… 17. 圖 2-13. 96 年自動讀表示範案例監控系統-水電瓦斯使用顯示畫面（1）….. 18. 圖 2-14. 96 年自動讀表示範案例監控系統-水電瓦斯使用顯示畫面（2）….. 19. 圖 3-1 AMR 功能區塊示意圖…….……..……………………………………… 25 圖 3-2. 能源通訊網路示意圖…….………….………………………………….. 26. 圖 3-3 集合式住宅的建築區域能源網路概念示意圖…………………………. 29 圖 4-1 97.06.16『智慧化居住空間水、電、瓦斯數位讀表系統節能效益評估 64 暨數位表頭驗證標準及機制之探討』第一次座談會…………………... III.

(6) 圖 4-2 97.06.16『智慧化居住空間水、電、瓦斯數位讀表系統節能效益評估 66 暨數位表頭驗證標準及機制之探討』第二次座談會…………..……... 圖 4-3 97.06.16『智慧化居住空間水、電、瓦斯數位讀表系統節能效益評估 67 暨數位表頭驗證標準及機制之探討』第三次座談會…………………. 圖 5-1 電表自動化成本分析圖………………..…………………..…..……….. 79 圖 5-2 自動電表成本與利潤析線圖………………..…………………..…..….. 83 圖 5-3 水表自動化成本分析圖………………..…………………..…..………... 93. IV.

(7) 表. 目. 錄. 表 2-1 示範案例各處所使用設備與傳輸規劃一覽表…………………………. 6 表 5-1 電表自動讀表國外建置案例 1………………………………………….. 70 表 5-2 電表自動讀表國外建置案例 2………………………………………….. 71 表 5-3 電表自動讀表國外建置案例 3………………………………………….. 72 表 5-4 電表自動讀表國外建置案例 4………………………………………….. 73 表 5-5. Southern California Edison 電力自動讀表建置成本效益表..…………. 75. 表 5-6 我國電力自動讀表建置成本效益推估表………………………………. 76 表 5-7 水表自動讀表國外建置案例 1…………………………………………. 85 表 5-8 水表自動讀表國外建置案例 2…………………………………………. 86 表 5-9 水表自動讀表國外建置案例 3…………………………………………. 87 表 5-10 ARAD 系統架構圖與效益分析.………………………………………… 89 表 5-11 ARAD 成本與利潤表 ………….………………………………………. 90 表 5-12 我國水力自動讀表建置成本效益推估表 ..……………………………. 91 表 5-13 瓦斯表自動讀表國外建置案例 1………………………………………. 96 表 5-14 PG&E 與我國自動瓦斯表建置比較表…………………………………. 98 表 5-15 台灣地區自動瓦斯讀表系統建置效益表………………………………. 98. V.

(8) 第一章緒論第一節計畫緣起與目的近年來由於能源的短缺與環境的破壞，國際上已經針對如何就能源有效運用與尋找新能源或替代能源投入大量研究，然尋找新能源或替代能源並非一蹴可幾，所以能源的有效運用便非常重要。為了達到此目的，建立一套自動讀表系統方能掌握用戶能源使用習慣與即時進行有效能源管控。隨著資訊與通訊科技(Information and Communication Technology, ICT) 的快速發展與普及，人們的日常生活作息已與資通訊科技緊密的結合在一起。有鑑於此，行政院 2005 年產業科技策略會議，特別針對高科技的電子、電機、材料、資訊及通信等 ICT 產業與傳統營建產業結合，提出「智慧居住空間發展策略」的議題，運用我國現有機電、電子、材料、資訊、通訊、自動化及控制產業與技術優勢，掌握智慧化居住生活科技發展趨勢與機會。[1-10] 基於此，結合能源問題、政府政策與 ICT 的快速發展，發展出一套完整智慧化居住生活空間為本研究目標。在此目標下，建置一套能源（水、電與瓦斯）自動讀表系統以確實有效且安全的使用能源為重要的一環，另外結合家庭自動化與住家安全等項目而形成完整智慧化居住生活空間。內政部建築研究所自 80 年起針對全國智慧建築作全面性的調查研究，並陸續制定智慧建築相關準則、規範，期以務實的方式逐步推動本土化智慧化建築的發展，95 年度更推動智慧化居住空間產業創新整合與系統建構計畫[11]，其中一分項計畫即規劃研擬可行的智慧化居住空間水電瓦斯自動. 1.

(9) 讀表系統建置與推動作業。另 96 年度為延續 95 年度「智慧化居住空間產業創新整合與系統建構計畫－智慧化居住空間水電瓦斯數位讀表系統建置推動作業規劃研擬」之成果[12]，依據上述規劃成果，本年度將針對實際建置水電瓦斯數位讀表示範系統，進行評估與推動全面實施之探討，促使我國建築自動化技術迎合 21 世紀資訊化都市發展與提升國家建築品質與競爭力。為使自動讀表系統能夠發揮預期效果，本計畫即針對 96 年度水電瓦斯數位讀表示範系統建置所衍生或未來推廣時即將面臨問題加以探討，並水電瓦斯數位讀表系統進行整體效益分析，以期找出適當建置與維運模式。本計畫執行主要目的如下：一、落實行政院 2005 年產業科技策略會議提出「智慧居住空間發展策略」的議題，運用我國現有機電、電子、材料、資訊、通訊、自動化及控制產業與技術優勢，掌握智慧化居住生活科技發展趨勢與機會。二、針對 96 年度水電瓦斯數位讀表示範系統建置過程所衍生問題加以探討與評估。三、針對實際建置案例探討不同傳輸介面與傳輸系統問題，以及未來全面推廣之可行性。四、檢視目前水、電、瓦斯各表計標準及驗證制度，檢討我國目前水電瓦斯各數位表頭標準是否有需補充或修正之必要。五、透過分別與各能源公司座談會方式，進而了解能源提供者在地的實際需求，以期在系統設計及分析項目的規劃上能與業者的期待相符合，並能依照所設計的讀表資料分析方式來獲得使用者能源使用行為。. 2.

(10) 第二節章節概要本文共分七章，各章節概要如下所述，第一章為緒論，其主要內容為本文研究動機與研究目標，另外也提到主要研究內容。第二章為 96 年示範系統檢視。本章將檢視 96 年所建立示範系統，其中除了包含示範系統選址，各種表計選取，通訊方式測試，系統建置、整合，與讀表中心應用系統探討外，亦將檢討在建置過程中所遭遇困難（包含系統建置與非技術性問題）與心得。第三章為未來系統架構規劃。由於自動讀表系統為整個能源有效運用所能運用工具之一，同時也是「智慧居住空間發展策略」一環，為了配合整個智慧居住空間，本研究將檢視 96 年所建立示範系統，思考與規劃未來系統適合架構。第四章為標準與驗證檢視分析。本章首先針對目前我國水電瓦斯各表計標準進行檢視，探討目前各表計標準欲進行自動讀表是否能夠滿足自動讀表系統要求。另外，由於自動讀表系統牽涉不同表計與通訊方式，即使依據相同標準，各設備間仍可能無法互通，所以本章將提出互通性測試平台的建立機制，以提供未來國內自動讀表系統建置時參考。第五章為節能效益的評估。本章針對既有系統與國際上自動讀表建置案例的分析與研究，以掌握能源使用者在各種能源使用上的行為模式與習慣，並從中來研究如何達到節省能源使用及耗費的對策。第六章為結論與建議。本章將介紹本計劃所進行工作及所獲致成果。. 3.

(11) 同時針對研究過程中經由座談會、訪談或所收集到資料加以研析整理，然後提出適當建議，以提供相關單位政策執行的參考。. 4.

