Renesas Electronics — решения для интеллектуальных энергосистем

№ 10’2013
PDF версия
Renesas Electronics — ведущий японский производитель полупроводниковой продукции, предлагающий весь ассортимент функциональных блоков для интеллектуальных энергосистем.
Так как компания Renesas является крупным игроком на мировом рынке интеллектуальных энергосистем, ориентированным на долгосрочную перспективу, она делает ставку на передовые технологии, высочайшее качество продукции, гарантию долгосрочных поставок, конкурентоспособные цены и превосходное обслуживание клиентов, которое осуществляют региональные группы сбыта, маркетинга и прикладной разработки.

Renesas Electronics — решения для интеллектуальных энергосистемСоставной частью интеллектуальных энергосетей являются интеллектуальные счетчики. В статье приведены два примера функциональных блоков для таких счетчиков.

Что, собственно, делает счетчик «интеллектуальным»? Прежде всего, это предусмотренные в нем возможности связи. Компания Renesas разработала гибкое новаторское решение для связи по линиям электропередачи (Power Line Communication), призванное обеспечить поддержку всех текущих и будущих стандартов на этот вид связи. Ожидается, что оно способствует широкому внедрению интеллектуальных счетчиков в Европе и за ее пределами.

Помимо европейских стандартов CENELEC, решение Renesas сейчас адаптируется для поддержки стандартов ARIB (Азия) и FCC (Северная Америка). Такой подход представляется оптимальным для этого сегмента международного рынка.

Еще одним хорошим примером могут служить недавно увидевшие свет новаторские микроконтроллеры Renesas RX21A для метрологии. Эта серия микроконтроллеров с 32‑битным CISC-ядром, работающим на тактовой частоте 50 МГц, имеет следующие особенности:

  • 7‑канальный 24‑разрядный прецизионный ΣΔ-АЦП.
  • Флэш-память большого объема и встроенное ОЗУ, а также флэш-память данных.
  • Часы реального времени (РВ) с защитой от несанкционированных манипуляций.
  • Датчик температуры.
  • Несколько интерфейсов связи.
  • Аппаратное обеспечение для шифрования и дешифрования по алгоритму AES.
  • Функции защиты памяти.
  • Различные варианты корпуса.
  • Перечисленные особенности вкупе с рядом других характеристик облегчают реализацию сверхкомпактных одно- и многофазных счетчиков электроэнергии на общей платформе.

Кроме того, Renesas предлагает специализированный типовой образец конструкции с аналоговой метрологической частью и обширным набором метрологических библиотек. С помощью этих библиотек клиенты могут быстро и легко выполнять испытания по стандартам МЭК и разрабатывать собственную продукцию. Этот образец был представлен на выставке Smart Grids, которая проходила с 4 по 6 июня 2013 года в парижском Центре новых отраслей и технологий (CNIT), расположенном в районе la Défense (Дефанс). Компания Renesas участвовала в этой выставке с собственным стендом.

Разумеется, у Renesas есть множество и других образцов, например из области интеллектуального освещения и возобновляемой энергетики. Они также были экспонированы компанией на выставке Smart Grids.

Но вернемся к теме связи по линиям электропередачи, которую мы раскроем на примере из практики. В ходе анализа рынка компания Renesas выявила высокий спрос на модем для связи по ЛЭП с гибкими характеристиками, который бы поддерживал множество стандартов такой связи и был пригоден для эксплуатации во всех регионах мира. Требования к характеристикам интеллектуальных счетчиков, предъявляемые стандартами связи и конструкторами изделий и систем, могут различаться не только в разных странах, но и у разных поставщиков электроэнергии в одной и той же стране.

В Германии пока что не наблюдается четкой тенденции преобладания тех или иных стандартов. (Мы имеем в виду в основном прикладные вопросы, профили требований и аспекты безопасности.) Например, на данный момент еще нет определенности с необходимой скоростью передачи данных. Без сомнения, ситуация в Германии сложнее, чем во Франции, потому что в Германии приходится иметь дело с мнением нескольких крупных поставщиков электроэнергии и сотен мелких муниципальных энергетических компаний, а во Франции все вопросы решаются одним крупным поставщиком.

