智能抄电表系统

    更新时间:2024-09-17 浏览数:383
    发货地址:江苏省无锡江阴市南闸街道南闸村  
    产品数量:9999.00个
    价格:面议

    基于PROFIBUS-DP的电能管理及电力监控系统 安科瑞鲍静君

      摘 要:设计了基于PROFIBUS—DP的电能管理及电力监控系统,描述了该系统的结构组成和实现原理,给出了主站和串口电力仪表从站通信的实现方法,解决了主从站通信程序设计中的关键问题,验证了系统的通信性能和可行性。

      关键词:PROFIBUS;PLC,总线桥,网关,电力监控仪表,工业通信。

      0 引言

      随着能源的日渐紧张,国家出台了很多有关节能减排的法律法规,各行各业都在采取了相应的节能措施,各制造行业的工厂企业也采用了电能管理及电力监控系统对节能效果进行考核。

      相对于MODBUS通信而言,PRFOBUS通信存在着诸多优点,比如高通信速率(*高可达12Mbit/s)、实时性、可靠性、易扩展、易维护性等,很多工厂、企业现存的生产控制自动化网络大都采用现场总线控制系统,PROFIBUS网络是其中应用*多的一种现场总线,因此,很多工厂企业希望能将电能管理及电力监控系统也集成到PROFIBUS-DP自动化网络中,而不是单独进行MODBUS组网。但由于目前存在的大多数智能电力监控仪表都是基于MODBUS通信的,那么如何把现存的不带DP接口的串口仪表设备连接到总线上组成DP网络就成为一个亟待解决的问题。

      本文设计了基于串口通信的电力监控及多功能网络电力仪表,给出了基于PROFIBUS-DP通信的智能电力监控及电能管理系统的解决方案。系统中采用了三种方法将基于MODBUS-RTU通信的智能电力监控仪表集成到PROFIBUS-DP网络中。

      本文介绍的组网方法,不但硬件成本比较低、安装方便,而且编程简单,主站可以直接对各个电力仪表进行数据采集、远程控制等,传输速率较快,有很好的实用性和可行性。

      1 系统构成

      本系统采用安装了CP5611通信板卡的工控机作为通信主站,S7-200 PLC CPU222、ANYBUS网关、PB-B-MODBUS总线桥分别作为PROFIBUS-DP网络的三个从站,每个从站又与电力监控仪表组成一个子网,如图1所示。系统中同时也可以连接其他的PROFIBUS-DP从站设备。

      图1 系统结构示意图

      CPU 222 PLC通过EM277 DP模块接入到PROFIBUS-DP网络,作为PROFIBUS-DP网络的从站,同时CPU222 PLC又作为一个主站与电力监控仪表组成一个子网,电力监控仪表作为子网的从站,主从站之间采用自由口通信方式。

      同样,对于PB-B-MODBUS总线桥来说,作为PROFIBUS-DP网络从站的同时,又作为MODBUS子网的主站与电力监控仪表组成MODBUS网络。ANYBUS网关工作原理与PB-B-MODBUS总线桥的工作原理相似,它在该系统中同样既做PROFIBUS-DP网络从站,又作为MODBUS子网的主站与我公司电力监控仪表组成MODBUS网络。

      1.1 PLC自由口通信子网

      PLC作为PROFIBUS网络的一个从站,其自身功能非常强大,不但可以通过主站对连接到从站PLC I/O点上的各种I/O量进行采集和控制,而且PLC本身就可以构成一个子网,比如MPI网络,自由口通信网络等。而且可以扩展以太网接口模块将整个网络接入以太网,扩展AS-I接口模块,将系统接入ASI-I网络等。对于工业控制场合,该网络应用范围是非常广泛的。

      PLC作为自由口通信网络的主站,通过对PLC进行自由口通信编程,实现PLC与电力监控仪表间的MODBUS通信。利用西门子公司提供的库函数MBUS_CTRL和MBUS_MSG可以简单方便地实现MODBUS通信,如图2、图3所示。

      图2 自由口通信程序图网络1

      

