0 引言

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)，其中工業以太網、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。

1 ZigBee技術的特點

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。

圖1 ZigBee模塊側視圖

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

2 ZigBee無線模塊的設計[1]                             

ZigBee無線模塊是ZigBeewuxianpeidianguanlixitongzhongdezhuyaozuchengbufen，tazaizhenggewangluozhongdandangtongxindexianjiezuoyong，tafuzebawangluozhongsuoyoudianbiaodetongxinlianjieqilai，fangbiangegedianbiaobashujushangchuangeizhuzhan（即電能管理中心）。

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。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。

   圖2 ZigBee通信模塊

    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ZigBee無wu線xian網wang絡luo的de形xing式shi使shi整zheng個ge用yong戶hu端duan電dian能neng管guan理li係xi統tong的de設she計ji更geng加jia靈ling活huo，更geng加jia方fang便bian，不bu需xu要yao額e外wai的de鋪pu設she通tong信xin電dian纜lan線xian，減jian少shao了le人ren力li成cheng本ben。另ling外wai也ye可ke以yi建jian立li與yu智zhi能neng家jia具ju的de通tong信xin
，可ke以yi更geng方fang便bian地di控kong製zhi用yong電dian負fu荷he

，已yi達da到dao低di碳tan經jing濟ji
、節約性社會的效果。

 圖3 基於ZigBee配電管理係統

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。^[2]

目前
，基於ZigBeewuxianwangluopeidianguanlixitongzaijiangsujiangyinmouyibiaozhizaoqiyeshishiyunxing。xitongcaiyongdiannengfenxiangjiliangdeyuanze

，jianceshengchangongyizhongdegegeliuchengyijigongchanggegeyongdianhuiludeyongdianqingkuang
，yibaobiaohuoquxiandefangshijinxingtongji    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。^[3][4]     

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6 K1櫃配電圖

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6是廠區幾個主要配電櫃的配電櫃中K1櫃的配電圖。圖上詳細顯示了K1配電櫃各個回路的電力參數值，便於管理員更詳細的了解工廠的用電情況。

圖7 某段時間內的進線回路各項參數

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。

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。

係xi統tong對dui整zheng個ge廠chang區qu或huo整zheng幢zhuang樓lou宇yu進jin行xing電dian能neng分fen項xiang計ji量liang，詳xiang細xi地di統tong計ji出chu各ge個ge分fen項xiang的de能neng耗hao，還hai可ke以yi以yi報bao表biao的de形xing式shi分fen析xi每mei年nian各ge個ge分fen項xiang能neng耗hao占zhan總zong能neng耗hao的de百bai分fen比bi，以yi便bian公gong司si了le解jie每mei年nian各ge個ge分fen項xiang的de能neng耗hao，為wei以yi後hou製zhi定ding節jie能neng措cuo施shi提ti供gong依yi據ju，從cong而er達da到dao節jie能neng減jian耗hao的de效xiao果guo。

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]      郭丹, 李俊芳.ZigBee無線網絡技術在抄表係統中的應用[J].自動化儀表, 2009, (04)

[3]      陳堂，配電係統及其自動化技術[M].電力出版社，2004

[4]      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

作者簡介

周中（1967-）
，男，本科
，工程師
，主要研究方向為電力儀表原理與應用；

蘇峰（1983-），男，碩士研究生
，工程師，主要研究方向為ZigBee技術和電能檢測技術；E-mail：

，電話：。