ZigBee技術(shù)在用戶(hù)端配電系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊分為兩類(lèi)，其中ZigBee信號(hào)轉(zhuǎn)RS485信號(hào)的模塊稱(chēng)為ZigBee采集模塊，它負(fù)責(zé)和下面電表之間的通信；而ZigBee信號(hào)轉(zhuǎn)以太網(wǎng)信號(hào)的模塊稱(chēng)為ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端，它是整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)發(fā)起者，即ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的中心節(jié)點(diǎn)。ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊的技術(shù)參數(shù)如下：1）采用AC220V輸入；2）工作頻率范圍為2.41GHz~2.48GHz，RF信道為16，接收靈敏度為-94dbm，發(fā)射功率為-27dbm~25dbm；3）采用Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)的功能，尋址方式采用IEEE802.15.4/ZigBee標(biāo)準(zhǔn)地址，同一個(gè)中的網(wǎng)絡(luò)容量最大為255個(gè)；4）可以配置無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的ID、網(wǎng)絡(luò)通道，擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)的容量。 
ZigBee無(wú)線(xiàn)模塊的原理框圖如圖2所示，它主要由開(kāi)關(guān)電源部分、ZigBee無(wú)線(xiàn)傳輸部分及接口轉(zhuǎn)換部分組成。開(kāi)關(guān)電源電路部分主要采用美國(guó)PI公司TOP221Y（TOPSwitch），使用反激式功率變換電路，把交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源；無(wú)線(xiàn)傳輸部分主要采用MC13213芯片，它是freescale第二代ZigBee芯片，內(nèi)部帶有MCU芯片和無(wú)線(xiàn)收發(fā)器；功率放大器采用SKY65336，它最大可以支持20dbm的功率放大功能。   

　　　　　　　圖2　ZigBee通信模塊                                  

3　 基于ZigBee配電管理系統(tǒng)的應(yīng)用                          
ZigBee配電管理系統(tǒng)對(duì)提高電能利用效率、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降低生產(chǎn)成本，為分布式能源的利用具有重要意義。對(duì)用電系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)特別是重點(diǎn)耗能設(shè)備用電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)計(jì)量、數(shù)據(jù)采集、匯總分析、縱橫比較等，發(fā)現(xiàn)電能使用不合理之處，通過(guò)人工干預(yù)或自動(dòng)控制的方法進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化用能設(shè)備，提高電能的使用效率。而且采用ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的形式使整個(gè)用戶(hù)端電能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加靈活，更加方便，不需要額外的鋪設(shè)通信電纜線(xiàn)，減少了人力成本。另外也可以建立與智能家具的通信，可以更方便地控制用電負(fù)荷，已達(dá)到低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)約性社會(huì)的效果。
圖3為基于ZigBee配電管理系統(tǒng)系統(tǒng)框圖，整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端和若干個(gè)ZigBee采集器組成。ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端是整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)者（ZigBee中心節(jié)點(diǎn)），它是整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起者，它還負(fù)責(zé)與配電管理中心的數(shù)據(jù)交互，主要采用以太網(wǎng)、GPRS或CDMA等遠(yuǎn)距離通信方式。ZigBee采集器在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中起到采集數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)路由的作用，每個(gè)ZigBee采集器的485總線(xiàn)上最多能連接32個(gè)表計(jì)。系統(tǒng)中所有表計(jì)和主站軟件都是采用MODBUS-RTU通信協(xié)議來(lái)通信的^[2]。

圖3　基于ZigBee配電管理系統(tǒng)

　　目前，基于ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配電管理系統(tǒng)在江蘇江陰某儀表制造企業(yè)實(shí)施運(yùn)行。系統(tǒng)采用電能分項(xiàng)計(jì)量的原則，監(jiān)測(cè)生產(chǎn)工藝中的各個(gè)流程以及工廠各個(gè)用電回路的用電情況，以報(bào)表或曲線(xiàn)的方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示。整個(gè)ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配電管理系統(tǒng)使用的無(wú)線(xiàn)    模塊為21個(gè)，使用的表計(jì)為82塊^[3][4] 。                               
圖4為ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配電管理系統(tǒng)的通信框圖，它詳細(xì)的列出了82塊表計(jì)的型號(hào)及監(jiān)測(cè)的回路，其中主要監(jiān)測(cè)的對(duì)象有各個(gè)開(kāi)關(guān)柜、控制柜進(jìn)出回路的用電情況，生產(chǎn)工藝中的各個(gè)工藝流程的用電情況，各條生產(chǎn)線(xiàn)用電情況，辦公室的用電情況及各個(gè)空調(diào)回路的用電情況等等。通過(guò)這些統(tǒng)計(jì)分析，讓管理人員充分了解整個(gè)工廠的用能情況，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析找出不合理用能因數(shù)，提出合理整改意見(jiàn)和措施。