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覆盖面广、全套解决方案,突显德州仪器品质

2012-09-17 23:27:33 来源:与非网记者 轩小静

智能电表是一种集多功能、远程传输、数据分析为一体的电能表,它作为智能电网的重要组成部分,目前也得到了国家及个半导体公司的大力关注。与非网就智能电表计量、网络传输,设计方案及发展前景进行了调研,对世界上最大的半导体公司之一的德州仪器进行专题采访,其市场拓展工程师孙东先生就各项问题给予了解答。



德州仪器市场拓展工程师 孙东


从宽度和深度,全面包围智能电表

德州仪器产品线比较宽泛,除了MCU、计量、载波、有线通讯、ZigBee、小无线之外,它们还包含了智能电表所涉及的各主要技术,因此可以说是目前市场上覆盖智能电表应用产品最宽广的公司。孙东告诉记者现在他们除了推出智能电表相关的芯片级产品外,还推出了一些针对智能电表相关的应用方案和满足国际、区域标准的方案。比如ZigBee SEP2.0、低功耗无线组网协议栈、电能量计量算法库、DLMS的协议栈,wireless M-bus协议栈, 符合G3/PRIME标准的OFDM PLC方案等等。

从以上所介绍的产品线和各种应用发展来看,德州仪器对智能电表市场非常的关注,投入力度和深度也很大。从宽的角度来讲,德州仪器各种产品覆盖智能电表不同的应用领域和应用部件;从深的角度来讲,德州仪器又不仅仅是提供一个IC,它是针对每一个器件提供整套方案给客户去使用。

从谈话我们可以看出,德州仪器主要关注的点有两大方面,第一是智能电表通信,包括电力线载波、无线通讯、低功耗无线ZigBee;第二是高精度的计量,包括电表SoC产品以及高精度计量芯片。

解决方案,突显德州仪器优势

德州仪器的这两大关注点是与其产品特点有关的,即覆盖的产品线特别广、特别全。但现在基本上智能电表的厂商,像美信、ST他们产品线覆盖的面积也很广。那么德州仪器与他们相比,又有哪些优势呢? 孙东解释道,德州仪器广阔的产品在智能电网领域对于用户来说绝对是个优势,因为它是目前唯一一家有计量芯片,PLC,MCU到SoC全线产品的半导体厂商,还针对这些广阔的产品给用户提供最完善灵活的方案选择。除这种芯片级的服务之外,德州仪器还为客户提供经过标准组织认证或者实际应用认可的解决方案,比如PRIME,G3载波、通过海外第三方独立实验室认证的ZigBee方案,由此可以减少后续认证的费用以及认证技术和资源上的投入。

此外,孙东说德州仪器在安全性上也有一定的设计,比如ZigBee芯片以及CC430这种1GHz以下的短距离无线双向通信都带有AES128加密模块。另外,因为不同电力公司,不同的区域对加密要求是不一样的,作为芯片厂商没办法提供一个统一通用的加密算法,但他们可以给用户提供多种加密算法,客户可以灵活地选用和配置,因为很多情况下是否加密以及采用哪种技术加密,要取决于电力公司或电网的要求。

整套方案的市场需求可以分两步来看:一是国内市场应用和需求统一化了,很多客户就会自己去研发,二是海外市场应用比较多样化,而且国内很多客户离海外市场也比较远一些,需要完善的方案能够帮组他们尽快的开拓市场。孙东表示就他所了解的国内的智能电表厂商来说,目前采购这种完整方案的厂商还不多,大多数都是采购某个完整的通讯,或者功能部件。比如说大部分国内的客户都不做载波方案,全部是买整套的载波方案,比如说PRIME和G3。ZigBee也是出口到巴西市场或南美市场。很少有电表厂商能够独立研发ZigBee模块,大部分厂商是购买的的ZigBee方案,还有wireless M-bus方案,购买的也是包含软件协议栈和整个硬件模块的一套方案。

孙东还说道他们可以把海外积累的经验和了解到的方案分享给客户,这样会给客户提供很多方便,例如可以节约研发上的投入和加快产品推向市场的时间,这也是在出口市场中客户会选择某一个部件或某一个模块的全套方案的原因。

深度剖析智能电表

智能电表主要突显在“智能”二字上,它有一些特殊性能的参数要求,对此孙东也给我们做了详细的分析,智能电表的智能主要表现在一下几个方面:

第一,要实时通讯,电表的数据能够和集中器(concentrator)或者能够与电力局的后台数据管理系统进行实时通讯。大部分使用ZigBee,无线,短距离无线或者OFDM载波技术来提供一种实时通讯的技术。

