欢迎来到太平洋安防网!
微信号
扫描上方二维码
加入网站订阅号
扫描上方二维码
加入商城公众号
手机站
扫描上方二维码
访问手机站
太平洋安防资讯
资讯
当前位置:安防首页 > 资讯 > 解决方案

ZigBee无线模块在电能管理系统中的应用

2017-08-15 10:05:42来源:安科瑞已被 人阅读

内容摘要:安科瑞 胡烨 随着无线技术的速度发展,无线抄表系统得到了迅速的发展。作为短距离无线通信一员的ZigBee技术也得到迅速发展,基于ZigBee的无线网络电能管理系统也成为一个非常理想无线抄表系统。本文介绍了基于ZigBee无线通信模块的设计,包括软硬件设计。本文还介绍了模块在ZigBee无线电能管理系统中使用情况及整个系统运行情况。
 1   引言

  随着全球范围内智能电网建设正逐步展开,用户端是智能电网重要组成部分,用户端的核心内容包括智能配电与能量管理、智能电器、用电安全、电力计量等多个方面。目前能量管理系统都会考虑采用多种通信技术混合组网的方式,以克服现有技术固有的一些不足,从而达到满足系统性能和投资回报的要求。目前工业以太网、电力线载波及无线短距离通信被认为是AMR自动抄表系统可用的解决方案。其中无线短距离通信是一个很好的本地通信网络的解决方案,工业以太网、GPRS及CDMA等远距离通信可以作为远程通信网络,以这样方式的混合组网被公认为一种很好的解决方案。随着一种新兴的短距离、低速率无线网络技术ZigBee技术的兴起,基于ZigBee技术的本地无线自动抄表系统成为了一个热点。本文主要介绍了一款基于ZigBee技术无线模块的设计及其在ZigBee无线自动抄表系统中的应用。

2  ZigBee技术的特点
ZigBee无线技术的特点是低耗电、低成本、低数据速率、短距离、通信可靠性高。它的网络拓扑主要支持3种自组织无线网络类型,即星型结构(Star)、网状结构(Mesh)和树型结构(Cluster Tree),特别是网状结构,具有很强的网络健壮性和系统可靠性。这使ZigBee技术在低耗电、低成本、低数据速率、可靠性强的无线抄表系统中发挥巨大的作用。
 
3  ZigBee无线模块的设计
本文设计的ZigBee无线模块采用导轨式安装的安装方式,可以方便地安装在35mm的标准导轨上,这使模块能灵活的安装在各类配电箱、配电柜中。其外观侧视图如图1所示。ZigBee无线模块的技术指标如表1所示。

表1 ZigBee无线模块的技术指标


ZigBee无线模块分为两类,其中ZigBee信号转RS485信号的模块称为ZigBee采集模块;而ZigBee信号转以太网信号的模块称为ZigBee网络终端,它是整个ZigBee网络的组网发起者,即ZigBee网络中的中心节点。

图1 ZigBee模块侧视图

3.1 硬件设计
ZigBee无线通信模块主要由开关电源部分、ZigBee无线传输部分及接口转换部分组成,其原理框图如图2所示。

图2 ZigBee通信模块

  开关电源电路部分主要采用美国PI公司TOP221Y(TOPSwitch),使用反激式功率变换电路,把交流电源转换成我们需要的直流电源;无线传输部分主要采用MC13213芯片,它是freescale第二代ZigBee芯片,内部带有MCU芯片和无线收发器,它的原理图如图3所示;功率放大器采用SKY65336,它最大可以支持20dbm的功率放大功能,其原理图如图4所示;信号转换电路分RS485转换电路和以太网转换电路,其中以太网部分采用周立功的IPORT以太网模块。

图3 MC13213原理图

图4 SKY65336原理图

3.2 软件设计
如图5所示为ZigBee模块网络建立的流程图,整个ZigBee网络是由中心节点(即ZigBee网络终端模块)发起组建的,当网络建立成功后,此时在同一个网络频段上,并且拥有和ZigBee相同网络ID的ZigBee采集模块可以自动加入此ZigBee网络,并且每个ZigBee采集模块获得各自独立的网络地址。此时,整个ZigBee网络建立成功,可以准备数据的收发,ZigBee网络终端通过广播的方式传输数据。