(12) 第二章 96 年示範系統檢視與評估第一節前言本章將檢視 96 年所建立示範系統，其中除了包含示範系統選址，各種表計選取，通訊方式測試，系統建置、整合，與讀表中心應用系統探討外，亦將檢討在建置過程中所遭遇困難（包含系統建置與非技術性問題）與心得。. 第二節 96 年水、電、瓦斯數位讀表示範系統概述 96 年水、電、瓦斯數位讀表示範系統主要目標是考量在不同類型的建築物環境特性下，規劃設計與建置出最佳的水、電、瓦斯能源數位化自動讀表系統方案，在原來傳統機械式計費表後加裝數位化表計（包括水表、電表、瓦斯表），結合目前先進的資通訊與自動化的技術，並以能源公司與消費者的立場角度，創新與開發相關讀表介面與軟體程式，整合展現各種可能的自動讀表應用效益，以達到安全安心、節能永續之目標，除了提供未來政策推廣與參考使用之最佳案例外，也能提振自動讀表之相關產業發展，營造未來智慧化都市的願景。因此，96 年度智慧居家之水、電、瓦斯數位讀表系統示範案例之選擇在不同的地點，而建築類型也有所不同，包括辦公大樓類、學校機關類、集合住宅類三種，形成具有「用戶能源使用量」、「用戶能源公司所屬管轄機關」、「表頭設置位置與分散方式」等特性上的差異，這些差異將影響表頭的選定與通訊系統的選擇，也會影響數位讀表系統的架構方式。. 5.

(13) 考量以上之建築背景特性，為了自動讀表整合應用展示，此三個地點之示範案例將規劃以網際網路方式連結至內政部建築研究所材料實驗中心大樓內之監控中心，進行遠距讀表資料蒐集與整合應用，其整體數位自動讀表整合連結系統架構規劃如圖 2-1 所示。本案對於各設置處所所設置的表頭設備與通訊傳輸的規劃如表 2-1 所示。. 圖 2-1 自動讀表整合連結系統架構圖. 表2-1 示範案例各處所使用設備與傳輸規劃一覽表. 6.

(14) 綜合以上，有關各示範地點之自動讀表之詳細的建置方式與內容簡要說明如下：一、辦公大樓類之示範系統展示內容 (一)案例環境特性說明：地點：台北市文山區景福街 102 號內政部建築研究所材料實驗中心，該楝建築為地下一層、地上五層的建築物。大型建物類（建物集中，表頭少且分散）。電表部分：電力系統均是高壓供電，經降壓再分給各層各區使用，因此針對台電而言，為一個用戶，因此只有一個電表。水表部分：本址僅有單獨 1 只水表，且設置在建物一樓騎樓，採直接表ϕ75mm 供水。瓦斯表部分：本處所未申請設置瓦斯能源之使用，故將不予設置。. (二)讀表系統建置方案說明：本場所兼有建築物內讀表設備與未來示範自動讀表系統的後端之監控系統主機端的成果展示，因為是屬大型建築物類，因此本場所建置使用的表頭為大口徑之水表與高壓端之總電表各一個，每個都採用具有 TCP/IP 的網路介面，透過本棟建築物內之區域網路，連結至在本大樓之中央監控室的數據資料處理伺服器，並轉換成標準資料庫與另. 7.

(15) 一部能源管理主機串連，在能源管理主機中，以客製化方式，呈現自動讀表的機能與效能的人機操作畫面，系統詳細架構圖如圖 2-2 所示。數位電表表頭是安裝在地下一樓的總電表之二次測，資料轉換成 TCP/IP 封包，透過網路線連接至大樓之區域網路，與中央監控室之主機連結，表頭詳細規格附錄一所示。數位水表表頭，是屬於大口徑的表頭，將與當地之省自來水公司協調配合更換，安裝「網路讀表介面」，表頭也是轉換為 TCP/IP 封包透過大樓內之區域網路傳送至中央監控室主機，表頭詳細規格如附錄一所示。在監控中心之讀表數據處理伺服器將與三個示範案例的現場所有表頭做雙向溝通，讀取數據，並加以記錄，建立標準資料庫，而能源管理主機，則與數據資料處理伺服器溝通，建立客製化的人機操作介面，界定用戶與能源公司使用權限與功能範圍，以展現數位讀表的示範效益。. 圖 2-2 辦公大樓類之示範系統架構. 8.

(16) 二、學校機關類之示範系統展示內容 (一)案例環境特性說明：地點：台北市基隆路四段 43 號台灣科技大學。幅員相當遼闊而且建物配置分散（建物分散，表頭少且分散）。電表部分：對學校本身，其電表設置是屬於分區集中的類型，對台電而言，它是一個用戶，單一收費單，故屬於單一獨立電表的方式。水表部分：本址經查共設口徑 150mm 專用水表 2 只，採螺旋漿式機械表頭，需將現有水表換裝為同口徑電子式水表，一個在校區內，一個在校區外。瓦斯表部分：用戶使用四處，均屬於大口徑流量，需將現有瓦斯表二次測加裝同流量數位轉換器。. (二)讀表系統建置方案說明：基於本建築類型之特性，原水、電、瓦斯設置地點均很分散，也是屬於大用戶，因此本場所建置使用的表頭為大口徑之水表有 2 個，校區之總電表 1 個，瓦斯表 4 個，每個都採用具有 TCP/IP 的網路介面，對內先透過校園內之區域網路，連結至 IP 分享器，再經由對外則在屋頂申請一條可供上網的 ADSL 以 TCP/IP 介面方式連結，透過網際網路連結至內政部建築實驗群大樓之中央監控室的數據資料處理伺服器，並轉換成標準資料庫與另一部能源管理主機串連，在能源管理主機中，以客. 9.

(17) 製化方式，呈現該示範點之自動讀表的機能與效能的人機操作畫面，系統詳細架構圖如圖 2-3 所示。數位電表表頭是安裝在校園之配電機房總電表之二次測，資料轉換成 TCP/IP 封包，透過校園區域網路線連接至警衛室之 IP 分享器，表頭詳細規格如附錄二所示。數位水表表頭，是屬於大口徑的表頭，將與臺北自來水事業處協調配合更換，安裝「網路讀表介面」，表頭也是轉換為 TCP/IP 封包透過校園區域網路線連接至警衛室之 IP 分享器，表頭詳細規格如附錄二所示。瓦斯表頭，是屬於大口徑的表頭，在原機械表二次測安裝「瓦斯表頭數位轉換器」與「網路讀表介面」，將信號轉換為 TCP/IP 封包透過校園區域網路線連接至警衛室之 IP 分享器，表頭詳細規格如附錄二所示。. 圖 2-3 學校機關類之示範系統架構. 10.

(18) 三、住宅類（雙併公寓）之示範系統展示內容 (一)案例環境特性說明：地點：位於台北市承德路四段 58 巷 13 號承德首長宿舍，每棟建築均為七樓雙拼公寓，本案選擇一棟做示範。建物集中，表頭多且集中。電表部分：電力系統均是低壓用戶，每棟電表 14 只，兩棟共 28 只。水表部分：集中於屋頂，用戶分表為 25mm，每棟水表 14 只，兩棟共 28 只。瓦斯表部分：28 只瓦斯表分散於各用戶各個樓層，每棟瓦斯表 14 只，兩棟共 28 只。. (二)讀表系統建置方案說明：基於本建築類型之特性，水、電、瓦斯表各有規定設置的地點，因此本場所規劃在該棟建築屋頂內，設置具有多重通訊傳輸介面之讀表資料集中器，以集中器為核心，對內以 RS232 與集中在屋頂的水表做通訊，以 LonWorks 電力線與集中在 1 樓的低壓用電的電表做通訊，以 Zigbee 與分散在各樓層之數位瓦斯表做通訊，對外則在屋頂申請一條可供上網的 ADSL 以 TCP/IP 介面方式連結，透過網際網路連結至內政部建築研究所材料實驗中心之中央監控室的數據資料處理伺服器，並轉換成標準資料庫與另一部能源管理主機串連，在能源管理主機中，以客製. 11.

(19) 化方式，呈現該示範點之自動讀表的機能與效能的人機操作畫面，系統詳細架構圖如圖 2-4 所示。因此，在水表方面，在屋頂所裝置的數位水表，集中裝置在目前已裝置的機械水表的二次測，並採用具有 RS232 之通訊介面，連結至屋頂之資料集中器，表頭詳細規格如附錄三所示。在電表方面，在 1F 的所裝置的數位電表，也是集中裝置在目前已裝置各用戶電表的二次測，每個均具有 LonWorks 電力線的傳輸介面，訊號傳輸至屋頂資料集中器，表頭詳細規格如附錄三所示。在瓦斯表方面，在各戶內的瓦斯表二次側裝置數位瓦斯表，每個均具有 Zigbee 的傳輸介面，透過 Zigbee 無線傳輸技術連結至屋頂之資料集中器，表頭詳細規格如附錄三所示。. 圖 2-4 住宅類之示範系統架構. 12.

