西门子6ES7355-0VH10-0AE0功能参数

　智能电表是多年来人们致力于用于实现远程抄读电量和电能的智能化设备，也是构成远程自动抄表(AMR)系统的基本单元，而由智能电表组成的自动抄表系统是实现智能电网的重要一步。智能电表系统可以使电力供应商在提高服务质量的同时降低管理成本，从而帮助公共事业服务提供者和政府降低电源损耗、优化能源消耗、管理对宝贵能源的需求，并让用户有机会充分利用各种用电计划(如分时电价)来节省开支和享受多种便利。完善的智能电表系统将极大地方便人们的日常生活，同时提高电力能源的有效分配和利用,在建设“节能节约型”社会及“节能减排”的过程中产生巨大的商机和社会效益。

　　智能电表的实现使用了以下几种主要技术：电力线载波通信(PLC)技术、专用通信线路(如RS485总线技术等)以及无线通信技术等。目前电力线载波通信技术是AMR的主流技术，因此智能电表的发展和推广将与电力线载波通信技术的发展有着紧密的关系。

　　电力线载波通信系统是以电力传输线作为传输载波信号的媒介，这看起来似乎是一种便于实施并推广的方案，但是电力传输线不是理想的载波信号传输媒介。电力线对载波信号有很大的衰减，同时电力线上有很多用电装置产生的干扰，其干扰的总功率可能远远超过载波信号的功率，有时高达数百倍，因此在电力线上建立可靠的通信系统非常具有挑战意义。如果没有良好的系统设计，往往会导致通信完全失败或仅能以极低的数据传输率进行通信。

　　早期的电力线载波通信技术多以分立元件和通用的集成电路芯片实现。由于当时硬件资源有限，不能利用先进数字信号处理技术来产生复杂的载波信号以及处理接收到的载波信号，更不用说在电力线上组成大规模的通信网络了，所以早期的载波通信系统多仅能实现“点对点”的简单通信以及小规模的系统。随着集成电路技术的发展，先进的电力载波技术逐渐采用专用的集成电路芯片来实现，并且从简单的专用芯片发展到具有内嵌多个CPU内核的多功能系统级芯片(SoC)。先进的载波通信芯片具有强大的计算处理能力，使得大规模通信网络的实现及管理成为可能。

　　尽管实现通信技术的硬件条件及资源逐渐改善，但是由于电力线通信的特殊性，特别是中国的电力线状况的特殊性，如果没有一个良好的设计(包括数字信号处理算法以及网络系统管理等)，电力线载波通信还是难以保证其性能的可靠，以及大规模的推广应用。这在十多年来中国电力线载波通信的发展历史中有所体现。以前有的技术方案低估了电力线载波通信的困难，事先未经过大量的研究分析和计算机模拟及现场实验就投入使用，还有一些技术方案则照搬用于无线通信的技术方案或者某些在国外电力线上有效的电力线通信方案。经过这十多年来的摸索以及经验教训的积累，越来越多的业内人士逐渐达成了以下几点共识：国外电力线上的有效技术在中国未必完全适用；在无线通信领域中有效的技术，未必能适用于电力线通信；一个有生命力的电力载波通信技术方案必须引入网络通信的要素。

　以上的前两点告诉我们不能机械地照搬不同区域和不同领域的技术或方案，第三点预示了电力载波通信技术发展的方向并提示我们没有网络功能的技术方案是很难大规模推广并具竞争力。今后，电力线载波技术将进一步提高集成度并降低成本，同时还会向多功能综合网络系统的方向发展，控制响应速度或通信速度将进一步得到提高，而分布式处理模式将大大加快这一进程。此外，随着各种电力线载波通信的应用的加速发展，电力线资源的共享将成为一个突出的问题，因此一种有生命力的载波通信技术与系统方案，必须还能解决与各种电力线载波通信的应用系统共享通信媒介的问题。

　　瑞斯康微电子(深圳)有限公司是诸多致力于推广电力载波通信应用的公司之一。作为一个电力载波通信专用芯片的设计公司，瑞斯康微电子公司始终视其芯片和系统的使用客户的利益为。这个宗旨一直贯穿于整个芯片及系统的研发过程中，并延伸到芯片应用参考电路及系统的设计集成和测试、乃至批量生产和现场安装中，同时还为客户考虑了今后系统的维护和升级。目前瑞斯康微电子公司已是中国国家电网智能电表系统建设的主要电力载波芯片供应商之一。

　　在芯片设计前期，瑞斯康微电子公司做了广泛的研究，借鉴了各种用于其它通信领域(如移动通信、卫星通信等)的技术利弊，充分考虑到电力线的特殊性，特别是中国电网的特殊性，结合各种先进数字信号处理技术并尽可能利用内嵌微处理器的运算能力，在抗干扰方面进行了努力，经过大量的计算机模拟分析后，后确定比较全面的优实现方案。在接下来的芯片设计过程中则充分发挥其前端和后端设计能力，结合合作伙伴的芯片封装和制造能力，完成了RISE3000系列芯片的设计与定型。

　　瑞斯康微电子公司在通信协议的实现和完善上投入了大量的人力和物力，使此通信协议不仅与协议兼容，还针对中国电力网的特殊需求，加入了路由控制层等。这使得每一个通信终端除完成它本身的通信功能外，还可为整个网络提供通常必须由专用的路由终端来完成的服务。