图5 ZigBee模块网络建立流程图

  如图6所示为ZigBee采集模块数据传输的流程图。首先ZigBee采集模块接收来自ZigBee网络终端模块的数据。然后判断是不是传递给自己的数据,如果是自己的数据则上传相关的回复数据,如果不是则按照自己发现的路由表中的地址以广播的方式转发来自ZigBee网络终端模块的数据。最后完成所有工作后进入休眠模式,等待下次的访问。

图6 ZigBee采集模块数据传输流程图

  ZigBee采集模块及ZigBee网络终端都是采用透明传输,即直接把以太网的数据转换成ZigBee信号,其中不会增加多余数据,只把数据部分转发,自动去掉帧头、帧尾;RS485信号转换ZigBee信号也是一样的原理。

4  基于ZigBee电能管理系统的应用
如图7所示为ZigBee电能管理系统,本文远程通信网络采用工业以太网络,网络中电表的通信协议采用MODBUS-RTU协议。整个系统中监控主机通过以太网按照TCP/IP协议把MODBUS-RTU命令数据传递给ZigBee网络中心节点,网络中心节点再通过单点对多点的通信模式,以广播的方式把命令数据帧传递给ZigBee无线网络中的各个ZigBee采集器,通过ZigBee采集器传递给485总线上的各个表计,如果表计的地址与命令帧中所涉及的地址吻合,则做出相应的数据回复,通过原路返回给监控主机。

图7 ZigBee电能管理系统

  整个系统可以监测整个厂区或整幢楼宇等的各个分项的电能计量,譬如一个厂区路灯耗电量、各个办公室的耗电量、各条生产线的耗电量等等,还可以以报表的形式分析该工厂在一段时时间内的各个分项能耗占总能耗的百分比,以便工厂了解这段时间里的各个分项的能耗,以制定出往后能耗管理方案,已达到节能减耗的效果。
目前整个系统在江阴某制造企业实施运行,按照分项计量的原则,把厂区内的各路进线和出线进行分项计量,图8就是该厂区的配电图,整个系统对所有的进线回路进行监控,并全部使用ZigBee采集模块进行数据采集监控,其中包含电流、电压、电能等参数,及一些简单的开关量的控制。系统还对一些支路进行监视,譬如生产线、办公楼、空调等等进行全方位的监视,这样方便工厂了解各项数据,以便制定更详细的节能方案。

图8 厂区配电图

  目前,整个ZigBee无线电能管理系统采用的无线模块为21个,包括各类表记82个块。图9为ZigBee无线电能管理系统中的通信图,它列出了整个系统包含的所有表计。其中配电室的14个表通过485总线连接到一个ZigBee采集模块进行无线通信,各个空调插座由于比较分散,各采用一个ZigBee采集模块,等等。具体视表计的离散情况,集中在一起的用485总线连接一个模块,分散的分别连接一个模块。以这样的方式比较灵活,减少布线带来的困难。

图9 ZigBee无线电能管理系统通信图

  整个系统运行良好,已经在现场运行了一段时间。图10为一段时间内主进线电流趋势图,它实时反映了工厂这段时间内的电流情况,从而反映整个厂区的负荷情况。

图10 一段时间内主进线电流趋势图

  图11所示为一段时间内的进线回路各项参数的具体数值,它详细地记录了进线回路三相电压、电流、有功电能、无功能电能、功率因素、频率参数。整个厂区各回路电能汇总如图12所示,它记录了一段时间内各个回路的耗电情况,包括各回路进行柜的总电能及分支电能。

图11 一段时间内的进线回路各项参数

 

 图12 各回路电能汇总

5  总结
随着无线通信及ZigBee技术的迅速发展,基于ZigBee的电能管理系统也将渐渐得到人们的关注。ZigBee可以很好的解决有线通信方式布线难度大、成本高、不易维护和升级等问题,而且组网灵活性很高,在电能管理系统中应用前景非常广泛,而且在智能电网领域内也有着广泛的应用前景。
本文介绍的ZigBee无线模块在ZigBee无线电能系统中得到了成功的应用,整个系统很好地对厂区中各路进线回路进行了监测,并能真实的反映厂区的负荷情况,将为节能减排做出应有的贡献。而为了使ZigBee无线电能管理系统能更好地发挥它的优势,还需不断优化系统中的软硬件设备。

