隨sui著zhe全quan球qiu範fan圍wei內nei智zhi能neng電dian網wang建jian設she逐zhu步bu展zhan開kai，作zuo為wei智zhi能neng電dian網wang用yong戶hu的de配pei電dian係xi統tong智zhi能neng化hua管guan理li也ye越yue來lai越yue重zhong要yao。目mu前qian用yong戶hu端duan配pei電dian管guan理li係xi統tong都dou會hui考kao慮lv采cai用yong多duo種zhong通tong信xin技ji術shu混hun合he組zu網wang的de方fang式shi，以yi克ke服fu現xian有you技ji術shu固gu有you的de一yi些xie不bu足zu
，其qi中zhong工gong業ye以yi太tai網wang

、GPRS及CDMA等作為遠程通信網絡；無線短距離通信
、載波等作為短程通信網絡
，即最後1公裏內的通信方式。ZigBee技術作為一種新興的短距離
、低速率無線網絡技術，是一種很好的短距離通信方式。它有很多優點，譬如低功耗、高可靠性
，以及自組網功能等等
，使它能在短距離通信方麵有著很大的發展空間。因此，基於ZigBee技術的無線自動抄表係統成為了一個熱點。本文主要介紹一款ZigBee技術無線模塊及基於ZigBee無線網絡在工廠配電管理係統中的應用。

ZigBee無線技術的特點是低耗電、低成本、低數據速率、短距離
、通信可靠性高。它的網絡拓撲主要支持3種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係統可靠性。這使ZigBee技術在低耗電、低成本、低數據速率
、可靠性強的無線抄表係統中發揮巨大的作用。

目前，電能管理係統中運用的另外一些通信方式如低壓電力線載波（PLC），RS485有線通訊都存在各種各樣的弊端。表1列出了ZigBee與其他通信技術的比較

，從表1中可以看出ZigBee技術優勢比較明顯。ZigBee技術是電能管理係統中一種非常理想的通信方式。它適用於一些短距離無線電能管理係統通信方式的實現手段，例如寫字樓、辦公樓、宿舍樓
、工廠等無線電能管理係統，尤其適用於一些布線困難舊樓改造的能耗管理係統中。

表1  ZIGBEE與其他信技術的比較

	PLC	RS485	ZigBee無線
建網難度	簡單	困難	簡單
一次性投資	小	一般	較大
運行維護	困難	困難	容易
通信速度	低	高	高
可靠性	差	一般	好
實時監控	不能	能	能

2. ZigBee無線模塊的設計                             

    本文設計的ZigBee無線模塊采用導軌式安裝的安裝方式，可以方便地安裝

在35mm的標準導軌上，這使模塊能靈活的安裝在各類配電箱
、配電櫃中。其

外觀側視圖如圖1所示。   圖1 ZigBee模塊側視圖

    ZigBee無線模塊分為兩類，其中ZigBee信號轉RS485信號的模塊稱為

ZigBee采集模塊，它負責和下麵電表之間的通信；而ZigBee信號轉以太網信

號的模塊稱為ZigBee網絡終端，它是整個ZigBee網絡的組網發起者，即

ZigBee網絡中的中心節點。ZigBee無線模塊的技術參數如下：1）采用

AC220V輸入

；2）工作頻率範圍為2.41GHz~2.48GHz
，RF信道為16，

接收靈敏度為-94dbm，發射功率為-27dbm~25dbm
；3）采用Mesh網                                                  圖1 ZigBee模塊側視圖

狀網，實現自組網的功能，尋址方式采用IEEE802.15.4/ZigBee標準地址，                                        

同一個中的網絡容量最大為255個；4）可以配置無線網絡的ID、網絡通道

，

擴充網絡的容量。

    ZigBee無線模塊的原理框圖如圖2所示，它主要由開關電源部分、ZigBee無線傳輸部分及接口轉換部分組成。開關電源電路部分主要采用美國PI公司TOP221Y（TOPSwitch）
，使用反激式功率變換電路
，把交流電源轉換成直流電源；無線傳輸部分主要采用MC13213芯片，它是freescale第二代ZigBee芯片
，內部帶有MCU芯片和無線收發器；功率放大器采用SKY65336
，它最大可以支持20dbm的功率放大功能。                                  

         

3. 基於ZigBee配電管理係統的應用                      

    ZigBee配電管理係統對提高電能利用效率、實現節能減排、降低生產成本，為分布式能源的利用具有重要意義。對用電係統各個環節特別是重點耗能設備用電情況進行實時檢測計量

、數據采集
、彙總分析、

縱橫比較等，發現電能使用不合理之處
，通過人工幹預或自動控製

的方法進行改進
，優化用能設備，提高電能的使用效率。而且采用Z

igBee無線網絡的形式使整個用戶端電能管理係統的設計更加靈活，

更加方便，不需要額外的鋪設通信電纜線，減少了人力成本。另外

也可以建立與智能家具的通信，可以更方便地控製用電負荷
，已達

到低碳經濟、節約性社會的效果。

     圖3為基於ZigBee配電管理係統係統框圖
，整個係統由一個ZigBee

網絡終端和若幹個ZigBee采集器組成。ZigBee網絡終端是整個ZigBee

網絡的協調者（ZigBee中心節點）
，它是整個ZigBee網絡的 發起者
，

它還負責與配電管理中心的數據交互，主要采用以太網、GPRS或CDMA

等遠距離通信方式。ZigBee采集器在ZigBee網絡中起到采集數據和網絡

路由的作用，每個ZigBee采集器的485總線上最多能連接32個表計。係

統中所有表計和主站軟件都是采用MODBUS-RTU通信協議來通信的。                                          

     目前，基於ZigBee無線網絡配電管理係統在江蘇江陰某儀表製造企

業實施運行。係統采用電能分項計量的原則，監測生產工藝中的各個流                                              圖3 基於ZigBee配電管理係統

