Entwicklung intelligenter Stromzähler

Entwurf von intelligenten Stromzählern: Fortschrittliche drahtlose Lösungen für die Entwicklung robuster AMI-Systeme

Intelligente Stromzähler sind das Herzstück moderner Netzmodernisierungsbemühungen, die eine Energieüberwachung in Echtzeit, eine verbesserte Abrechnungsgenauigkeit und eine dynamische Bedarfssteuerung ermöglichen. Für Ingenieure, Anwendungsentwickler und Techniker vor Ort besteht die grösste Herausforderung darin, äusserst zuverlässige, sichere und skalierbare drahtlose Messlösungen zu liefern, die sich nahtlos in Versorgungsnetze integrieren lassen.

Silicon Labs bietet ein umfassendes Portfolio an drahtlosen SoCs, sicheren Hardware-Funktionen und Entwickler-Tools, die speziell für die strengen Anforderungen von Smart-Metering-Anwendungen entwickelt wurden.

Technische Prioritäten für Smart-Metering-Lösungen

Drahtlose Protokolle und Konnektivität

Intelligente Zähler sind auf eine robuste drahtlose Kommunikation mit großer Reichweite und geringem Stromverbrauch angewiesen. Die EFR32FG25- und EFR32FG23-SoCs von Silicon Labs arbeiten im Sub-GHz-Spektrum und sind von der Wi-SUN Alliance zertifiziert, was die Interoperabilität in grossen Mesh-Netzwerken erleichtert, die bei AMI-Implementierungen üblich sind. Das Sub-GHz-Band ermöglicht im Vergleich zu 2,4-GHz-Lösungen eine bessere Durchdringung von Wänden und Infrastrukturen, wodurch sie sich sowohl für städtische als auch für ländliche Umgebungen eignen.

• Wi-SUN-zertifizierte SoCs gewährleisten die Konformität mit offenen Standards für sichere, skalierbare Mesh-Netzwerke.
• Die Unterstützung von Netzwerktopologien wie Mesh, Punkt-zu-Multipunkt und Stern ermöglicht eine flexible Gestaltung.
• Der Sub-GHz-Betrieb reduziert den Stromverbrauch und verbessert die Kommunikationsreichweite (bis zu mehreren Kilometern unter optimalen Bedingungen).
  
  

Die technischen Daten des EFR32FG25 und EFR32FG23 finden Sie bei Silicon Labs

Sicherheitsarchitektur

Angesichts der kritischen Natur von Messdaten ist hardwarebasierte Sicherheit nicht verhandelbar. Die Secure Vault™-Technologie von Silicon Labs ist integriert:

• Secure Boot: Verhindert die unautorisierte Ausführung von Firmware.
• Verschlüsselte Speicherung: Schützt sensible Schlüssel und Konfigurationsdaten.
• Manipulations-Erkennung: Schützt vor physischen Angriffen und dem Klonen von Geräten.
• PSA Level 3-Zertifizierung: Erfüllt die Industriestandards für die Sicherheit eingebetteter Geräte.

Diese Sicherheitsgrundlage ermöglicht es Versorgungsunternehmen, die gesetzlichen Anforderungen zu erfüllen und das Vertrauen der Verbraucher zu erhalten.

Überblick über die Sicherheitsfunktionen

Firmware-Update und Netzwerkmanagement

Intelligente Zähler, die im Feld eingesetzt werden, benötigen:

• Sichere Over-the-Air (OTA) Firmware-Updates: Silicon Labs bietet robuste Bootloader-Frameworks, die in ihre SoCs integriert sind, um verschlüsselte OTA-Updates zu liefern, die für die Behebung von Schwachstellen und das Hinzufügen neuer Funktionen ohne kostspielige manuelle Eingriffe unerlässlich sind.
• Netzwerkdiagnose und Management-Tools: Ingenieure können die Simplicity Studio®-Plattform von Silicon Labs nutzen, die Netzwerkanalysatoren und Energieprofiler integriert und so Folgendes ermöglicht
  • Echtzeit-Visualisierung der Qualität von Funkverbindungen.
  • Identifizierung und Fehlersuche bei Netzwerkengpässen.
  • Optimierung der Energieprofile von Geräten zur Maximierung der Batterielebensdauer.

Simplicity Studio Entwicklungsumgebung

Protokollflexibilität und Multiprotokoll-Unterstützung

Das EFR32MG24 SoC von Silicon Labs unterstützt mehrere Protokolle, darunter Zigbee, Thread und proprietäre RF:

• Protokoll-Flexibilität: Fähigkeit zur Anpassung des Kommunikationsstacks, wenn sich die Netzwerkanforderungen entwickeln.
• Koexistenz-Mechanismen: Minderung von Interferenzen in überfüllten 2,4-GHz-Bändern.

Diese Multiprotokollfähigkeit ermöglicht den Einsatz in hybriden oder sich entwickelnden Grid-Umgebungen.

Empfohlene Silicon Labs Produkte für Metering Application Engineering

Einblicke in den Einsatz in der realen Welt

Der EFR32FG23 SoC in Kombination mit der Wirepas Mesh-Technologie wird in gross angelegten Advanced Metering Infrastructure-Projekten eingesetzt und versorgt über vier Millionen intelligente Zähler mit Strom:

• 99,9 % Zuverlässigkeit bei der Datenübertragung
• Stabile Mesh-Netzwerke, die dynamische Topologieänderungen unterstützen
• Effizienter Energieverbrauch, der die Lebensdauer der Zähler verlängert

Dies ist ein Beispiel für die Skalierbarkeit und Robustheit der drahtlosen Lösungen von Silicon Labs in anspruchsvollen realen Umgebungen.

Entwicklungsablauf für Ingenieure und Entwickler vor Ort

• Erste Hardware-Integration: Verwenden Sie Silicon Labs Evaluierungskits, um die Zählerkommunikation zu testen.
• Netzwerk-Charakterisierung: Verwenden Sie den Network Analyzer von Simplicity Studio, um die RF-Leistung in den Zielumgebungen zu bewerten.
• Sicherheitsimplementierung: Integrieren Sie Secure Vault APIs für die Geräteauthentifizierung und den sicheren Start.
• OTA-Update-Einrichtung: Konfigurieren Sie den Bootloader mit den OTA-Bibliotheken von Silicon Labs, um ein Remote-Firmware-Management zu ermöglichen.
• Feldtests und Diagnose: Einsatz von Testmessgeräten mit aktiviertem Debugging und Nutzung von Echtzeit-Energie- und Netzwerk-Profiling-Tools.
• Produktionsbereitstellung: Skalieren Sie auf grosse Mengen mit Vertrauen in die Netzwerkstabilität und Sicherheitskonformität.

Zusammenfassung

Die Entwicklung von intelligenten Stromzählern erfordert einen ganzheitlichen Ansatz, der zuverlässige drahtlose Protokolle, Hardwaresicherheit, Firmware-Management und flexible Netzwerkarchitekturen umfasst. Silicon Labs liefert integrierte SoCs, Sicherheitsmodule und Entwickler-Tools, mit denen Entwicklungsteams skalierbare, sichere und zukunftssichere AMI-Lösungen erstellen können.

Detaillierte Produktspezifikationen, technische Ressourcen und Unterstützung für Entwickler finden Sie auf der offiziellen Smart Metering-Seite von Silicon Labs:

https://www.silabs.com/applications/smart-cities/smart-metering/electricity-metering