廈門才茂基于無線數據傳輸技術充電樁終端的解決方案
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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的配套充電設施，隨著兩大電網制定了在全國大規(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進入快車道，而隨著“互聯(lián)網+"概念的提出，則將利用互聯(lián)網的平臺、信息通信技術把互聯(lián)網和包括傳統(tǒng)行業(yè)在內的各行各業(yè)結合起來，從而在新領域創(chuàng)造一種新生態(tài)。
據媒體新聞報道福建、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、中石化、中海油等能源央企紛紛跑馬圈地。
關鍵字：無線 DTU；工業(yè)級DTU；充電樁；新能源；互聯(lián)網+；
2、政策背景
2015年10月9日，*下發(fā)《關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。根據國家“十三五"規(guī)劃，到2020年，充換電站
數量將達到1.2萬個，充電樁達到450萬個。
數據顯示，今年1-8月，我國新能源車累計生產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。
有機構表明，明年我國充電樁產業(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據，并打印單據，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，對其網絡拓撲要求具有靈活性和擴展性的結構，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)務的數據傳輸速率——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)務的數據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"網絡技術趨勢的發(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、調試、運行、維護。
5、通訊方式
電動汽車充電樁屬于配電網側，其通信方式往往和配電網自動化一起綜合考慮。通信是配電網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（RJ45線、光纖）、工業(yè)串行總線（RS485、RS232、CAN
總線）。
有線以太網主要優(yōu)點是數據傳輸可靠、網絡容量大，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)點是數據傳輸可靠，設計簡單，缺點是
布網復雜、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絡數據接入業(yè)務，如：GPRS/CDMA/TD-SCDMA/WCDMA/EVDO以及更新的4G LTE網絡等。
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無線數據傳輸技術，基于服務端應用寬帶有線網絡提供固定IP或者動態(tài)IP（可用域名綁定）以及端口號，將這些服務端參數設置在才茂通信無線傳輸終端DTU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)提供實時的數據采集、傳輸、發(fā)布、遠程管理與控制、實現(xiàn)遠程無線數據傳輸的解決方案。
6、系統(tǒng)組成及組網方案
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)了基于嵌入式技術的自助智能電動汽車充電樁終端方案及產品。系統(tǒng)總體結構如下圖所示：
充電樁系統(tǒng)拓撲圖
本系統(tǒng)主要由交流/直流充電樁、才茂無線數傳終端DTU， 各種2G/3G/4G無線網絡及通訊網絡、充電樁系統(tǒng)管理平臺軟件等組成。
1、才茂無線數傳DTU可以提供RS232/RS485/RS422/TTL/端子各種接口與各種帶串口的充電樁進行連接，如果充電樁是以太網接口可以選擇才茂另外一個無線路由器系列的產品對接；
2、數傳DTU通過各種無線網絡，將各種充電樁終端的數據無線透明傳輸到服務器端的充電系統(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：
- 實時數據傳輸功能：通過2G/3G/4G各種無線網絡， 能夠實時地將充電樁終端的數據透明傳輸（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、觸摸屏等設備工作參數的上傳，也可以通過無線DTU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DTU無線數傳終端介紹
DTU(Data Transfer Unit),全稱數據傳輸單元,為用戶提供高速、永遠在線、TCP/UDP 透明數據傳輸的工業(yè)級無線終端設備。產品采用高速高性能工業(yè)級ARM9 嵌入式處理器或者X86 架構高性能嵌入式處理器，以實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，超大內存，內嵌自主知識產權的TCP/IP 協(xié)議棧，為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數據終端永遠在線，多種協(xié)議轉換、虛擬網絡的系統(tǒng)應用。針對網絡流量控制的用戶，DTU 產品支持語音，短信，數據觸發(fā)上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數據中心備份，以及多數據中心同步接收數據等功能。
8.1、才茂DTU功能的優(yōu)勢
1)豐富的接口類型：支持串口RS232接口、RS485接口、RS422接口、TTL接口或者USB接口， 滿足客戶應用現(xiàn)場不同接口需求。
2）完善的網絡支持：支持GPRS/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO/LTE-FDD/LTE-TDD七大無線網絡，滿足不同行業(yè)客戶的全方面需求。
3）三層系統(tǒng)保護：在原來兩級（軟件保護+CPU內置看門狗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
4)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)控制領域。
5）*工業(yè)級設計生產，支持寬電壓5-32V供電。
6）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
7）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)議數據轉換；解決了業(yè)內“假在線"、“假死機"、“當機"等疑難問題。
8)超大內存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits（不同型號內存不同），有超大的內存來緩存客戶發(fā)送數據，同時接收超大數據包，數據不丟失。
9)DNS自動獲?。鹤詣荧@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DTU設備當機的嚴重現(xiàn)象。
10）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、DTU系列產品資質與檢測
1、無線通信在線維持技術
2、摩爾實驗室高低溫檢測報告
3、福建省產品質量檢驗研究院檢測
4、著作版權證書
5、EMC檢測報告
6、國家強制3C認證
7、DTU創(chuàng)新產品獎
8、深圳比亞迪用戶測試報告
9、才茂資質
公司榮譽：
2009 年公司GPRS DTU 產品被評為“創(chuàng)新產品獎"；
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“中國質量*行"會員；
2013 年公司成為“智能輸配電設備產業(yè)技術創(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)定的技術證書和12 個軟件著作版權證書；
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)新和增強公共產品、公共服務“雙引擎"，實現(xiàn)穩(wěn)增長、調結構、惠民生都具有重要意義。
