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　　節(jié)能的話題已經(jīng)從各種宣傳口號(hào)變成越來越多的實(shí)實(shí)在在的行動(dòng)，特別是進(jìn)入2009年以來，關(guān)于節(jié)能的報(bào)道經(jīng)常占據(jù)各類媒體的主要版面。除了新能源和可再生能源外，一個(gè)并不為大眾所熟悉的概念——智能電網(wǎng)技術(shù)成為新的熱門。而作為智能電網(wǎng)重要組成部分的智能電表即將成為智能電網(wǎng)全球建設(shè)熱潮中重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)品。
　

　　現(xiàn)在，我們已經(jīng)可以利用包括智能電表在內(nèi)的高科技感知、計(jì)量、分析和通信能力對電力應(yīng)用實(shí)現(xiàn)更加智能管理，進(jìn)行電力使用的信息收集、分析和交互管理——透過先進(jìn)的智能分析工具產(chǎn)生有用信息，再以此實(shí)時(shí)地做出更好的用電決策和電力系統(tǒng)配置的優(yōu)化。智能電表技術(shù)的進(jìn)步使個(gè)人和企業(yè)可以選擇使用電能的方式和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)電能的優(yōu)化配置，降低能量的浪費(fèi)和實(shí)現(xiàn)電能合理利用，電力企業(yè)可以對收集的用電信息進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題甚至電力故障，為用戶提供用電咨詢，使其對電力使用的效果更加一目了然。電表已經(jīng)從簡單的基本計(jì)量向自動(dòng)抄表、信息采集、自動(dòng)控制等多功能的趨勢發(fā)展。

　　MCU解決方案面臨瓶頸，匯聚式處理器優(yōu)勢明顯
　　近年來，智能自動(dòng)抄表電表的需求日益顯現(xiàn)。特別是至2009年前后，隨著全球智能電網(wǎng)建設(shè)熱潮和節(jié)能降耗要求日盛，具有更強(qiáng)節(jié)電效能的智能電表的需求將逐步成為新型電表的主流。此類電表通常要求具有豐富的功能和更強(qiáng)的性能，例如分時(shí)計(jì)費(fèi)、自動(dòng)雙向通信、時(shí)鐘溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能、低功耗、故障冗余、高可靠性、在線升級。此外，電力部門對電表提出了更多有關(guān)電能質(zhì)量檢測的功能要求，如針對電壓質(zhì)量的過壓、欠壓、失壓、全失壓、電壓不平衡、電壓畸變率等。

　　電表功能的多樣性是未來電表企業(yè)必須面對的一個(gè)長期問題。通常，各個(gè)國家或同一個(gè)國家的不同地區(qū)之間在電表功能、抄表方法和其他特性上的要求千差萬別，因此所用的技術(shù)和方法都不一樣。此外，全球的電表通信規(guī)范并無統(tǒng)一的版本，如何簡單快速地滿足各種通信標(biāo)準(zhǔn)，顯然采用傳統(tǒng)的硬件解決方案缺乏足夠的靈活性，而采用基于軟件的設(shè)計(jì)方案，電表制造商只需針對特定的應(yīng)用要求修改軟件，無需修改(或者很少修改)硬件，從而大大降低開發(fā)成本并加速產(chǎn)品上市。
　

　　除了自動(dòng)抄表等功能，智能電表在解決下面的問題上將發(fā)揮重要的作用：通過電網(wǎng)迅速檢測到發(fā)電量的需求變化，在用電需求較低時(shí)減少發(fā)電量，保證節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境；通過感應(yīng)可能發(fā)生的設(shè)備故障，防患于未然，保證用電安全可靠；分析電力故障的確切位置，并立即派遣維修人員去解決問題，保證電力的持續(xù)供應(yīng)；通過感知并管理老化設(shè)備的使用負(fù)荷，延長設(shè)備的使用壽命；通過更好地了解電力需求，使可再生能源的供應(yīng)最大化，實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

　　無疑，傳統(tǒng)的電子電表設(shè)計(jì)方案不能滿足上述功能和性能要求，傳統(tǒng)的8位或16位MCU的性能逐漸顯得捉襟見肘，可靠性、效率、靈活性、集成度要求不斷提高，成本壓力不斷增大，從傳統(tǒng)的8/16位MCU向滿足系統(tǒng)的軟件可編程靈活性、網(wǎng)絡(luò)連接性、在線可升級、靈活、健壯的32位DSP解決方案平臺(tái)轉(zhuǎn)移已經(jīng)成為電表設(shè)計(jì)，特別是中高端智能電表設(shè)計(jì)的必然趨勢。而Blackfin DSP處理器無疑是工程師值得信賴的平臺(tái)。