　　瑞斯康微电子公司的载波通信芯片除了给使用用户提供透明的网络通信通道，还为用户提供了可用于各种应用的硬件资源，包括供用户专用的内嵌微处理器、串口通信接口、足够的输入输出控制端口以及多路外部中断信号端口等。使用这些资源，用户可编写自己的应用程序，可传送数据至上位机，还可直接控制某些物理开关量或者读取外界状态量等等。

　　RISE3000系列芯片是专用于智能控制网络的系列SoC，它们能利用电力线作为通信媒介，将电力线上的用电设备联成控制网络。RISE3000系列的设计符合EIA_709.1，EIA-709.2和EN50065-1等，同时增加了自动路由协议层，并以其性能优越的物理层设计及完善的网络通信协议，保证了可靠的网络通信性能。

　　以RISE3501电力线载波芯片为例(见图)，它内部集成了载波通信的调制解调模块，其物理层通信速率达5.5Kbps，并且内嵌一个高速8位CPU，内置12KB-SRAM内存和64KB-FLASH闪存。此外，该器件还拥有8个软件可配置GPIO口、8个可配置复用输入输出端口以及3个16位定时器等，具有可编程BPSK调制载波频点和可编程脉宽调制(PWM)输出等功能。

　　随着城市现代化进程的发展，电网智能化的趋势日益显著。除了智能电表以外，电力线载波通信技术在智能楼宇、智能家居、城市路灯智能照明等领域的应用越来越广泛，作用也越来越重要。瑞斯康微电子公司将一如既往，进一步加强与各行各业的企业和专家们的合作，继续为电力线载波通信技术在智能电表中的应用以及智能电表的进一步的推广和普及贡献它的一份力量。

 1  背景

　　沧州炼油厂炼油三部沥青车间现有年产十万吨道路沥青装置一套，车间配套有装车用桥式起重机两台，该桥式起重机是张家口起重机厂1979年10月生产，我厂1980年4月投用，经过20多年的使用，该设备已经非常陈旧，且随着近几年产量的增加，起重机使用频率增加，天车故障频发，沥青桥式起重机（又称天车）的电气维护一直是我们日常维护的一项重要工作，往往投入了大量的人力物力，还不能保证天车的正常使用，每年都消耗大量的材料费用。为解决该问题，2004年4月份我们组织了技术人员进行了QC攻关，经过比较决定采用施耐德公司生产的Modicon TSX Neza PLC，代替原电路中的JT3-11/1时间继电器，改造后，经过两年的使用，效果良好。

　　2  控制电路的分析与改造

　　在桥式起重机电路中，故障发生比较多的是抓斗提升、张合部分的控制电路。

KM11、KM33、KM22、KM44分别是控制抓斗提升、张合的主接触器，KM1～KM6是切除电阻的接触器，KT1～KT6是时间继电器，时间继电器的作用是分级延时接触启动电阻，由于动作频繁所以故障频发。我们通过分析可以看出:

　　（1） 由于时间继电器的型号是JT3-11/1-110V，因此工作回路是一个半波整流降压回路，要使JT3-11/1正常工作，该回路中的二极管、降压电阻、接触器辅助接点均应可靠工作;

　　（2） JT3-11/1型号的时间继电器的辅助接点导致电气故障经常发生的一个主要点，如机构故障、接点接触不良故障，检修起来非常烦琐;

　　（3） JT3-11/1的线圈本身也经常出现短路和断路故障;另外，在这部分控制电路中，切除电阻的接触器和时间继电器辅助触点相互控制，互为因果，电路比较复杂。我们通过以上分析可以看出:无论哪一点出问题，都会导致抓斗电动机直接起动，使电机的起动转矩大大下降，如果发现不及时，极易烧坏电机。

　　施耐德公司生产的Modicon TSX Neza PLC功能比较丰富，容易使用且工作可靠，CPU单元具有12点输入和8点输出的20点I/O的基本结构，可根据需要多连接3个扩展模块扩展至80个I/O点。根据原电路要求，笔者用两个Modicon TSX Neza PLC更换了6个时间继电器，用PLC的输出节点对KM1～KM6接触器进行控制。

　由于Modicon TSX Neza PLC一接通电源就运行其中的程序，因此通过抓斗主接触器来控制Neza PLC是否运行。我们对Neza PLC进行了编程，使其输出节点依据设定的延时时间依次导通，达到原电路的动作要求。考虑到Neza PLC的安全运行，实测了接触器（CJ12-100）线圈的实际工作电流是0.7A，为了防止线圈烧毁而损坏继电器的输出接点，该接点的额定电流是2A，在输出回路中串联了一个2A的保险管，保障该回路的接点不致被损坏。

　　3  抗干扰措施

　　由于PLC的安装地点是在桥式起重机的电气控制箱上，处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力;另一方面，要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。

　　3.1  采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰

　　在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰窜入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU 电源、I/O电源）等进入的。对于给PLC系统供电的电源，必须采用隔离性能较好电源。

　　3.2  电缆选择的铺设

　　为了减少动力电缆辐射的电磁干扰，我们选用了屏蔽电缆。在工程中，采用铜带铠装屏蔽电力电缆，可以大大降低动力线产生的电磁干扰，使工程取得满意的效果。

　　不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层铺设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号;避免信号线与动力电缆靠近平行铺设，以减少电磁干扰。

　　4  结束语

　　我们改造后的电路简单，使用可靠，维护方便，从2004年6月份投用以来，两部桥式起重机的改造电路故障率为零，节省了大量人力物力，降低了劳动强度，并且每年可节约几万元的材料消耗，解决了多年沥青桥式起重机电气部分频繁故障的一个重大难题。