کنتورهای هوشمند چگونه داده ها را منتقل می کنند؟ راهنمای کامل برای RS485 و رابط ها/پروتکل های جهانی

در عصر شبکه‌های هوشمند گسترده امروزی، کنتورهای الکتریکی دیگر فقط «قدرت-جعبه‌های فلزی را ردیابی نمی‌کنند»-آنها گره‌های اصلی جمع‌آوری داده‌های برق هستند و رابط‌های کنتور هوشمند به‌علاوه پروتکل‌های ارتباطی کنتور، کلیدهایی برای اطمینان از اینکه کنتورها «به زبان شبکه صحبت می‌کنند و داده‌ها را با دقت ارسال می‌کنند» هستند. این مقاله رابط‌های اصلی جهانی متر، برنامه‌های کاربردی پروتکل Modbus-RTU، و اینکه چرا RS485 بهترین انتخاب برای ارتباطات متر است را توضیح می‌دهد.

"ضرورت انتقال داده" برای متر

به عنوان ستون فقرات تجهیزات اندازه گیری برق، کنتورها نه تنها باید میزان مصرف برق را به طور دقیق ثبت کنند، بلکه باید داده ها را به طور قابل اعتماد به سیستم های قرائت کنتور از راه دور و پلت فرم های نظارت بر توان تحویل دهند- دقیقاً مانند یک بسته که به "مسیر تحویل" و "قوانین آدرس" نیاز دارد. رابط RS485 یک متر "مسیر فیزیکی" برای داده ها است، در حالی که پروتکل های Modbus "قوانین دیجیتالی" برای تعامل هستند.

اگر رابط‌ها مانند «شهرها» هستند، پروتکل‌ها «زبان‌هایی هستند که در آنجا صحبت می‌شود»: تنها زمانی که هر دو طرف از یک رابط متر و پروتکل یکسان استفاده کنند، می‌توان داده‌ها را به درستی شناسایی و تجزیه کرد. در سطح جهانی، رابط‌ها و پروتکل‌های کنتور به استانداردهای اصلی تبدیل شده‌اند، با RS485 برای کنتورهای هوشمند پیشرو در پذیرش، و پروتکل‌ها بین دسته‌های «جهانی صنعتی» و «قدرت{2}}خاص» تقسیم می‌شوند.

رابط‌های جهانی متر جریان اصلی: چرا RS485 «برو{1}}به انتخاب است»

طراحی رابط متر باید ثبات، ضد تداخل، هزینه و سازگاری را متعادل کند. رابط‌های جهانی کنتورهای هوشمند امروزی به چند دسته تقسیم می‌شوند، و رابط‌های RS485 بیش از 70% از استقرارها را به خود اختصاص می‌دهند{4}}که آنها را به "گزینه غالب" بلامنازع تبدیل می‌کند.

رابط RS485: "کانال جهانی" برای متر

RS485 پرکاربردترین رابط کنتور در سطح جهان است-به‌ویژه در چین، جایی که محبوب‌ترین رابط سیمی برای کنتورهای هوشمند است که بیش از 90 درصد کنتورهای مسکونی و صنعتی را پوشش می‌دهد.

مزایای اصلی آن کاملاً متناسب با سناریوهای سیستم خواندن متر متمرکز است:

• فاصله انتقال طولانی: از سیگنال های دیفرانسیل برای رسیدن به 1200 متر استفاده می کند و به راحتی مجموعه های متر را در کل ساختمان های مسکونی یا کارخانه های بزرگ پوشش می دهد.
• ضد تداخل قوی-: در برابر تداخل حالت‌های الکترومغناطیسی و متداول{0}}در سیستم‌های قدرت مقاومت می‌کند و از انتقال پایدار داده‌های کنتور حتی در محیط‌های پیچیده الکتریکی اطمینان می‌دهد.
• سازگاری چند دستگاه-: یک اتوبوس تا 128 متر (قابلیت چند قطره) متصل می شود که هزینه های سیم کشی سیستم های خواندن کنتور شبکه هوشمند را به شدت کاهش می دهد.
• مقرون به صرفه-: فن آوری بالغ و هزینه های سخت افزاری پایین آن را ایده آل می کندیا در مقیاس بزرگ-استقرار متر.

این ویژگی ها RS485 را به "راه حل بهینه" تبدیل می کندبرای جمع‌آوری داده‌های اندازه‌گیری جامعه مسکونی و کنتورهای صنعتی"-برای example، یک اتوبوس RS485 می تواند داده ها را از ده ها متر در یک ساختمان مسکونی جمع آوری کند.

