讓智能電表飛 原廠(chǎng)精英盡顯雄韜偉略
摘要： 作為智能電網(wǎng)的重要組成部件，為滿(mǎn)足苛刻的市場(chǎng)要求，智能電表設(shè)計(jì)方案面臨重大挑戰(zhàn)。全球各大半導(dǎo)體原廠(chǎng)將采取何種策略在日益爆發(fā)式增長(zhǎng)的智能電表市場(chǎng)爭(zhēng)得先機(jī)?工程師又該如何面對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)新挑戰(zhàn)?
關(guān)鍵字： 智能電網(wǎng)， 智能抄表， 智能電表
隨著全球智能能源的快速發(fā)展，中國(guó)傳統(tǒng)電網(wǎng)的智能化升級(jí)改造將帶動(dòng)一個(gè)萬(wàn)億元級(jí)的產(chǎn)業(yè)興起，智能電網(wǎng)在中國(guó)得到了各界的大力關(guān)注，也在迅速發(fā)展中。面對(duì)這一巨大市場(chǎng)機(jī)遇，半導(dǎo)體原廠(chǎng)紛紛搶進(jìn)布局中國(guó)智能電網(wǎng)。
作為智能電網(wǎng)的重要組成部件，為滿(mǎn)足苛刻的市場(chǎng)要求，智能電表設(shè)計(jì)方案面臨重大挑戰(zhàn)。全球各大半導(dǎo)體原廠(chǎng)將采取何種策略在日益爆發(fā)式增長(zhǎng)的智能電表市場(chǎng)爭(zhēng)得先機(jī)?工程師又該如何面對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)新挑戰(zhàn)?擁有全球強(qiáng)大智能電表產(chǎn)品線(xiàn)的各大半導(dǎo)體原廠(chǎng)精英紛紛揭示智能電表的趨勢(shì)及未來(lái)發(fā)展大計(jì)，相信電子發(fā)燒友網(wǎng)讀者能從中獲得第一手最具價(jià)值市場(chǎng)分析資源。
原廠(chǎng)精英之美信產(chǎn)品線(xiàn)總監(jiān)-Kristopher Ardis
——做智能電表的安全衛(wèi)士
把握三大重點(diǎn)，逐一攻破
在智能電網(wǎng)大力推廣的今天，美信對(duì)此也投入了大量的人力物力。目前美信在智能電網(wǎng)領(lǐng)域主要關(guān)注三大關(guān)鍵技術(shù)，它們便是：
- 計(jì)量：精確測(cè)量用電量
- 通信：保證數(shù)據(jù)集中及智能電網(wǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程控制的可靠性的相關(guān)技術(shù)
- 安全：不僅對(duì)所傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，也通過(guò)使攻擊者無(wú)法控制關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的方式保護(hù)智能電網(wǎng)不受潛在的惡意攻擊。
美信產(chǎn)品線(xiàn)總監(jiān)Kristopher Ardis
這三大技術(shù)可以說(shuō)是智能電網(wǎng)的真正核心，也是美信關(guān)注它們的原因所在。智能電網(wǎng)的根本目標(biāo)是高效使用電能，同時(shí)適應(yīng)新的配電方式。為達(dá)到這些目標(biāo)，需要知道電能的去向、將數(shù)據(jù)和控制信號(hào)進(jìn)行通信、并確保所有通信的安全性。美信的完備的電表片上系統(tǒng)(SoC)方案、通信調(diào)制解調(diào)器芯片組以及先進(jìn)的安全微控制器等產(chǎn)品均是基于上述技術(shù)的。
全面方案，保駕智能電網(wǎng)
在智能電網(wǎng)迅速發(fā)的今天， 美信除智能電表外，還提供其它與智能電網(wǎng)相關(guān)的產(chǎn)品。Kris特別指出，美信的超高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘技術(shù)能夠在工業(yè)級(jí)溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)5ppm的精度。如此高的時(shí)鐘精度正是目前中國(guó)市場(chǎng)所需要的，對(duì)于通信系統(tǒng)不是十分可靠的智能電網(wǎng)尤為重要。除此外，美信還具有豐富的接口產(chǎn)品，便于有線(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行通信。它們的集成保護(hù)隔離技術(shù)能夠在危險(xiǎn)環(huán)境下保護(hù)終端用戶(hù)，如：用戶(hù)必須對(duì)連接在電網(wǎng)上的智能電表進(jìn)行操作。
原廠(chǎng)精英之德州儀器市場(chǎng)拓展工程師-孫東
——以全套解決方案，全面包圍智能電表
作為世界上最大的半導(dǎo)體公司之一的德州儀器，其產(chǎn)品線(xiàn)比較寬泛，除了MCU、計(jì)量、載波、有線(xiàn)通訊、ZigBee、小無(wú)線(xiàn)之外，它們還包含了智能電表所涉及的各主要技術(shù)，因此可以說(shuō)是目前市場(chǎng)上覆蓋智能電表應(yīng)用產(chǎn)品最寬廣的公司。
