智能電表內(nèi)部構(gòu)造深度拆解:電表如何智能?
在電力及燃氣等能源領(lǐng)域,具備通信功能并能夠遠程讀取數(shù)據(jù)的“智能儀表”受到的關(guān)注越來越高。其原因是,這種儀表有望用于多種用途,如能源使用情況的“可視化”、使用抄表數(shù)據(jù)提供咨詢服務(wù),將來還有望用于家用設(shè)備控制等。
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那么,這種智能儀表由哪些部件構(gòu)成,并由哪些廠商供應主要部件?與智能手機等便攜終端相比,人們幾乎沒有機會了解智能儀表的內(nèi)部構(gòu)造。因此,為了弄清楚這些內(nèi)部情況,拆解組決定購買美國的“智能電表”產(chǎn)品,并進行內(nèi)部分析。
此次是在從事過多款產(chǎn)品拆解調(diào)查的Fomalhaut Technology Solutions公司的協(xié)助下進行拆解分析的。下面首先以具備有線通信功能的智能儀表為主,分析一下使用部件的廠商名稱及部材成本等。
具備以太網(wǎng)通信功能
此次拆解的產(chǎn)品是美國儀表廠商Itron的“Sentinel SS5S2L”(以下稱Sentinel)與美國通用電氣的“KV2”,二者均為支持120V~480V電壓的電表,具備以太網(wǎng)或電話線通信功能(表 1)。此外,為了便于參考,同時還分析了瑞士蘭吉爾(Landis+Gyr)公司的不具備通信功能的“AXS4”的內(nèi)部情況,并一起列在下表中。
表1 此次拆解分析的電表
這三款儀表的共同點是,均為電表,而且可使用液晶面板顯示數(shù)據(jù)。其不同點是,具備通信功能的兩款機型在內(nèi)部安裝了三塊基板,而不具備通信功能的 AXS4則將主要部件集成在了一塊基板上。而且,AXS4的部材成本推測值最低。拆解時可以看出,其他兩款機型因嵌入了通信功能,部材成本有所增加。
使用三塊基板
下面我們看一下內(nèi)部具體構(gòu)造。首先分析一下安裝在Sentinel內(nèi)部基板上的MCU等。
Sentinel與其他智能電表一樣采用圓筒形狀,乍看上去就像一個稍大的罐頭盒。取下外面的塑料殼,并拆除下部的加固部材后,可以看到兩塊安裝有各種部件的基板(圖1)。里面還有一塊基板,該電表共由三塊基板構(gòu)成。其中一塊是進行以太網(wǎng)等通信處理的基板,另一塊是安裝主要MCU的主基板。每塊基板均由樹脂制成。
圖1 Itron公司的Sentinel
取下外殼并拆掉下部的加固部材后,可以看到兩塊基板。此外,里面還有一塊基板。
負責通信處理的基板上最引人注目的部件是,進行以太網(wǎng)信號與串行信號轉(zhuǎn)換的美國創(chuàng)力(Lantronix)公司的超小型設(shè)備服務(wù)器“XPort”(圖 2)。XPort的內(nèi)部嵌入了可進行串行數(shù)據(jù)及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理及網(wǎng)絡(luò)控制處理的電路,可以利用以太網(wǎng)線傳輸信號。位于其周圍的瑞薩電子的MCU等估計是進行通信處理的。
圖2 以太網(wǎng)信號與串行信號的交換
主要安裝通信處理部分的基板。用來交換以太網(wǎng)信號與串行信號的創(chuàng)力“Xport”十分引人注目。
還有可能安裝了備用電路
主基板上安裝了多個MCU(圖3)。特點是采用了多款日本廠商生產(chǎn)的MCU,包括瑞薩電子的16bit產(chǎn)品與NEC電子的產(chǎn)品注1)。此外還有歐美廠商的產(chǎn)品,如美國愛特梅爾的8bit產(chǎn)品,荷蘭恩智浦半導體的液晶驅(qū)動器IC等。
注1)本文涉及到的廠商均為電表上市時的名稱,其中包括現(xiàn)已更名的企業(yè)。
圖3 使用瑞薩等公司的MCU
主基板上安裝了瑞薩電子及愛特梅爾等的MCU。
另一個特點是具備兩個相似的電路塊,分別以瑞薩與NEC的MCU為中心,安裝了美國PDI公司的晶體振蕩器以及各種防噪音部件等。對此,F(xiàn)omalhaut Technology Solutions的主管柏尾南壯指出,“因為是使用壽命長達10年的產(chǎn)品,所以使其具備了備用電路職能”。這樣就具備了冗余性,發(fā)生故障時,能夠利用另一個電路塊繼續(xù)進行處理。
日本產(chǎn)品較多的原因
除基板外,電表內(nèi)部還嵌入了兩個圓筒形鋰離子充電電池。其形狀并非筆記本電腦等使用的直徑18mm高65mm的“18650”,而是接近5號干電池。使用這種電池之后,當因某種原因斷電時,電路能夠繼續(xù)工作。
此外,還使用了尼吉康的鋁電解電容器等,明顯日本廠商的部件較多。對此,F(xiàn)omalhaut的柏尾認為,“因為是長期使用的工業(yè)設(shè)備,所以選擇了長期可靠性較高的日本產(chǎn)部件”。據(jù)該公司推測,這些基板與構(gòu)成部件合計后的部材成本為5551.32日元。
電表如何智能:Elster REX2智能電表拆解實錄
電表是一個連接到電網(wǎng)的設(shè)備,任何公司或者家庭都要用到它,采用的技術(shù)可以追溯到19世紀后期。然而,工程師們最近開發(fā)出一種固態(tài)電子式電能表,能夠無線發(fā)送用電讀數(shù)。這種新的電表,消除了人為錯誤,也能更準確地監(jiān)測其系統(tǒng)。
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