才茂通信基于無線數(shù)據(jù)傳輸RTU充電樁終端的應用方案
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1、引言
隨著人們環(huán)保意識的增強，世界各國對新能源汽車的推廣支持，新能源汽車在未來汽車市場將占據(jù)重要地位，如果說過去充電站等配套設施的不完備在一定程度上限制了電動汽車發(fā)展的話，那么這一問題正在逐步得到解決。*和南方電網(wǎng)分別投入巨資建設電動汽車充電站和充電樁等與新能源汽車相關(guān)的配套充電設施，隨著兩大電網(wǎng)制定了在全國大規(guī)模建設電動汽車充電站和充電樁的計劃，電動汽車充電站建設已經(jīng)進入快車道，而隨著“互聯(lián)網(wǎng)+"概念的提出，則將利用互聯(lián)網(wǎng)的平臺、信息通信技術(shù)把互聯(lián)網(wǎng)和包括傳統(tǒng)行業(yè)在內(nèi)的各行各業(yè)結(jié)合起來，從而在新領(lǐng)域創(chuàng)造一種新生態(tài)。
據(jù)媒體新聞報道福建、浙江、吉林、安徽、江蘇、山西、江西、山東等國內(nèi)大多省份已陸續(xù)建立起電動汽車充電站。圍繞為電動汽車充電這塊巨大“蛋糕"的激烈競爭已悄然啟幕，*、南方電網(wǎng)、中石化、中海油等能源央企紛紛跑馬圈地。
關(guān)鍵字：無線 RTU；工業(yè)級RTU；充電樁；新能源；互聯(lián)網(wǎng)+；
2、政策背景
2015年10月9日，*下發(fā)《關(guān)于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》。這是9月29日，*常務會議確定支持新能源和小排量汽車發(fā)展措施后的又一重大舉措。
《指導意見》提出，到2020年，基本建成適度超前、車樁相隨、智能的充電基礎設施體系，滿足超過500萬輛電動汽車的充電需求；建立較完善的標準規(guī)范和 市場監(jiān)管體系，形成統(tǒng)一開放、競爭有序的充電服務市場。根據(jù)國家“十三五"規(guī)劃，到2020年，充換電站
數(shù)量將達到1.2萬個，充電樁達到450萬個。
數(shù)據(jù)顯示，今年1-8月，我國新能源車累計生產(chǎn)12.35萬輛，同比增長3倍。截至8月底，全國新能源車保有量約為24萬輛。但充電樁僅為3.7萬個，車樁比例為8:1，充電樁的建設速度遠遠跟不上新能源車步伐。
有機構(gòu)表明，明年我國充電樁產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達到330.78億元，到2020年可達到1000億元。
3、充電樁
充電樁是新能源電動力車的電站，其功能類似于加油站里面的加油機。每個充電樁都裝有充電插頭，充電樁可以根據(jù)不同的電壓等級，為各類電動車輛充電。電動汽車充電樁采用的是交流、直流供電方式，充電時，需要刷充電卡，充電樁顯示充電量、充電時間以及費用等數(shù)據(jù)，并打印單據(jù)，可實現(xiàn)計時充電和計量充電功能。
4、應用前景
由于充電樁的功能類似于加油機，其用途的特殊性決定了充電樁建設的特點是被測點多、分散、覆蓋面廣、通信距離遠，需集中管理。并且隨著新能源汽車的急速發(fā)展，對其網(wǎng)絡拓撲要求具有靈活性和擴展性的結(jié)構(gòu)，因此，電動汽車充電樁通信方式的選擇應考慮如下問題：
（1） 通信的可靠性——通信系統(tǒng)要長期經(jīng)受惡劣環(huán)境和較強的電磁干擾或噪音干擾的考驗，并保持通信的暢通。
（2） 建設費用——在滿足可靠性的前提下，綜合考慮建設費用及長期使用和維護的費用。
（3） 雙向通信——不僅能實現(xiàn)信息量的上傳，還要實現(xiàn)控制量的下達。
（4） 多業(yè)務的數(shù)據(jù)傳輸速率——隨著以后終端業(yè)務量的不斷增長，主站到子站、子站到終端之間通信對實現(xiàn)多業(yè)務的數(shù)據(jù)傳輸速率要求越來越高。
（5） 通信的靈活性和可擴展性——由于充電樁（栓）具有控制點面多、面廣和分散的特點，要求采用標準的通信協(xié)議，隨著“ALL IP"網(wǎng)絡技術(shù)趨勢的發(fā)展以及電力運營業(yè)務的不斷增長，需要考慮基于IP的業(yè)務承載，同時要求便于安裝施工、調(diào)試、運行、維護。
5、通訊方式
電動汽車充電樁屬于配電網(wǎng)側(cè)，其通信方式往往和配電網(wǎng)自動化一起綜合考慮。通信是配電網(wǎng)自動化的一個重點和難點，區(qū)域不同、條件不同，可應用的通信方式也不同，具體到電動汽車充電樁，其通信方式主要有有線方式和無線方式：
（1）有線方式
有線方式主要有：有線以太網(wǎng)（RJ45線、光纖）、工業(yè)串行總線（RS485、RS232、CAN
總線）。
有線以太網(wǎng)主要優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡容量大，缺點是布線復雜、擴展性差、施
工成本高、靈活性差。
工業(yè)串行總線（RS485、RS232、CAN總線）優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸可靠，設計簡單，缺點是
布網(wǎng)復雜、擴展性差、施工成本高、靈活性差、通信容量低。
