ZigBee技術在用戶端配電系統中的設計與應用

　　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，它負責和下面電表之間的通信；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）工作頻率范圍為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。 
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。   

　　　　　　　圖2　ZigBee通信模塊                                  

3　 基于ZigBee配電管理系統的應用                          
ZigBee配電管理系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。對用電系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、匯總分析、縱橫比較等，發現電能使用不合理之處，通過人工干預或自動控制的方法進行改進，優化用能設備，提高電能的使用效率。而且采用ZigBee無線網絡的形式使整個用戶端電能管理系統的設計更加靈活，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，可以更方便地控制用電負荷，已達到低碳經濟、節約性社會的效果。
圖3為基于ZigBee配電管理系統系統框圖，整個系統由一個ZigBee網絡終端和若干個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。系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]。

圖3　基于ZigBee配電管理系統

　　目前，基于ZigBee無線網絡配電管理系統在江蘇江陰某儀表制造企業實施運行。系統采用電能分項計量的原則，監測生產工藝中的各個流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無線網絡配電管理系統使用的無線    模塊為21個，使用的表計為82塊^[3][4] 。                               
圖4為ZigBee無線網絡配電管理系統的通信框圖，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柜、控制柜進出回路的用電情況，生產工藝中的各個工藝流程的用電情況，各條生產線用電情況，辦公室的用電情況及各個空調回路的用電情況等等。通過這些統計分析，讓管理人員充分了解整個工廠的用能情況，通過統計分析找出不合理用能因數，提出合理整改意見和措施。