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基于PROFIBUS總線的電能監(jiān)控管理系統(tǒng)

2011年03月17日 15:31:18人氣：874來源：

上海安科瑞電氣股份有限公司

朱芳

1 概述

PROFIBUS是一種有廣泛應(yīng)用范圍的、開放的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，適合于快速、時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用和復(fù)雜的通信任務(wù)，特別適用于工廠自動化和過程自動化領(lǐng)域。PROFIBUS是工業(yè)控制領(lǐng)域中的主流現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，2000年成為IEC61158現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一。在2006年, PROFIBUS成為中國*個(gè)工業(yè)通訊領(lǐng)域現(xiàn)場總線技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T20240-2006。

PROFIBUS-DP是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速通信連接，是專門為自動控制和設(shè)備級分散I/O之間的通信設(shè)計(jì)的，可用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率高達(dá)12Mbps。上海安科瑞致力于智能配電系統(tǒng)自動化設(shè)備研發(fā)、制造，自主研發(fā)一系列帶有PROFIBUS-DP通訊接口配電產(chǎn)品，并可提供基于PROFIBUS總線的整套組網(wǎng)方案及系統(tǒng)集成。

據(jù)PROFIBUS的用戶組織PI市場調(diào)查，在德國和歐洲市場中PROFIBUS占開放性工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的市場超過40%。PROFIBUS近20年中的安裝節(jié)點(diǎn)數(shù)已超過2800萬，專家預(yù)測，到2012年P(guān)ROFIBUS安裝節(jié)點(diǎn)數(shù)將突破5000萬大關(guān)。

PROFIBUS協(xié)議主要優(yōu)勢有：12M的通信速率和可靠的通信質(zhì)量，適用多種通信介質(zhì)，靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持線型、樹型、環(huán)型結(jié)構(gòu)及冗余的通信模型，強(qiáng)大的通信功能，支持基于總線的驅(qū)動技術(shù)和符合IEC61508 的總線安全通信技術(shù)，*的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等。

PROFIBUS總線可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電力控制、交通領(lǐng)域、汽車制造、樓宇自動化、煙草行業(yè)、工程機(jī)械、石油化工、冶金采礦等領(lǐng)域。

2 PLC為主站的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)

基于PROFIBUS現(xiàn)場總線信息化電能管理系統(tǒng)可有效降低工礦企業(yè)、基建和商業(yè)大樓的能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)電，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?；赑ROFIBUS電能管理系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)分為三層:現(xiàn)場設(shè)備層、PLC數(shù)據(jù)處理層以及運(yùn)行監(jiān)控層。系統(tǒng)構(gòu)架見圖1。

圖1 基于PROFIBUS電能管理系統(tǒng)構(gòu)架圖

2.1、現(xiàn)場控制層

現(xiàn)場控制層由現(xiàn)場智能設(shè)備、現(xiàn)場智能儀表、遠(yuǎn)程I/O 和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。在現(xiàn)場設(shè)備層，通過PROFIBUS總線，集成具有通信功能的智能線路保護(hù)設(shè)備、電機(jī)驅(qū)動控制設(shè)備以及ET200S數(shù)據(jù)采集與控制裝置等。如西門子的軟起動器、變頻器，安科瑞的ACR系列多功能網(wǎng)絡(luò)儀表、ACR系列諧波儀表及ARD系列智能電動機(jī)保護(hù)器等。

2.2 PLC數(shù)據(jù)處理層

PLC數(shù)據(jù)處理層位于現(xiàn)場設(shè)備層和運(yùn)行監(jiān)控中心層之間，主要完成上下層之間的網(wǎng)絡(luò)連接轉(zhuǎn)換和信息的處理交換。通過PROFIBUS現(xiàn)場總線，把采集的數(shù)據(jù)傳送到PLC數(shù)據(jù)處理層，對數(shù)據(jù)作規(guī)范化預(yù)處理，處理的數(shù)據(jù)與時(shí)標(biāo)相對應(yīng)，并可在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中儲存一周。PLC獲取和處理的數(shù)據(jù)有選擇性地上傳到控制中心，以便于集中監(jiān)視現(xiàn)場工況信息；同時(shí)，下達(dá)來自于控制中心的遙控和遙調(diào)信息給現(xiàn)場設(shè)備層的各類智能設(shè)備及儀表。通過組態(tài)編程，PLC能夠自動控制現(xiàn)場設(shè)備層的智能設(shè)備。

2.3 運(yùn)行監(jiān)控層

運(yùn)行監(jiān)控層由高速工業(yè)以太網(wǎng)以及連接在總線上的擔(dān)任監(jiān)控任務(wù)的工作站或顯示操作站、工程師站、PLC/DCS 控制器組成。監(jiān)控中心軟件由WinCC開發(fā)出友好的人機(jī)界面。配電實(shí)時(shí)工況信息以曲線、表格以及參數(shù)化處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，也可顯示整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)對重要的信息進(jìn)行存盤歸檔，同時(shí)，提供靈活豐富的報(bào)表功能，用戶可以依據(jù)實(shí)際需求靈活自定義報(bào)表。

2.4系統(tǒng)特點(diǎn)

2.4.1增加了從電源設(shè)備到各類終端負(fù)載電能消耗透明度，優(yōu)化運(yùn)行成本。

2.4.2可依據(jù)電能需求模式和要求，更，有效和經(jīng)濟(jì)地購買電能。

2.4.3采用分析診斷，定向服務(wù)/維護(hù)等手段，優(yōu)化開關(guān)設(shè)備的性能和用電負(fù)荷。

2.4.4系統(tǒng)為開放式和模塊化結(jié)構(gòu)，故系統(tǒng)的集成，組態(tài)，擴(kuò)展更靈活。

3 安科瑞Acrel-3000軟件簡介

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2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3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Acrel-3000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。