تبدیل اترنت به RS485

مبدل اترنت به RS485 M50114-RSB

سایر انواع رابط متر

فراتر از RS485، مترها از رابط های دیگری برای نیازهای خاص استفاده می کنند:

• مادون قرمز (IrDA): یک انتخاب انعطاف پذیر برایقرائت برد سنج کوتاه-"معمولاً یک رابط مادون قرمز مدوله‌شده برای-دستگاه‌های دستی سایت استفاده می‌شودخواندن داده های تک متری-یا تنظیمات را پیکربندی کنید (به عنوان مثال، کارکنان دارایی از ترمینال برای جمع آوری داده ها به صورت محلی استفاده می کنند).
• اترنت (RJ45): «کانال-سرعت بالا» برای شبکه‌های هوشمند، که فقط در آن گنجانده شده استمتر برق شبکه{0}بالا. از TCP/IP پشتیبانی می‌کند، مستقیماً به شبکه‌های محلی متصل می‌شود و انتقال میلی‌ثانیه-سطح بالا{2}}سرعت-ایده‌آل را برایسیستم های نظارت بر توان صنعتیبا الزامات زمان واقعی-.

1. رابط های بی سیم:راه حل هایی برای استقرار کنتور از راه دور (مکان های راه دور/ پراکنده):

   NB-IoT/LoRa:قدرت کم،-پوشش گسترده، و شبکه-مستقل؛ واحدهای باطری-برای سالها کار می کنند، مناسب برای کنتورهای هوشمند روستایی یا نورسنج های خیابانی (مناطق پراکنده،-سخت-سیم).

   Wi{0}}فای:انتقال سریع اما مصرف برق بالا، مناسب برای کنتورهای ساختمان تجاری (قدرت پایدار، برد کوتاه-).

   4G:از شبکه‌های اپراتور تلفن همراه برای پوشش وسیع و{0}}خواندن کنتور از راه دور در زمان واقعی استفاده می‌کند، ایده‌آل برای مترهای پراکنده حومه شهر.

• رابط های طاقچه:

  RS232: محدود به 15-متر نقطه-انتقال نقطه به نقطه. تا حد زیادی با RS485 جایگزین شده است، فقط برای استفاده می شوداشکال زدایی سنج قدیمی.

  USB: برایصادرات داده های محلییا پیکربندی-نهبرای خواندن از راه دور

پروتکل های جهانی متر جریان اصلی: "زبان مشترک" انتقال داده ها

رابط‌ها «کانال» هستند، اما پروتکل‌ها «زبان» هستند-حتی با رابط‌های منطبق، ناهماهنگپروتکل های ارتباطی مترداده ها را به "بیهوده" تبدیل کنید. امروزپروتکل های جهانی کنتور هوشمندبه انواع «جهانی صنعتی» و «قدرت{0}}خاص» تقسیم می شود.

پروتکل‌های جهانی صنعتی: «زبان پایه» برای سازگاری دستگاه‌های متقابل{0}

این پروتکل‌ها به مترها اجازه می‌دهند با تجهیزات صنعتی (PLC، سیستم‌های مانیتورینگ) باخانواده پروتکل Modbusبه عنوان رهبر جهانی

Modbus-RTU: "شریک طلایی" RS485

Modbus{0}}RTU پرکاربردترین پروتکل متر در سطح جهان است-تقریباً یک "تطابق استاندارد" برای RS485. این جفت بیش از 70 درصد از بازار جهانی ارتباطات متر را در اختیار دارد.

مزایای کلیدی آن:

• ساختار ساده:فریم های داده پاک، تجزیه داده های متر را آسان می کند.
• منبع-باز و رایگان:بدون هزینه مجوز؛ توسط تمام دستگاه های خواندن کنتور، PLC ها و سیستم های نظارت پشتیبانی می شود.
• سازگاری بالا:تقریباً با تمام کنتورهای هوشمند داخلی یا وارداتی مجهز به RS485 کار می کند.
• بهینه شده برای سرعت متوسط-کم:ایده آل برای جمع آوری داده های مصرف انرژی یا خواندن پارامترها (بدون اتلاف پهنای باند).

 

به عنوان مثال، سیستم‌های خواندن کنتور متمرکز مسکونی از "RS485 bus + Modbus-RTU" برای جمع‌آوری داده‌ها از ده‌ها متر از طریق یک خط استفاده می‌کنند.

Modbus{0}}TCP: "زبان{1}سرعت بالا" برای اترنت مترها

این اترنت-نوع Modbus سازگار با رابط‌های RJ45 و TCP/IP کار می‌کند، و-انتقال با سرعت بالا{3}}برای سیستم‌های نظارت زمان واقعی{4}شبکه هوشمند که نیاز به داده‌های متر سطح میلی‌ثانیه دارند بسیار حیاتی است.

قدرت-پروتکل‌های خاص: «زبان‌های تخصصی» برای متر

پروتکل‌های صنعتی در جهان‌شمولی برتری دارند، اما سناریوهای قدرت نیازهای منحصربه‌فردی دارند (صورت‌حساب، ثبت رویداد)، بنابراین مناطق پروتکل‌های اندازه‌گیری قدرت-خاصی را توسعه داده‌اند:

• DL/T 645 & DL/T 698: استانداردهای اجباری چین

  این استانداردهای ملی برای کنتورهای هوشمند داخلی مورد نیاز است که برای «سنجش اندازه‌گیری برق»، «کنترل هزینه» و « ثبت رویدادها» طراحی شده‌اند.