Формулируя требования к своему решению для связи по линиям электропередачи, компания Renesas ставила перед собой следующие главные цели:

  • обеспечение гибкости за счет программной модуляции;
  • возможность адаптации к последующим версиям стандартов;
  • открытость для реализации новых стандартов;
  • демонстрация совместимости (например, путем сертификации);
  • простота обновлений микропрограммы, в том числе в условиях эксплуатации;
  • оптимизация энергопотребления;
  • оптимизация затрат;
  • оптимизация производительности и надежности;
  • эффективное непосредственное взаимодействие с микроконтроллерами Renesas (совместимость на уровне прикладных программ) для оптимизации себестоимости системы (стоимости компонентов).

В короткие сроки (менее чем за 12 месяцев) коллектив под руководством опытнейших европейских разработчиков создал полностью сертифицированное и совместимое решение с поддержкой ряда популярных стандартов (в том числе OFDM PRIME и G3), которое отличается высокой надежностью, беспрецедентно низким энергопотреблением и оптимальной стоимостью.

Всего этого удалось достичь за счет внедрения высокоэффективных технологических процессов, аналогового препроцессора (AFE) и алгоритмов.

Решение Renesas, состоящее из интегральной схемы модема для связи по ЛЭП с полной программной конфигурацией и масштабируемого микроконтроллера Renesas семейства RX600 в качестве устройства управления для изделий на его основе, заслужило высокую оценку независимого жюри отраслевых экспертов на саммите Smart Metering UK & Europe в Лондоне в начале этого года, где компания Renesas завоевала премию Smart Metering Technology Award 2013.

Преимущества для клиентов очевидны: это гибкая сертифицированная платформа для связи по ЛЭП, пригодная для всех целевых рынков мира (Европа/CENELEC, Азия/ARIB, Северная Америка/FCC), которая позволяет получить бóльшую отдачу от инвестиций в программное и аппаратное обеспечение, резко снижает затраты и риски и при этом значительно сокращает время выхода устройства на рынок.

В чем состоят общие преимущества? Как уже отмечалось ранее, Renesas стремится на основе своих продуктов и решений реализовать идею платформы, которую можно переконфигурировать программно. Это позволит поставщику электроэнергии или производителю счетчиков ориентироваться на различные рынки и стандарты, просто модифицируя единую платформу.

По данным компании Renesas, клиенты ищут хорошую платформу, которая бы характеризовалась гибкостью, высоким уровнем интеграции, минимальным числом компонентов счетчика и высокой надежностью.

Renesas — крупный поставщик продукции для автомобильной промышленности, поэтому компания использует многие из принятых в этой отрасли методов обеспечения качества и принципов проектирования для создания продуктов и решений, которые не только надежно работают, но и имеют длительный срок службы, как того требуют клиенты.

Какова реакция рынка на предложение Renesas? Благодаря комплексному подходу Renesas к удовлетворению текущих и будущих требований своих клиентов, которые принадлежат к числу ведущих игроков на рынке интеллектуальных энергосистем, решения Renesas находят широкое применение в изделиях и системах данной отрасли. При этом, как уже отмечалось в начале статьи, роль здесь играют не только технические решения как таковые, но и качество, локальная поддержка и преданный своему делу персонал.

Если взглянуть на состояние интеллектуальных энергосистем в Европе, можно увидеть далеко неоднородную картину. Инициативу взяла на себя Италия, которая в 2001 г. приступила к замене традиционных электромеханических счетчиков электроэнергии современными электронными счетчиками с автоматическим снятием показаний (AMR). Компания Renesas как ведущий производитель микроконтроллеров оказывала мощную поддержку этой программе. Сегодня Италия готовится к внедрению нового поколения интеллектуальных счетчиков, поддерживающих двустороннюю связь. Крупные проекты по подготовке к массовому внедрению интеллектуальных энергосистем осуществляются в таких странах, как Франция, Испания, Великобритания и Германия. Renesas является активным участником многих проектов в этих и других странах.

