基于PROFIBUS總線的電能監(jiān)控管理系統(tǒng)

1 概述

PROFIBUS是一種有廣泛應(yīng)用范圍的、開(kāi)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(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(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，2000年成為IEC61158國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)之一。在2006年, PROFIBUS成為中國(guó)第一個(gè)工業(yè)通訊領(lǐng)域現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：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(shè)備級(jí)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(dòng)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(hù)組織PI市場(chǎng)調(diào)查，在德國(guó)和歐洲市場(chǎng)中PROFIBUS占開(kāi)放性工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的市場(chǎng)超過(guò)40%。PROFIBUS近20年中的安裝節(jié)點(diǎn)數(shù)已超過(guò)2800萬(wàn)，專(zhuān)家預(yù)測(cè)，到2012年P(guān)ROFIBUS安裝節(jié)點(diǎn)數(shù)將突破5000萬(wàn)大關(guān)。

PROFIBUS協(xié)議主要優(yōu)勢(shì)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(shù)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(dòng)技術(shù)和符合IEC61508 的總線安全通信技術(shù)，先進(jìn)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(chē)制造、樓宇自動(dòng)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(chǎng)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。基于PROFIBUS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(chǎng)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(jiàn)圖1。

圖1 基于PROFIBUS電能管理系統(tǒng)構(gòu)架圖

2.1、現(xiàn)場(chǎng)控制層

現(xiàn)場(chǎng)控制層由現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)智能儀表、遠(yuǎn)程I/O 和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，通過(guò)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(dòng)控制設(shè)備以及ET200S數(shù)據(jù)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(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(chǎng)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(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線，把采集的數(shù)據(jù)傳送到PLC數(shù)據(jù)處理層，對(duì)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(duì)應(yīng)，并可在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中儲(chǔ)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(chǎng)工況信息；同時(shí)，下達(dá)來(lái)自于控制中心的遙控和遙調(diào)信息給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的各類(lèi)智能設(shè)備及儀表。通過(guò)組態(tài)編程，PLC能夠自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)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(duì)重要的信息進(jìn)行存盤(pán)歸檔，同時(shí)，提供靈活豐富的報(bào)表功能，用戶(hù)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(lèi)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，更精確，有效和經(jīng)濟(jì)地購(gòu)買(mǎi)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(kāi)關(guān)設(shè)備的性能和用電負(fù)荷。

2.4.4系統(tǒng)為開(kāi)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(jiǎn)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(guò)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。