(1)工作周期短、收發(fā)信息功耗較低，并且RFD(ReducedFunctionDevice，簡化功能器件)采用了休眠模式，不工作時都可以進(jìn)入睡眠模式。

　　(2)低成本。通過大幅簡化協(xié)議(不到藍(lán)牙的1/10)，降低了對通信控制器的要求，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼，子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼。

　　(3)低速率、短延時。Zigbee的最大通信速率達(dá)到250kb／s(工作在2．4GHz時)，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。Zigbee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較，藍(lán)牙需3～10S、Wi-Fi需3S。

　　(4)近距離，高容量。傳輸范圍一般介于10～100m，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1~3km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離，若通過路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，擴(kuò)展后達(dá)到幾百米甚至幾公里。Zigbee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由一個主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個主節(jié)點(diǎn)可管理254個子節(jié)點(diǎn)。

　　(5)高可靠性和高安全性。Zigbee的媒體接入控制層(MediumAccessControl，MAC)采用CSMA/CA的碰撞避免機(jī)制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。Zigbee還提供了3級安全模式，包括無安全設(shè)定、使用接人控制清單防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AdvancedEncryptionStandard，AES)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。

　　(6)免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(IndustrialScientificMedical，ISM)頻段，分別為2．4GHz(全球)、915MHz(美國)和868MHz(歐洲)。

　　3Zigbee性能參數(shù)

　　Zigbee采集器/終端主要參數(shù)見表3。

　　4Zigbee接線方式

　　4.1Zigbee采集器見圖4.1

　　4.2Zigbee網(wǎng)絡(luò)終端見圖4.2

　　圖4.2ANEZG-GTW網(wǎng)絡(luò)終端接線圖

　　5外形與安裝尺寸(mm)

　　5.1Zigbee采集器見圖5.1。

　　圖5.1ANEZB-485采集器外形及尺寸

　　5.2Zigbee網(wǎng)絡(luò)終端見圖5.2。

　　圖5.2ANEZB-GTW網(wǎng)絡(luò)終端外形及尺寸

　　5.3安裝方式

　　采用35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，見圖5.3。

　　圖5.3Zigbee模塊安裝方式

　　6合同能源管理的意義

　　合同能源管理是發(fā)達(dá)國家普遍推行的、運(yùn)用市場手段促進(jìn)節(jié)能的服務(wù)機(jī)制。節(jié)能服務(wù)公司與用戶簽訂能源管理合同，為用戶提供節(jié)能診斷、融資、改造等服務(wù)，并以節(jié)能效益分享方式回收投資和獲得合理利潤，可以大大降低用能單位節(jié)能改造的資金和技術(shù)風(fēng)險，充分調(diào)動用能單位節(jié)能改造的積極性，是行之有效的節(jié)能措施。根據(jù)《中華人民共和國節(jié)約能源法》和《國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能工作的決定》（國發(fā)〔2006〕28號）、《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》（國發(fā)〔2007〕15號）等文件精神，加快推行合同能源管理，促進(jìn)節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展是必然趨勢。

　　安科瑞合同能源管理系統(tǒng)結(jié)合自身產(chǎn)品研發(fā)優(yōu)勢，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采用現(xiàn)場總線或無線通訊中的一種或多種結(jié)合的最優(yōu)化的組網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程變配電監(jiān)控、電能集抄與質(zhì)量管理，同時也為用戶節(jié)約了大量的一次投入成本。公司研發(fā)的系統(tǒng)組態(tài)平臺集成了國內(nèi)外多種工業(yè)現(xiàn)場通訊規(guī)約，如IEC60870-5-101/102/103/104、CANBus、PorfiBus、DNP、CDT、ModBus等，以及最新的IEC61850通訊體系，可支持大量的第三方智能化設(shè)備或進(jìn)口設(shè)備的接入，先進(jìn)的系統(tǒng)架構(gòu)支持信息共享和Web發(fā)布，解決了配電監(jiān)控信息孤島的難題。專家報表的自動生成大大減輕了值班人員的工作量，提高節(jié)能管理的工作效率。

　　7能源管理系統(tǒng)計量體系宜選電力儀表

　　建立合同能源管理系統(tǒng)，應(yīng)先建立計量體系。數(shù)據(jù)先于決策，節(jié)能始于計量。為了不重復(fù)投資，造成浪費(fèi)，能源管理系統(tǒng)應(yīng)與配電系統(tǒng)一體化，直接在配電系統(tǒng)中采集能耗數(shù)據(jù)。