При массовом внедрении интеллектуальных энергосистем этим странам придется столкнуться с рядом существенных трудностей. Начнем со стандартов и затрат, поскольку эти вопросы взаимосвязаны. Вообще говоря, стандарты можно только приветствовать, потому что они помогают снизить затраты и одновременно обеспечивают совместимость интеллектуальных счетчиков разных производителей. Стандарты позволяют организовывать более крупные цепочки поставок используемых продуктов и решений и полнее их использовать, ожидаемым следствием чего обычно является снижение затрат.

Но на рынке интеллектуальных энергосистем приходится иметь дело с разными стандартами, поскольку крупные поставщики или группы заинтересованных лиц настроены на продвижение собственных норм. Таким образом, случается, что крупный национальный поставщик электроэнергии навязывает свой стандарт (как, например, во Франции или Италии), но бывает и так, что в стране применяется несколько стандартов связи (как в Испании). В Германии в настоящее время проводится ряд мелких натурных исследований на базе DCSK, SFSK, OFDM PRIME и других проприетарных стандартов. Отмечается также некоторый интерес к стандарту OFDM G3.

Компания Renesas является членом многих отраслевых ассоциаций, в том числе PRIME, G3, Meters&More и ZigBee, и активно разрабатывает решения для интеллектуальных счетчиков на основе этих стандартов (в частности, OFDM PRIME и G3). Участвуя в рабочих группах, Renesas вносит свой вклад в разработку стандартов и их спецификаций, а также обеспечение совместимости решений от различных поставщиков. Благодаря всему этому клиенты Renesas получают надежные, устойчивые, стандартизированные и оптимизированные по цене решения с заделом на будущее.

Еще одна важная проблема — это безопасность. Например, интеллектуальная энергосистема должна быть защищена от внутренних и внешних атак, которые могут повлиять на энергоснабжение крупного города, а то и целой страны. На стороне интеллектуального счетчика (включая коммуникационные шлюзы, которые обязательны в некоторых странах, включая Германию) метрологические данные должны быть защищены от подделки, и при передаче данных, имеющих отношение к тарификации, с защищенного домового шлюза в отдел учета поставщика электроэнергии через глобальную коммуникационную сеть необходимо обязательно использовать шифрование.

Renesas предлагает ряд компонентов (например, аппаратный ускоритель AES, генератор случайных чисел, библиотеки функций защиты), позволяющих в полной мере соблюсти текущие и будущие требования безопасности. Клиенты, проектирующие интеллектуальный счетчик на базе решений Renesas, могут, например, использовать высокоинтегрированный микроконтроллер со встроенными функциями шифрования по алгоритму AES для безопасной передачи метрологических данных. По мере того как функции защиты (AES, SHA, TRNG и т. д.) все чаще реализуются аппаратно, значительно снижается энергопотребление интеллектуального счетчика. Функции, прежде выполнявшиеся ресурсоемким программным обеспечением, которому требовалась соответствующая вычислительная мощность, сегодня реализуются специализированным аппаратным обеспечением, которое работает быстрее, а энергии потребляет меньше.

Нет сомнений, что отсутствие подходящих технологий не станет причиной задержки массового внедрения интеллектуальных энергосистем в Европе. Все необходимые компоненты имеются в продаже уже сегодня. Проблема скорее в отсутствии политической воли к реализации концепции общества нового поколения, основой которой могли бы стать интеллектуальные энергосистемы. Кроме того, существует множество групп заинтересованных лиц, которые, исходя из собственных экономических интересов, стараются продвигать выгодные для себя «стандарты».

Открытые и гибкие платформы, предлагаемые полупроводниковой промышленностью, — это то, что необходимо для инициирования перемен на рынке интеллектуальных энергосистем. И без сомнения, ведущую роль в этом процессе играет компания Renesas. Поэтому Renesas и в дальнейшем будет предлагать оптимизированные продукты и решения для создания интеллектуальных счетчиков электроэнергии, воды, газа и тепла, для проводной и экономичной беспроводной связи, интеллектуального освещения, возобновляемой энергетики и зарядных устройств электромобилей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *