(1)工作周期短、收發(fā)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(jìn)入睡眠模式。

 

(2)低成本。通過大幅簡化協(xié)議(不到藍(lán)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(jié)點需要32KB代碼，子功能節(jié)點少至4 KB代碼。

 

(3)低速率、短延時。ZigBee的最大通信速率達(dá)到250 kb／s(工作在2．4 GHz時)，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較，藍(lán)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(fā)射功率后，亦可增加到1~3 km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離，若通過路由和節(jié)點間通信的接力，擴(kuò)展后達(dá)到幾百米甚至幾公里。ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點。

 

(5)高可靠性和高安全性。ZigBee的媒體接入控制層(Medium Access Control，MAC)采用CSMA/CA的碰撞避免機(jī)制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。ZigBee還提供了3級安全模式，包括無安全設(shè)定、使用接人控制清單防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AdvancedEncryption Standard，AES)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。

 

(6)免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(Industrial Scientific Medical，ISM)頻段，分別為2．4 GHz(全球)、915 MHz(美國)和868 MHz(歐洲)。

 

 

3 ZigBee（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)表計的選型方案

 

應(yīng)用場合		型號	主要功能
高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜		ACR330ELH	LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復(fù)費率電能統(tǒng)計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計算；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）測量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約
低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線柜		ACR220EL	LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復(fù)費率電能統(tǒng)計、最大需量統(tǒng)計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議
動力柜		ACR120EL	LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復(fù)費率電能統(tǒng)計、最大需量統(tǒng)計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議
		DTSD1352 (ADL3000)	LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復(fù)費率電能統(tǒng)計、最大需量統(tǒng)計；電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選
照明箱		DTSF1352 (ADL300)	電流規(guī)格1.5(6)A、 5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復(fù)費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選	三相電能計量
		DDSF1352 (ADL100)		電流、電壓測量；單相電能計量
		DDSD1352	電流規(guī)格10(60)A、可編程、復(fù)費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約可選	全電參量測量 （I、U、P、Q、S、PF、F） 單相電能計量
數(shù)據(jù)無線傳輸		ANEZB-485 ZIGBEE采集器	采集來自485總線上的數(shù)據(jù)、完成485信號轉(zhuǎn)成無線信號、導(dǎo)軌式安裝
		ANEZB-GTW ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)終端	接收來自以太網(wǎng)上的數(shù)據(jù)、完成以太網(wǎng)信號轉(zhuǎn)成無線信號、導(dǎo)軌式安裝

 

 

3.1 ZigBee采集器/終端主要參數(shù)見表2。

                                                                           表2

型號   參 數(shù)	ANEZB-485 ZigBee采集器	ANEZB-GTW ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端
無線
頻率范圍	2.41GHz~2.48GHz
RF信道	16
接收靈敏度	-94dbm
發(fā)射功率	-27dbm~25dbm
天  線	外置SMA天線
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/div>	網(wǎng)狀
尋址方式	IEEE802.15.4/ZigBee標(biāo)準(zhǔn)地址
網(wǎng)絡(luò)容量	最大255個節(jié)點
通信接口
通信接口	RS485	工業(yè)以太網(wǎng)
波特率	9600bps（默認(rèn)）、4800bps、2400bps、1200bps可選；
通信協(xié)議	MODBUS-RTU協(xié)議
LED指示
網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示	綠燈
POWER指示	紅燈
數(shù)據(jù)指示	綠燈
電源
輔助電源	220V AC
功耗	4W
電磁兼容	浪涌電壓4000V
	快速瞬變?nèi)好}沖4000V
	靜電8000V
機(jī)械尺寸	89×76×74mm
工作溫度	-20℃~65℃
儲藏溫度	-40℃~85℃

 

3.2 ZigBee采集器 見圖3.2

 

         圖3.2 ANEZB-485采集器接線

 

 

3.3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端 見圖3.3

 

 

         圖3.3 ANEZG-GTW網(wǎng)絡(luò)終端接線圖

 

 

4 ZigBee（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)

      不管是有線還是無線，電能管理系統(tǒng)總會受到環(huán)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（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)也不會脫離這個約束，它也會由環(huán)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(yīng)用于寫字樓、辦公樓、宿舍樓、工廠等無線抄表網(wǎng)絡(luò)時，它所考慮的因素相對要少。

 

