分析智能抄表系统的引擎

　　节能就是尽可能地减少能源消耗量，生产出与原来同样数量、同样质量的产品；或者是以原来同样数量的能源消耗量，生产出比原来数量更多或数量相等质量更好的产品。进入2009年以来，除了新能源和可再生能源外，一个并不为大众所熟悉的概念--智能电网技术成为新的焦点。而作为智能电网重要组成部分的智能电表即将成为智能电网建设热潮中重点发展的产品。

　　智能电网（smart power grids），就是电网的智能化，也被称为"电网2.0",它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。

　　现在，人们已经可以利用包括智能电表在内的高科技感知、计量、分析和通信能力对电力应用实现更加智能的管理，进行电力使用的信息收集、分析和交互管理。透过先进的智能分析工具产生有用信息，再以此实时地做出更好的用电决策和电力系统配置的优化。实现电能的优化配置，降低能量的浪费和实现电能合理利用，电力企业可以对收集的用电信息进行分析，及时发现存在的问题甚至电力故障，为用户提供用电咨询，使其对电力使用的效果更加一目了然。电表已经从简单的基本计量向自动抄表、信息采集、自动控制等多功能的趋势发展。  用户的购电信息实行微机管理，方便进行查询、统计、收费及打印票据等。工作原理 用户持IC卡到供电部门交款购电，供电部门用售电管理机将购电量写入IC卡中，用户持IC卡在感应区刷非接触式IC卡（简称刷卡，下同），即可合闸供电，供电后将卡拿走。当表内剩余电量等于报警电量时，拉闸断电报警（或蜂鸣器报警），此时用户在感应区刷卡即可恢复供电；当剩余电量为零时，自动拉闸断电，用户必须再次持卡交费购电，才可以恢复用电。

　　MCU解决方案面临瓶颈，汇聚式处理器优势明显

　　近年来，对智能自动抄表电表的需求日益显现。特别是进入2009年以来，随着智能电网建设热潮和节能降耗要求日盛，具有更强节电效能的智能电表的需求将逐步成为新型电表的主流。此外，电力部门对电表提出了更多有关电能质量检测的功能要求，如针对电压质量的过压、欠压、失压、全失压、电压不平衡、电压畸变率等。

　　电表功能的多样性是未来电表企业必须长期面对的一个问题。的电表通信规范并无统一的版本，如何简单快速地满足各种通信标准，显然采用传统的硬件解决方案缺乏足够的灵活性，而采用基于软件的设计方案，电表制造商只需针对特定的应用要求修改软件，无需修改硬件，从而大大降低开发成本并加速产品上市。

　　除了自动抄表等功能，智能电表在解决以下问题上还将发挥重要的作用：通过电网迅速检测到发电量的需求变化，在用电需求较低时减少发电量，保证节约能源，保护环境；通过感应可能发生的设备故障，防患于未然，保证用电安全可靠；分析电力故障的确切位置，并立即派遣维修人员去解决问题，保证电力的持续供应；通过感知并管理老化设备的使用负荷，延长设备的使用寿命；通过更好地了解电力需求，使可再生能源的供应化，实现社会的可持续发展。

　　显然，传统的电子电表设计方案不能满足上述功能和性能要求，传统的8位或16位MCU的性能逐渐显得捉襟见肘，可靠性、效率、灵活性、集成度要求不断提高，成本压力不断增大，从传统的8/16位MCU向满足系统的软件可编程灵活性、网络连接性、在线可升级、灵活、健壮的32位DSP解决方案平台转移已经成为电表设计，特别是中高端智能电表设计的必然趋势。而Blackfin DSP处理器无疑是工程师值得信赖的平台。

　　Blackfin DSP基于由ADI和Intel公司联合开发的微信号架构（MSA），它将一个32位RISC型指令集和双16位乘法累加（MAC）信号处理功能与通用型微控制器所具有的易用性组合在一起。这种独特的汇聚式架构很适合于全信号处理/分析能力要求，同时还可在单内核器件上提供高效控制任务执行能力。这种汇聚架构非常符合智能电表进行数据处理、实现各种高性能算法（如谐波分析）、通信功能的软件实现以及对各种系统控制功能的支持。