程以及工廠各個用電回路的用電情況，以報表或曲線的方式進行統計顯示。整個ZigBee無線網絡配電管理係統使用的無線模塊為21個，使用的表計為82塊。                                

圖4 ZigBee無線網絡通信圖

 

     圖4為ZigBee無線網絡配電管理係統的通信框圖，它詳細的列出了82塊表計的型號及監測的回路
，其中主要監測的對象有各個開關櫃、控(kong)製(zhi)櫃(gui)進(jin)出(chu)回(hui)路(lu)的(de)用(yong)電(dian)情(qing)況(kuang)，生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)中(zhong)的(de)各(ge)個(ge)工(gong)藝(yi)流(liu)程(cheng)的(de)用(yong)電(dian)情(qing)況(kuang)
，各(ge)條(tiao)生(sheng)產(chan)線(xian)用(yong)電(dian)情(qing)況(kuang)，辦(ban)公(gong)室(shi)的(de)用(yong)電(dian)情(qing)況(kuang)及(ji)各(ge)個(ge)空(kong)調(tiao)回(hui)路(lu)的(de)用(yong)電(dian)情(qing)況(kuang)等(deng)等(deng)。通(tong)過(guo)這(zhe)些(xie)統(tong)計(ji)分(fen)析(xi)，讓(rang)管(guan)理(li)人(ren)員(yuan)充(chong)分(fen)了(le)解(jie)整(zheng)個(ge)工(gong)廠(chang)的(de)用(yong)能(neng)情(qing)況(kuang)
，通(tong)過(guo)統(tong)計(ji)分(fen)析(xi)找(zhao)出(chu)不(bu)合(he)理(li)用(yong)能(neng)因(yin)數(shu)，提(ti)出(chu)合(he)理(li)整(zheng)改(gai)意(yi)見(jian)和(he)措(cuo)施(shi)。

圖5 進線回路配電圖

      圖5為該廠區進線回路配電圖，圖上顯示的參數都是主站軟件通過ZigBee無線網絡采集的各回路電力參數。

     圖7為某段時間內的進線回路各項參數的具體數值，它詳細地記錄了進線回路三相電壓、電流、有功電能、無功能電能、功率因素、頻率參數。整個廠區各回路電能彙總如圖8所示，它記錄了某段時間內各個回路的耗電情況，包括各回路進行櫃的總電能及分支電能。

     圖7 某段時間內的進線回路各項參數

圖8 各回路電能彙總

      通過基於ZigBee無wu線xian網wang絡luo配pei電dian管guan理li係xi統tong的de建jian立li，係xi統tong對dui整zheng個ge生sheng產chan工gong藝yi流liu程cheng進jin行xing監jian測ce，為wei公gong司si每mei年nian生sheng產chan儀yi表biao的de能neng耗hao進jin行xing統tong計ji分fen析xi，分fen析xi出chu本ben年nian度du生sheng產chan每mei一yi塊kuai儀yi表biao所suo用yong的de電dian能neng。並bing可ke以yi通tong過guo工gong序xu能neng耗hao分fen析xi，分fen析xi每mei道dao工gong序xu年nian度du具ju體ti用yong電dian情qing況kuang，並bing依yi據ju這zhe些xie信xin息xi找zhao出chu能neng耗hao比bi較jiao高gao的de環huan節jie，從cong而er製zhi定ding來lai年nian的de節jie能neng方fang案an。通tong過guo每mei年nian根gen據ju係xi統tong采cai取qu的de節jie能neng措cuo施shi，達da到dao每mei年nian儀yi表biao平ping均jun生sheng產chan能neng耗hao逐zhu年nian下xia降jiang的de目mu的de
，最zui終zhong到dao達da節jie能neng減jian排pai的de效xiao果guo。

4. 總結

基於ZigBee無線網絡配電管理係統組網方式比較靈活
，而且有效減少了布線工作量，解決了有線通信方式帶來的布線難度大、成本高和升級維護困難等問題。

xitongduizhenggechangquhuozhengzhuanglouyujinxingdiannengfenxiangjiliang，xiangxiditongjichugegefenxiangdenenghao，haikeyiyibaobiaodexingshifenximeiniangegefenxiangnenghaozhanzongnenghaodebaifenbi，yibiangongsilejiemeiniangegefenxiangdenenghao
，weiyihouzhidingjienengcuoshitigongyiju，congerdadaojienengjianhaodexiaoguo。

參考文獻

[1]      上海安科瑞電氣股份有限公司產品手冊.2010.08版

[2]      周中、任致程
，電力電測數字儀表原理與應用指南.中國電力出版社
，2007