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ZigBee技术在用户端配电系统中的设计与应用

江苏安科瑞电气股份有限公司袁燕

摘要：随着无线技术的高速发展，无线智能管理系统也得到了迅速的应用。本文介绍基于ZigBee
无线通信模块的设计，以及ZigBee模块在电网用户端配电系统中的应用和为工矿企业节能减耗方面
的作用。

关键词：ZigBee;通信模块;无线技术;配电系统;电能管理

TheDesignandApplicationofZigBeeTechnology

inUserDistributionSystem

Abstract:Bytherapiddevelopmentofthewirelesstechnology,thewirelessintelligent
managementsystemhaswidelyappliedintheuserdistributionsystem.Thispaperintroduced
thedesignofZigBeewirelesscommunicationmodel,theapplicationinthisenergymanagement
systemandtheeffectinenergyconservationandconsumptionreduction.

KeyWord:ZigBee,WirelessCommunicationModel,DistributionSystem,

EnergyManagement

0引言

随着全球范围内智能电网建设逐步展开，作为智能电网用户的配电系统智能化管理也越来越重
要。目前用户端配电管理系统都会考虑采用多种通信技术混合组网的方式，以克服现有技术固有的一
些不足，其中工业以太网、GPRS及CDMA等作为远程通信网络;无线短距离通信、载波等作为短程通
信网络，即最后1公里内的通信方式。ZigBee技术作为一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，是
一种很好的短距离通信方式。它有很多优点，譬如低功耗、高可靠性，以及自组网功能等等，使它能
在短距离通信方面有着很大的发展空间。因此，基于ZigBee技术的无线自动抄表系统成为了一个热
点。本文主要介绍一款ZigBee技术无线模块及基于ZigBee无线网络在工厂配电管理系统中的应用。

1ZigBee技术的特点

ZigBee无线技术的特点是低耗电、低成本、低数据速率、短距离、通信可靠性高。它的网络拓
扑主要支持3种自组织无线网络类型，即星型结构(Star)、网状结构(Mesh)和树型结构(Cluster
Tree)，特别是网状结构，具有很强的网络健壮性和系统可靠性。这使ZigBee技术在低耗电、低成本、
低数据速率、可靠性强的无线抄表系统中发挥巨大的作用。

目前，电能管理系统中运用的另外一些通信方式如低压电力线载波(PLC)，RS485有线通讯都存在
各种各样的弊端。表1列出了ZigBee与其他通信技术的比较，从表1中可以看出ZigBee技术优势比较
明显。ZigBee技术是电能管理系统中一种非常理想的通信方式。它适用于一些短距离无线电能管理
系统通信方式的实现手段，例如写字楼、办公楼、宿舍楼、工厂等无线电能管理系统，尤其适用于一
些布线困难旧楼改造的能耗管理系统中。

表1ZIGBEE与其他信技术的比较
2ZigBee无线模块的设计[1]

ZigBee无线模块是ZigBee无线配电管理系统中的主要组成部分，它在整个网络中担当通信的衔
接作用，它负责把网络中所有电表的通信连接起来，方便各个电表把数据上传给主站(即电能管理中
心)。

本文设计的ZigBee无线模块采用导轨式安装的安装方式，可以方便地安装在35mm的标准导轨上，
这使模块能灵活的安装在各类配电箱、配电柜中。其外观侧视图如图1所示。

图1ZigBee模块侧视图

ZigBee无线模块分为两类，其中ZigBee信号转RS485信号的模块称为ZigBee采集模块，它负责
和下面电表之间的通信;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。ZigBee无线模块的技术参数如下：1)采用AC220V
输入;2)工作频率范围为2.41GHz~2.48GHz，RF信道为16，接收灵敏度为-94dbm，发射功率为
-27dbm~25dbm;3)采用Mesh网状网，实现自组网的功能，寻址方式采用IEEE802.15.4/ZigBee标准地
址，同一个中的网络容量最大为255个;4)可以配置无线网络的ID、网络通道，扩充网络的容量。

ZigBee无线模块的原理框图如图2所示，它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。开关电源电路