(20) 四、96 年自動讀表示範案例監控中心系統概述監控中心系統為自動讀表系統的神經中樞，此系統包括用於監控方面的網路與資料庫乙太網路等兩個網路（若採用寬頻 ADSL 傳輸則只有乙太網路）。整個監控中心系統包含網路管理伺服器、資料庫伺服器與應用程式工作站（包括資料讀取與其它應用電腦）三個子系統。為考慮監控中心穩定運作，監控中心硬體安裝時特地加裝不斷電系統以備不時之需，另外考慮整體性，以機架方式安裝所有硬體設備。整個監控中心系統包含網路管理伺服器、資料庫伺服器與應用程式工作站（包括資料讀取與其它應用電腦）三個子系統，接著就應用程式提出說明。. 圖 2-5 96 年自動讀表示範案例監控系統首頁-一般用戶登入. 13.

(21) 圖 2-6 96 年自動讀表示範案例監控系統-一般用戶登入基本資料. 圖 2-7 96 年自動讀表示範案例監控系統-一般用戶能源使用列表. 14.

(22) 圖 2-8 96 年自動讀表示範案例監控系統-一般用戶記錄查詢. 圖 2-9 96 年自動讀表示範案例監控系統-公司機構登入. 15.

(23) 圖 2-10 96 年自動讀表示範案例監控系統-公司機構登入基本資料. 圖 2-11 96 年自動讀表示範案例監控系統-公司機購表號列表. 16.

(24) 圖 2-12 96 年自動讀表示範案例監控系統-能源公司登入. 監控中心系統應用程式主要包含系統管理、能源公司與用戶登入三部分，各個系統分別訂有權限，唯有取得權限資格者方能登入系統。其中系統管理系統主要為整個系統的維護與運轉，擁有最高權限。能源公司登入系統別為水、電與瓦斯能源公司各自可進入系統進行管理。用戶登入系統則為一般用戶登入，此系統用戶需要登入帳號與密碼，如此便能查詢自己目前能源使用情形與歷史資料。圖 2-5~圖 2-8 所示為一般用戶系統登入畫面，基本資料查詢，一般用戶能源使用列表與歷史資料。圖 2-9~圖 2-11 所示為公司機構系統登入畫面，基本資料查詢與目前能源使用列表。圖 2-12 所示為能源公司登入畫面，一但登入後即可對所屬用戶進行各種管理，不過水、電與瓦斯能源公司各自僅止於進入所屬系統進行管理，而無法進入其他能源公司系統。如圖 2-13 與圖 2-14 所示，一但所有用戶都能經由自動讀表系統取得用. 17.

(25) 戶水、電與瓦斯使用情形，除了可免除以往傳統人工抄表的不便利性之外，經由其他應用程式的運算更可分析或統計出能源使用效率，以便各能源公司進一步掌握用戶使用情形，進而達到有效使用能源的目的。. 圖 2-13 96 年自動讀表示範案例監控系統-水電瓦斯使用顯示畫面（1）. 18.

(26) 圖 2-14 96 年自動讀表示範案例監控系統-水電瓦斯使用顯示畫面（2）. 19.

(27) 第三節 96 年自動讀表示範系統困境與評估自動讀表系統在國內已經行之有年，都是各自由水、電、瓦斯等能源公司根據自己所研發的自動讀表系統來建置示範案例，也都為成功案例，但因尚有很多問題尚未克服，包涵表頭、通訊等標準，商業經營模式、市場經濟規模等因素，使得自動讀表至今均尚未普及於商業用途。有鑒於未來建築物的自動讀表將涵蓋三表共同建置與經營模式的可變性，因此 96 年之自動讀表之示範案例，是由系統整合商來做建置的，有別於各能源公司自行針對自己客戶來建置的讀表系統，在實際建置過程中，由於要面對不同的建築類型、不同的能源公司、不同的數位表計、不同的訊號傳輸介質、不同的通訊模式，以及後端資料庫與人機介面的操作型態等，也都會因為不同的能源性質而有所不同方式，因此在系統整合過程中所遭遇的困難與問題都是在所難免的，如今也一一克服完成了不可能的任務，以下將以分類方式整理，針對各種建置的困境加以陳述，以作為自動讀表產業在未來執行的參考方向，以期能減少更多的阻力，讓自動讀表能在國內市場上有長足的發展。一、系統安裝方面 (一)建置置示範場地未能提早確定與建築物若使用執照尚未取得，常延誤建置作業時程。 (二)數位表頭提供商之產品若屬於進口品，接受訂單後需要製作時程，也耽誤了整體建置作業時程。 (三)表頭提供商對環境的不熟悉，所提供的設備無法預期提出實際尺寸規. 20.

(28) 格與安裝說明書，導致安裝產生不便，也影響工期與成本。 (四)建築物內能源表計裝置位置不同，尤其是住宅類瓦斯表示在住戶內陽台，每項設備安裝必須與住戶協調安裝時間，無法統一時間作業，也影響建置成本。 (五)由於示範地點牽涉到目前能源公司的營業區域，因此數位表計的安裝都必須取得該區域能源公司的同意與住戶的同意，協調工作太過冗長。 (六)自動讀表對外的通訊傳輸採用網際網路，因此必須向當地的 ISP 公司提出申請，ISP 公司不能配合將傳輸接口引進自動讀表之通訊接口，必須由系統整合商來延伸，影響建置成本與維護風險。二、能源公司方面 (一)由於是示範系統，本次自動讀表表計均裝置於目前計費表頭的二次測，因此能源公司基本上都是消極的配合，深怕裝置表計會受到客戶的質疑，耽誤作業時程。三、系統操作與使用方面 (一)現場表頭設備之操作(如瓦斯表)，由於與使用者有切身的關係，即使有操作使用手冊，若無法每戶給予適當的指導，在使用上仍有問題發生，也會影響客戶對自動讀表的接受度。 (二)本示範系統中具有遮斷的功能只有住宅類之瓦斯表，其他表計只有遙測能源使用量的讀值，而讀表中心無常駐人員，也將容易造成表頭遮. 21.

(29) 斷時，無法及時協助處理事故，影響民怨與安全(本案之瓦斯表目前將遮斷功能取消)。四、表商公司方面 (一)由於部分讀表環境為初次示範，表商考量市場經濟效益，所提供表頭是國外引進的，且其讀表介面與介面程式均為非量產的個案開發，影響自動讀表的效能與穩定性。 (二)表頭或轉換介面或資料集中器未具有記憶與電池裝置，若停電將影響讀表數值的正確性。五、系統整合方面 (一)示範系統並不是真實市場，表商均提供目前既用的表頭設備與通訊介面，系統整合都交給系統整合商處理，無法適切的配合造成時程的落差。 (二)表器技術資料不夠齊全，系統建立時無法預測配合之通訊轉換相關設備，除了影響成本也影響系統建立之時程 (三)無線通訊傳輸與電力線傳輸之方案，常會受環境的干擾，影響表頭之動作與讀值之傳輸。 (四)能源特性不同，讀表的內容與讀表數據次數的需求也不同，因為能源公司沒有真正參與後端軟體的規劃，所以系統的適切性也會有所限制，同時也影響到人機操作介面管理方式之功能性的呈現，所以目前都由系統商自行建立，未來還是需要根據實際面調整。. 22.

