国网采集系统2.0 TI解决方案.P2

大家好 我是Danny Yang 我是TI的 技术支持工程师 我在上海这边 我主要负责 华东地区的工业客户 和一些消费类的 还有一些 电网这些客户的这些 技术支持 我主要负责的产品是Sitara的ARM的产品 还有ARM加DSP，或者是纯DSP的产品，都支持 今天呢 我给大家 介绍的内容呢 主要是有以下这几块 首先我要介绍一下我们的智能电网 和数据集中器的一些背景知识 然后后面呢 我会为大家介绍 国网采集系统2.0的新需求 然后是我们sitara系列处理器的一些介绍 然后是基于335电力载波的方案介绍 也是我们TI的一些方案 还有我们335的数据集中器的方案的介绍 我先介绍智能电网这个定义 然后呢 大家可以看到这个图片 首先呢 我们有一个发电的电厂 通过这个输电配电 最终到家庭用户或者 办公室 楼宇啊 这大概是这样的一个流程过来 然后最后到我们的一个消费硬件设备 像洗衣机啊 充电汽车 或者各种各样的空调设备 这些都是电能的一个流向 大家可以看到就是在我们的智能电网里头呢 我们的电流不是单向的 不是说从我们的发电厂到电能设备是单向的 不是这样的 我们是一个双向的一个流向 就是我们的能源可以 从发电到用电有一个双向的流动 除了能源的流动 我们还有信息的双向的交换 我们的集中器呢 主要就是 为了做这种信息交换 这块来用的 然后这个智能电网 整体来说呢 首先 要实现的一个目的就是 它通过双向的这个电能 和双向的信息交换 可以改善我们这个家用的这个电源的这个 质量和可靠性 就是大家可能感受也很明显 就是在大概10年或20年前 可能经常会有这种停电啊 或者这种情况存在 但是最近在这种智能电网普及 这种大环境下呢 很少有这种停电啊 或者这种电网质量不稳定的情况存在 我记得我小的时候呢 电网说是220伏 但实际上 有的时候电压非常低 可能家里面的灯泡是非常昏暗的这种情况 现在呢 电网的质量都是非常可靠的 然后呢 我们的智能电网还会可能说 一个目的就是增强电网的这个弹性 这个是什么概念呢 就举个例子来说 比如在夏季 我们可能 就是时间上的一个维度吧 比如夏季 大家空调打开了 可能各种各样的用电设备都 开的比较足 这样的话 这个电网压力就比较大 我们的这种智能电网就要要求能满足这种的一个需求 这种夏季的、冬季的用电的波峰波谷 这种区别 还有就是有些城市了 比如有大型的体育活动 或者什么之类的 这种情况下 可能需要电网的这种 能源的调配 比如说可以从外地 把这种电能调过来 来支持我们大型的公共事业 这种活动 所以需要我们的电网有一定的弹性 可以进行一些调配工作 然后还有一个目的就是可以减少支线的损耗来 增强输电能力 就是说实际电源大家 从电厂到我们的最终用电设备 其实有很大一部分电能损耗在我们输电的线路上面了 所以我们通过智能电网的这种 运用 可以尽量去减少 电能的这种损耗 比如 现在我们国家大力推广这种 高压 特高压的输电 柔性高压直流输电 这些关键技术 就是为了 去为了减少电路在 电流在传输中的损耗 还有一个目的就是可以集成可再生的分布式能源 就比如在这个图上面 我们可以看到 有一个风力的发电机 还有一个太阳能电池板 这样的话 就是在我们的这种 家庭或者说我们的终端上面 其实也可以发电 比如说 家庭可以自己构建一个 小型的发电设备 我们除了满足自己的需求使用 还可以把我们发电的电量呢 接入到网络中去 就是我们也可以去 把我们的电能集成到我们整个 这个智能电网里面去 这样的话 你不是给电力公司交钱 而是电力公司给你交钱 所以可以通过智能电网可以实现这种目的 然后呢 这一页介绍一下我们 智能电网的集中器 我们这个集中器就是在 在这个地方 我们的集成器涉及到两个网络 一个叫做邻域网 一个叫广域网 邻域网呢 就是我们见到的通常家里啦 或者小区里面的 这种邻域网呢 通常的这种通信方式呢 就是各种各样 像我们现在比较多的485的通信 或者是这种无线的WiFi 或者是sub-1g 等等这种通讯的方式 实现这种邻域网的通信 然后我们的集中器呢 相当于是一个 邻域网到广域网之间的这么一个 网络转换的一个装置 然后广域网这边 我们主要的通信媒介 就是我们的以太网 还有我们的GPRS 等等这类的 通常大家 常见的这种网络 所以集中器就是为了实现把我们的 这种领域网的各种各样的数据 采集到我们的集成器上面 