　　供电部门和用户来说，传统的手工抄表收费方式越来越难以适应时代的进步和发展，抄表收费也成了供电部门经营上的的一大难题。而现代化的自动抄表系统可以较好地解决这一问题，自动抄表技术的应用也经历了一个从无到有，从原始到现代化的一个循序渐进的发展过程。进入新的世纪，展望未来，一种基于GPRS网络技术的自动抄表系统有望解决这些难题。

　　西门子AMIS系统引擎揭密

　　Blackfin处理器自推出以来就在电力系统中获得广泛应用。HVAC与HVDC电力系统的数字保护、自动化与控制系统的企业南京南瑞继保电气有限公司在其众多的产品中就使用了Blackfin处理器，而此前绝大多数嵌入式处理都基于通用微处理器架构。南瑞继保发现，在电网故障与短暂事件的检测与响应等关键应用中，Blackfin处理器解决方案的卓越性能可有效地保证国家电网的可靠性。Blackfin数字信号处理器在这些工业应用中取得的成功，高性能是一个非常重要的因素，连接转换器与开关等输入与输出设备的能力也非常重要，快速测量并分析系统条件的能力是另一个重要因素。此外，低功耗、低成本也是在如此多的应用中选择ADI DSP的一个显着原因。

　　不久前，电力计量技术领导企业西门子宣布在其推出的自动抄表信息系统（AMIS）的智能电表的引擎利用了Blackfin处理器极具成本效益的计算性能，实现了创新的智能电表功能和性能，树立了下一代智能电能管理的新标杆。采用该款智能电表的AMIS系统不仅给电力公司和用户提供了管理电费的能力，还可终实现节约珍贵电能资源的目的。

　　西门子AMIS系统覆盖从电厂到用户端的整个电力系统。作为用户计量终端的智能电表计量用户用电量，并对电网进行监测，将数据发送至控制中心。该系统使用电力线进行通信，避免了其他方案所用的无线通信和互联网通信所增加的成本。该系统具有的扩展灵活性，对未来的其他可能的标准保持开放，通过简单的在线软件升级即可实现新的标准。因此，不必为每次费率的修改而改变电表，您可以根据用户的要求在任意时间自动采集用户用电数据，也不需要到现场即可远程控制用户断电操作，可以实现预付费功能或限制用电功能，电力企业还可以记录针对每个用户的供电质量。

　　在AMIS设计初期，西门子公司就认识到要实现上述功能特性目标，智能电表就需要以较低的单价提供非凡的表内处理能力、动态与电网一体化通信能力以及真正的可扩展性。西门子公司选择了Blackfin汇聚处理器，就是因为该处理器具有同时作为DSP和MCU进行无缝工作的能力，Blackfin处理器负责计算用户用电情况，并执行电力线调制解调器功能，通过电力线集中器进行高效双向通信，特别适合西门子AMIS的高密度处理和动态通信应用要求。低成本的Blackfin处理器具有处理仪表级原始实时用电数据以及实现仪表和电网之间通信的能力，可提供一站式、低成本、易于配置的解决方案。采用Blackfin处理器的西门子智能电表功能框图如图1所示。

　　AMIS系统的智能电表采用了ADI公司的Blackfin入门级ADSP BF531,该款器件具有成本低、易于使用、性能强大的特点。在价格上，该汇聚处理器强大的处理能力和丰富的外设可以实现甚至比通用MCU+PLC通信专用芯片方案更低的BOM成本，并且集成化的解决方案在实现小尺寸、低成本的同时还可保证更高的可靠性；BF531具有丰富的外设接口，包括并行外设接口、两个双通道全双工同步串行端口、SPI端口和UART等，并具有极强的扩展性，单套方案即可轻松满足各种不同应用条件要求，大大降低企业的平均生产成本，加快产品面市；与一般的硬件实现方案相比，该方案具有在线升级功能，对于不断发展的电力应用市场来说，这一点非常重要。针对客户对于Blackfin处理器的需求，ADI近期又推出了BF51x处理器。