　　Blackfin DSP是ADI公司基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號(hào)架構(gòu)（MSA），它將一個(gè)32位RISC型指令集和雙16位乘法累加（MAC）信號(hào)處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起。這種獨(dú)特匯聚式架構(gòu)很適合于全信號(hào)處理/分析能力要求，同時(shí)還可在單內(nèi)核器件上提供高效控制任務(wù)執(zhí)行能力。這種匯聚架構(gòu)非常符合智能電表進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、實(shí)現(xiàn)各種高性能算法（如諧波分析）、通信功能的軟件實(shí)現(xiàn)以及對各種系統(tǒng)控制功能的支持。

　　基于Blackfin處理器的方案可以方便地利用軟件來實(shí)現(xiàn)不同電力計(jì)量相關(guān)協(xié)議和各種通信協(xié)議算法，以及滿足各種功能組合要求。Blackfin處理器的強(qiáng)大處理能力使電表制造商能輕松實(shí)現(xiàn)各種通用或定制化的功能，能夠在不改變(或很少改變)硬件的情況下迅速適應(yīng)不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)和新型功能要求，并大大降低產(chǎn)品研發(fā)和制造成本。

　　西門子AMIS系統(tǒng)核心引擎揭密
　　Blackfin處理器自推出以來就在電力系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。HVAC與HVDC電力系統(tǒng)的數(shù)字保護(hù)、自動(dòng)化與控制系統(tǒng)的全球領(lǐng)先企業(yè)南京南瑞繼保電氣有限公司在其眾多的產(chǎn)品中就使用了Blackfin處理器，而此前絕大多數(shù)嵌入式處理都基于通用微處理器架構(gòu)。南瑞繼保發(fā)現(xiàn)，在電網(wǎng)故障與短暫事件的檢測與響應(yīng)等關(guān)鍵應(yīng)用中，Blackfin處理器解決方案的卓越性能有效地保證了國家電網(wǎng)的可靠性。Blackfin數(shù)字信號(hào)處理器在這些工業(yè)應(yīng)用中取得的成功，高性能絕對是一個(gè)非常重要的因素，連接轉(zhuǎn)換器與開關(guān)等輸入與輸出設(shè)備的能力也非常重要，快速測量并分析系統(tǒng)條件的能力也相當(dāng)突出是另一個(gè)重要因素。此外，低功耗、低成本這也是在如此多的應(yīng)用中選擇ADI DSP的一個(gè)顯著原因。

　　而前不久，電力計(jì)量技術(shù)全球領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)西門子宣布在其推出的最新自動(dòng)抄表信息系統(tǒng)（AMIS）的智能電表的核心引擎利用了Blackfin處理器極具成本效益的計(jì)算性能，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新的智能電表功能和性能，樹立了下一代智能電能管理的新標(biāo)桿。采用該款智能電表的AMIS系統(tǒng)不僅給電力公司和用戶提供了管理電費(fèi)的能力，還可最終實(shí)現(xiàn)節(jié)約使用珍貴的電能資源。

　　西門子AMIS系統(tǒng)覆蓋整個(gè)電力系統(tǒng)，包括從電廠到用戶端。作為用戶計(jì)量終端的智能電表計(jì)量用戶用電量，并對電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測，將數(shù)據(jù)發(fā)送至控制中心。該系統(tǒng)使用電力線進(jìn)行通信，避免了其他方案所用的無線通信和互聯(lián)網(wǎng)通信所增加的成本。該系統(tǒng)具有極佳的擴(kuò)展靈活性，對未來的其他可能的標(biāo)準(zhǔn)保持開放(包括對其他通信媒介的支持)，通過簡單的在線軟件下載升級即可實(shí)現(xiàn)新的標(biāo)準(zhǔn)。采用AMIS多功能智能電表，單一的電表平臺(tái)可以滿足所有的收費(fèi)模式，可以在控制中心自動(dòng)完成電表的計(jì)費(fèi)模式修改。因此，不必為每次費(fèi)率的修改而改變電表，您可以根據(jù)用戶的要求在任意時(shí)間自動(dòng)采集用戶用電數(shù)據(jù)，也不需要到現(xiàn)場即可遠(yuǎn)程控制用戶斷電操作，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能或限制用電功能，電力企業(yè)還可以記錄針對每個(gè)用戶的供電質(zhì)量(每個(gè)階段的電壓、短期故障和長期故障等)。

