ZigBee无线模块在电能管理系统中的应用
伸缩式皮带机 摘 要：随着无线技术的速度发展，无线抄表系统得到了迅速的发展。作为短距离无线通信一员的ZigBee技术也得到迅速发展，基于ZigBee的无线网络电能管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无线通筛分机械信模块的设计，包括软硬件设计。本文还介绍了模块在ZigBee无线电能管理系统中使用情况及整个系统运行情况。
波状挡边输送带 关键词：ZigBeTD皮带输送机e，通信模块，无线技术，电能管理系统
（1.Zibo Institute of Archite螺旋输送器ctural Design and Research, Zibo 255000,China;
2.Ti辊式粉碎机anjin Branch,Jiangxi Province Architectural & Design General Institute,Tianjin300457,China;
金属输送带3.Shanghai Acrel Co.,Shanghai201801,China）
ZigBee无煤仓振打器线模块分为两类，其中ZigBee信号转RS485信号的模块称为ZigBee采集模块；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网络的组网发起者，即ZigBee网络中的中心节点。
图1 ZigBee模块侧视立式粉碎机图
3.1粉料输送机 硬件设计
ZigBee无线通信模块主要由开关电源部分、ZigBee无线传输部分及接口转换部分组成，卧式振动电机其原理框图如图2所示。
图2 Z碎石生产线设备igBee通信模块
开关电源电路部分主要采用美国PI公司TOP221Y（TOPSwitch），使用反激式功率变换电路，把交流电源转换成我们需要的直流电源；无线传输部分主要采用MC13213芯片，它是freescale第二代运输带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，其中以太网部分采用周立功的IPORT以太网模块。
图3 MC1第三代制砂机3213原理图
图4 S振动筛KY65336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）发起组建的，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相同网络ID的ZigBee采集模块可以自动加入此ZigBee网络，并且每个ZigBee采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，可以准备数据的收发，ZigBee网络终端通过广播的方式传输数据。
图5 ZigBee模块网络建立流程图
如图6所示为ZigBee采集模块数据传输的流程图。首先ZigBee采集模块接收来自ZigBee网络终端模块的数据。然后判断是不是传递给自己的数据，如果是自己的数据则上传相关的回复数据，如果不是则按照自己发现的路由表中的地址以广播的方式转发来自ZigBee网络终端模块的数据。最后完成所有工作后进入休眠模式，等待下次的访问。
图6 ZigBee采集模块数据传输流程图
ZigBee采集模块及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，只把数据部分转发，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电能管理系统的应用
如图7所示为ZigBee电能管理系统，本文远程通信网络采用工业以太网络，网络中电表的通信协议采用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信模式，以广播的方式把命令数据帧传递给ZigBee无线网络中的各个ZigBee采集器，通过ZigBee采集器传递给485总线上的各个表计，如果表计的地址与命令帧中所涉及的地址吻合，则做出相应的数据回复，通过原路返回给监控主机。
图7 ZigBee电能管理系统
整个系统可以监测整个厂区或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、各条生产线的耗电量等等，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，以便工厂了解这段时间里的各个分项的能耗，以制定出往后能耗管理方案，已达到节能减耗的效果。
目前整个系统在江阴某制造企业实施运行，按照分项计量的原则，把厂区内的各路进线和出线进行分项计量，图8就是该厂区的配电图，整个系统对所有的进线回路进行监控，并全部使用ZigBee采集模块进行数据采集监控，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行监视，譬如生产线、办公楼、空调等等进行全方位的监视，这样方便工厂了解各项数据，以便制定更详细的节能方案。
图8 厂区配电图
目前，整个ZigBee无线电能管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无线电能管理系统中的通信图，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采集模块进行无线通信，各个空调插座由于比较分散，各采用一个ZigBee采集模块，等等。具体视表计的离散情况，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。以这样的方式比较灵活，减少布线带来的困难。
图9 ZigBee无线电能管理系统通信图
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，从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具体数值，它详细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，包括各回路进行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
随着无线通信及ZigBee技术的迅速发展，基于ZigBee的电能管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信方式布线难度大、成本高、不易维护和升级等问题，而且组网灵活性很高，在电能管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行了监测，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贡献。而为了使ZigBee无线电能管理系统能更好地发挥它的优势，还需不断优化系统中的软硬件设备。
文章来源于：《电气传动自动化》2011年3期。
参考文献：
[1]王权平,王莉. 通讯世界，2003（4）.
[2]江修波. ZigBee技术及其应用. 低压电器,2005（7）.
[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,2010（4）.
[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,2008,31(2):191-194
[5]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：夏丽平，女，本科，上海安科瑞电气股份有限公司工程师，主要研究方向为ZigBee技术和电能检测技术。
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