然后在通过 广域网 最后传到我们的数据中心里面 然后数据中心根据我们每家的 各种各样的 表类的信息 再给大家记账单 所以这个集中器主要是一个 最主要的一个功能就是 一个抄表的一个功能 所以这边介绍一下我们集中器的功能 首先 我们刚刚也介绍过 我们中间是一个集成器 两边分别连了领域网和广域网 然后这个领域网的通信方式呢 就是我们低功耗的RF的模式 或者是485或电力载波 等等这种通信的方式 像广域网这边呢 像这种Ethernet 或者3g 4G 这种 移动互联的方式 或者是通过cable这种 上网的模式 等等各种 我们这个集中器里面呢 主要是 做一个网络路由的管理功能 它可以把领域网中各种各样的数据 收集到本地 然后通过 固定的报表这种格式 然后发到我们远程的数据中心 数据中心里面去 所以集中器的主要功能呢 它可以通过集成组织和整合来 完成电表的信息 可以把智能电网智能地运用到电网的各个领域 它主要的功能 一个就是数据采集 和处理 就是 把用户的这种用电量 和这种交流的模拟信息 就是三相的电压信息 和电能质量的信息 可以发到我们的这种集成器上面去 然后它可以做一些用户的管理 比如现在我们的 三相工业的用户啊 单向工业用户啊 居民用户啊 公共事业单位啊等等 这些用户可以通过我们的集成器来进行一些管理 同时呢 它还可以起到一个网络优化的作用 首先呢 每家现在都有这种 智能电脑 我们可以通过智能电表 进行对时 或者可以实时显示的这种网络拓扑图 可以进行网络的信息 的一些管理 还有性能的一些测试 等等这些功能都可以通过集成器都可以实现 下面呢 就是为大家介绍一下 我们国网采集系统2.0的新需求 最近这一两年呢 我们国网采集系统2.0的这个 叫的很响亮 就是 也是一个比较火的热点吧 主要是因为我们当前的这种 智能抄表的这种整体的系统呢 一个是性能不足 当前的主要的这种集中器呢，主要是用 MCU，像那种CrotexM3或者M4的处理器 比较多 还有一种就是 ARM9的处理器 它们的主要工作频率是在100到400兆之间 就是它的性能呢 相对 比较偏弱一些 比如ARM9呢 大概是10年前流行的一个 比较流行的一个处理器 所以对当前的这种互联网时代啦 这种处理器已经相对比较弱了 然后这种ARM9这种先天性的 这种劣势吧 所以 存储容量空间比较小 一般来说 我们的ARM9上面可能挂一个 norflash或者一个nandflash的话 大概一般不会大于128兆的 （听不清）的这么一个存储空间 然后它还有的问题呢 就是 采集方式比较单一 比如说我们现在只有一路的交流模拟量的采集 就是目前主流的集中器 都是这种情况 然后还有一个是扩展性 相对也比较差一些 因为受限于处理器平台比较弱嘛 所以它各种各样的处理能力呢 没有当前主流平台这么强 然后就是受限于这种速度啦 就是它的通讯速度也比较慢 所以说 现在我们新提出的 这种采集2.0的这种需求 这个采集2.0的这个需求呢 主要的特点 一个就是 它要求呢 水电气表四表合一 也就回答了刚刚网友的一个问题 哪四种表 就是水电气热表 这四表 甚至还有其他的 智能用电设备的数据采集 比如家里有一个家庭充电桩 或者是特殊的一些家庭的 应用的一些电器 都可以通过集中器进行一些抄表 然后呢 新的这种采集2.0的要求呢 这种集中器还要做到电能质量管理 就是说比以前更加智能 可以在我们用户接近终端的地方 可以做电能的质量分析和管理 同时呢 要求采集频率更快 未来用电量数据缩短到5分钟采集一次 就是是你的用电量可能五分钟 就会同步到服务器上面去了 甚至可以要求到1分钟一次 每分钟都会同步一次电表的数据 然后还有就是数据量要求更大 就是基于前面的这种应用要求呢 所以说要求集中器要有更大的内存和外存 内存呢 就是说首先我们处理器执行的这种memory的空间 可能要相对比较大一点 因为我们的操作系统要用到各种各样复杂的 网络协议或数据库管理了 这些东西要求我们的内存比较大一些 外存呢 就是向我们这种比如说 高频的这种采集数据 我们要先存储在本地的存储空间上面 然后再发到远处的这种 数据中心上面去 所以对外存的容量要求也是比较高 同时呢 信息交互呢 要更多样 要支持M BUS CAN wifi 等 以前呢 可能就是一个Ethernet加上一个 485 这种是比较典型的 现在我们要求这种集中器 支持多种的数据传输方式 这边是 