德州儀器除了推出智能電表相關(guān)的芯片級(jí)產(chǎn)品外，還推出了一些針對(duì)智能電表相關(guān)的應(yīng)用方案和滿(mǎn)足國(guó)際、區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)的方案。比如ZigBee SEP2.0、低功耗無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)協(xié)議棧、電能量計(jì)量算法庫(kù)、DLMS的協(xié)議棧，wireless M-bus協(xié)議棧，符合G3/PRIME標(biāo)準(zhǔn)的OFDM PLC方案等等。
德州儀器市場(chǎng)拓展工程師 孫東
在智能電表方面，德州儀器主要關(guān)注的點(diǎn)有兩大方面，第一是智能電表通信，包括電力線(xiàn)載波、無(wú)線(xiàn)通訊、低功耗無(wú)線(xiàn)ZigBee;第二是高精度的計(jì)量，包括電表SoC產(chǎn)品以及高精度計(jì)量芯片。
德州儀器標(biāo)新立異DSP載波方案
目前幾大半導(dǎo)體廠(chǎng)商像美信、ST都有自己主推的電力線(xiàn)載波方式，對(duì)此，德州儀器也有完善的G3/ PRIME載波方案。孫東表示他們跟其他幾家是不同的：
其一，別的幾家都是用ASIC專(zhuān)用芯片的方式，而德州儀器利用自身在DSP方面的積累，開(kāi)發(fā)出了基于DSP平臺(tái)的多協(xié)議載波方案。通過(guò)相同的器件平臺(tái)支持不同的標(biāo)準(zhǔn)，包括SFSK，F(xiàn)SK、G3、PRIME、P1901.2 OFDM等方案，對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)針對(duì)不同的市場(chǎng)或者不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，用戶(hù)只要升級(jí)不同的軟件協(xié)議棧就可以推出相對(duì)應(yīng)的方案，無(wú)需進(jìn)行硬件的更改。
其二，其他廠(chǎng)家可能有的只是G3，PRIME或者FSK，而德州儀器可以提供的方案除了G3，還包括SFSK，F(xiàn)SK、G3、PRIME、P1901.2，不同載波標(biāo)準(zhǔn)的覆蓋面會(huì)更廣泛一些。
其三，德州儀器在中國(guó)市場(chǎng)有比較快的進(jìn)展，包括在國(guó)家電網(wǎng)和幾個(gè)大的客戶(hù)已經(jīng)有樣機(jī)和小規(guī)模的試點(diǎn)，通過(guò)試點(diǎn)可以了解到中國(guó)電網(wǎng)的一些特點(diǎn)，針對(duì)這些特點(diǎn)，德州儀器可以通過(guò)軟件對(duì)現(xiàn)有的協(xié)議棧和通訊特性進(jìn)行修改，這一靈活性是其他ASIC專(zhuān)用芯片廠(chǎng)商所不具備的。
孫東還特別指出，由于智能電網(wǎng)是德州儀器非常關(guān)注的一個(gè)市場(chǎng)，他們?cè)诿绹?guó)設(shè)立了一個(gè)智能電網(wǎng)事業(yè)部，另外，在美國(guó)還有研發(fā)團(tuán)隊(duì)，應(yīng)用工程師團(tuán)隊(duì)，在歐洲、中國(guó)、美洲都有當(dāng)?shù)氐氖袌?chǎng)團(tuán)隊(duì)。
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原廠(chǎng)精英之飛思卡爾半導(dǎo)體公司市場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)理-何英偉
——讓智能電表的設(shè)計(jì)難題飛
安全解決方案，力迎設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)[!--empirenews.page--]
目前智能電表的生產(chǎn)和應(yīng)用正在蓬勃發(fā)展，飛思卡爾在該行業(yè)的發(fā)展也投入了很大的精力。他們針對(duì)智能計(jì)量和智能電網(wǎng)開(kāi)發(fā)出了安全的終端到終端的解決方案，該方案支持從輸電、配電、分站到入戶(hù)的智能電網(wǎng)，能滿(mǎn)足高效能源管理和分配面臨的各種挑戰(zhàn)同時(shí)還能協(xié)助解決設(shè)計(jì)上面對(duì)的挑戰(zhàn)。
飛思卡爾半導(dǎo)體公司市場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)理-何英偉
飛思卡爾方案的特點(diǎn)包括：
- 降低系統(tǒng)成本：必須縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，R&D投資，和BOM成本，同時(shí)還増加了智能電網(wǎng)要求的功能;
- 低(系統(tǒng))功耗：必須有高效率的儀表代碼，可以以低處理速度為容性電源供電的儀表計(jì)算能量;
- 在故障戓掉電事件中的數(shù)據(jù)保存：有多種需求，包括一個(gè)低功耗的，能切換到電池供電的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，芯片內(nèi)時(shí)鐘補(bǔ)償和日歷功能，并且，如果外部晶體故障能切換到一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘;