  文章来源于:《电气传动自动化》2011年3期。

参考文献:
[1]王权平,王莉. 通讯世界,2003(4).
[2]江修波. ZigBee技术及其应用. 低压电器,2005(7).
[3]常猛,杨小林,刘钊. ZigBee技术及其在智能电网中的应用. 建筑电气,2010(4).
[4]吕震庭,曹建. ZigBee技术在电力设备在线监测系统中的应用. 电子测量技术,2008,31(2):191-194
[5]胡平平,王东兴,王晶杰. ModBus 协议在无线监控系统中的应用. 计算机工程与应用, 2005, 41(17): 211-214.

扫一扫,关注我们了解更多安防资讯!
免责声明:凡注明来源本网的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,欢迎转载,注明出处。非本网作品均来自互联网,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
[责任编辑:wangmengbing]
0条 [查看全部]  相关评论

阅读推荐

交通部发布指导意见  共享单车有望实现“免押金”服务?

5月22日,交通运输部对外发布《关于鼓励和规范互联网租赁自行车发展的指导意见(征..

企业如何抢占智慧养老市场?

智慧养老作为未来的发展趋势,在现阶段,还是存在了一些供需不匹配、市场小散乱差、..

视侦高效破案沈阳地铁人脸识别系统屡立功

近日,沈阳地铁站的人脸识别系统因在短短11天内抓获3名网上追逃人员而受到广泛关注..

伦敦公寓大火致12死68伤 事前居民曾警告有隐患

当地时间6月14日凌晨1时(北京时间14日上午8时)左右,英国伦敦西部一座24层公寓楼发..

摩拜将支持 iPhone 相机扫码解锁;芝麻分 700 以上,日本 5 年签免流水

摩拜单车宣布接入苹果支付服务 Apple Pay,并将支持 iPhone 相机直接扫码解锁。即日..



客服专线:0755-83977321|市场招商热线:0755-83976188、83977188

广告
合作
:2250409004
网站
客服
:1351574492 :2995163296
新闻
投稿
:956170840
技术
支持
:947526166

网站备案号:粤ICP备12031422号-1 经营许可证编号:粤B2-20090398 深圳互联网科技创新企业

太平洋安防网版权所有 2006-2015 互联网违法和不良信息举报中心:0755-83977321 service@dujia365.net

长沙市机关事务管理局 连云港市司法局 长沙市文化广电新闻出版局 Xi'an Jiaotong 西安交通大学数据与信息中心 西安交通大学校园统一支付平台 珠宝柜代工定制生产厂家 西安交通大学本科招生网 克拉玛依市邮政管理局 郑州乐豪斯装饰官网 决策者的市场信息中心 深圳市华璨文化传媒有限公司 连云港民防网 秘鲁玛卡批发报价门户网 土流网招拍挂 长沙市城管局 连云港市规划局在线 西安交通大学医学教育八十周年 中国传奇网站 福州最新招聘信息 长沙市环境保护局 江苏成富农业技术开发有限公司 极速下载官方网站 四川新闻网 高铁网 长沙市人民政府国有资产监督管理委员会 中国台州网 郑州大学工程硕士 擅长加急青岛行业专业翻译 YYMP3音乐网 数学统计学院 太平洋安防网 《东华理工大学学报(自然科学版)》 西安交通大学图书馆 克孜勒苏柯尔克孜自治州邮政管理局 杂志铺 西安交通大学人居环境与建筑工程学院 长沙市经济和信息化委员会 青岛职业技术学院招生咨询网 和田地区邮政管理局 917厦门房产网 长沙市安全生产信息网 高速宝 3158四川分站 ca88亚洲城官网 西西网 小脚印亲子网 上海宣传片制作公司 长沙市民族宗教事务局 顺企网