圖2 Acrel-3000電力監(jiān)控/電能計(jì)量管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集監(jiān)控界面

圖3 Acrel-3000實(shí)時(shí)曲線界面

4 帶PROFIBUS-DP協(xié)議的電力儀表

大量應(yīng)用于現(xiàn)場控制層的電力儀表分兩類，即測控儀表和保護(hù)儀表，具體型號、功能見下表。

產(chǎn)品分類	產(chǎn)品名稱	型號	外形規(guī)格	基本功能
測控儀表	可編程數(shù)顯智能表	PZ80-E4/CP	80 方形	測量有功能電能（EPI/EPE）、無功電能（EQL/EQC）、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、以及三相電壓、三相電流、頻率。
	可編程數(shù)顯智能表	PZ96-E4/CP	96方形
	網(wǎng)絡(luò)多功能電力儀表	ACR220E/CP	96方形	集成全部電力參數(shù)的測量（如單相或三相的電流、電壓、有功、無功、視在功率、頻率、功率因數(shù)），以及全面的電能計(jì)量和考核管理，同時(shí)具有遙信、遙控功能。
	網(wǎng)絡(luò)多功能電力儀表	ACR220EL/CP	96方形
	網(wǎng)絡(luò)多功能電力儀表	ACR320E/CP	42 方形
	ACR諧波儀表	ACR230ELH/CP	96 方形	三相交流電量測量、復(fù)費(fèi)率電能計(jì)量、四象限電能計(jì)量、諧波分析、電網(wǎng)質(zhì)量分析、遙信、遙控、電網(wǎng)波形實(shí)時(shí)跟蹤顯示及SOE事件記錄等功能。
	ACR諧波儀表	ACR330ELH/CP	42 方形
保護(hù)裝置	馬達(dá)保護(hù)器	ARD2F+CP	分體式	對電動機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的起動超時(shí)、過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、外部故障等多種情況進(jìn)行保護(hù)。
保護(hù)裝置	配電線路過負(fù)荷監(jiān)控裝置	ACM3+CP	分體式	適用于突然斷電比過負(fù)荷造成的損失更大的配電線路，其過負(fù)載保護(hù)應(yīng)作用于信號而不應(yīng)作用于切斷電路的場合。并具有三相電流、電壓、功率、漏電、頻率等電參數(shù)測量功能。

5 報(bào)價(jià)方案

5.1硬件

單位：元（RMB）

名稱	型號	單位	面價(jià)
工作站主機(jī)	DELL工作站主機(jī) i5 /1G/160G+鍵鼠	臺	6500
顯示器	DELL 19寸寬屏液晶顯示器	臺	1500
系統(tǒng)軟件	Microsoft Windows XP SP3	套	1250
打印機(jī)	HP P1007激光打印機(jī)	臺	1550
以太網(wǎng)交換機(jī)	H3C 3C16470	臺	1750
UPS電源	SANTACK C1KS/1KVA 待機(jī)30分鐘塔式	臺	3000
串口服務(wù)器	MOXA NPORT5610-8 RS232接口×8	臺	7300
串口服務(wù)器	Korenix JetPort5604i RS485接口×4帶隔離	只	7800
串口服務(wù)器附件	連接線RJ45TODB9MADAPTER（公）	根	50
通訊前置機(jī)	MOXA DA660-8-Lx （8端口）	臺	10500
通訊前置機(jī)	Korenix JetBox 3300 （2端口）	臺	5400
擴(kuò)展卡	MOXA CP134U-I	塊	3470
協(xié)議轉(zhuǎn)換隔離器	泓格 I-7520R	套	550
開關(guān)電源	華力 KDYA-DG75-24	只	350
通訊機(jī)柜	K2200 規(guī)格：2200（高）×600（寬）×600（進(jìn)深）	套	2850
	K1200 規(guī)格：1200（高）×600（寬）×600（進(jìn)深）	套	2000
	K500 規(guī)格： 600（高）×500（寬）×200（進(jìn)深）	套	1000

5.2軟件

單位：元（RMB）

名稱	型號	單位	面價(jià)	備注
Acrel-3000監(jiān)控組態(tài)軟件V6.0	系統(tǒng)組態(tài)軟件圖形組態(tài)軟件電能管理軟件數(shù)據(jù)庫軟件	套	3萬	設(shè)備數(shù)量1～10
			4萬	設(shè)備數(shù)量10～20
			6萬	設(shè)備數(shù)量21～40
			8萬	設(shè)備數(shù)量41～80
			10萬以上	設(shè)備數(shù)量80以上
雙機(jī)版		套		單機(jī)價(jià)格×1.5
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)	每+1用戶	套	3000
Web發(fā)布	每+1用戶（總用戶數(shù)≤5）	套	5000

5.3儀表

單位：元（RMB）

6 結(jié)束語

根據(jù)系統(tǒng)提供的組網(wǎng)方法，不僅能將工業(yè)自動化控制系統(tǒng)與電能管理系統(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。基于PROFIBUS-DP總線的電力儀表，已2010年7月通過PROFIBUS Nutzerorganisation e.V.委托試驗(yàn)，并合格。產(chǎn)品在宿遷自來水廠、羅涇礦碼頭等項(xiàng)目中運(yùn)行，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸智能配電系統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場總線

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基于PROFIBUS總線的電能監(jiān)控管理系統(tǒng)

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