　　電能計量宜采用電力儀表作為內(nèi)部管理電表，不宜用收費(fèi)電表。在電能管理中，供電部門一般會在總進(jìn)線處安裝收費(fèi)電表?？紤]內(nèi)部電能計量與節(jié)能管理的需要，在用戶安裝收費(fèi)電表的基礎(chǔ)上安裝電力儀表，用于內(nèi)部電能管理。因此用戶可自主選擇采購，但應(yīng)注意制造商是否有電力儀表（電能部分）的計量許可證。電力儀表可以完成對各回路、各功能區(qū)的分項(xiàng)電能數(shù)據(jù)的采集，通過后臺電能管理系統(tǒng)完成電能分項(xiàng)計量。

　　表7收費(fèi)電表與電力儀表之比較

　　8合同能源管理表計的選型方案

　　8.1高壓回路或低壓進(jìn)線回路選ACR330ELH儀表

　　圖8.1ACR330ELH電力儀表

　　該表為電能質(zhì)量分析儀表，主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計算；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）測量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約。外形尺寸：120×120mm，開孔尺寸：108×108mm。適用于高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜，見圖8.1。

　　8.2低壓聯(lián)絡(luò)或出線回路選ACR220ELH電力儀表

　　圖8.2ACR220ELH電力儀表

　　該表主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計、最大需量統(tǒng)計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：96×96mm，開孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線柜，見圖8.2。

　　8.3動力柜、照明箱選ACR120EL電力儀表或?qū)к壥诫姳?/p>

　　圖8.3ACR120EL電力儀表

　　ACR120EL電力儀表主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計、最大需量統(tǒng)計；2DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：開孔尺寸80×80mm，開孔尺寸72×72mm。適用于動力柜，見圖8.3。

　　圖8.4DTSD1352導(dǎo)軌式電表

　　DTSD1352導(dǎo)軌式電表主要功能：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計、最大需量統(tǒng)計；電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于動力柜，見圖8.4。

　　圖8.5DTSF1352導(dǎo)軌式電表

　　DTSF1352導(dǎo)軌式電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于照明箱的三相電能計量，見圖8.5。

　　圖8.6DDSF1352導(dǎo)軌式電表

　　照明箱DDSF1352電表主要功能：電流規(guī)格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約可選。外形尺寸：76×89×74mm，4模數(shù)。適用于照明箱的電流、電壓測量；單相電能計量，見圖8.6。

　　9Zigbee無線抄表解決方案

　　不管是有線還是無線，抄表系統(tǒng)總會受到環(huán)境、距離和場合等因素的影響而各有其不同的解決方案?；赯igbee抄表系統(tǒng)也不會脫離這個約束，它也會由環(huán)境、距離和場合等因素的影響而異，有不同的解決方案。由于Zigbee的定位是短距離的通信，應(yīng)用于寫字樓、辦公樓、宿舍樓、工廠等無線抄表網(wǎng)絡(luò)時，它所考慮的因素相對要少。

　　圖9為Zigbee無線集抄系統(tǒng)單個子網(wǎng)組成示意圖，整個系統(tǒng)前面闡述的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的組成一樣，主要由上行網(wǎng)絡(luò)工業(yè)以太網(wǎng)和下行網(wǎng)絡(luò)Zigbee無線局域網(wǎng)絡(luò)組成。整個子網(wǎng)主要由電表、Zigbee采集器以及Zigbee網(wǎng)絡(luò)終端組成。電表可以采用ACREL的1352系列卡式電能表和ACR網(wǎng)絡(luò)電力儀表等，它們與Zigbee采集器之間采用RS485通訊，采用MODBUS通信協(xié)議；Zigbee采集器下面最多可以連接32個表；由于MODBUS地址有限，整個Zigbee子網(wǎng)中最多能連接255個表；為了保障通信連接的可靠性，有的時候要視環(huán)境和距離的情況，需要多加幾個路由功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（Zigbee采集器配置成路由功能），以保證有些孤遠(yuǎn)節(jié)點(diǎn)的通信正常；另外考慮到無線網(wǎng)絡(luò)的擁塞度和實(shí)時性傳輸，建議整個子網(wǎng)中的無線節(jié)點(diǎn)（即Zigbee采集器）的個數(shù)不應(yīng)大于60個，這樣能保證網(wǎng)絡(luò)中的通信質(zhì)量。每個Zigbee子網(wǎng)都有各自的ID識別和頻段的劃分，這樣可以幫助擴(kuò)充更多的表計數(shù)。