(30) (五)由於各種表頭傳輸介面與通訊方式各異，無法統一，使得系統整合測試花費的精力相當繁重，而整合應用程式開發也無法統一，曠日費時，屬於客製化的機制，不適合未來的商業模式。. 由於以能源公司為主的電、瓦斯與水自動計量讀表系統(Automated meter reading, AMR) 已有逐漸發展為高級計量基礎建設 (Advanced metering infrastructure, AMI)相關讀表設備、系統與服務之趨勢，顯然已成為政府推行節能減碳政策之最佳可行性方案之一，同時也是都市與建築智慧化的代表，屬於國家之重大建設，有鑑於此，本案對 96 年水、電、瓦斯數位讀表示範系統綜合整理出以下通案性之自動讀表系統建置困境項目，提供未來產業與政府加以關注，說明如下： 1. 目前國內能源表(水、電、瓦斯表)之設置表位不同影響未來廠商對數位表之安裝與維護，應加以修法調整。 2. 三種能源表(水、電、瓦斯表)因能源屬性不同，各類表商所採用的通訊傳輸技術與方式不同，提高了軟硬體系統整合之困難度。 3. 三種能源表(水、電、瓦斯表)因所重視的效益重點特性不同與營運區域性的因素，對未來自動讀表之營運模式需求各有立場，影響後端人機與資料的所建立的程式管理機制與安全性作為，且目前無法有真正的隸屬的管理單位。 4. 三種能源表(水、電、瓦斯表)之數位化目的不同，因此對自動讀表之效益與建置成本上的平衡點仍有疑慮，造成國內具有能力生產通. 23.

(31) 訊之數位化表計廠商透入之意願，使建置自動讀表相關設備的來源都可能仰賴國外，無法提升國內產業發展，或者若採用之國內產品時常有設備穩定度與可靠度不佳之狀況發生，影響系統的建置與維護成本。. 24.

(32) 第三章未來系統架構規劃第一節前言由於自動讀表系統為整個能源有效運用工具之一，同時也是「智慧居住空間發展策略」一環，為了配合整個智慧居住空間，本章將針對與自動讀表系統有密切相關之通訊網路作介紹，然後配合國內各種建物型態進行較可行系統架構進行分析，思考與規劃未來整個自動讀表系統適合架構。. 第二節能源通訊網路一、AMR 與通訊技術一個基本的 AMR 系統，必定包含至少三個主要功能區塊：表頭、資料處理系統、以及通訊。其中通訊技術又可以分為表端到區域資料中繼站（MIU，Meter Interface Unit）的近端通訊，以及從資料中繼站到能源公司的遠端通訊。如下圖 3-1 所示。. 圖 3-1 AMR 功能區塊示意圖（資料來源：財團法人資訊工業策進會）. 25.

(33) 近端通訊技術通常是依照實際佈建地點的特性而採用不同技術。依照用戶建物形態的不同，大致可以分成四種類型：工廠與學校（建物分散、表頭少且分散）、大型建物（建物集中、表頭少且分散）、集合式住宅（建物集中、表頭多且集中）、獨立式住宅（建物分散、表頭多且分散）。依照不同的建築形態，AMR 表頭至資料中繼站的通訊可以採用各種不同的技術，大致來說，可以分成有線以及無線兩個主要分類。應用有線通訊的系統，除了某些特殊場合，大多是利用現有的基礎建設。常見的技術包括 PLC 電力線通訊，PNA 市內電話網路，以及序列線。無線通訊技術比較多樣化，除了各種自定的通訊協定以外，WiFi、ZigBee、GPRS 等標準化的通訊協定都是常見的技術。 (一)能源通訊網路的概念與架構將上述的 AMR 基本架構加以擴張，並將『服務』的概念融合入系統架構中，我們便可以建立一種新的概念：能源通訊網路。. 圖 3-2 能源通訊網路示意圖（資料來源：財團法人資訊工業策進會）. 26.

(34) 所謂能源通訊網路便是結合了三種不同的自動讀表機制，並且更進一步將讀表資訊作為反饋，提供使用者各種資訊與控制服務。如上圖 3-2 所示，讀表資料彙總於一個多功能 MIU（Multi-function MIU，MMIU）然後傳輸至不同的能源公司。而使用者則是可以透過網際網路連線，存取能源控制閘道器（HEGW，Home-Energy Gateway），以獲得各種資訊服務，或是做到類似遠端控制的功能。舉例來說，使用者將可以檢視自己住家在不同時段的能源耗用狀況，並藉此作為制定更省錢的策略（例如避開洗衣、烘衣等高耗電動作可以避開尖峰電價時段）。能源通訊網路同時可作為提升生活品質的『智慧生活空間』骨幹。用戶可依照各人選擇，在能源通訊網路中附加上各種加值服務。例如溫度、溼度、二氧化碳等感測器，以便於更加有效率的控制空調；或是火災、一氧化碳感測器，並可與後端之保全服務相連；更可擴展至孩童與老人照護等社會服務。 (二)國內與國外的發展差異在 AMR 的領域中，國內與國外有著相當大的差異，而這些差異主要源自於居住形態的不同。國內的個人能源用戶發展趨勢趨向於集中化、都市化，以集合式住宅為主。而在國外，獨立式住宅用戶所佔比例相當大，尤其是北美地區。獨立式住宅基本上是以一戶一棟為主，各種能源表端各有一份。表端至資料中繼站的近端通訊環境相對較單純，比較大的挑戰來自於遠端通訊網路的建構，亦即所謂的『Last Mile』問題。獨立住宅的管線、電源等皆各自獨立，因此在一個既有的獨立住宅社區中建構寬頻通訊網路，所花費的成本遠比國內高度都市化的狀況更高。所以歐美地區至今. 27.

(35) 所發展之 AMR 相關通訊技術，有相當大的比例都是以解決 Last Mile 為主。同時歐美地區截至目前為止，自動讀表的發展皆是以各自獨立系統為主，未見將三種能源讀表整合的技術或商業模式。國內的情況與國外不同，集合式住宅的用戶數量對於 AMR 的市場來說，具有決定性的關鍵地位。集合式住宅在一棟建築物中分成許多住戶，水、電、瓦斯皆是以主要管線連至建築物，再分配至各用戶。以國內常見的公寓式建築為例，水、電、瓦斯表端的分佈通常是這樣： z 水表集中在頂樓的水塔周邊。 z 電表集中在一樓或地下室。 z 瓦斯表各自安裝在每戶住宅中，通常安置在前後陽台，但有可能為配合裝潢而遷移表位。這種形式的建築結構對於三表整合的能源通訊網路來說，是一個極大的挑戰。無論採用何種技術，勢必需要採用建築物規模的區域通訊網路技術，才能將分散的資訊整合在一起。另一方面，由於國內地狹人稠，而呈現高度都市化傾向，其結果便是寬頻網路的高度發展。對國內業者或用戶來說 Last Mile 問題並不是重大議題，因此對於國內 AMR 的發展，近端通訊技術將是主要的關鍵。. 28.

(36) 水表. 瓦斯表. 瓦斯表. 瓦斯表. 地下室電表資料中繼器. 圖 3-3 集合式住宅的建築區域能源網路概念示意圖（資料來源：財團法人資訊工業策進會）. 二、常見的近端通訊應用技術 (一) PLC 1. PLC 簡介 PLC（Power Line Communication）就是透過建築內交流電線路來進行通訊的技術。廣義的 PLC 技術可以應用在超高壓傳輸線路、高壓配電. 29.

(37) 信路、以及住宅低壓用戶線路上，然而多數的 PLC 產品都僅限定在單一一種配電線路之內通訊。 PLC 的實際工作原理和一般通訊系統相同，都是在線路中注入一個經過調變的載波，藉此傳遞訊息。然而配電線路設計的目的是用來承載交流電，因此用在高頻的資訊載波時會受到一定的限制；無論是哪一種形式的 PLC，訊號的擴散與衰減都是共通的問題。PLC 的資料傳輸速率變化範圍極大。長距離的超高壓傳輸線路通常只能容納每秒數千位元等級的低頻載波，在單一房舍範圍內則可達到每秒數百萬位元等級的傳輸速率。高壓與超高壓 PLC 大多是專門用途，發展的方向與各地區能源產業、通訊基礎建設規劃有關，這一塊的市場是屬於封閉型的市場。低壓 PLC 的發展則是相反，以開放市場為主。低壓 PLC 的發展分成兩個不同的方向，其中一個方向是低頻寬通訊，代表性應用為 INSTEON 以及 X10 為主的家庭控制（Home Automation），另外一個方向則是以寬頻 Internet 資料通訊為主要目標。近年來 PLC 高速 Internet 通訊技術有長足的進步，單一用戶內的傳輸速率已達到 200M bps。同時許多國家也開始在進行用 PLC 當作『Last-Mile』基礎建設的推廣。在這個領域中，歐洲地區的發展居於領先地位，美國地區則是在 2004 年以後才開始有比較明顯的成長。低頻寬通訊部份，X10 主打的是以家庭為主的自動化控制，而工業控制方面則是以 LonWorks 居於領先。LonWorks 是由 Echelon 公司發展出來的技術，適用多種不同的傳輸媒介，包括雙絞線、序列線等，PLC. 30.