圖4為ZigBee無線集抄系統(tǒng)單個子網(wǎng)組成示意圖，整個系統(tǒng)前面闡述的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的組成一樣，主要由上行網(wǎng)絡(luò)工業(yè)以太網(wǎng)和下行網(wǎng)絡(luò)ZigBee無線局域網(wǎng)絡(luò)組成。整個子網(wǎng)主要由電表、ZigBee采集器以及ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端組成。電表可以采用ACREL的1352系列卡式電能表和ACR網(wǎng)絡(luò)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(xié)議；ZigBee采集器下面最多可以連接32個表；由于MODBUS地址有限，整個ZigBee子網(wǎng)中最多能連接255個表；為了保障通信連接的可靠性，有的時候要視環(huán)境和距離的情況，需要多加幾個路由功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（ZigBee采集器配置成路由功能），以保證有些孤遠(yuǎn)節(jié)點的通信正常；另外考慮到無線網(wǎng)絡(luò)的擁塞度和實時性傳輸，建議整個子網(wǎng)中的無線節(jié)點（即ZigBee采集器）的個數(shù)不應(yīng)大于60個，這樣能保證網(wǎng)絡(luò)中的通信質(zhì)量。每個ZigBee子網(wǎng)都有各自的ID識別和頻段的劃分，這樣可以幫助擴(kuò)充更多的表計數(shù)。

 

               

              圖4  ZigBee無線集抄系統(tǒng)單個子網(wǎng)組成示意圖

 

 

 

5 應(yīng)用實例

      圖5.1為ZigBee能源管理系統(tǒng)，遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中電表的通信協(xié)議采用MODBUS-RTU協(xié)議。整個系統(tǒng)中監(jiān)控主機(jī)通過以太網(wǎng)按照TCP/IP協(xié)議把MODBUS-RTU命令數(shù)據(jù)傳遞給ZigBee網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點再通過單點對多點的通信模式，以廣播的方式把命令數(shù)據(jù)幀傳遞給ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)中的各個ZigBee采集器，通過ZigBee采集器傳遞給485總線上的各個表計，如果表計的地址與命令幀中所涉及的地址吻合，則做出相應(yīng)的數(shù)據(jù)回復(fù)，通過原路返回給監(jiān)控主機(jī)。

 

      整個系統(tǒng)可以監(jiān)測整個廠區(qū)或整幢樓宇等的各個分項的電能計量，譬如一個廠區(qū)路燈耗電量、各個辦公室的耗電量、各條生產(chǎn)線的耗電量等等，還可以以報表的形式分析該工廠在一段時時間內(nèi)的各個分項能耗占總能耗的百分比，以便工廠了解這段時間里的各個分項的能耗，以制定出往后能耗管理方案，已達(dá)到節(jié)能減耗的效果。

 

      目前整個系統(tǒng)在江蘇安科瑞實施運行，按照分項計量的原則，把廠區(qū)內(nèi)的各路進(jìn)線和出線進(jìn)行分項計量，圖5.2就是該廠區(qū)的配電圖，整個系統(tǒng)對所有的進(jìn)線回路進(jìn)行監(jiān)控，并全部使用ZigBee采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集監(jiān)控，其中包含電流、電壓、電能等參數(shù)，及一些簡單的開關(guān)量的控制。系統(tǒng)還對一些支路進(jìn)行監(jiān)視，譬如生產(chǎn)線、辦公樓、空調(diào)等等進(jìn)行全方位的監(jiān)視，這樣方便工廠了解各項數(shù)據(jù)，以便制定更詳細(xì)的節(jié)能方案。

 

             圖5.2 廠區(qū)配電圖

 

      該項目整個ZigBee能源管理系統(tǒng)采用的無線模塊為21個，包括各類表記82個塊。圖5.3為ZigBee能源管理系統(tǒng)中的通信圖，它列出了整個系統(tǒng)包含的所有表計。其中配電室的14個表通過485總線連接到一個ZigBee采集模塊進(jìn)行無線通信，各個空調(diào)插座由于比較分散，各采用一個ZigBee采集模塊，等等。具體視表計的離散情況，集中在一起的用485總線連接一個模塊，分散的分別連接一個模塊。以這樣的方式比較靈活，減少布線帶來的困難。

 

 

          圖5.3 ZigBee能源管理系統(tǒng)通信圖

  

