基于PROFIBUS總線(xiàn)的電能監控管理系統

1 概述

PROFIBUS是一種有廣泛應用范圍的、開(kāi)放的數據通信系統，適合于快速、時(shí)間要求嚴格的應用和復雜的通信任務(wù)，特別適用于工廠(chǎng)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域。PROFIBUS是工業(yè)控制領(lǐng)域中的主流現場(chǎng)總線(xiàn)標準，2000年成為IEC61158國際現場(chǎng)總線(xiàn)標準之一。在2006年, PROFIBUS成為中國第一個(gè)工業(yè)通訊領(lǐng)域現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)國家標準：GB/T20240-2006。

PROFIBUS-DP是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速通信連接，是專(zhuān)門(mén)為自動(dòng)控制和設備級分散I/O之間的通信設計的，可用于分布式控制系統的高速數據傳輸，其傳輸速率高達12Mbps。上海安科瑞致力于智能配電系統自動(dòng)化設備研發(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(xiàn)的整套組網(wǎng)方案及系統集成。

據PROFIBUS的用戶(hù)組織PI市場(chǎng)調查，在德國和歐洲市場(chǎng)中PROFIBUS占開(kāi)放性工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)系統的市場(chǎng)超過(guò)40%。PROFIBUS近20年中的安裝節點(diǎn)數已超過(guò)2800萬(wàn)，專(zhuān)家預測，到2012年P(guān)ROFIBUS安裝節點(diǎn)數將突破5000萬(wàn)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)，靈活的拓撲結構，支持線(xiàn)型、樹(shù)型、環(huán)型結構及冗余的通信模型，強大的通信功能，支持基于總線(xiàn)的驅動(dòng)技術(shù)和符合IEC61508 的總線(xiàn)安全通信技術(shù)，先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )規模等。

PROFIBUS總線(xiàn)可廣泛應用于工業(yè)控制、電力控制、交通領(lǐng)域、汽車(chē)制造、樓宇自動(dòng)化、煙草行業(yè)、工程機械、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現場(chǎng)總線(xiàn)信息化電能管理系統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)現節能、節電，經(jīng)濟運行?；赑ROFIBUS電能管理系統采用分層分布式設計思想，系統分為三層:現場(chǎng)設備層、PLC數據處理層以及運行監控層。系統構架見(jiàn)圖1。

圖1 基于PROFIBUS電能管理系統構架圖

2.1、現場(chǎng)控制層

現場(chǎng)控制層由現場(chǎng)智能設備、現場(chǎng)智能儀表、遠程I/O 和網(wǎng)絡(luò )設備構成。在現場(chǎng)設備層，通過(guò)PROFIBUS總線(xiàn)，集成具有通信功能的智能線(xiàn)路保護設備、電機驅動(dòng)控制設備以及ET200S數據采集與控制裝置等。如西門(mén)子的軟起動(dòng)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(dòng)機保護器等。

2.2 PLC數據處理層

PLC數據處理層位于現場(chǎng)設備層和運行監控中心層之間，主要完成上下層之間的網(wǎng)絡(luò )連接轉換和信息的處理交換。通過(guò)PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)，把采集的數據傳送到PLC數據處理層，對數據作規范化預處理，處理的數據與時(shí)標相對應，并可在數據緩沖區中儲存一周。PLC獲取和處理的數據有選擇性地上傳到控制中心，以便于集中監視現場(chǎng)工況信息；同時(shí)，下達來(lái)自于控制中心的遙控和遙調信息給現場(chǎng)設備層的各類(lèi)智能設備及儀表。通過(guò)組態(tài)編程，PLC能夠自動(dòng)控制現場(chǎng)設備層的智能設備。

2.3 運行監控層

運行監控層由高速工業(yè)以太網(wǎng)以及連接在總線(xiàn)上的擔任監控任務(wù)的工作站或顯示操作站、工程師站、PLC/DCS 控制器組成。監控中心軟件由WinCC開(kāi)發(fā)出友好的人機界面。配電實(shí)時(shí)工況信息以曲線(xiàn)、表格以及參數化處理后的數據進(jìn)行顯示，也可顯示整個(gè)系統的數據。系統對重要的信息進(jìn)行存盤(pán)歸檔，同時(shí)，提供靈活豐富的報表功能，用戶(hù)可以依據實(shí)際需求靈活自定義報表。

2.4系統特點(diǎn)

2.4.1增加了從電源設備到各類(lèi)終端負載電能消耗透明度，優(yōu)化運行成本。

2.4.2可依據電能需求模式和要求，更精確，有效和經(jīng)濟地購買(mǎi)電能。

2.4.3采用分析診斷，定向服務(wù)/維護等手段，優(yōu)化開(kāi)關(guān)設備的性能和用電負荷。

2.4.4系統為開(kāi)放式和模塊化結構，故系統的集成，組態(tài)，擴展更靈活。

3 安科瑞Acrel-3000軟件簡(jiǎn)介

基于PROFIBUS-DP的電能管理與電力監控系統，上位機軟件為Acrel-3000電力監控組態(tài)軟件。通過(guò)該軟件進(jìn)行組態(tài)，可以在上位機界面上實(shí)現隊所有電參量的實(shí)時(shí)顯示，如I、U、P、Q、kWh等，圖2所示為本系統的電能管理及電力監控系統主界面。