- 防篡改：要求在任何篡改事件發(fā)生時(shí)，即使電源斷開(kāi)，也要有記錄時(shí)間戳的能力。
另外，智能計(jì)量通信更復(fù)雜一些，何英偉表示它還需要更多的GPIO和串行通信模塊(I2C，SCI和SPI)，有線(xiàn)戓無(wú)線(xiàn)通信。
多方合作，并肩齊飛
在應(yīng)對(duì)快速發(fā)展的智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)上，飛思卡爾半導(dǎo)體積極參與各國(guó)的電網(wǎng)發(fā)展項(xiàng)目及相關(guān)業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)制定組織和機(jī)構(gòu)，并跟各方案公司合作，如整套的 i.MX28及得獎(jiǎng)的MPC8308nSG智能網(wǎng)關(guān)，跟美國(guó)INSIDE Secure公司共同合作開(kāi)發(fā)出基于 Kinetis MK30單片機(jī)帶 NFC預(yù)付費(fèi)及無(wú)線(xiàn) ZigBee抄表功能的單相電表參考設(shè)計(jì)等等。何英偉表示這是飛思卡爾最好的一個(gè)例子，利用它們快速幫助客戶(hù)作出評(píng)估及測(cè)試系統(tǒng)性能，使設(shè)計(jì)制造商能夠利用最新的技術(shù)，更加快速的應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求。
原廠(chǎng)精英之意法半導(dǎo)體工業(yè)與功率轉(zhuǎn)換產(chǎn)品部市場(chǎng)開(kāi)發(fā)總監(jiān)-Oleg Logvinov
——全面支持PLC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
作為世界上最大的電力線(xiàn)通信技術(shù)廠(chǎng)商，并且擁有20余年電能表與電網(wǎng)通信研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的意法半導(dǎo)體，正穩(wěn)步邁向電表行業(yè)的中心舞臺(tái)。
意法半導(dǎo)體工業(yè)與功率轉(zhuǎn)換產(chǎn)品部市場(chǎng)開(kāi)發(fā)總監(jiān)Oleg Logvinov
Oleg指出，智能電表和普通電表之間最主要的差異表現(xiàn)在智能電表能夠與電力網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信，以及在某些特殊的場(chǎng)合還能夠與家電進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，而這些是普通電表所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。種種的差異最終都體現(xiàn)在電表芯片的設(shè)計(jì)上，作為智能電表要尤其注意一下幾方面的設(shè)計(jì)：
1) 各種功能和接口的集成;
2) 通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇;
3) 調(diào)制解調(diào)器的實(shí)現(xiàn)方法(數(shù)字信號(hào)處理還是可編程門(mén)陣列)，功能劃分(集成器件還是分立器件)
以上三方面是同等重要，但是通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的正確選擇不是一件容易的事，沒(méi)有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，廠(chǎng)商是很難開(kāi)發(fā)出真正符合市場(chǎng)需求的解決方案的，而意法半導(dǎo)體具備這一條件。
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原廠(chǎng)精英之安森美半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)新業(yè)務(wù)部應(yīng)用工程經(jīng)理-劉耀輝
——電力線(xiàn)通信是智能電表的難點(diǎn)
安森美的優(yōu)勢(shì)
安森美是世界領(lǐng)先的電源解決方案供應(yīng)商，公司的產(chǎn)品系列包括電源和信號(hào)管理、邏輯、分立及定制器件，幫助客戶(hù)解決他們?cè)谄?chē)、通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、工業(yè)、LED照明、醫(yī)療、軍事/航空及電源應(yīng)用的獨(dú)特設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。智能電表作為智能電網(wǎng)的一部分自然在安森美的經(jīng)營(yíng)范圍之內(nèi)，那么在高手云集的智能電表市場(chǎng)安森美的優(yōu)勢(shì)在哪里呢?
