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基于ZIGBEE無線網絡的電表集抄系統

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公司名稱江蘇安科瑞電器制造有限公司
品牌
型號
所在地無錫市
廠商性質其他
更新時間2016/12/1 13:36:43
訪問次數1482

產品標簽:

無線網絡的電表集抄系統

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企業簡介

江蘇安科瑞電器制造有限公司是安科瑞電氣股份有限公司（證券代碼：300286 SZ.）的全資子公司，是安科瑞電量采集、電力監控、電能管理、電氣安全、低壓保護、智能光伏等系列產品的生產基地。公司位于江蘇省江陰市，目前現代化生產廠房面積達3萬平方米，可年生產電力儀表/測控裝置100萬臺、電流互感器80萬只、非標電氣柜5000臺套。公司電子組裝生產線均采用無鉛生產工藝，生產檢測設備自動化程度高，達到國內*水平；建立了集ERP、MES、SRM、PDM的信息管理系統，是江蘇省兩化融合試點企業。

通過在產品、技術、生產工藝上的積累和持續創新，公司成功實現了科技轉型，由普通數顯儀表和電量傳感器的單一生產發展成為多樣化產品的研發、生產、銷售，產品涵蓋了智能網絡電力儀表、智能馬達保護裝置、智能光伏匯流裝置、電能質量監控裝置、電氣火災監控裝置、消防電源監控設備、醫用隔離電源柜、有源濾波裝置、光伏匯流箱、光伏并網逆變器等。2009年，公司被認定為江蘇省*。公司擁有獲得國家實驗室認證認可（CNAS）的測試中心，配置了國內外*的試驗儀器設備和專業的測試團隊，可開展電磁兼容試驗、HALT-HASS高加速壽命試驗、高低溫及交變濕熱等環境試驗、電氣安全試驗等多種檢測試驗項目，對公司新產品進行測試驗證，同時也對量產的產品進行定期抽樣試驗，確保產品質量滿足規定要求，為安科瑞產品質量保駕護航。

公司與上海電科所、東南大學、中國礦業大學等科研院所、高校組成產學研聯合體，圍繞智能電網用戶端的電力監控、電能管理和電氣安全開展產品研發，目前累計獲得共77項，其中發明5項，并與東南大學共同建立了“江蘇省建筑光伏發電輸出系統工程技術研發中心”。

公司以用戶端智能網絡電力儀表及系統集成為主導產業，堅持“為客戶創造價值”的經營理念，走專業化、市場化、規模化道路，努力實現“立足中國、放眼世界，爭做*智能配電供應商”的戰略目標，為客戶提供可靠用電、節約用電、安全用電的完整解決方案，在智能電網用戶端、新能源、物聯網等前沿領域不斷探索開發新產品。

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電所自動化系統、建筑光伏發電系統、電能質量治理系統、電能分項計量系統、電氣火災監控系統、醫療IT配電系統、消防設備電源監控系統、防火門監控系統、消防應急照明疏散指示系統以及智能照明系統等產品

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當前，范圍內智能電網建設正逐步展開，供電公司在構建新一代AMI（*計量體系）系統時，都會考慮采用多種通信技術混合組網的方式，以克服現有技術固有的一些不足，從而達到滿足系統性能和投資回報的要求。這些AMI系統要求包括：直接與每個表計通訊的高可靠性雙向信道、*的單次抄讀成功率、實時快速的系統響應、足夠的數據帶寬遠程斷/送電、無卡遠程預付費、未來費率的遠程調整等。當然，Z重要的是可以通過降低線損

基于ZIGBEE無線網絡的電表集抄系統產品信息

1.1 概述
當前，范圍內智能電網建設正逐步展開，供電公司在構建新一代AMI（*計量體系）系統時，都會考慮采用多種通信技術混合組網的方式，以克服現有技術固有的一些不足，從而達到滿足系統性能和投資回報的要求。這些AMI系統要求包括：直接與每個表計通訊的高可靠性雙向信道、*的單次抄讀成功率、實時快速的系統響應、足夠的數據帶寬遠程斷/送電、無卡遠程預付費、未來費率的遠程調整等。當然，zui重要的是可以通過降低線損、提高效率而獲得很高的投資回報。
盡管目前國內涉及自動抄表領域的廠家很多，并且產品復雜多樣，但通過綜合比較發現，自動抄表系統的基本構架如圖。

其中，上位機是放置在管理部門或監控中心的計算機系統；集中器是區域集中數據的裝置；采集器是分區采集電表數據的裝置。這個系統組網方案中，上段信道可以采用有線市話、無線通信(包括GPRS/CDMA)、光纖通信等等，這些信道的可靠性勿庸置疑。然而現在自動抄表系統的通信問題多出在下段信道，也就是從集中器到電表這一段。這一段信道用量大，爭論也zui激烈。
現有的一些所謂的“zui后一公里”技術，例如：低壓電力線載波（PLC），RS485有線通訊都存在各種各樣的弊端。（見表1）
隨著無線通信技術的不斷發展，近年來出現了面向低成本設備無線聯網要求的技術，稱之為ZIGBEE，它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制、遠程控制領域及家用設備聯網。
由于ZIGBEE的*特性，基于ZIGBEE技術的無線組網是一種比較合適的下行信道的實現手段。適合應用于一些短距離的無線網絡的組網，例如寫字樓、辦公樓、宿舍樓、工廠等無線抄表網絡，適用于企業內部能耗監測及管理系統，尤其適用于一些布線困難舊樓改造的能耗管理系統中。而若將其與成熟的工業以太網和GPRS/CDMA上行信道結合，與后臺管理主站組成一個完整的集抄和監控系統，則可以為遠程管理提供一個有效的解決方案。