第二,高精度计量,包括一些双向计量,因为在有些区域现在有分布式电网的存在,包括从家里的太阳能板和风能反馈给电网进行送电,这都需要提供双向计量的技术。另外,累计分时复费率电价政策的实施,也需要高精度的计量技术来保障费率的高可靠性

第三,智能电表开放性接口,目前这种智能电表的需求大部分是在国外,电表,费控和家用电器,以及家庭太阳能板这些能耗或者新能源装置方面进行互联互通,从而对于整个家庭或者用电单元的能源进行管理和利用,这是我们所看到的比较新的应用。

透析困难和挑战

国内大部分城市正在陆续进行免费安装智能电表,从2009至今大约已装1.5亿只,尽管如此孙东分析说在国内还是存在一些困难和挑战的,它们主要表现在一下几点:

第一,产品可靠性和国外的产品比还是有一定的差距。现在越来越多的半导体厂商加入到了智能电表市场,提供一些关键的器件,包括计量芯片、MCU甚至接口芯片。由于国内统一招标之后,表厂对成本的压力比较大,很多电表厂商都选择低成本的器件,这些新的器件由于缺乏长期的现场运行考验,渐渐地在现场应用中暴露出一些问题。包括2009年、2010年装的一些电表经过一两年的实际应用,也会暴露出一些问题。在电表的使用寿命上,国内外也有很大的差距,国外的电表使用寿命在15-20年间,而国内很多电表只有3年。这一方面说明国内有产品技术更新的要求,更大一方面是国内电表缺乏长寿命电能表的运行经验。

第二,实时通讯问题。国内目前用的是485或者PLC载波,而载波完全是窄带的FSK载波,该技术无法进行实时通讯。现在某一个台区的通讯成功率主要是指在24小时内只要98%的表能够抄读成功就算通讯成功,这与真正意义上实时通讯还有很大差距。只有实现了实时通讯,才能实现动态需求反馈等进一步的智能电网技术。

第三,国家现在推广累计分时付费率电价,这对RTC的要求也会比较高,因为分时,不同时段会有不同的费率,RTC实时性、准确性要求就体现出来了。

目前国际上存在一些可靠性方面的成熟方案,中东、欧洲正在部署PRIME或G3的标准就是一种OFDM的载波通讯方式,速率在20K-100K,因此它既保证了功耗要求又提供了更高的带宽和速率,为智能电网提供了实施可靠的通讯保障能够保障实时通讯的要求。但是国内现有载波方案仅仅达到几百个或上千bps,差距很明显。
孙东说国内大部分省份的载波通讯的技术标准、速率和频点是不一样的,没有办法进行互联互通,国外市场往往会采用统一的载波技术标准和规范,能够实现互联互通,这是国内和国外的一个很大区别。

标新立异DSP载波方案


目前几大半导体厂商像美信、ST都有自己主推的电力线载波方式,对此,德州仪器也有完善的G3/ PRIME载波方案。孙东表示他们跟其他几家是不同的:

其一,别的几家都是用ASIC专用芯片的方式,而德州仪器利用自身在DSP方面的积累,开发出了基于DSP平台的多协议载波方案。通过相同的器件平台支持不同的标准,包括SFSK,FSK、G3、PRIME、P1901.2 OFDM等方案,对用户来说针对不同的市场或者不同的技术标准,用户只要升级不同的软件协议栈就可以推出相对应的方案,无需进行硬件的更改。

其二,其他厂家可能有的只是G3,PRIME或者FSK,而德州仪器可以提供的方案除了G3,还包括SFSK,FSK、G3、PRIME、P1901.2,不同载波标准的覆盖面会更广泛一些。

其三,德州仪器在中国市场有比较快的进展,包括在国家电网和几个大的客户已经有样机和小规模的试点,通过试点可以了解到中国电网的一些特点,针对这些特点,德州仪器可以通过软件对现有的协议栈和通讯特性进行修改,这一灵活性是其他ASIC专用芯片厂商所不具备的。

在采访结束时孙东告诉记者,由于智能电网是德州仪器非常关注的一个市场,他们在美国设立了一个智能电网事业部,另外,在美国还有研发团队,应用工程师团队,在欧洲、中国、美洲都有当地的市场团队。这样的组织架构能够更好地为客户服务,例如某个国内客户想进入某个市场,或某个海外客户需求一些东西,我们可以带动全球的资源协作,帮助客户提供很好的服务或者帮他找到很好的项目。

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