集中器的这么一个拓扑图 大家可以看到 最底下就是 家庭里面的各种各样的智能电表 然后在每个智能电表上面呢 每一个集中器 可以挂100个到200个 甚至几百个 上千个都可以 挂这么多智能电表 然后在一个集中器下面挂了这么多的节点 然后这是一个采集器 采集器再发到我们的集中器上面去 集中器再通过我们通用的光纤 这种WiFi GPS这种 GPRS等等这些 传输方式把它发到我们的数据中心上面去 所以就是这么一个网络的拓扑图 这种采集器呢 一般来说 在我们的楼宇 可能一栋楼可能有一个 或者是一个小区 有那么几台 就可以满足需求了 下面为大家介绍国网采集2.0系统新的需求对我们的 硬件的这个要求 刚刚 介绍了需求方面的一个要求 就是刚刚介绍的那些东西 然后这个要求落实到我们的硬件处理器这块呢 总结下来 大概有这些需求 首先呢 最小采集频度要达到1分钟 要求的采集频率非常高 然后在这么高的采集频率要求下 我们的CPU负荷率要低于40% 也就是要求我们的CPU可以处理 各种各样的突发事件 比如有很大的一个容度在这个地方 所以对CPU的主频和性能有很高的要求 同时要求这个存储容量达到4GByte以上 所以这对上一代的128兆 是明显的质的提升 然后要求CPU的最高主频达到800兆 如果CPU的主频达到800兆以上呢 实际上就可以满足我们当前的各种各样的需求 还要求板间的传输速率 达到100MBPS以上 我们要求各种各样的功能模块呢 有一个高速互联的一个需求 这边是我们硬件模块化设计的一个 框图 我们可以看到下面是一个这种 模块的这种电源模块 还有一个交采模块 同时还有一个交互处理模块 这个地方可能涉及到一个人机界面了 可能这些东西 最重要的就是这块有一个 内部的一个高速总线 我们各种各样的这种硬件的模块呢 都是通过一个插接件的方式 插到我们内部的高速总线上面去 然后这样的话 像我们的通信单元 单独的这种通信单元 然后还有一些功能单元 都可以接到我们的这种 内部的高速总线上面去 这样的话 就要求了我们的这个 就可以体现这种模块化的设计 就是各种各样的模块 各种厂家可以进行一些模块替换 比如我今天用A厂的通信单元 然后我可能还会搭配B厂的通信单元 甚至C厂的功能单元 组合在一起 可以做出来这么一套系统 这样的话 大家可以做到一个互相的替换 这么一个新的硬件的模块化设计 然后刚刚介绍呢 就是我们 一些关于国网采集2.0的一些 新的动向 然后下面 我会为大家介绍我们TI的 Sitara产品 首先简单介绍一下我们的Sitara有哪些产品 包括我们的road map 后面会主要介绍 今天主要的 335系列产品在集中器方面的应用 首先大家看到这个图 是我们sitara这个产品 整体的roadmap 我们可以看到 我们的sitara产品其实性能很强 很强 是一个处理器的产品 可能和集中器 智能电网 这种以前的 MCU的产品可能还不太一样 就是我们的335呢 是一个 Cortex A 8的这样一个处理器核 然后最高主频可以达到1G赫兹 最低是300兆 300兆到1G的A8处理器 然后它内部还有我们TI独有的一个东西 叫做PRUSS单元 这个PRUSS单元呢 就是一个可编程 实施单元 就是它相当于 类似一个 做一个单片机或者(听不清)的一个 作用 所以 可以集成网络接口的一些扩展 然后呢 同时也支持 各种各样的外设接口 比我们335更高一点呢 就是在我们同时代有一颗芯片叫做AM437系列 我们437呢 就是说是一个 A9的一个1G赫兹的 处理器 然后呢 它呢 A9 比A8有两个方面的进步 一个是在相同情况下，它有85%的性能的提升 然后除了这个核的不同 还有它对(听不清) ARM 还有VFB单元 都有所进步 所以说 A9的浮点运算能力比A8强很多 这个是主要区别 然后 其他的呢 就是A8有的一些外设 A9都有 像我们的这种PRU单元啊 还有各种各样的这种 串口 以太网口 这些接口我们A9都有 所以A9是相对中端的一个sitara的产品 在A9以上呢 我们有A15的产品 这个属于我们(听不清)国家的 这么一个A15产品 它有两到四个A15的核 然后主要做网络处理的一个应用 然后这个相对的 对335系列来说 是相对比较成熟的一个产品 然后它是2011年正式推出的 所以现在为止 是2017年嘛 当前主要的主流产品是我们Am57系列的 产品 这个系列也是一个很大的家族 