(38) 也是 LonWorks 可以適用的通訊媒介之一。LonWorks 系統的優點是非常適合用來整合建築物中的不同系統，包括空調、照明、保全、消防等自動化系統，不同製造廠家所生產各種用途的控制元件只要符合 LonWorks 底層通訊協定 -- LonTalk 的規範，即可整合進控制系統中。為了避免不同廠商之間發生相容性問題，各大廠商在 1994 年聯合成立了一個 LonMark 協會（www.lonmark.org），負責制定控制元件以及網路傳輸參數的標準定義規範。LonMark 標準並非政府所頒佈標準，而是廠商自發性的規範，本身不具有強制性。但參與制定標準制定的廠商，大都是在該產業中具有舉足輕重地位的廠商，因此這個標準在業界具有相當的影響力。目前全球已有超過 500 家公司加入 LonMark 協會。 2. PLC 與 AMR 採用 PLC 通訊技術來實作 AMR，在國外已經行之多年。歐洲地區採用此項技術的密度最高，同時生產支援 PLC 的表頭的公司也相當眾多，例如 Iniris（www.iniris.com）、Infometric（www.infometric.se）、Capelon （ www.capelon.se ）、 Advanced. Digital. Information. Corporation. （www.adic.com）、Janitza（www.janitza.de）、Watteco（www.watteco.com）等公司，而這些公司生產的產品也涵蓋瓦斯、自來水、電力三種主要表頭。目前最大規模的實際應用案例為義大利 ENEL SpA 能源公司（www.enel.com），該公司從 2000 年便開始逐步將兩千七百萬用戶以 LonWorks 技術進行服務整合。在這些地區中，PLC 主要是用來解決 Last Mile 問題，也就是用來作為用戶端表頭與能源公司之間的直接通訊。舉例來說，LonWorks 聯盟. 31.

(39) 對於 AMR 系統的標準解決方案稱為『 NES 』（ Networked Energy Service），這個解決方案主要是以『社區』為單位，利用 PLC 網路串接社區內的獨立用戶，連接至社區中心的集線器，再藉由社區的 MIU 連至能源公司。 NES 系統主打的服務不只是 AMR ，而是更進一步的 AMM （Advanced Meter Management）。可提供雙向的表端控制，例如能源用量管制、緊急遮斷等服務。整體概念相當值得國內發展三表自動化時作為借鏡。 3. PLC 在國內的發展現況國內的 PLC 發展狀況一直不如國外普及。遠程 PLC 部份，國內的狀況是剛剛起步。目前國內僅有部份固網頁者與台電合作，進行小規模的實驗性佈建。技術、經濟效益、業界環境以及法令限制等，皆是造成國內難以推行的主因。在技術方面，電力線路中的各種裝置可能會對電力線路造成諧波干擾。同時電力線上由於用電設備使用時間的不一與線路負載的變化，將會造成線路等效阻抗大範圍的變化，而這些變化都會使信號在電力線上傳輸造成影響，也就是會影響傳輸品質。其次，國內網際網路用戶的都市化現象非常明顯，Last Mile 的問題不如地廣人稀的國外嚴重；再加上 ADSL、Cable Model 等技術已經廣為市場接受，因此 PLC 的經濟效益無法與這些技術競爭。而在相關法規方面，PLC 需要 ISP 業者與電力公司配合方能完成。但是台電是國營事業，眾多法規的限制使得此項技術十分不易推動。根據電業法第 48 條規定，電業得自置電話電信號及控制用線路設備、載波. 32.

(40) 設備、電力網等，並得經交通部核准，置無線電設備，但以用於調度供電保障安全為限。亦即台電可進行電信網路佈建，但是只能用於電力控制，不能跨足電信相關業務。交通部電信總局直到在 2005 年才對於這個狀況做出修正，於固定通信業務管理規則部分條文修正草案總說明第十二條中，免除不必要之文件審查。這些因素，都是導致 PLC Last Mile 解決方案在國內發展遲緩的主因。家用市場方面，由於國內並未發展出如同歐美 Home Automation 的市場，因此國內的 PLC 主要是以高頻寬的網際網路資訊通訊為主。此類產品理論通訊速率為 85M bps，近年已有 200M bps 的產品出現。國內目前的家用 PLC 解決方案多採用 HomePlug 標準，眾多通訊硬體供應廠商例如華碩（ASUSTek）、友訊（D-Link）、合勤（ZyXEL）等都是 HomePlug 組織的會員。目前市面上流通的產品包括台灣通信（大同集團）、友訊、合勤、友旺科技（Aboway）等。採用 Universal Powerline Association 規範的廠商目前則包括巴比祿（Buffalo）、康舒（Acbel）、康全電訊（Comtrend）等。 (二)無線通訊 1.傳統無線通訊無線通訊是一種歷史相當悠久的技術。無線通訊的最大好處就是不需要額外佈建通訊線路，因此被廣泛應用在各種應用中。在 AMR 領域，無線通訊被使用於長距離通訊以及短距離通訊兩種不同的地方。長距離通訊通常是用 GPRS 直接連接表端與能源公司。GPRS 模組. 33.

(41) 幾乎可以提供所有必要的通訊機能，AMR 模組只需要使用 RS232 等序列線連接 GPRS 模組，便可以進行長距離通訊，實作相當簡單。因此這種解決方案是 AMR 極常見的一種佈建方式，但是 GPRS 高昂的通訊費用卻也使得這種解決方案難以普及推廣至廣大的集中式住宅用戶。目前採用這種方式來進行通訊的系統，多是小規模的實驗系統，或是表頭分散的散戶。同時系統也是以單向的資料彙報為主，較少有實作雙向控制的系統。除了 GPRS 以外，目前方興未艾的 WiMax 技術也可能會是長距離通訊的明日之星。但是這一類型的技術是否能夠成功，與市場的接受度以及基礎建設的普及程度息息相關。目前還沒有任何跡象顯示 WiMax 會成功或是失敗，後續的發展狀況值得觀察。短距離通訊通常是用來連接表端與資料中繼點，常見於以獨立式住宅為主的社區。採用的通訊技術通常沒有固定的標準或規格，廠商會自行發展自定的通訊協定，因此不同廠商的裝置通常彼此不會相容。同時短距離通訊使用的無線電訊號必須受到電信法規的規範，發射功率受到一定的限制，因此干擾等問題相對會比較嚴重。另外一種短距離無線通訊的應用則是手持式資料收集裝置。表頭端與手持式資料收集裝置各自安裝相對應的無線訊號收發模組，之後抄表員只需要走到無線通訊的範圍內便可記錄讀數，不需要實際進入住戶的家中。這種方式在早期 AMR 發展中曾經相當普及，但是由於資料的收集還是需要依靠人力，而且這種機制只能提供數據抄寫單一一項功能，不符合現今 AMM 的發展趨勢。. 34.

