基于PROFIBUS-DP的電能管理及電力監(jiān)控系統(tǒng)

時(shí)間：2020-01-05作者：江蘇安科瑞電器制造有限公司（生產(chǎn)中心）瀏覽：1172

0 引言
隨著能源的日漸緊張，地區(qū)出臺了很多有關(guān)節(jié)能減排的法律法規(guī)，各行各業(yè)都在采取了相應(yīng)的節(jié)能措施，各制造行業(yè)的工廠企業(yè)也采用了電能管理及電力監(jiān)控系統(tǒng)對節(jié)能效果進(jìn)行考核。---基于PROFIBUS-DP的電能管理及電力監(jiān)控系統(tǒng)
相對于MODBUS通信而言，PRFOBUS通信存在著諸多優(yōu)點(diǎn)，比如高通信速率（較高可達(dá)12Mbit/s）、實(shí)時(shí)性、**性、易擴(kuò)展、易維護(hù)性等，很多工廠、企業(yè)現(xiàn)存的生產(chǎn)控制自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)大都采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)是其中應(yīng)用較多的一種現(xiàn)場總線，因此，很多工廠企業(yè)希望能將電能管理及電力監(jiān)控系統(tǒng)也集成到PROFIBUS-DP自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中，而不是單獨(dú)進(jìn)行MODBUS組網(wǎng)。但由于目前存在的大多數(shù)智能電力監(jiān)控儀表都是基于MODBUS通信的，那么如何把現(xiàn)存的不帶DP接口的串口儀表設(shè)備連接到總線上組成DP網(wǎng)絡(luò)就成為一個(gè)亟待解決的問題。
本文設(shè)計(jì)了基于串口通信的電力監(jiān)控及多功能網(wǎng)絡(luò)電力儀表，給出了基于PROFIBUS-DP通信的智能電力監(jiān)控及電能管理系統(tǒng)的解決方案。系統(tǒng)中采用了三種方法將基于MODBUS-RTU通信的智能電力監(jiān)控儀表集成到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中。
本文介紹的組網(wǎng)方法，不但硬件成本比較低、安裝方便，而且編程簡單，主站可以直接對各個(gè)電力儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等，傳輸速率較快，有很好的實(shí)用性和可行性。
1系統(tǒng)構(gòu)成
本系統(tǒng)采用安裝了CP5611通信板卡的工控機(jī)作為通信主站，S7-200 PLC CPU222、ANYBUS網(wǎng)關(guān)、PB-B-MODBUS總線橋分別作為PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)從站，每個(gè)從站又與電力監(jiān)控儀表組成一個(gè)子網(wǎng)，如圖1所示。系統(tǒng)中同時(shí)也可以連接其他的PROFIBUS-DP從站設(shè)備。
CPU 222 PLC通過EM277 DP模塊接入到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，作為PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的從站，同時(shí)CPU222 PLC又作為一個(gè)主站與電力監(jiān)控儀表組成一個(gè)子網(wǎng)，電力監(jiān)控儀表作為子網(wǎng)的從站，主從站之間采用自由口通信方式。
同樣，對于PB-B-MODBUS總線橋來說，作為PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)從站的同時(shí)，又作為MODBUS子網(wǎng)的主站與電力監(jiān)控儀表組成MODBUS網(wǎng)絡(luò)。ANYBUS網(wǎng)關(guān)工作原理與PB-B-MODBUS總線橋的工作原理相似，它在該系統(tǒng)中同樣既做PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)從站，又作為MODBUS子網(wǎng)的主站與我公司電力監(jiān)控儀表組成MODBUS網(wǎng)絡(luò)。
1.1PLC自由口通信子網(wǎng)
PLC作為PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)從站，其自身功能非常強(qiáng)大，不但可以通過主站對連接到從站PLC I/O點(diǎn)上的各種I/O量進(jìn)行采集和控制，而且PLC本身就可以構(gòu)成一個(gè)子網(wǎng)，比如MPI網(wǎng)絡(luò)，自由口通信網(wǎng)絡(luò)等。而且可以擴(kuò)展以太網(wǎng)接口模塊將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入以太網(wǎng)，擴(kuò)展AS-I接口模塊，將系統(tǒng)接入ASI-I網(wǎng)絡(luò)等。對于工業(yè)控制場合，該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍是非常廣泛的。
PLC作為自由口通信網(wǎng)絡(luò)的主站，通過對PLC進(jìn)行自由口通信編程，實(shí)現(xiàn)PLC與電力監(jiān)控儀表間的MODBUS通信。利用西門子公司提供的庫函數(shù)MBUS_CTRL和MBUS_MSG可以簡單方便地實(shí)現(xiàn)MODBUS通信，如圖2、圖3所示。
該系統(tǒng)中PLC模式為1時(shí)進(jìn)行自由口通信，模式為0時(shí)進(jìn)行PPI協(xié)議，波特率為9600，奇偶校驗(yàn)為無校驗(yàn)，儀表讀取地址為40038，讀取6個(gè)數(shù)據(jù)單元。
1.2網(wǎng)關(guān)、總線橋工作原理及配置
對于總線橋來說，一方面，CPU通過對PROFIBUS通信協(xié)議芯片的控制實(shí)現(xiàn)PROFIBUS的通信，在RAM中建立PROFIBUS通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。另一方面，通過MODBUS協(xié)議實(shí)現(xiàn)和電力監(jiān)控儀表的通信，同樣在RAM中建立MODBUS通信數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。CPU通過兩個(gè)通信緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)PROFIBUS到MODBUS的通信。
由于總線橋自身不具備控制功能，**通過DP主站進(jìn)行控制。DP主站通過對其控制字的設(shè)置，來控制總線橋作為RS485網(wǎng)絡(luò)主站對其各從站的發(fā)送接收模式，通過監(jiān)控其狀態(tài)字來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送接收狀態(tài)的監(jiān)控。PROFIBUS數(shù)據(jù)區(qū)與RS485數(shù)據(jù)報(bào)文格式對照關(guān)系如表1所示。
表1 PROFIBUS數(shù)據(jù)區(qū)與RS485接收報(bào)文對照表