劉耀輝透露，智能電表組成的自動(dòng)抄表系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要一步。智能電表系統(tǒng)可以使電力供應(yīng)商在提高服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)降低管理成本，從而幫助公共事業(yè)服務(wù)提供者和政府降低電源損耗、優(yōu)化能源消耗、管理對(duì)寶貴能源的需求，并讓用戶(hù)有機(jī)會(huì)充分利用各種用電計(jì)劃(如分時(shí)電價(jià))來(lái)節(jié)省開(kāi)支和享受多種便利。完善的智能電表系統(tǒng)將極大地方便人們的日常生活，同時(shí)提高電力能源的有效分配和利用，在建設(shè)“節(jié)能節(jié)約型”社會(huì)及“節(jié)能減排”的過(guò)程中產(chǎn)生巨大的商機(jī)和社會(huì)效益。
目前為止，很多廠(chǎng)家都提出自己的解決方案。安森美半導(dǎo)體就在智能抄表領(lǐng)域內(nèi)，有多年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并且可以提供給客戶(hù)完整的電力線(xiàn)載波抄表解決方案。
安森美半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)新業(yè)務(wù)部應(yīng)用工程經(jīng)理劉耀輝
安森美前沿的抄表技術(shù)
安森美半導(dǎo)體的電力線(xiàn)載波抄表方案，完全符合IEC61334-5-1協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，以及EN50065電磁兼容規(guī)范。其通信協(xié)議由幾家世界知名表計(jì)企業(yè)共同制定。方案同時(shí)考慮了載波信號(hào)對(duì)電網(wǎng)的諧波注入，發(fā)射功率，以及載波的信號(hào)頻段。使載波在盡可能小的干擾輸出和發(fā)射功率下達(dá)到最好的通信效果。方案在歐洲，非洲，中東等許多國(guó)家已有10年以上的現(xiàn)場(chǎng)使用。
原廠(chǎng)精英之美滿(mǎn)電子科技(Marvell)業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)高級(jí)經(jīng)理-楊乃華
——PLC是未來(lái)智能電表的最佳解決方案
在智能電表愈加重要的今天，美滿(mǎn)作為市場(chǎng)的新寵自然不會(huì)漏掉這一領(lǐng)域，而且它擔(dān)任了智能電網(wǎng)內(nèi)部擁有通信能力傳感器的重要角色。美滿(mǎn)目前已研發(fā)出面向智能電表的無(wú)線(xiàn)、窄帶PLC和寬帶PLC等通信解決方案，其業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)高級(jí)經(jīng)理?xiàng)钅巳A認(rèn)為PLC將是面向未來(lái)智能電表的最佳解決方案。
[!--empirenews.page--]美滿(mǎn)電子科技(Marvell)業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)高級(jí)經(jīng)理?xiàng)钅巳A
楊乃華表示，美滿(mǎn)發(fā)布了采用寬帶PLC技術(shù)的Alma AMI解決方案，它包括硬件參考設(shè)計(jì)(DR501/DR503)和面向智能電網(wǎng)AMI應(yīng)用程序的Alma AMI 專(zhuān)用軟件，并且已在歐洲、中國(guó)大陸和臺(tái)灣、以及韓國(guó)等地成功部署或試用。
楊乃華特別指出，美滿(mǎn)對(duì)于智能電網(wǎng)一直比較關(guān)注，除智能電表外，公司也專(zhuān)注于諸如PON 和ITU-T G..hn的連接及HGU解決方案，提供強(qiáng)大的、高吞吐量的多媒體傳輸線(xiàn)(PLC、同軸電纜、電話(huà)線(xiàn))接口解決方案，配合中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)的OPLC應(yīng)用，提供面向多媒體應(yīng)用的高性能家庭網(wǎng)絡(luò)解決方案。
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原廠(chǎng)精英之愛(ài)特梅爾高級(jí)業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理-吳煥軍
——PLC是未來(lái)智能電表的最佳解決方案
面對(duì)智能電網(wǎng)的巨大商機(jī)，愛(ài)特梅爾專(zhuān)門(mén)成立了新的業(yè)務(wù)部門(mén)，專(zhuān)注于提供智能電表及能源管理應(yīng)用特定的解決方案。