(42) 2. WiFi 使用 WiFi 通訊的 AMR 系統比較少見。WiFi 由於傳輸距離短，且耗電量高，因此不適合安裝在表頭中，作為近端傳輸的技術。目前使用 WiFi 技術實作 AMR 系統的是美國德州的 Corpus Christi 市，在該市的佈建中，表頭中安裝的是 400MHz 的窄頻無線通訊裝置，訊號傳遞到社區的中繼站，再由中繼站透過 WiFi 連接至市區佈建的 WiFi 骨幹網路。所以嚴格說起來，WiFi 在這個案例中是用來當作 Last Mile 的解決方案之一。 3. ZigBee ZigBee 無線感知網路技術是一種短距離、低功率、低速率的無線通訊協定。這種無線通訊協定使用數種不同的無線電波頻段，依照各地區不同的規範而決定；在台灣地區適用的就是 2.4GHz 頻段。ZigBee 使用的頻率範圍為 2405 MHz 至 2480 MHz，其中可細分成 16 個頻道。 ZigBee 底層使用的調變編碼模式為 DSSS 直接序列展頻技術，對於充斥於 2.4GHz 頻段的各種無線訊號，例如 WiFi、Bluetooth、家用無線電話等，具有良好的抗干擾能力。 ZigBee 採用比較慢的傳輸速率，2.4GHz 頻段的實體層頻寬為 250 Kbps。同時 ZigBee 使用的無線電波功率較低，只有 1 mW（大約是 802.11b 的百分之一）。一般 ZigBee 傳輸晶片的接收解析度為 -95dB，實際使用時傳輸的距離大約是 30 到 100 公尺，視佈建環境狀況而定。依照不同需要，部份模組廠商也有提供加強傳輸功率的版本，功率加強版本的傳輸距離可達數百公尺。. 35.

(43) 傳統的無線通訊協定，例如 802.11a/b/g WiFi、GPRS 或 Bluetooth 等，傳輸的模式只支援點對點傳輸模式，亦即只能建立終端設備至基地台的連線，終端裝置之間的傳輸需要透過基地台；此種傳輸模式亦稱為『星狀拓璞』。ZigBee 通訊協定與上述的傳統通訊協定不同，ZigBee 通訊協定本身支援點與點之間任意通訊，同時亦支援跨越多個端點傳遞封包。由於這個特性，ZigBee 可以藉由大量佈建無線節點，來達到擴大涵蓋範圍的目的，而不需要像這些傳統通訊協定一樣，要靠有線的 AP （Access Point）來擴展涵蓋範圍。這種特性用其他無線網路技術的術語，就是『多裝幾個無線 Repeater』。適當的使用『Repeater』可以有效涵蓋許多單靠一顆 AP 無法涵蓋的死角。這樣的特性對於某些特定的應用情境相當有效率，尤其是需要在已經完成裝潢的室內佈建的時候。 AMR 相關的應用發展在 ZigBee 社群中被視為是極具有潛力的發展方向，各種相關應用情境與資料格式的標準制定正在緊鑼密鼓的進行中。由於 ZigBee 的短距離傳輸特性，ZigBee 技術用在 AMR 即是定位為解決近端通訊問題，與遠端的 Last Mile 無關。目前採用 ZigBee 技術的量表包括 Ember （ www.ember.com ）、 NTS （ www.ntscorp.com ）、 Cellnet+Hunt（www.cellnethunt.com）、PRI（www.pri.co.uk）、Computime （www.computime.com）、Itron（www.itron.com）等廠商。由於 ZigBee 本身傳輸距離有限，因此欲採用 ZigBee 技術，先決條件便是必須建立一個可以正常工作的 ZigBee 網路。目前 ZigBee 聯盟發展的標準規範，以及現有使用 ZigBee 技術的表頭，幾乎有志一同的認定環境中的 ZigBee 網路已經存在，而這個需求也當作是整合商必須負. 36.

(44) 責執行的動作。換句話說，目前歐美地區有關 ZigBee 自動抄表技術，被當作是 Home Automation 的一環。這樣的解決方案處理方式，對於歐美地區獨立式住宅來說是理想的解決方案：使用者在住宅中佈建 ZigBee 網路，表頭計量讀數透過 ZigBee 網路回傳至安裝在家中的用戶端資料處理伺服器，然後再透過寬頻網路傳輸至能源公司。在這個使用情境中， ZigBee 網路主要的功用不只是 AMR，而是家庭自動化控制、或是保全，亦即自動讀表則是這個系統的一個附加功能。然而以國內的情境來說，由於國內並未發展出類似國外的家庭自動化市場，因此這樣的解決方案在國內是否適用，尚待評估。要如何吸引夠多的用戶願意在家中架設 ZigBee 環控網路，將是推廣的關鍵。 (三)其他常見技術 1. HomePNA HomePNA 是 Home Phoneline Network Alliance 的簡寫。這種技術使用 FDMA 調變技術，利用家庭中既有的二芯電話線路傳送高頻低功率數位訊號，並且可與一般語音電話、傳真、V.92 Modem、DSL 通訊共用線路，彼此不會造成干擾。目前最新的 HomePNA 3.1 已經可以達到 128Mbps 的傳輸速度，若使用雙線路並聯傳輸，更可達到 320 Mbps 的高速。 HomePNA 最大的優勢就是可利用既有的線路進行佈建，對於現有的裝潢無須另外施工或者拉明線。HomePNA 不需要加裝特殊的濾波器、分歧器或者集線器，用戶僅需自行將 Home PNA 網卡連接至現有的電話插. 37.

(45) 座，即可完成複雜的網路連結，可以省去施工佈線的麻煩與時間，也可節省複雜的網路設備費用。對於現有的集合式住宅，利用 HomePNA 也可以簡單達到佈建建築區域網路的目的：可於建築的電信配線箱旁增設一交換集線器，作為每戶 HomePNA 的相對應端末，並依住戶使用需求頻寬申設固接專線，即可將原本的既有建築變更為寬頻大樓。目前 HomePNA 技術的限制主要是傳輸的距離以及干擾問題。 HomePNA 技術目前可達約 300 公尺左右，對於一般用戶來說已經足夠，但是這個距離不足以作為用戶端 Last Mile 的解決方案。同時 HomePNA 傳輸的線路是一般家庭電話線路，若在線路上存在發送頻率、功率不符合通訊規範的裝置，則會對於通訊品質造成影響。 HomePNA 使用的通訊協定是一個公開的標準，制定這個協定的 HPNA 標準組織包含 Broadcom、AT&T、3Com、Motorola、IBM、Intel 等 150 家公司成員，HPNA 組織同時也提供產品認證，符合 HPNA 認證的產品即可確保其互通相容性。目前市面上現有通過 2.0/3.x 認證的寬頻產品包括友訊（D-Link），SMC Networks，SendTek（www.sendtek.com）， 2Wire（www.2wire.com），友勁科技（Cameo）等公司。除此之外，也有多家公司提供 1Mbps 的 HomePNA 1.x 相容產品，例如滿利科技（Mainly）、友訊科技（Aboway）等。 2. MoCA 相較於歷史悠久的 PLC 與 HomePNA，MoCA（Multimedia over Coax Alliance）技術是相當新的一個標準。這個技術主要是利用同軸電纜，也就是一般電視的訊號線，來達到資料傳輸的目的。在有線電視發. 38.

(46) 展比較普及的地區，有線電視早已世家中必備的佈線之一，重要性僅次於電力與電話線路。一般家庭在裝潢的時候多半會將有限電視的需求考量進去，因此也讓這個技術有崛起的機會。 MoCA 採用的通訊協定是公開標準，制定標準的 MoCA 聯盟成立於 2004 年，成員包括 2Wire, Linksys, Motorola, Panasonic 等公司，第一版的標準在 2006 年推出。由於是採用同軸電纜作為傳輸媒介，MoCA 在通訊技術與通訊品質方面都遠比 PLC 或 HomePNA 佔有優勢。同軸電纜抗干擾的能力明顯比電力線或電話線要高，同時也可達到 270 Mbps 的實體層傳輸效率。但是由於推出時間太晚，而且在實際的應用層面來說，MoCA 的便利性明顯不如 PLC 或 HomePNA，因此市場上並沒有多少採用 MoCA 的產品出現。目前市面上的產品包括友訊（D-Link）、熵通科技（Entropic）、智灝科技（Mototech）、Linksys 等。. 39.