PROFIBUS映射地址 長度 RS485報(bào)文格式

IB0 1字節(jié) 該字節(jié)用來存儲接收報(bào)文長度 IB1 1字節(jié) 該字節(jié)為通信狀態(tài)字 IB2至以后 若干 接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū) QB0 1字節(jié) 該字節(jié)用來存儲發(fā)送報(bào)文長度 QB1 1字節(jié) 該字節(jié)為通信控制字 QB2至以后 若干 發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

該系統(tǒng)的DP主站是通信板卡，不能直接在S7-STEPV5.4中編寫PLC程序?qū)偩€橋進(jìn)行控制，只能通過在上位機(jī)ACREL-3000軟件中編寫腳本程序完成對PB-B-MODBUS總線橋狀態(tài)字的讀取和控制字的讀寫和通信。
ANYBUS網(wǎng)關(guān)和PB-B-MODBUS總線橋?qū)崿F(xiàn)原理基本相同，均是在轉(zhuǎn)換模塊的RAM中建立了PROFIBUS 到MODBUS 映射數(shù)據(jù)區(qū)，由軟件實(shí)現(xiàn)PROFIBUS 和MODBUS 協(xié)議轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)交換。但ANYBUS網(wǎng)關(guān)自身帶有配置軟件，數(shù)據(jù)映射配置實(shí)現(xiàn)起來相對簡單。
不管是總線橋還是網(wǎng)關(guān)，由于受協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備其自身映像數(shù)據(jù)存儲區(qū)大小的限制，根據(jù)所要采集電參量的多少，可帶儀表的個(gè)數(shù)不同。
1系統(tǒng)功能
基于PROFIBUS-DP的電能管理與電力監(jiān)控系統(tǒng)，上位機(jī)軟件為ACREL-3000電力監(jiān)控組態(tài)軟件。通過該軟件進(jìn)行組態(tài)，可以在上位機(jī)界面上實(shí)現(xiàn)隊(duì)所有電參量的實(shí)時(shí)顯示，如I、U、P、Q、kWh等，圖4所示為本系統(tǒng)的電能管理及電力監(jiān)控系統(tǒng)主界面。
ACREL-3000還可以實(shí)現(xiàn)主要電力參數(shù)的實(shí)時(shí)運(yùn)行曲線、歷史趨勢曲線等繪制，如圖5所示。另外，ACREL-3000還具有強(qiáng)大的報(bào)警功能、報(bào)表功能、查詢功能、打印功能等。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫可以將歷史記錄保留3年以上。
通過ACREL3000界面還可以實(shí)現(xiàn)對PROFIBUS各從站的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)采集和顯示，比如：總線參數(shù)、從站狀態(tài)、主站模式、看門狗、組態(tài)信息以及從站診斷數(shù)據(jù)等。對于系統(tǒng)的檢修和維護(hù)也起到非常方便的指導(dǎo)作用。
2結(jié)束語
該系統(tǒng)采用安裝了CP5611通信板卡的工控機(jī)作為PROFIBUS主站，使用多種方法將電力監(jiān)控儀表集成到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中。調(diào)試結(jié)果表明：上位機(jī)主站能夠按時(shí)間每隔1s輪流對各個(gè)電力監(jiān)控儀表進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，運(yùn)行通信情況良好。
理論上來說，一個(gè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的較高傳輸速率可達(dá)12Mb/s，一個(gè)網(wǎng)段可帶32個(gè)從站，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可帶126個(gè)從站。這里每個(gè)DP從站（200系列PLC、ANYBUS網(wǎng)關(guān)、PB-B-MODBUS總線橋）根據(jù)自身情況帶若干個(gè)儀表，一個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所帶儀表的數(shù)量是非常之大的，相對于由通信擴(kuò)展卡或通信服務(wù)器組成的MODBUS系統(tǒng)來說，同樣數(shù)量的儀表組網(wǎng)，可以節(jié)省大量硬件組網(wǎng)設(shè)備。
根據(jù)系統(tǒng)提供的組網(wǎng)方法，不僅能將工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)與電能管理電力監(jiān)控系統(tǒng)集成為一體，而且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有現(xiàn)場總線系統(tǒng)的智能化管理，具有很高的**性，還可以節(jié)約大量的硬件成本。






