ZigBee无线模块在电能治理系统应用.docx
ZigBee无线模块在电能治理系统应用摘要：随着无线技术的速度开展，无线抄表系统得到了迅速的开展。作为短间隔无线通讯一员的ZigBee技术也得到迅速开展，基于ZigBee的无线网络电能治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无线通讯模块的设计，包括软硬件设计。本文还介绍了模块在ZigBee无线电能治理系统中使用情况及整个系统运行情况。关键词：ZigBee，通讯模块，无线技术，电能治理系统ApplicationofZigBeeWirelessModelinenergyManagementSystemXIExindong1KANGxiaohua2SUFeng31.ZiboInstituteofArchitecturalDesignandResearch,Zibo255000,China;2.TianjinBranch,JiangxiProvinceArchitecturalDesignGeneralInstitute,Tianjin300457,China;3.ShanghaiAcrelCo.,Shanghai201801,ChinaAbstract:Bytherapiddevelopmentofthewirelesstechnology,thewirelessmetersystemdevelopmentbecomefast.ZigBee,asoneofthesmalldistancewirelesstechnology,alsodevelopsquickly.ThispaperintroducedthedesignofZigBeewirelesscommunicationmodel,includingthedesignofhardwareandsoftware.thispaperalsointroducedthemodelsapplicationinZigBeewirelessenergymanagementsystemandtheworkstateofthisenergymanagementsystem.KeyWord:ZigBee;CommunicationModel,WirelessTechnology;energyManagementSystem1引言随着全球范围内智能电网建立正逐步展开，用户端是智能电网重要组成局部，用户端的核心内容包括智能配电与能量治理、智能电器、用电平安、电力计量等多个方面。目前能量治理系统都会考虑采用多种通讯技术混合组网的方式，以克制现有技术固有的一些缺乏，进而到达知足系统性能和投资回报的要求。目前工业以太网、电力线载涉及无线短间隔通讯被以为是AMR自动抄表系统可用的解决方案。其中无线短间隔通讯是一个很好的本地通讯网络的解决方案，工业以太网、GPRS及CDMA等远间隔通讯可以作为远程通讯网络，以这样方式的混合组网被公以为一种很好的解决方案。随着一种新兴的短间隔、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门。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。2ZigBee技术的特点ZigBee无线技术的特点是低耗电、低本钱、低数据速率、短间隔、通讯可靠性高。它的网络拓扑主要支持3种自组织无线网络类型，即星型构造(Star)、网状构造(Mesh)和树型构造(ClusterTree)，十分是网状构造，具有很强的网络强健性和系统可靠性。这使ZigBee技术在低耗电、低本钱、低数据速率、可靠性强的无线抄表系统中发挥宏大的作用。3ZigBee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，这使模块能灵敏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1ZigBee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收集模块；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网络的组网提议者，即ZigBee网络中的中心节点。图1ZigBee模块侧视图3.1硬件设计ZigBee无线通讯模块主要由开关电源局部、ZigBee无线传输局部及接口转换局部组成，其原理框图如图2所示。图2ZigBee通讯模块开关电源电路局部主要采用美国PI公司TOP221YTOPSwitch，使用反激式功率变换电路，把沟通电源转换成我们需要的直流电源；无线传输局部主要采用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，其中以太网局部采用周立功的IPORT以太网模块。图3MC13213原理图图4SKY65336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网络终端模块提议组建的，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一样网络ID的ZigBee收集模块可以自动参加此ZigBee网络，并且每个ZigBee收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，可以预备数据的收发，ZigBee网络终端通过播送的方式传输数据。图5ZigBee模块网络建立流程图如图6所示为ZigBee收集模块数据传输的流程图。首先ZigBee收集模块接收来自ZigBee网络终端模块的数据。然后判定是不是传递给自己的数据，假如是自己的数据那么上传相关的回复数据，假如不是那么按照自己发现的路由表中的地址以播送的方式转发来自ZigBee网络终端模块的数据。最后完成所有工作后进入休眠形式，等待下次的访问。图6ZigBee收集模块数据传输流程图ZigBee收集模块及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，只把数据局部转发，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电能治理系统的应用如图7所示为ZigBee电能治理系统，本文远程通讯网络采用工业以太网络，网络中电表的通讯协议采用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讯形式，以播送的方式把命令数据帧传递给ZigBee无线网络中的各个ZigBee收集器，通过ZigBee收集器传递给485总线上的各个表计，假如表计的地址与命令帧中所涉及的地址吻合，那么做出相应的数据回复，通过原路返回给监控主机。图7ZigBee电能治理系统整个系统可以监测整个厂区或者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、各条消费线的耗电量等等，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，以便工厂理解这段时间里的各个分项的能耗，以制定出往后能耗治理方案，已到达节能减耗的效果。目前整个系统在江阴某制造企业施行运行，按照分项计量的原那么，把厂区内的各路进线和出线进展分项计量，图8就是该厂区的配电图，整个系统对所有的进线回路进展监控，并全部使用ZigBee收集模块进展数据收集监控，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展监视，譬如消费线、办公楼、空调等等进展全方位的监视，这样方便工厂理解各项数据，以便制定更具体的节能方案。图8厂区配电图目前，整个ZigBee无线电能治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无线电能治理系统中的通讯图，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收集模块进展无线通讯，各个空调插座由于比拟分散，各采用一个ZigBee收集模块，等等。详细视表计的离散情况，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。以这样的方式比拟灵敏，减少布线带来的困难。图9ZigBee无线电能治理系统通讯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，进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详细数值，它具体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，包括各回路进展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总结随着无线通讯及ZigBee技术的迅速开展，基于ZigBee的电能治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讯方式布线难度大、本钱高、不易维护和晋级等问题，而且组网灵敏性很高，在电能治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展了监测，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奉献。而为了使ZigBee无线电能治理系统能更好地发挥它的上风，还需不断优化系统中的软硬件设备。文章;于：（电气传动自动化）2020年3期。参考文献：1王权平,王莉.通讯世界，20034.2江修波.ZigBee技术及其应用.低压电器,20057.3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,20204.4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,2020,31(2):191-1945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.作者简介:苏锋1983-，男，硕士，工程师，就职于上海安科瑞电气股份有限公司，研究方向为ZigBee技术和电能检测技术。