(47) 第四章標準與驗證檢視分析第一節前言本章主要針對目前我國水電瓦斯各表計標準進行檢視，探討目前各表表計標準，藉由各表計標準的檢視，進而檢討目前標準是否能夠滿足自動讀表系統要求。另外，由於自動讀表系統牽涉不同表計與通訊方式，即使依據相同標準，各設備間仍可能無法互通，所以本章將提出互通性測試平台的建立機制，以提供未來國內自動讀表系統建置時參考。. 第二節電表相關標準與法規介紹我國電表相關標準與法規牽涉到標準法規、度量衡法規、商品檢驗法規、其他法規（如電表相關規則及辦法）。為制定及推行共同一致之標準，並促進標準化，謀求改善產品、過程及服務之品質、增進生產效率、維持生產、運銷或消費之合理化，以增進公共福祉，中華民國八十六年十一月二十六日總統令修正公布標準法，第二條規定主管機關為經濟部。依標準法第七條第二項規定經濟部令公布施行訂定國家標準制定辦法。國家標準總數：至九十二年底止，已制定公布有 15,561 種國家標準。經濟部能源委員會負責能源政策及法規及相關技術、經濟、法律及其他重要問題之分析研究與諮詢能源管理法。標準檢驗局係依據經濟部組織法成立之國家最高商品檢驗機關隸屬經濟部，主要任務為國家標準編修以配合經建計畫、工業政策執行商品檢驗，以提高產品之國際競爭力及保障消費者權益；推行國際標準品質保證制度及環境管理系統，以提升我國品質保證及環境管理水準；辦理全國度量衡標準之劃一及實施及其他檢（試）驗服務。凡經經濟部公告為應施檢驗之品目，須經標準檢驗局檢驗合格，始得輸出、輸入. 40.

(48) 或在國內市場陳列銷售。凡舉有關電力讀表、電價等有關之標準或法令，在經濟部能源委員會、標準檢驗局或台電網站等找到或鏈結到相關之資訊整理如下。一、電表箱體及安裝 (一)CNS11908 低壓電表用塑膠箱體及固定板。 (二)屋內線路裝置規則：依電業法第四四條訂定，第八章第三節規定電度表裝置。 (三)電子式電表接線箱結構圖及裝用原則：為配合使用電子式電表裝置，台電對新、增設用戶，表箱材質除屋內線路裝置規則第 477 條規定外，需按本原則辦理。 (四)中央空氣調節系統電表及線路裝置規則：依能源管理法第二十九條規定訂定之能源管理法施行細則依能源管理法第十八條第三項規定訂定。二、電信局網路與自動讀表系統 (一)CNS14273「自動讀表系統使用有線電信網路讀表介面單元」：依經濟部標準檢驗局於民國 87 年 11 月公布之中國國家標準。此標準規定使用電話網路時之讀表介面之電氣特性，及使用一般電話線（PSTN）與專線(Leased Line)時之讀表程序，基本上是保護電信局網路及客戶通話品質之自動讀表系統規範。：依經濟 (二)CNS14274「自動讀表系統使用無線通信網路讀表介面單元」. 41.

(49) 部標準檢驗局於民國 87 年 11 月公布之中國國家標準。此標準規定使用無線基地台或無線資料收集中心時之讀表介面之電氣特性。另外對表計使用電力線載波與漣波介面之頻率管制及電磁干擾提出規範，此部份保護了電表用戶之電氣設備及人員安全。 (三)用戶建築物屋內外電信設備裝置規則：依電信法第三十八條規定訂定。 (四)建築物電信設備及空間設置使用管理規則：依電信法第三十八條第六項規定訂定。三、電表電費規定來源 (一)台電公司營業規則：依據電業法第五十九條規定訂定。 (二)台灣電力公司營業規則施行細則：依據台電公司營業規則第一百零四條訂定。 (三)處理竊電規則：依電業法第七十三條第二項規定經濟部訂定發布。四、電度表型式認證及檢定檢查技術規範 (一)度量衡器型式認證管理辦法：依度量衡法第二十五條第二項規定，經濟部發布訂定。根據中華民國九十二年七月三十日經濟部經標字第○九二○四六○九四五○號令訂定發布之度量衡器型式認證管理辦法，第 2 條應經型式認證之法定度量衡器種類及範圍，尚未對自動遙讀電表作型式認證規定。目前電度表型式認證允收規範除台電依法規定者外。不足之處以 ANSI 及 IEC 標準為輔。. 42.

(50) (二)電度表檢定檢查：依度量衡法第六條，電度表檢定委託財團法人台灣大電力研究試驗中心辦理。 (三)電度表檢定檢查技術規範：依度量衡法第十四條第二項及第十六條第二項規定，訂定 CNMV 46 規範，規定應受檢定檢查之瓦時計（有效電度表）、乏時計（無效電度表）、瓦時需量表（簡稱電度表）及匹配於電度表之變比器。五、電度表採購規範由於高科技電子相關元件及晶片的快速發展，使得全電子式電子產品也逐漸取代以往的機械產品，台電公司因全世界及台灣之 TOU 電表供應廠商停產 TOU 電表，故引進廣範圍電壓(120~480V)之電子式電表裝用，經草擬及多次審核及修正後，於 88 年 9 月完成「0.5 級電子式電表及配件」的採購規範。公司電表標購以三相四線三元件的電子式電表為主，配合電表計量需求，將來新設用戶計劃均採三元件電表；既設用戶已裝設二元件電表者可繼續留用，如有增設更換時，建議改為三元件電表計量。配合使用電子式電表裝置之需要，自 90 年 3 月 1 日起新、增設用戶需全面採用電子式電表，並採用電于表用電箱尺寸來裝置。六、ANSI通訊協定標準世界各國計費用電表製造廠商所生產之電表，其電表內部參數以及所提供之量測資訊，在電表內部大多以資料表格方式存放並且符合 ANSI C12.19 有關資料表結構定義的標準。ANSI C12.19 適用於水、電、瓦斯表。 GE、Schlumberger、ABB (Elster) 、Global Power 等國外及國內開發之計費. 43.

(51) 電表皆依循此標準。購買符合多數廠家採用之標準計費電表具有許多好處，台電目前全電子式計費電表也是採用此標準。因為通訊協定是讀表系統最重要關鍵技術之一，所以在此簡單描述 ANSI 通訊協定標準： (一)ANSI C12.18 描述如何由光學讀寫頭介面到電表內部取資料 (二)ANSI C12.19 描述一旦取得內部電表資料後，資料表格之資料結構與解析 (三)ANSI C12.21 描述如何由電話線介面到電表內部取資料 (四)ANSI C12.22 描述利用網路通訊存取電表資料之方法七、通訊協定標準化自動電表量測，需求面管理（Demand Side Managements，DSM）整合宜有通用的定義及通訊協定的標準，方可促進 AMR 及電子式計量表之發展。DLMS／COSEM 即為使用者協會推行之通用語言（Common Language）可供不同使用者溝通，茲簡述如次：（一）DLMS／COSEM 全名為 Device Language Message specification／ Companion Specification for Energy Metering。（二）DLMS／COSEM 所代表意義：DLMS（設備語言訊息規範）為資. 44.

(52) 訊業間建立一通用的概念；COSEM（電子式計量表用規範）依據現有的規範，建立規則以供電子式量測表之間資訊互通。（三）DLMS 使用者協會根據工業界、廠家、系統、供應商，IEC61361 敘述使用者需求（User Requirements）以及 IEC 61334 配電自動化（Distribution Automation）規範而負責下述任務： 1.發展並維護 DLMS／COSEM 規範作為國際標準。 2.發展一致性的測試方式，並支援使用者。（四）DLMS／COSEM 建立標準目前為國際標準納入者 1.TC13 WG14 IEC62056 系列電子表標準。 2.TC294 WG2 EN13757 系列瓦斯、自來水及熱氣電子表標準。 3.IEC 62056-42 規範電子表讀取、費率及負載控制間資訊交換。（五）DLMS／COSEM 意義： 1.訂定物件模型（Object Model）以介面來考量電表功能。 2.為所有電表資訊之辨認系統。 3.經由傳訊方法（Messaging Method）將資訊轉換成一系列位元組（bytes）與模組通訊。 4.電表與資料收集系統間以通訊傳輸方式互連。（六）現階段會員：含 ABB、EDF、DOBUS、ELSTER、GORLITZ、ITRON、KEMA、. 45.

