揭秘顶尖智能抄表系统的核心引擎

　　节能的话题已经从各种宣传口号变成越来越多的实实在在的行动，特别是进入2009年以来，关于节能的报道经常占据各类媒体的主要版面。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热门。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全球建设热潮中重点发展的产品。
　

　　现在，我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。智能电表技术的进步使个人和企业可以选择使用电能的方式和时间，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。

　　MCU解决方案面临瓶颈，汇聚式处理器优势明显
　　近年来，智能自动抄表电表的需求日益显现。特别是至2009年前后，随着全球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。此类电表通常要求具有丰富的功能和更强的性能，例如分时计费、自动双向通信、时钟温度自动补偿功能、低功耗、故障冗余、高可靠性、在线升级。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面对的一个长期问题。通常，各个国家或同一个国家的不同地区之间在电表功能、抄表方法和其他特性上的要求千差万别，因此所用的技术和方法都不一样。此外，全球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(或者很少修改)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，智能电表在解决下面的问题上将发挥重要的作用：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最大化，实现社会的可持续发展。

　　无疑，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是ADI公司基于由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。

　　基于Blackfin处理器的方案可以方便地利用软件来实现不同电力计量相关协议和各种通信协议算法，以及满足各种功能组合要求。Blackfin处理器的强大处理能力使电表制造商能轻松实现各种通用或定制化的功能，能够在不改变(或很少改变)硬件的情况下迅速适应不断发展的标准和新型功能要求，并大大降低产品研发和制造成本。

　　西门子AMIS系统核心引擎揭密
　　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全球领先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有效地保证了国家电网的可靠性。Blackfin数字信号处理器在这些工业应用中取得的成功，高性能绝对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也相当突出是另一个重要因素。此外，低功耗、低成本这也是在如此多的应用中选择ADI DSP的一个显著原因。

　　而前不久，电力计量技术全球领导企业西门子宣布在其推出的最新自动抄表信息系统（AMIS）的智能电表的核心引擎利用了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，还可最终实现节约使用珍贵的电能资源。

　　西门子AMIS系统覆盖整个电力系统，包括从电厂到用户端。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。该系统具有极佳的扩展灵活性，对未来的其他可能的标准保持开放(包括对其他通信媒介的支持)，通过简单的在线软件下载升级即可实现新的标准。采用AMIS多功能智能电表，单一的电表平台可以满足所有的收费模式，可以在控制中心自动完成电表的计费模式修改。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(每个阶段的电压、短期故障和长期故障等)。

　　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，这些智能电表就需要以较低的单价提供非凡的表内处理能力、动态和电网一体化通信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。

　　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(电力线载波)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，保证系统各种外设功能的无限扩展；400MHz/800MMAC的强大性能保证单芯片即可高性能实现数据处理、通信协议、各种专用算法，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，对于不断发展的全球电力应用市场来说，这一点非常重要。低成本、高性能和可扩展的Blackfin技术使AMIS智能电表适合跨地区和针对多个标准的快速部署。西门子公司在智能抄表解决方案AMIS经过了多年的研究，Blackfin技术使西门子能够在仪表级提供复杂的测量和通信能力，从而实现了真正的全系统电能管理工具。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，本地变电站的基于Blackfin的数据集中器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下载到基于Blackfin的仪表部件中，实现无缝传输。

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