（2）無線方式
無線方式主要采用移動運營商的無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)接入業(yè)務，如：GPRS/CDMA/TD-SCDMA/WCDMA/EVDO以及更新的4G LTE網(wǎng)絡等。
無線方式的優(yōu)點是：成本低廉、建設工程周期短、適應性強、擴展性好、維護方便并且擴展容易。
基于此，利用2G/3G/4G無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，基于服務端應用寬帶有線網(wǎng)絡提供固定IP或者動態(tài)IP（可用域名綁定）以及端口號，將這些服務端參數(shù)設置在才茂通信無線傳輸終端RTU上，利用它能夠自動解析域名地址，連接到服務端的充電樁管理平臺，可以為新能源交通行業(yè)提供實時的各種數(shù)據(jù)采集（包括數(shù)字量采集和模擬量采集）、傳輸、發(fā)布、遠程管理與控制、實現(xiàn)遠程無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕鉀Q方案。
6、系統(tǒng)組成及組網(wǎng)方案
在過去的三年里，廈門才茂為國電南瑞、許繼電氣、深圳比亞迪等多個用戶實現(xiàn)了電動汽車充電樁項目上的批量應用，實現(xiàn)了基于嵌入式技術(shù)的自助智能電動汽車充電樁終端方案及產(chǎn)品。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如下圖所示：
充電樁系統(tǒng)拓撲圖
本系統(tǒng)主要由交流/直流充電樁、才茂無線數(shù)傳終端RTU， 各種2G/3G/4G無線網(wǎng)絡及通訊網(wǎng)絡、充電樁系統(tǒng)管理平臺軟件等組成。
1、才茂無線數(shù)傳RTU可以提供RS232/RS485/以太網(wǎng)/USB各種接口與充電樁以及相應配套的其他設備進行連接；
2、數(shù)傳RTU通過各種無線網(wǎng)絡，將各種充電樁終端的數(shù)據(jù)無線透明傳輸?shù)椒掌鞫说某潆娤到y(tǒng)管理平臺，此系統(tǒng)平臺軟件包括計量計費系統(tǒng)、充電監(jiān)控系統(tǒng)、配電監(jiān)控系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)等。
充電樁終端分析圖
電動汽車充電樁采用的是交、直流供電方式，不需要加油、加氣，避免了排放尾氣、污染環(huán)境，符合以低碳為核心元素的中國未來城市發(fā)展理念。
7、系統(tǒng)功能
系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能：
- 實時數(shù)據(jù)傳輸功能：通過2G/3G/4G各種無線網(wǎng)絡， 能夠?qū)崟r地將充電樁終端的數(shù)據(jù)透明傳輸（原封不動）到服務器后端的充電樁系統(tǒng)管理平臺；
2、充電樁系統(tǒng)管理平臺軟件主要實現(xiàn)包括計量計費系統(tǒng)、充電監(jiān)控系統(tǒng)、配電監(jiān)控系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)這幾大塊的應用功能的管理；
3、遠程監(jiān)控功能：服務端的管理平臺可以隨時監(jiān)控充電樁的運行情況，包括電量變送器、斷路器、PLC控制器、計費器、觸摸屏、傳感器等設備工作參數(shù)的上傳，也可以通過無線RTU下達各種工作指令給充電樁終端設備；
4、遠程報警維護功能：可以實時監(jiān)控充電樁的運行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)故障告警，可以遠程維護調(diào)試或升級，做到及時處理異常充電樁終端的問題；
5、應用擴展功能：可接入第三方APP軟件，利用才茂通信GPS設備以及對應定位系統(tǒng)軟件，直接為充電用戶提供手機APP，可以實現(xiàn)地圖上尋址和導航功能。
8、才茂RTU無線數(shù)傳終端介紹
才茂CM550系列智能無線遠程測控終端(以下簡稱無線RTU）是廈門才茂通信科技有限公司經(jīng)過多年的實踐及工程應用，為滿足市場需求而自主研發(fā)的集數(shù)據(jù)采集、遠程控制與無線通訊功能為一體的無線終端控制產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品集成了模擬信號采集，開關(guān)量輸入，開關(guān)量輸出，脈沖計數(shù)，支持以太網(wǎng)通信，串口通信，RS485通信和4G/3G/2G無線數(shù)據(jù)通信于一體的高性能測控裝置，可以直接接入各種傳感器、標準變送器信號、儀表等輸出的模擬信號、電平信號、干觸點、脈沖信號等，是實施無線測控的*選擇。
CM550系列采用高性能的工業(yè)級32 位通信處理器和工業(yè)級無線模塊，以嵌入式實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺設備提供在線維持技術(shù)，保持數(shù)據(jù)終端*在線，保存數(shù)據(jù)鏈路任何時候暢通，實現(xiàn)高速、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)采集和控制功能。