(53) M-BUS、SIEMENS 等約 50 家廠商及電力公司。（七）目前情況： 1.供電表間資料互換，符合自由市場需求的國際標準。 2.為包含所有能源類型（電力、瓦斯、自來水及熱能電表）的國際標準。 3.早期 IEC611071、IEC870-5、SGM、FNP 均為其取代。 4.電表及系統均可用。 5.標準通訊協定基本之為標準化資料傳統格式及程序、格式及方法，產品採標準化協定，使用上可達到隨插即用（plug and play）之目的。經由上述介紹可知目前電表在計量部分已經有完備國家標準，經由整理可得到與電度表相關標準如下所示： z CNS 299 指示電計器標準 z CNS 9357 電力儀表耐候性能 z CNS 9358 電力儀表耐候性能試驗法 z CNS 11428 瓦時計 z CNS 11430 瓦時計（單獨計器）查表發訊器 z CNS 11434 瓦時計（附變比器計器）查表發訊器 z CNS 11441 瓦時，乏時及電力最大需量表示裝置（分離型）. 46.

(54) z CNS 11442 集中查表用瓦時表示裝置（分離型） z CNS 11444 瓦時，乏時及電力最大需量表示裝置（分離型）試驗法 z CNS 14273 自動讀表系統使用有線電信網路讀表介面單元 z CNS 14274 自動讀表系統使用無線通信網路讀表介面單元 z CNS 14607 電子式電度表 z CNS 14608 需量計量器 z CNS 14609 時間電價計量器由以上說明可以看出，關於電表到讀表介面之間，以及讀表介面到網路端（包括有線及無線網路）的通信標準都已制訂完備。為通訊技術日新月異，建議未來可考慮只訂定介面格式，而通訊技術則保留彈性，如此將符合最新網路通信時代的需求。. 第三節水表相關標準與法規介紹目前我國關於水量計相關國家標準如下， CNS14866-1 密閉導管內水流量之量測－冷飲水用水量計－第 1 部：規範 CNS14866-2 密閉導管內水流量之量測－冷飲水用水量計－第 2 部：安裝規定與選用 CNS14866-3 密閉導管內水流量之量測－冷飲水用水量計－第 3 部：檢. 47.

(55) 驗法及設備 CNS15084-1 密閉導管內水流量之量測－冷飲水用連結式水量計－第 1 部：規範 CNS15084-2 密閉導管內水流量之量測－冷飲水用連結式水量計－第 2 部：安裝規定 CNS15084-3 密閉導管內水流量之量測－冷飲水用連結式水量計－第 3 部：檢驗法 CNS13979 渦流流量計其中 CNS 14866 「密閉導管內水流量之量測 – 冷飲水用水量計」及 CNS 13979「渦流流量計」兩份國家標準，都規定水量計的通信介面應符合 CNS 14273 及 CNS 14274 標準。另外在 CNPA 49「水量計型式認證技術規範」之中亦明確規定「容積型及速度型水量計之遠端輸出系統，應符合 CNS 14866-1 第 4.6 節之規定。渦流型水量計之遠端輸出系統，應符合 CNS 13979 第 7 節之規定。」基本上對於計量部分就目前傳統讀表方式（人工讀表）已經具備，然水量計目前尚未具有像電度表已經有 CNS 14607 電子式電度表標準。由以上說明可以看出，關於水量計到讀表介面之間，以及讀表介面到網路端（包括有線及無線網路）的通信標準都已制訂完備。但是由於通信科技日新月異，讀表介面國家標準（CNS 14273 及 CNS 14274）自民國八十七年公告至今未曾修訂，已經不符時代需求。建議標準檢驗局未來可考慮. 48.

(56) 將. TCP/IP、WiFi、WAP 等新近的通信技術納入標準之中，以符合網路通. 信時代的需求。. 第四節瓦斯表相關標準與法規介紹相較於水量計，瓦斯表在 92 年已經公佈模式氣量計相關國家標準，其中 CNS14741 天然氣用微電腦模式氣量計已經訂定數位式瓦斯表可依循之國家標準。此標準完整訂出：一、適用範圍：本標準適用於流量範圍在 16 m3/h 以下天然氣（以下簡稱燃氣）用微電腦模式氣量計（以下簡稱氣量計）。二、型式：計量單元與安全基準檢測控制單元之組成，可分為上蓋型、外掛型及整表型。三、構造：由計量單元與安全基準檢測控制單元組成。四、功能： (一)一般性功能。 (二)安全功能：計量單元運轉時，可連續監測燃氣使用狀態，如有異常狀態時，能啟動安全功能，並自動遮斷燃氣且以顯示器示警。 (三)通信功能：以通信介面連接於氣量計外接通信回路時，具有以下功能。 1.雙向通信讀表。 2.單向通信自動通報及告警。. 49.

(57) 3.通報燃氣使用狀況。 4.中心遙控。 (四)材料 (五)性能：1.耐水密性、2.標示/警示燈等之性能要求、3.遮斷閥之功能、開閉狀態顯示、4.接合性能、5.耐振動性能、6.耐壓性能、7. 氣密性能、8.壓力損失、9.耐用壽命、10.耐衝擊性、11.耐引爆性、12.耐磁場性、13.電源電壓下降適應性、14.洩漏檢測性能、 15.耐溫度變動性、16.耐濕度變動性、17.異常流量遮斷性能、 18.遮斷機能、19.復原動作之安全性、20.耐叢訊性能、21.耐靜電放電性能、22.耐電磁波性能、23.優先動作性能、24.訊號連接性能：訊號連接線應具有充分強度及極性識別；經短路再開放後不得有異常。 (七)試驗條件：在本標準之檢驗及試驗方法，未特別規定試驗條件時，均依下列條件實施試驗。 1.試驗中之室內溫度：試驗中之室內溫度變動為±5℃ 以內，且應保持 20±15℃ 範圍內。 2.試驗中之室內濕度：試驗中之室內濕度以相對濕度 65±20％為準。 3.正常使用狀態：氣量計受測時，其入口側及出口側之連接管，原則上各為連接口徑之 8〜10 倍長度之直管。但依據試驗項目，如被檢知部分之容積易受內管容積影響者，應以最大內管容積測試。其壓力測定口設在氣量計進／出氣口起 2〜3 倍進出氣口徑長之位置。又. 50.

(58) 壓力測定口之內面應光滑。標準氣量計之安裝位置應視試驗項目，而對應裝在直管之上游或下游。. (八)試驗 1.耐水密性試驗：外殼構造以目視檢查應無顯著瑕疵，並應符合 CNS 14165〔電器外殼保護分類等級(IP 碼)〕第 14.2.4 節之規定。 2.標示燈性能試驗 (1)以發光二極體(LED)顯示者：在照度 300 lx 之室內，於標示燈本體前面 3m 位置，能以目視清晰辨認標示狀態。具有顯示動作原因者，依製造業者之規格書所記載之標示方法確認。 (2)以液晶顯示(LCD)顯示者：以游標卡尺等量測所顯示之文字或數字大小，應有 4 mm 以上高度。具有顯示動作原因者，依製造業者之規格書所記載之標示方法確認。 3.開閉狀態確認試驗：於操作遮斷閥之開及關動作後，以目視檢查其顯示開及閉之狀態。如僅有一項顯示之型式時，則應顯示閉之狀態。但因電池電壓下降之原因，導致遮斷閥成為閉狀態時不在此限。 4.阻礙遮斷防止性能試驗 (1)有阻礙遮斷防止裝置 (2)無阻礙遮斷防止裝置 5.手動關閉裝置性能試驗 51.

(59) (1)有手動關閉裝置：於流量「零」狀態下操作手動開關，確認遮斷閥成為閉止狀態之時間不超過 62 分鐘。 (2)無手動開關裝置者：免試驗。 6.與導管連接性能之試驗 (1)螺紋接合：以 CNS 12753〔推拔管螺紋量規〕檢查，其螺紋應符合 CNS 495〔推拔管螺紋〕之規定。 (2)凸緣接合：以分厘卡尺等量測其尺度，應符合 CNS 789〔鐵金屬製管凸緣基準尺度(2kgf/cm2 )〕之規定。 (3)內螺絲接頭接合：以螺紋規檢查螺紋，應符合 CNS 2943〔螺紋式展性鑄鐵管件〕之規定。 7.耐振動性能試驗 8.耐壓試驗 9.氣密試驗 10.壓力損失試驗 11.耐久壽命性能試驗 12.反覆操作耐久性試驗 13.耐衝擊試驗 14.耐引爆試驗 15.電磁耐受性及電磁干擾試驗. 52.