　　通过基于Blackfin处理器设计智能电表器件，AMIS掀起了一场电网改革，该系统不仅可以测量各个家庭的用电情况，还可以扩展到从发电厂到用户的整个能源链生态系统。实际上，本地变电站基于Blackfin的数据集中器是以逐秒测量的方式采集用电数据，对电网进行监控并将数据传送给控制站。基于Blackfin的智能电表不仅能够满足目前的设计要求，而且还为下一代能量管理技术、整合新型智能电网设备以及推动为用户提供可选的用电信用额度等应用作好了准备。随着未来标准的发展，这些应用只需通过电网即可到基于Blackfin的仪表部件中，实现无缝传输。

　　目前，西门子智能电表已经在澳大利亚及意大利等国家获得规模应用。到2014年，仅澳大利亚Energie AG公司将部署40万西门子智能电表；在意大利，西门子正在以每个月近60 000用户的部署速度帮助消费者使用到智能电表，目标将实现百万用户转向AMIS系统。图2所示为Energie AG公司员工在实验室内进行智能电表通信测试。

　　ADI对智能电表技术投入长期承诺

　　亚德诺半导体技术公司（Analog Devices, Inc. 纽约证券交易所代码：ADI）自从1965年创建以来到2005年经历了悠久历史变迁，取得了辉煌业绩，树立起成立40周年的里程碑。回顾ADI公司的成功历程--从位于美国马萨诸塞州剑桥市一座公寓大楼地下室的简陋实验室开始起步--经过40多年的努力，发展成全世界特许半导体行业中卓越的供应商之一。

　　ADI将创新、业绩和卓越作为企业的文化支柱，并基此成长为该技术领域持久高速增长的企业之一。ADI公司是业界广泛认可的数据转换和信号处理技术的供应商，拥有遍布世界各地的60,000客户，涵盖了全部类型的电子设备制造商。作为业界40多年的高性能模拟集成电路（IC）制造商，ADI的产品广泛用于模拟信号和数字信号处理领域。公司总部设在美国马萨诸塞州诺伍德市，设计和制造基地遍布。ADI公司的股票在纽约证券交易所上市，并被纳入标准普尔500指数（S&P 500 Index ）。

　　ADI公司长期致力于通过防止污染和保护资源来保护环境，智能电表的应用无疑将有效地大大降低电能的消耗，有效地促进环境保护。ADI将继续不断地致力于提供低能耗、高性能和低成本的应用方案，通过高性能技术应用促进新能源策略的实施。ADI对电力计量技术的长期持续投入将帮助中国企业开发适合市场需求的各种先进电表产品，帮助中国企业从持续增长的电力基础设施市场中赢得先机。

　　为加快用户利用Blackfin处理器实现产品开发并降低技术门槛，ADI提供各种支持，可以针对用户需求提供各种必要的软件库以及参考设计。此外，Blackfin成熟的开发工具套件将加速产品开发过程。ADI提供业界一流的工具、初学套件与支持，包括熟知的、能够支持其他Blackfin处理器的ADI CROSSCORE?誖软件与硬件工具，获奖的VisualDSP++集成开发与调试环境（IDDE）、仿真器以及EZ-KIT Lite评估板硬件。

　　ADSP与另外一个着名的德州仪器（TI: Texas Instrument）生产的芯片特点相比较，具有浮点运算强，SIMD（单指令多数据）编程的优势， 比较新的Blackfin系列比同别TI产品功耗低。缺点是ADSP不如TI的C语言编译优化好。TI已经普及了C语言的编程，而AD芯片的性能发挥比较依赖程序员的编程水平。ADSP的Linkport数据传输能力强是一大特色，但是使用起来不够稳定，调试难度大。

　　智能电表市场即将井喷，众多中国电表制造企业都将面临巨大的市场机会，但同时也有极大的挑战。目前高端产品如高智能电表市场份额仍然由西门子、ABB公司等国际大企业所主导。这类产品将会面临被淘汰的尴尬命运，主要的国家改善能源利用效率和保护环境的决心，以及在智能电网上的巨额资金投入，必将加速智能电表的全面应用。

　　只有那些能掌握成熟的智能电表技术，并保证产品批量稳定性的企业才能赢得先机。这必然需要一个引进并吸收消化先进技术的过程，ADI正在努力加强智能电表应用的生态系统建设，在为客户提供一贯的开发工具、评估套件、软件库和参考设计的同时，还将提供更多第三方设计方案、软件等，加快客户产品面市速度，降低开发难度和成本。