　　在AMIS設(shè)計(jì)初期，西門子公司就認(rèn)識(shí)到要實(shí)現(xiàn)上述功能特性目標(biāo)，這些智能電表就需要以較低的單價(jià)提供非凡的表內(nèi)處理能力、動(dòng)態(tài)和電網(wǎng)一體化通信以及真正的可擴(kuò)展性。西門子公司選擇了Blackfin匯聚處理器，就是因?yàn)樵撎幚砥骶哂型瑫r(shí)作為DSP和MCU進(jìn)行無縫工作的能力，Blackfin處理器負(fù)責(zé)計(jì)算用戶用電情況，并執(zhí)行電力線調(diào)制解調(diào)器功能，通過電力線集中器進(jìn)行高效雙向通信，特別適合西門子AMIS的高密度處理和動(dòng)態(tài)通信應(yīng)用要求。低成本的Blackfin處理器具有處理儀表級原始實(shí)時(shí)用電數(shù)據(jù)以及實(shí)現(xiàn)儀表和電網(wǎng)之間通信的能力，可提供一站式、低成本、易于配置的解決方案。

圖1：采用Blackfin處理器的西門子智能電表功能框圖
　　AMIS系統(tǒng)的智能電表采用了ADI公司的Blackfin入門級ADSP BF531，該款器件具有成本低、易于使用、性能強(qiáng)大的特點(diǎn)：在價(jià)格上，該匯聚處理器強(qiáng)大的處理能力和豐富的外設(shè)可以實(shí)現(xiàn)甚至比通用MCU+PLC(電力線載波)通信專用芯片方案更低的BOM成本，并且集成化的解決方案在實(shí)現(xiàn)小尺寸、低成本的同時(shí)還保證更高的可靠性；BF531具有豐富的外設(shè)接口，包括并行外設(shè)接口、兩個(gè)雙通道全雙工同步串行端口、SPI端口和UART等，保證系統(tǒng)各種外設(shè)功能的無限擴(kuò)展；400MHz/800MMAC的強(qiáng)大性能保證單芯片即可高性能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、通信協(xié)議、各種專用算法，并具有極強(qiáng)的擴(kuò)展性，單套方案即可輕松滿足各種不同應(yīng)用條件要求，大大降低企業(yè)的平均生產(chǎn)成本，加快產(chǎn)品面市；與一般的硬件實(shí)現(xiàn)方案相比，該方案具有在線升級功能，對于不斷發(fā)展的全球電力應(yīng)用市場來說，這一點(diǎn)非常重要。低成本、高性能和可擴(kuò)展的Blackfin技術(shù)使AMIS智能電表適合跨地區(qū)和針對多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的快速部署。西門子公司在智能抄表解決方案AMIS經(jīng)過了多年的研究，Blackfin技術(shù)使西門子能夠在儀表級提供復(fù)雜的測量和通信能力，從而實(shí)現(xiàn)了真正的全系統(tǒng)電能管理工具。針對客戶對于Blackfin處理器的需求，ADI近期又推出了BF51x處理器。
　　通過基于Blackfin處理器設(shè)計(jì)智能電表器件，AMIS掀起了一場電網(wǎng)改革，該系統(tǒng)不僅可以測量各個(gè)家庭的用電情況，還可以擴(kuò)展到從發(fā)電廠到用戶的整個(gè)能源鏈生態(tài)系統(tǒng)。實(shí)際上，本地變電站的基于Blackfin的數(shù)據(jù)集中器以逐秒測量的方式采集用電數(shù)據(jù)，對電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控并將數(shù)據(jù)傳送給控制站?；贐lackfin的智能電表不僅能夠滿足目前的設(shè)計(jì)要求，而且還為下一代能量管理技術(shù)、整合新型智能電網(wǎng)設(shè)備以及推動(dòng)為用戶提供可選的用電信用額度應(yīng)用作好了準(zhǔn)備。隨著未來標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，這些應(yīng)用只需通過電網(wǎng)即可下載到基于Blackfin的儀表部件中，實(shí)現(xiàn)無縫傳輸。
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