參考文獻(xiàn)：
[1].任致程 周中. 電力電測數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007. 4

[2].周中等編著. 智能電網(wǎng)用戶端電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng)產(chǎn)品選型及解決方案[M]. 北京. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2011.10





江蘇安科瑞電器制造有限公司（生產(chǎn)中心）專注于智能電力監(jiān)控儀表,智能馬達(dá)控制器、電量傳感器、導(dǎo)軌式安裝電表、火災(zāi)監(jiān)控裝置、數(shù)顯繼電器、電力監(jiān)控系統(tǒng)、能耗監(jiān)測系統(tǒng)等

• 詞條

  詞條說明

• 電力監(jiān)控系統(tǒng)在安徽省立醫(yī)院的應(yīng)用

  安科瑞 陳靜燕 江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405 摘要：基于目前科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，人們對電力資源的依賴越來越廣泛，而現(xiàn)階段國內(nèi)電力系統(tǒng)的運(yùn)營成本還相對較高，因此完善電力系統(tǒng)各方面的工作已經(jīng)勢在必行。電力監(jiān)控系統(tǒng)在整個(gè)電力系統(tǒng)中具有重要的作用，它能夠有力的促進(jìn)電網(wǎng)管理工作效率，降低電力系統(tǒng)的運(yùn)營成本，本文通過安徽省立醫(yī)院電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用介紹電力監(jiān)控系統(tǒng)在醫(yī)院中的應(yīng)用。 關(guān)鍵字：

• 剩余電流電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)原理及安裝注意事項(xiàng)

  安科瑞 陳靜燕 江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇 江陰 214405 1 電氣火災(zāi)的防范 為了預(yù)防和減少電氣火災(zāi)，應(yīng)在線監(jiān)測220/380 V供電線路的絕緣狀態(tài)，可以使用電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行漏電檢測并實(shí)施報(bào)警。電氣線路或電氣設(shè)備一旦漏電并**過額定值時(shí)，報(bào)警器立即發(fā)出聲光報(bào)警信號并顯示漏電電流大小。從發(fā)生接地電弧到引起火災(zāi)以至火勢蔓延，需要一段時(shí)間，這有足夠時(shí)間去檢查并排除故障提前預(yù)報(bào)，能有效地避

• 開關(guān)柜智能測控裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用

  安科瑞 陳靜燕 江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405 0 引言 開關(guān)柜一般有斷路器(負(fù)荷開關(guān))、隔離刀閘、接地刀閘等一次開關(guān)設(shè)備。在運(yùn)行或調(diào)試中，監(jiān)測這些一次開關(guān)設(shè)備狀態(tài)是至關(guān)重要的。在傳統(tǒng)的開關(guān)柜上，一般使用信號燈來指示這些狀態(tài)的，這樣做顯示不直觀，且接線不方便。開關(guān)柜智能測控裝置將一次設(shè)備狀態(tài)顯示與開關(guān)柜的一次方案圖相結(jié)合，LED顯示器件置于一次方案圖中設(shè)備符號所處位置，電路狀

• 諧波治理的必要性及案例分析

  安科瑞 陳靜燕 江蘇安科瑞電器制造有限公司 江陰 214405 1 引言 隨著科技發(fā)展，電子產(chǎn)品大量應(yīng)用，電網(wǎng)中諧波大量產(chǎn)生，作為設(shè)計(jì)人員需要了解諧波的成因及危害，以便較好地防御及治理，提高電能質(zhì)量。 近年來，電氣產(chǎn)品行業(yè)出于節(jié)能和生產(chǎn)的需要，積極運(yùn)用新技術(shù)，大量地運(yùn)用了可控變流裝置、變頻調(diào)速裝置等非線性負(fù)荷設(shè)備。其所產(chǎn)生的諧波問題直接影響到了公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量，已引起人們的廣泛重視。 2 諧波