表1. ZIGBEE與其他“zui后一公里”技術的比較

1.2 ZIGBEE技術特點
ZIGBEE協議基于IEEE 802.15.4標準，從2004年發布ZIGBEE V1．0到的增加了ZIGBEE-PRO擴展指令集的ZIGBEE2006版本，ZIGBEE功能不斷強大。ZIGBEE具備強大的設備聯網功能(見圖2)，它支持3種主要的自組織無線網絡類型，即星型結構(Star)、網狀結構(Mesh)和樹型結構(Cluster Tree)，特別是網狀結構，具有很強的網絡健壯性和系統可靠性。與目前普遍應用的wi-Fi、Bluetooth等短距離無線通訊技術相比較，ZIGBEE的特點主要有：

圖2 ZIGBEE網絡拓撲分類

(1)工作周期短、收發信息功耗較低，并且RFD(Reduced Function Device，簡化功能器件)采用了休眠模式，不工作時都可以進入睡眠模式。
(2)低成本。通過大幅簡化協議(不到藍牙的1/10)，降低了對通信控制器的要求，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節點需要32KB代碼，子功能節點少至4 KB代碼。
(3)低速率、短延時。ZIGBEE的zui大通信速率達到250 kb／s(工作在2．4 GHz時)，滿足低速率傳輸數據的應用需求。ZIGBEE的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態只需15ms，節點連接進入網絡只需30ms，進一步節省了電能。相比較，藍牙需3～10 S、Wi-Fi需3 S。
(4)近距離，高容量。傳輸范圍一般介于10～100 m，在增加RF發射功率后，亦可增加到1~3 km。這指的是相鄰節點間的距離，若通過路由和節點間通信的接力，擴展后達到幾百米甚至幾公里。ZIGBEE可采用星狀、片狀和網狀網絡結構。由一個主節點管理若干子節點，zui多一個主節點可管理254個子節點。
(6)免執照頻段。采用直接序列擴頻在工業科學醫療(Industrial Scientific Medical，ISM)頻段，分別為2．4 GHz()、915 MHz(美國)和868 MHz(歐洲)。

1.3 ZIGBEE無線通信抄表系統的體系結構
圖3為無線通信抄表系統網絡拓撲圖，整個網絡主要由四部分組成：計量儀表、本地無線通信網絡、遠方通信網絡以及數據交換設備。ZIGBEE無線通信抄表系統的體系結構也繼承了無線通信抄表系統，它的結構與無線抄表系統大致一樣，整個網絡也由計量儀表、ZIGBEE采集器（負責與計量儀表之間的通信）、ZIGBEE網絡終端（負責與上層通訊網絡的對接，譬如工業太網等）、上層通信網絡和數據交換存儲設備。ZIGBEE無線通信抄表系統一般采用的組網方式是MESH的網狀網絡，MESH網絡能更好得保證通信質量，保證單一節點出現故障時不影響其他節點通信狀態。

圖3 無線網絡拓撲圖

1.4 ZIGBEE無線抄表的解決方案
不管是有線還是無線，抄表系統總會受到環境、距離和場合等因素的影響而各有其不同的解決方案。基于ZIGBEE抄表系統也不會脫離這個約束，它也會由環境、距離和場合等因素的影響而異，有不同的解決方案。由于ZIGBEE的定位是短距離的通信，應用于寫字樓、辦公樓、宿舍樓、工廠等無線抄表網絡時，它所考慮的因素相對要少。
圖4為ZIGBEE無線集抄系統單個子網組成示意圖，整個系統前面闡述的系統體系結構的組成一樣，主要由上行網絡工業以太網和下行網絡ZIGBEE無線局域網絡組成。整個子網主要由電表、ZIGBEE采集器以及ZIGBEE網絡終端組成。電表可以采用ACREL的1352系列卡式電能表和ACR網絡電力儀表等，它們與ZIGBEE采集器之間采用RS485通訊，采用MODBUS通信協議；ZIGBEE采集器下面zui多可以連接32個表；由于MODBUS地址有限，整個ZIGBEE子網中zui多能連接255個表；為了保障通信連接的可靠性，有的時候要視環境和距離的情況，需要多加幾個路由功能的網絡節點（ZIGBEE采集器配置成路由功能），以保證有些孤遠節點的通信正常；另外考慮到無線網絡的擁塞度和實時性傳輸，建議整個子網中的無線節點（即ZIGBEE采集器）的個數不應大于60個，這樣能保證網絡中的通信質量。每個ZIGBEE子網都有各自的ID識別和頻段的劃分，這樣可以幫助擴充更多的表計數。