電(Electricity)是18世紀後最重要的乾淨能源，但它的生產方式卻一點也不乾淨，尤其是火力發電(Thermal Power)。在現今的工商社會裡，人們對於電的需求與日俱增，然而過於便利的取得與使用，人們在不知不覺中，形成了許多的浪費與消耗。

Smart Grid(智慧電網)的觀念，在2008年全球金融風暴之後，變成一個相當火熱的議題，其連動著政府的投資、國家的形象，並且造就了許許多多「綠領」階級及綠能產業的產生。智慧電網是利用IT與IA的技術加以網路化達到供應者(Provider)與使用者(User)之間無障礙的溝通(Communication)， 進而提升能源使用效率、減少消耗與浪費。因此自動讀錶系統(AMR/AMI) (Automatic Meter Reading/Automated Metering Infrastructure)即成為最重要的基礎建設(Infrastructure)，有了這樣的系統，供應者與使用者之間就有了溝通的橋樑，進而可以針對發電及用電做較好的調度並提升用電效率，減少發電成本之外，也減少浪費或消耗。

而AMI/AMR自動讀錶的概念其實相當的簡單，就是利用各種通訊方式將使用者(User)的用電資訊傳遞到遠方的管理端(Administrator)，省卻人力抄錶的不便以及即時性的問題。但基於不同的地理環境以及不同使用程度的使用者，自動讀錶必須因地制宜。通訊的方式可以是有線(Wired)抑或無線(Wireless)的方式來處理。有線通訊網路的通訊方式如下：

A. Serial Communication

RS232/422/485串列通訊是最常見的工業通訊方式，其有著使用便利、穩定及便宜的優點，在工業自動化裡一直扮演著相當重要的角色。在現今的數位電錶裡，絕大部分還是使用串列通信(Serial Communication)介面且整合於數位電錶之中。這種數位電錶可以透過串列埠(Serial Port)進行直接連接或串接(Multi-Drop)，並且連接到轉換器(Converter)將串列的封包資料轉換為乙太網路或是光纖網路等等方式輸出。於樓宇自動化或是一般商業集中環境較為適用，除了節省成本之外，亦可減少IP地址的使用量並降低管理上的負擔。如中東杜拜著名的哈里發塔，其擁有超過150個樓層以及上千個用電單位，在IP管理以及建置成本的考量上，亦是採用此較為傳統方式來做各樓層使用戶的用電資料收集，數十個電錶連接到1台轉換器上，再透過乙太網路或是連接到Wi-Fi無線基地台(Access Point)往控制中心(Center Control Room)傳送，既經濟且使用便利。

B. Ethernet/Fiber Communication

IEEE 802.3乙太網路(Ethernet)為一種相當經濟實用的通訊方式，於一般家用市場或是商用市場使用相當普遍，擁有低成本、高頻寬、高整合性為其最大的優勢。一些市售的電錶亦或支援Modbus/TCP等協議(Protocol)，可將用電資訊整合到上層工業監控軟體中(HMI/SCADA)提高其整合性與便利性。但其受限於100m的通訊連線距離使其不易於區域廣闊的環境中使用。另一方面，Fiber Communication基本上為一種光學科技，其為標準Ethernet乙太網路技術的延伸。可以將電子訊號轉變為光的訊號， 利用光的直線傳輸的優點，可以將資料傳送到相當長的距離。一般來說分為Multi-Mode(多模光纖)及Single-Mode(單模光纖)兩種，且依傳輸的線材及傳送器(Transceiver)的不同而有傳送距離遠近之分，最遠可以達到80或120km等。但其缺點為價格高昂，所以需將一個區域資料匯整之後再以光纖上傳至遠端。

在無線通訊網路應用方面又可分為Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g/n)、2G/GSM/GPRS/3G/WCDMA/EDGE、嵌入式系統等3種，其中又以Wi-Fi技術最為常見。

在之前關於AMI/AMR自動讀錶通訊技術的文章中，提到自動讀錶為配合環境所需，分為有線通訊網路與無線通訊網路兩種技術應用方式。有線通訊網路又有Serial Communication和Ethernet/Fiber Communication兩種，而在無線通訊網路則有以下幾種技術：

a. Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g/n)

