Zigbee物联网无线网络电能管理系统设计与选型方案模板.doc
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1、ZigBee(物联网)无线网络电能管理系统设计和选型方案陆晓君上海安科瑞电气股份 上海 嘉定 01一概述伴随无线通信技术不停发展,多年来出现了面向低成本设备无线联网要求技术,称之为ZigBee,它是一个近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本双向无线通信技术,关键适合于自动控制、远程控制领域及家用设备联网。因为ZigBee优越特征,基于ZigBee技术无线组网是一个比较适宜下行信道实现手段。适合应用于部分短距离无线网络组网,比如写字楼、办公楼、宿舍楼、工厂等无线抄表网络,适适用于企业内部能耗监测及管理系统,尤其适适用于部分布线困难旧楼改造能耗管理系统中。而若将其和成熟工业以太网和GPRS/
2、CDMA上行信道结合,和后台管理主站组成一个完整集抄和监控系统,则能够为远程管理提供一个有效处理方案。ZigBee和其它最终一公里通讯技术比较见表1。载波RS485ZigBee无线建网难度简单困难简单一次性投资小通常较大运行维护困难比较困难轻易通信速度低高高可靠性差通常好实时监控不能能能 表1 ZigBee和其它“最终一公里”技术比较 二ZigBee技术特点ZigBee协议基于IEEE 802.15.4标准,从公布ZigBee V10到最新增加了ZigBee-PRO扩展指令集ZigBee本,ZIGBEE功效不停强大。ZigBee含有强大设备联网功效(见图1),它支持3种关键自组织无线网络类型,
3、即星型结构(Star)、网状结构(Mesh)和树型结构(Cluster Tree),尤其是网状结构,含有很强网络健壮性和系统可靠性。和现在普遍应用wi-Fi、Bluetooth等短距离无线通讯技术相比较,ZigBee特点关键有:图1 ZigBee网络拓扑分类(1)工作周期短、收发信息功耗较低,而且RFD(Reduced Function Device,简化功效器件)采取了休眠模式,不工作时全部能够进入睡眠模式。(2)低成本。经过大幅简化协议(不到蓝牙1/10),降低了对通信控制器要求,以80518位微控制器测算,全功效主节点需要32KB代码,子功效节点少至4 KB代码。(3)低速率、短延时。Z
4、igBee最大通信速率达成250 kbs(工作在24 GHz时),满足低速率传输数据应用需求。ZigBee响应速度较快,通常从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,深入节省了电能。相比较,蓝牙需310 S、Wi-Fi需3 S。(4)近距离,高容量。传输范围通常介于10100 m,在增加RF发射功率后,亦可增加到13 km。这指是相邻节点间距离,若经过路由和节点间通信接力,扩展后达成几百米甚至几公里。ZigBee可采取星状、片状和网状网络结构。由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254个子节点。(5)高可靠性和高安全性。ZigBee媒体接入控制层(Medium
5、Access Control,MAC)采取CSMA/CA碰撞避免机制,同时为需要固定带宽通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时竞争和冲突。ZigBee还提供了3级安全模式,包含无安全设定、使用接人控制清单预防非法获取数据和采取高级加密标准(AdvancedEncryption Standard,AES)对称密码,以灵活确定其安全属性。(6)免执照频段。采取直接序列扩频在工业科学医疗(Industrial Scientific Medical,ISM)频段,分别为24 GHz(全球)、915 MHz(美国)和868 MHz(欧洲)。三 ZigBee(物联网)无线网络电能管理系统表计选型方案应用
6、场所型号关键功效高压关键回路或低压进线柜ACR330ELHLCD显示、全电参量测量(U、I、P、Q、PF、F、S);四象限电能计量、复费率电能统计;THDu,THDi、2-31次各次谐波分量;电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压和电流不平衡度计算;电网电压电流正、负、零序分量(含负序电流)测量;4DI+3DO(DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警);RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约低压联络柜、出线柜ACR220ELLCD显示、全电参量测量(U、I、P、Q、PF、F);四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计;4DI+2DO;RS485通讯接口、Modbus协
7、议动力柜ACR120ELLCD显示、全电参量测量(U、I、P、Q、PF、F);四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计;4DI+2DO;RS485通讯接口、Modbus协议DTSD1352(ADL3000)LCD显示、全电参量测量(U、I、P、Q、PF、F、S);四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计;电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选照明箱DTSF1352(ADL300)电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS48
8、5通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选三相电能计量DDSF1352(ADL100)电流、电压测量;单相电能计量DDSD1352电流规格10(60)A、可编程、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约可选全电参量测量(I、U、P、Q、S、PF、F)单相电能计量数据无线传输ANEZB-485 ZIGBEE采集器采集来自485总线上数据、完成485信号转成无线信号、导轨式安装ANEZB-GTW ZIGBEE网络终端接收来自以太网上数据、完成以太网信号转成无线信号、导轨式安装3.1 ZigBee采集器/终端关键参数见表2。 表2 型号 参
9、数ANEZB-485ZigBee采集器ANEZB-GTWZigBee网络终端无线频率范围2.41GHz2.48GHzRF信道16接收灵敏度-94dbm发射功率-27dbm25dbm天 线外置SMA天线网络拓扑网状寻址方法IEEE802.15.4/ZigBee标准地址网络容量最大255个节点通信接口通信接口RS485工业以太网波特率9600bps(默认)、4800bps、2400bps、1200bps可选;通信协议MODBUS-RTU协议LED指示网络状态指示绿灯POWER指示红灯数据指示绿灯电源辅助电源220V AC功耗4W电磁兼容浪涌电压4000V快速瞬变群脉冲4000V静电8000V机械尺
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