基于愛(ài)特梅爾對(duì)于商機(jī)的把握，目前其產(chǎn)品能夠配合智能電表應(yīng)用的大多數(shù)要求，提供電表解決方案多方位服務(wù)，包括微控制器、RF、存儲(chǔ)器、安全性、中間件、參考設(shè)計(jì)和演示套件等。
愛(ài)特梅爾高級(jí)業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理吳煥軍
愛(ài)特梅爾智能電表產(chǎn)品線(xiàn)
迄今為止，愛(ài)特梅爾正在積極與國(guó)家電網(wǎng)(National State Grid)及南方電網(wǎng) (Southern Power Grid) 的供應(yīng)商們合作，提供全方位的解決方案，以滿(mǎn)足中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的要求。其中包括多功能三相電表(Multi function 3-Phase Meters)、數(shù)據(jù)采集器(Data Collectors)、集中器(Data Concentrators)以及新興的家用顯示單元(In-Home Display Units)。
愛(ài)特梅爾在智能電表的計(jì)劃
在愛(ài)特梅爾專(zhuān)注于提供智能電表及能源管理應(yīng)用特定的解決方案的業(yè)務(wù)部門(mén)的努力下，其在智能電表方面的技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)取得了不小的突破。
針對(duì)中國(guó)智能電表的發(fā)展?fàn)顩r，愛(ài)特梅爾認(rèn)為農(nóng)村安裝智能電表的發(fā)展阻力最大。首先，與專(zhuān)門(mén)針對(duì)城市而開(kāi)發(fā)的國(guó)家電網(wǎng)與南方電網(wǎng)相比，農(nóng)村電網(wǎng)面臨著不同的挑戰(zhàn)，比如更分散的用戶(hù)和更長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸距離。這種情況下可以采用基于GPRS調(diào)制解調(diào)器的典型解決方案。對(duì)于這些市場(chǎng)應(yīng)用，相比主流實(shí)現(xiàn)方案，愛(ài)特梅爾將提供多功能性的通用產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足各種特殊的要求。
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原廠(chǎng)精英之IDT公司中國(guó)事業(yè)部市場(chǎng)總監(jiān)-浦志勇
——讓智能電表更精確、可靠
IDT提供行業(yè)領(lǐng)先的寬量程計(jì)量芯片及計(jì)量SoC產(chǎn)品，這使得單個(gè)智能電表即可同時(shí)準(zhǔn)確計(jì)量用戶(hù)日益增長(zhǎng)的高達(dá)數(shù)十千瓦的負(fù)荷需求和分布式發(fā)電系統(tǒng)中再生能源中如太陽(yáng)能、風(fēng)力所產(chǎn)生的低至幾瓦的發(fā)電功率。
寬量程、高準(zhǔn)確度、穩(wěn)定計(jì)量
未來(lái)智能電網(wǎng)的核心是可靠、高速和低價(jià)的通信技術(shù)的成功應(yīng)用，從而為數(shù)以?xún)|計(jì)的終端用戶(hù)和電力公司之間提供雙向的互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。而在現(xiàn)階段，智能電表作為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)備，準(zhǔn)確、可靠的計(jì)量依然是智能電表首要解決的問(wèn)題。
IDT公司中國(guó)事業(yè)部市場(chǎng)總監(jiān)浦志勇
浦志勇說(shuō)與傳統(tǒng)電表相比，智能電表微系統(tǒng)中器件更多，國(guó)網(wǎng)公司統(tǒng)一招標(biāo)后數(shù)量也會(huì)更大，而作為電力公司和終端用戶(hù)的貿(mào)易結(jié)算工具，智能電表的可靠性要求就會(huì)更高，智能電表的可生產(chǎn)性、性能一致性和產(chǎn)品的穩(wěn)定性是終端生產(chǎn)商關(guān)注的重點(diǎn)。基于此，IDT公司的計(jì)量產(chǎn)品憑借其寬量程、高準(zhǔn)確度的特點(diǎn)和穩(wěn)定的計(jì)量技術(shù)迅速地在行業(yè)內(nèi)占據(jù)了一席之地，在最近的國(guó)網(wǎng)招標(biāo)中獲得了約20%的市場(chǎng)份額。
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