它从最低的570系列 到574系列 最高的是574系列的产品 然后它高中低端都有 然后我们的570呢 是可以有这种 A15 就是我们57系列的整体构架是 一个A15加一颗C66的DSP A15也是当前是一个 性能比较强的一个ARM A15对于A8来说呢 A8每兆赫兹大概是2.5兆的dmips A15是3.5 所以说 A15比起A8来说呢 性能大概有一个接近 40%左右的性能提升 然后除了A15的这个ARM核呢 我们这个AM57系列呢 还有一个叫做 C66的DSP 这个DSP也是我们TI目前性能最强的DSP 比起前代的C67或者 C64都有 两到三倍左右的一个性能的提升 所以这是一个ARM加DSP的SOC 然后我们这个570系列的产品呢 最低是500兆 就是A15是500兆 C66是500兆 这样的话 它可以做一些相对 中低端的应用 然后最高的是1.5G 和750兆 就是 ARM是1.5G 而且是 两个A15 DSP也是两个DSP 两个C66的DSP 而且这两个C66的DSP呢 可以拆开来用 就是说这个DSP可以拿来 独立的 每个DSP跑不同的 软件 然后 也可以把这两个DSP系统做一个SMP系统来用 这两个A15呢 就是说 可以拿来做一些通信方面的应用 所以AM574是当前我们 通信处理器中性能比较强的一颗 然后我们后期的产品呢 我们有这个64比特的 也是高低搭配 低的话 我们会使用这种A53的核 高的话 会使用比较新的这种A72的核 我们后续会推向市场 然后我们sitara的这个产品呢 主要面向的中端的 就像我们刚刚提到的智能电网里面的 电网的这种设备 比如说发电输电等等这些 我们的sitara产品呢 像我们的335、437、57 都可以做一些数据集成器啊 自动变电站啊 智能电表 还有 楼宇自动化 各种各样的这些方面的应用 这些都可以做 然后我们也有很好的一些参考设计 而且我们第二个比较大的领域呢 就是我们的工厂自动化 我们可以做HMI 然后PLC 还有i/o module等等 这些功能 都可以通过我们的sitara产品来做 然后像我们的335啊 574 437都是 也是高中低搭配的产品家族 我们也有比较好的参考设计 比如我们335的(听不清) 然后437也有这种 工业的这种板 然后还有一个领域就是物联网 可以用来做这种家庭网关啊 或者是各种各样的智能的终端设备 我们整个的sitara产品是比价适合做这些的 下面就详细为大家介绍一下 我们335系列的这种产品 我们的这个335呢 首先 大家可以看到是一个A8的核 然后最高主频是1g 然后在集中器里面呢 就是说 刚提到我们的集中器采集2.0的 一些需求 可能很大的是一个处理器 性能方面的一个需求 所以我们的A8处理器是可以满足 我们当前采集的这种需求 就是它的主频比较高 性能相对比较强一些 然后我们片内也有相对 比较多的存储的内部片上的这种RAM 所以对于一些简单的应用 就是说 不需要上操作系统的 可能用我们这种片内的RAM就可以满足需求 除了这个片内的 内存的话 我们还有一些片外的 比如可以支持DDR2和DDR3的 这种接口都可以支持 同时呢 我们有这种LC的接口 可以接一些触摸屏 或者是那种LCD显示屏 这个接口呢 就是可以使我们的335 比较适合做这种HMI的产品 然后我们335呢还有一个 就是省PRU可编程实时单元 我们可以通过PRU的这个单元呢 可以进行这种EtherCat profinet、EtherNET IP或者是profibus等等各种各样的 各种实时的工业以太网的 这种扩展 都是通过我们这种PRU的这种 单元来拓展的 然后其他的 像这种 有两个千兆的网口 支持1588(听不清)的 然后我们这两个网口在我们 集成器这个领域呢也是 可以派上用场 就是说 一个可以接到数据中心 一个可以接到其他的一些调试啊 做一些其他的应用 同时我们支持USB 有两个USB口 支持USB OTG 就是可以支持主 又可以支持从 然后又两个CAN的口 同时我们支持多路的PWM 还有这种SPI的结构 还有就是这块我们支持MMC SDIO的接口 我们支持三个 所以 可以进行大容量的一些存储的扩展 还有六个UART 然后我们的这个 整体的功耗大概是在600毫瓦到 1瓦这个范围 所以它的功耗相对 还是偏低的 然后封装方式有两种 一种是 13X13 一种是15X15