 整個系統(tǒng)運行良好，已經(jīng)在現(xiàn)場運行了一段時間。圖5.4為一段時間內(nèi)主進(jìn)線電流趨勢圖，它實時反映了工廠這段時間內(nèi)的電流情況，從而反映整個廠區(qū)的負(fù)荷情況。

 

 

          圖5.4 一段時間內(nèi)主進(jìn)線電流趨勢圖

 

圖5.5為一段時間內(nèi)的進(jìn)線回路各項參數(shù)的具體數(shù)值，它詳細(xì)地記錄了進(jìn)線回路三相電壓、電流、有功電能、無功能電能、功率因素、頻率參數(shù)。整個廠區(qū)各回路電能匯總?cè)鐖D5.6所示，它記錄了一段時間內(nèi)各個回路的耗電情況，包括各回路進(jìn)行柜的總電能及分支電能。

 

 

 

6 系統(tǒng)報價                    單位：元（RMB）

 

名稱	型號		單位	面價	備注
監(jiān)控主機(jī)	IPC610H/PIV2.8G/1G/120G/166x DVD/KB+MS/D-Link530+外設(shè)		臺	8500	均可用戶自備，以當(dāng)時市場價格為準(zhǔn)，該報價僅供參考
顯示器	三星19寸液晶顯示器		臺	3000
	三星22寸液晶顯示器		臺	3800
打印機(jī)	HP LaserJet 1020 A4		臺	2500
	EPSON-LQ1600KIIIH A3		臺	4000
UPS電源	山特C1KS		臺	5000
	山特C2KS		臺	6500
通訊機(jī)柜	1200×600×600		面	3000
	2200×600×600		面	5000
通訊轉(zhuǎn)換	擴(kuò)展卡ACRNET-PCI/4		塊	3000	擴(kuò)展卡
	串口服務(wù)器ACRNET-PORT(2口)		只	3000	串口服務(wù)器
	串口服務(wù)器ACRNET-PORT(4口)		只	5500
	通訊前置機(jī)ACRNET-UC02(2口)		只	4000	通訊前置機(jī)
	通訊前置機(jī)ACRNET-UC04(4口)		只	6000
	通訊前置機(jī)ACRNET-UC08(8口)		只	11500
	通訊管理機(jī)ACRHMI		臺	30000	人機(jī)界面
組網(wǎng)設(shè)備	網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)EDS-208		臺	3000	局域組網(wǎng)
	網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)EDS-408		臺	8500
監(jiān)控軟件	Acrel監(jiān)控組態(tài)軟件V6.0	系統(tǒng)組態(tài)軟件 圖形組態(tài)軟件 電能管理軟件 數(shù)據(jù)庫軟件	套	3萬	設(shè)備數(shù)量1～10
				4萬	設(shè)備數(shù)量11～20
				6萬	設(shè)備數(shù)量21～40
				8萬	設(shè)備數(shù)量41～80
				10萬元以上	設(shè)備數(shù)量80以上
	雙機(jī)版		套		單機(jī)價格×1.5
	數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)	每+1用戶	套	3000
	Web發(fā)布	每+1用戶（總用戶數(shù)≤5）	套	5000
ZigBee 無線模塊	ANEZB-485		臺	1200
	ANEZB-GTW		臺	1500
電力儀表	ACR330ELH		臺	4860
	ACR220ELH		臺	4280
	ACR120ELH		臺	3580
導(dǎo)軌式安裝電表	DTSD1352		臺	2050
	DTSF1352		臺	1200
	DDSF1352		臺	600
	DDSD1352		臺	2950

 

注：ZigBee無線模塊、電力儀表、導(dǎo)軌式安裝電表可按上述報價的70%優(yōu)惠供應(yīng)。

 

 

7 結(jié)束語

      ZigBee技術(shù)在2004年就被列為當(dāng)今世界發(fā)展最快，市場前景最廣闊的十大最新技術(shù)中的一個，ZigBee（物聯(lián)網(wǎng)）無線網(wǎng)絡(luò)省電、可靠、成本低、容量大、安全，可廣泛應(yīng)用于各種自動控制領(lǐng)域。

 

1,戴金花,0510-86179967  15301521887,ACREDJH@163.COM,江蘇安科瑞電器制造有限公司,專業(yè)從事電能質(zhì)量管理分析的研究.