8.1、才茂RTU功能的優(yōu)勢
1)豐富的接口類型：支持串口RS232接口、RS485接口、以太網(wǎng)接口、USB接口， 滿足客戶應用現(xiàn)場不同接口需求；
2）完善的網(wǎng)絡支持：支持GPRS/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO/LTE-FDD/LTE-TDD七大無線網(wǎng)絡，滿足不同行業(yè)客戶的全方面需求；
- 支持6路計數(shù)器輸入、8路開關(guān)輸入量、8路模擬輸入量、4路數(shù)字輸出量、2路PWM輸出、4路繼電器輸出；
- 支持GPS/北斗定位；
- 支持ZIGBEE 低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊；
6）三層系統(tǒng)保護：在原來兩級（軟件保護+CPU內(nèi)置看門狗WDT保護）系統(tǒng)保護的基礎上，增加一級系統(tǒng)虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）檢測保護功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；
7）金屬外殼：采用金屬外殼，防輻射，抗干擾；外殼和系統(tǒng)安全隔離，防雷設計；符合電力安規(guī)要求；防護等級為IP41；特別適合于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制領(lǐng)域；
8）*工業(yè)級設計生產(chǎn)，支持寬電壓5-32V供電；
9）通信模塊均采用工業(yè)級無線模塊，所有無線模塊都有通過CGD認證或者FCC認證或者CE認證；
10）高速處理CPU：采用高速性能工業(yè)級CPU，可以更加高速地處理各種協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；解決了業(yè)內(nèi)“假在線"、“假死機"、“當機"等疑難問題；
11)超大內(nèi)存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits（不同型號內(nèi)存不同），有超大的內(nèi)存來緩存客戶發(fā)送數(shù)據(jù)，同時接收超大數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)不丟失；
12)DNS自動獲取：自動獲取DNS，不再需要人工配置輸入DNS；規(guī)避了因為選擇的DNS服務器異常而導致RTU設備當機的嚴重現(xiàn)象；
13）完善的協(xié)議棧：新系統(tǒng)加載了完善的TCP/IP協(xié)議棧，采用了完善的TCP/IP協(xié)議棧；使網(wǎng)絡通信性能優(yōu)異，掉線概率極大降低；
- EMC性能優(yōu)異：通過電力3000V電擊測試，特別適合在工業(yè)領(lǐng)域環(huán)境惡劣下使用；系統(tǒng)EMC/EMI優(yōu)異，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；通過EMC測試；
- 支持短信遠程配置，遠程控制；支持短消息告警；
- 智能防掉線。支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設備永遠在線；
- 支持批量配置功能；
8.2、RTU系列產(chǎn)品資質(zhì)與檢測
1、無線通信在線維持技術(shù)
2、摩爾實驗室高低溫檢測報告
3、福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院檢測
4、著作版權(quán)證書
5、EMC檢測報告
6、國家強制3C認證
9、才茂資質(zhì)
公司榮譽：
2009 年公司GPRS DTU 產(chǎn)品被評為“創(chuàng)新產(chǎn)品獎"；
2011 年被評為“中國工控行業(yè)客戶滿意供應商"；
2012 年公司成為“中國質(zhì)量*行"會員；
2013 年公司成為“智能輸配電設備產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟"會員；
2010 年被國家認定的*企業(yè)；
2010 年被國家認定的雙軟企業(yè)企業(yè)；
公司擁有1 項保持設備穩(wěn)定的技術(shù)證書和12 個軟件著作版權(quán)證書；
全國設立了9 大區(qū)域辦事處，66個代理商，方便為客戶提供近距離貼心服務；
公司注冊資本1280 萬；廈門市重點扶持*企業(yè)；
12 年的行業(yè)研發(fā)積累和行業(yè)應用考驗。
10、結(jié)束語
大力推進充電基礎設施建設，解決電動汽車充電難題，是發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)的重要保障，對于打造大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新和增強公共產(chǎn)品、公共服務“雙引擎"，實現(xiàn)穩(wěn)增長、調(diào)結(jié)構(gòu)、惠民生都具有重要意義。