  آنها برای عملیات برق چینی (مثلاً قیمت‌گذاری طبقه‌بندی شده، قطع پیش پرداخت، هشدارهای خطا) طراحی شده‌اند و اغلب با RS{2}} Modbus{3}}RTU جفت می‌شوند: مترها از DL/T 645 به صورت داخلی برای کارهای برق استفاده می‌کنند، سپس با سیستم‌های خواندن کنتور از طریق Modbus{5}RTU ارتباط برقرار می‌کنند.

• IEC 62056: "پروتکل باز" اروپا

  این استاندارد اروپایی که «DLMS/COSEM» نیز نامیده می‌شود، باز بودن را در اولویت قرار می‌دهد-از چندین واسط (RS485، مادون قرمز، اترنت) پشتیبانی می‌کند و با مارک‌ها/انواع کنتورهای مختلف کار می‌کند، و آن را برای ارتباطات متره‌سنج پروژه‌های برق مرزی ایده‌آل می‌کند (مثلاً اشتراک‌گذاری داده‌های متقاطع{{5}شبکه اروپایی).

• M-BUS: "پروتکل شبکه" برای سیستم های چند متری-

  M-شبکه‌های اتوبوس، کنتورهای آب، برق و گرما را با پشتیبانی از انتقال 1000{4}} متری شبکه می‌کند. جفت شدن با RS485، «سیستم‌های خواندن یکپارچه چند متری جامعه» را نیرو می‌دهد (به عنوان مثال، کارکنان دارایی که داده‌های برق/آب را از طریق یک سیستم جمع‌آوری می‌کنند).

• IEC 61850: "پروتکل-بالا" برای شبکه های هوشمند

  یک پروتکل اصلی شبکه هوشمند برای پست‌ها و{0}}مترهای ولتاژ بالا، «انتقال داده‌های-در زمان واقعی-و «اتوماسیون دستگاه-به{{4}دستگاه»-- را قادر می‌سازد، به‌عنوان مثال، یک متر پست معیوب که می‌تواند به طور خودکار مرکز پست را کنترل کند، می‌تواند به صورت خودکار در آینده هشدار دهد. "جهت{10}}پروتکل بالا" برای کنتورهای هوشمند ممتاز.

بی‌سیم{0}}پروتکل‌های خاص: «زبان‌های انحصاری» برای کنتورهای راه دور

کنتورهای بی سیم از پروتکل های اختصاصی استفاده می کنند:

• MQTT: یک پروتکل سبک IoT برای NB-IoT/LoRa؛ کم-قدرت و جمع و جور، مناسب برایقرائت کنتور از راه دور(واحدهای{0}}باطری).
• پروتکل های 4G: از TCP/UDP تلفن همراه برای انتقال-بالا-زمان واقعی- ایده آل برایکنتورهای هوشمند منطقه از راه دوربرای آپلود داده ها به صورت زنده

رابط ها و پروتکل های متر UTP: راه حل های اصلی در عمل

به عنوان یک تولید کننده داخلی کنتور، انتخاب های رابط/پروتکل UTP با استانداردهای جهانی کنتور هوشمند مطابقت دارد:

RS485 به عنوان رابط اصلی: بلوغ، قابلیت اطمینان و هزینه کم آن را به عنوان پیش فرض برای کنتورهای هوشمند سیمی UTP تبدیل کرده است.

سناریو{0}}پروتکل‌های متناسب:

• کنتورهای AC خانگی: DL/T 645/698 (به علاوه Modbus-RTU) برایعملیات برق خانگی.
• مترهای DC خانگی (شنت یکپارچه): DL/T 645/698 (تقریباً همه از Modbus-RTU پشتیبانی می‌کنند).
• متر DC خارج از کشور (شنت یکپارچه): پروتکل SLIP (تطبیق با خارجیمحیط های شبکه).
• کنتورهای متناوب خارج از کشور: Modbus-RTU (سازگار بااستانداردهای جهانی ارتباط کنتور جهانی).

تسلط RS485 + Modbus-RTU

پیکربندی جریان اصلی کنتورهای هوشمند جهانی امروزی RS485 + Modbus-RTU-این جفت «پایداری، هزینه کم و سازگاری بالا» بیش از 70 درصد از بازار جهانی را به آن می‌دهد، بدون جایگزینی کوتاه مدت در بخش‌های ولتاژ پایین-مسکونی یا صنعتی.

روندهای آینده "دو-پیگیری" خواهند داشت:

• جهت سیمی: RS485 + Modbus-RTU/IEC 62056 همچنان برای خواندن متمرکز سنتی و نظارت صنعتی غالب است.
• جهت بی سیم:توجه:-IoT/LoRa + MQTT یا 4G به‌عنوان انتخاب‌های برتر برای مترهای منطقه از راه دور و کنتورهای اجتماعی جدید در حال افزایش هستند، که باعث ارتقای کنتورهای "بی سیم و هوشمند" می‌شوند.

از رابط‌ها گرفته تا پروتکل‌ها، ارتباطات متر حول محور "قابلیت اطمینان، کارایی و هزینه کم"-این جزئیات فنی کوچک، ستون فقرات عملکرد پایدار سیستم قدرت و انتقال دقیق داده‌ها هستند.