無線網路最常見的就是Wi-Fi技術，因其使用便利、價格低廉、架設簡易等優點，在自動讀錶的應用上因其可以超越實體連線的問題，在一些開放式的空間或是距離不會太遙遠(建議<1km，目視可及的距離)的應用即相當的合適。如新加坡港區，其內有許多分散的RTU(Remote Terminal Unit)及電錶，要布建1套光纖線路於既成且運作中的港區，相當的不容易且成本高昂。Wi-Fi技術就很適合應用於此。透過AP與AP之間的橋接，將無線基地台的涵蓋範圍覆蓋所有的RTU所在位置即可。當然，Site Survey的工作並不可少，配合不同區域及現場環境高低差來調整天線的接收並確定連線品質，是相當重要的。

b. 2G/GSM/GPRS/3G/WCDMA/EDGE

GSM電信網路為現今最為普及的通信方式，而IP Base的GPRS使得手持式裝置可以相當便利地上傳與下載資料。自動讀錶系統資料量與頻寬使用並不大，加上基地台布建範圍廣闊及建置成本低廉，故越來越多人採用GSM/GPRS來建置讀錶系統。尤其在一些國土廣闊的國家或是較偏遠的山區海濱，更能凸顯出其便利性與實用性。3G系統相較於2G系統，有著更多的加值功能及應用頻寬，用於自動讀錶系統更有利於雙向的溝通與軟體應用加值，已有不少國家的電信系統已逐漸升級為3G系統，以取代2G系統。如俄羅斯，其擁有世界上最大領土的國家，地廣人稀使得通信系統建置不易，2G/GPRS系統已廣泛應用於其各區域電力公司自動讀錶系統。在布建上建議使用Moxa OnCell G3000、G5100系列，系統設計方式如圖1所示。

c. 嵌入式系統(Embedded System)

嵌入式系統為近年來相當流行的一種方式，其除去了傳統IPC不穩定的缺點，並且提供了相當的彈性於硬體規格以及軟體程式開發加值功能，系統整合商可以自由使用或組合多種通訊方式於嵌入式系統，使其相當適用於自動讀錶系統。再者，自動讀錶系統未來將不僅止於用電資料的收集，在智慧電網(Smart Grid)的應用當中，雙向通訊、需求反饋(Demand Response)、差異或優惠電價等，均可透過嵌入式系統來達成，其前景較一般數位電錶加上1個通訊系統模組來得更加看好，也更實用。

如台灣電力公司(Tai-Power)的智慧電網計畫當中，智慧讀錶即成為最重要的基礎建設，其選用的即為嵌入式系統來連接數位電錶，稱為MIU(Meter Interface Unit)。在台電的所有用戶裡，高壓(High-Voltage)用戶或是重電用戶(Heavy User)消耗的電能佔總消耗量的59%，為這些用電客戶建置智慧讀錶系統是目前當務之急。其使用Linux-Based的架構來進行開發，搭載2G/3G無線通訊能力以及串列與Ethernet埠。其可於遠端進行資料讀取抑或差異電價，未來配合軟體升級與加值，可以實現雙向溝通並提供更多的智慧加值功能。布建上則建議使用Moxa UC-7110/IA-3341/W325等，其系統架構如圖2所示。

網路規劃綜合建議

在AMI/AMR的應用當中，特別是在網路系統的布建上，常常會需要因地制宜來做一些調整，以達成系統安裝的目的。在不同的國家、不同的區域或是不同的用戶端，其可取得的通訊方式相當多變。又由於AMI/AMR系統的建置多為網路的最後一哩(Last Mile) ，故選擇適當的通訊介面及通訊方式之外，從系統觀的角度來看，常常會需要多種技術的整合以及完善的網路規劃才有利於專案的進行。

常見的應用及適合使用的技術如下：

a. 開放空間/涵蓋範圍不大的區域：Wi-Fi(IEEE 802.11a/b/g/n)結合有線網路(Ethernet/Fiber)進行讀錶。

b. 遠距離/大範圍讀錶：GPRS/3G結合Serial/Ethernet/PLC等短距離通訊方式進行讀錶。

c. 室內空間/輸配電站：使用Wi-Fi/PLC/ZigBee/Serial等配合Ethernet/Fiber方式進行讀錶。

整體來說，AMI/AMR的建置需要有線與無線網路相互配合，或是遠距通訊與現場短距離通訊技術的相互配合與整合，才能讓遠端的管理者於螢幕前運籌於千里之外。(本文作者為MOXA Product Marketing Manager)

圖1，運用GSM/GPRS技術讀錶

圖2，運用嵌入式電腦於自動讀錶

資料來源: DIGITIMES中文網

原文網址: 物聯網之智慧電網技術應用：AMI/AMR自動讀錶的通訊技術(上) http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?CnlID=13&Cat=45&Cat1=&id=254969#ixzz1bxH77UT4

原文網址: 物聯網之智慧電網技術應用：AMI/AMR自動讀錶的通訊技術(下) http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?CnlID=13&id=0000255936_IYCLHUAK2DTWMZ75UCFY3&ct=1#ixzz1bxGt51rW