　　圖9Zigbee無線集抄系統(tǒng)單個子網(wǎng)組成示意圖

　　10基于Zigbee合同能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

　　圖10.1為Zigbee能源管理系統(tǒng)，遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中電表的通信協(xié)議采用MODBUS-RTU協(xié)議。整個系統(tǒng)中監(jiān)控主機(jī)通過以太網(wǎng)按照TCP/IP協(xié)議把MODBUS-RTU命令數(shù)據(jù)傳遞給Zigbee網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)再通過單點(diǎn)對多點(diǎn)的通信模式，以廣播的方式把命令數(shù)據(jù)幀傳遞給Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)中的各個Zigbee采集器，通過Zigbee采集器傳遞給485總線上的各個表計，如果表計的地址與命令幀中所涉及的地址吻合，則做出相應(yīng)的數(shù)據(jù)回復(fù)，通過原路返回給監(jiān)控主機(jī)。

　　整個系統(tǒng)可以監(jiān)測整個廠區(qū)或整幢樓宇等的各個分項(xiàng)的電能計量，譬如一個廠區(qū)路燈耗電量、各個辦公室的耗電量、各條生產(chǎn)線的耗電量等等，還可以以報表的形式分析該工廠在一段時時間內(nèi)的各個分項(xiàng)能耗占總能耗的百分比，以便工廠了解這段時間里的各個分項(xiàng)的能耗，以制定出往后能耗管理方案，已達(dá)到節(jié)能減耗的效果。

　　目前整個系統(tǒng)在江蘇安科瑞實(shí)施運(yùn)行，按照分項(xiàng)計量的原則，把廠區(qū)內(nèi)的各路進(jìn)線和出線進(jìn)行分項(xiàng)計量，圖10.2就是該廠區(qū)的配電圖，整個系統(tǒng)對所有的進(jìn)線回路進(jìn)行監(jiān)控，并全部使用Zigbee采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集監(jiān)控，其中包含電流、電壓、電能等參數(shù)，及一些簡單的開關(guān)量的控制。系統(tǒng)還對一些支路進(jìn)行監(jiān)視，譬如生產(chǎn)線、辦公樓、空調(diào)等等進(jìn)行全方位的監(jiān)視，這樣方便工廠了解各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以便制定更詳細(xì)的節(jié)能方案。

　　該項(xiàng)目整個Zigbee能源管理系統(tǒng)采用的無線模塊為21個，包括各類表記82個塊。圖10.3為Zigbee能源管理系統(tǒng)中的通信圖，它列出了整個系統(tǒng)包含的所有表計。其中配電室的14個表通過485總線連接到一個Zigbee采集模塊進(jìn)行無線通信，各個空調(diào)插座由于比較分散，各采用一個Zigbee采集模塊，等等。具體視表計的離散情況，集中在一起的用485總線連接一個模塊，分散的分別連接一個模塊。以這樣的方式比較靈活，減少布線帶來的困難。

　　圖10.3Zigbee能源管理系統(tǒng)通信圖

　　整個系統(tǒng)運(yùn)行良好，已經(jīng)在現(xiàn)場運(yùn)行了一段時間。圖10.4為一段時間內(nèi)主進(jìn)線電流趨勢圖，它實(shí)時反映了工廠這段時間內(nèi)的電流情況，從而反映整個廠區(qū)的負(fù)荷情況。

　　圖10.5為一段時間內(nèi)的進(jìn)線回路各項(xiàng)參數(shù)的具體數(shù)值，它詳細(xì)地記錄了進(jìn)線回路三相電壓、電流、有功電能、無功能電能、功率因素、頻率參數(shù)。整個廠區(qū)各回路電能匯總?cè)鐖D10.6所示，它記錄了一段時間內(nèi)各個回路的耗電情況，包括各回路進(jìn)行柜的總電能及分支電能。

　　11系統(tǒng)報價

　　單位：元（RMB）

　　注：Zigbee無線模塊、電力儀表、導(dǎo)軌式安裝電表可按上述報價的70%優(yōu)惠供應(yīng)。

　　12結(jié)束語

　　能源日益緊張，節(jié)能降耗是社會發(fā)展的必然選擇，而合同能源管理系統(tǒng)為用戶提供了一個良好機(jī)制。通過Zigbee無線模塊與電力儀表建立能源管理的計量體系，可以減少重復(fù)投資，省掉布線，使用戶電力智能監(jiān)控與能源管理一體化。系統(tǒng)在世博VIP酒店、蘇州創(chuàng)業(yè)園、廣州亞運(yùn)會網(wǎng)球中心等項(xiàng)目中運(yùn)行，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。