      图3 自由口通信程序图网络2

      该系统中PLC模式为1时进行自由口通信,模式为0时进行PPI协议,波特率为9600,奇偶校验为无校验,仪表读取地址为40038,读取6个数据单元。

      1.2网关、总线桥工作原理及配置

      对于总线桥来说,一方面,CPU通过对PROFIBUS通信协议芯片的控制实现PROFIBUS的通信,在RAM中建立PROFIBUS通信数据缓冲区。另一方面,通过MODBUS协议实现和电力监控仪表的通信,同样在RAM中建立MODBUS通信数据缓冲区。CPU通过两个通信缓冲区的数据交换,实现PROFIBUS到MODBUS的通信。

      由于总线桥自身不具备控制功能,必须通过DP主站进行控制。DP主站通过对其控制字的设置,来控制总线桥作为RS485网络主站对其各从站的发送接收模式,通过监控其状态字来实现数据发送接收状态的监控。PROFIBUS数据区与RS485数据报文格式对照关系如表1所示。

      表1 PROFIBUS数据区与RS485接收报文对照表

      PROFIBUS映射地址 长度 RS485报文格式

      IB0 1字节 该字节用来存储接收报文长度

      IB1 1字节 该字节为通信状态字

      IB2至以后 若干 接收数据缓冲区

      QB0 1字节 该字节用来存储发送报文长度

      QB1 1字节 该字节为通信控制字

      QB2至以后 若干 发送数据缓冲区

      该系统的DP主站是通信板卡,不能直接在S7-STEPV5.4中编写PLC程序对总线桥进行控制,只能通过在上位机ACREL-3000软件中编写脚本程序完成对PB-B-MODBUS总线桥状态字的读取和控制字的读写和通信。

      ANYBUS网关和PB-B-MODBUS总线桥实现原理基本相同,均是在转换模块的RAM中建立了PROFIBUS 到MODBUS 映射数据区,由软件实现PROFIBUS 和MODBUS 协议转换及数据交换。但ANYBUS网关自身带有配置软件,数据映射配置实现起来相对简单。

      不管是总线桥还是网关,由于受协议转换设备其自身映像数据存储区大小的限制,根据所要采集电参量的多少,可带仪表的个数不同。

      2 系统功能

      基于PROFIBUS-DP的电能管理与电力监控系统,上位机软件为ACREL-3000电力监控组态软件。通过该软件进行组态,可以在上位机界面上实现队所有电参量的实时显示,如I、U、P、Q、kWh等,图4所示为本系统的电能管理及电力监控系统主界面。

      图4 ACREL-3000电力监控/电能计量管理系统实现实时采集监控界面

      ACREL-3000还可以实现主要电力参数的实时运行曲线、历史趋势曲线等绘制,如图5所示。另外,ACREL-3000还具有强大的报警功能、报表功能、查询功能、打印功能等。强大的数据库可以将历史记录保留3年以上。

      图5 ACREL-3000 实时曲线界面

      通过ACREL3000界面还可以实现对PROFIBUS各从站的网络参数采集和显示,比如:总线参数、从站状态、主站模式、看门狗、组态信息以及从站诊断数据等。对于系统的检修和维护也起到非常方便的指导作用。

      3 结束语

      该系统采用安装了CP5611通信板卡的工控机作为PROFIBUS主站,使用多种方法将电力监控仪表集成到PROFIBUS-DP网络中。调试结果表明:上位机主站能够按时间每隔1s轮流对各个电力监控仪表进行采集数据,运行通信情况良好。

      理论上来说,一个PROFIBUS网络的*高传输速率可达12Mb/s,一个网段可带32个从站,一个网络可带126个从站。这里每个DP从站(200系列PLC、ANYBUS网关、PB-B-MODBUS总线桥)根据自身情况带若干个仪表,一个系统网络所带仪表的数量是非常之大的,相对于由通信扩展卡或通信服务器组成的MODBUS系统来说,同样数量的仪表组网,可以节省大量硬件组网设备。

      根据系统提供的组网方法,不仅能将工业自动化控制系统与电能管理电力监控系统集成为一体,而且整个网络具有现场总线系统的智能化管理,具有很高的性,还可以节约大量的硬件成本。

      文章来源于:《低压电器》2009年14期。

      参考文献

      [1] 上海安科瑞电气有限公司.ACR系列网络多功能电力仪表[G].2008

      [2] 任致程,周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[M]. 北京:中国电力出版社. 2007.

      [3] 王永华,Andy Verwer. 现场总线技术及应有教程——从PROFIBUS到AS-i[M].北京:机械工业出版社,2006.


    变配电监控系统在上海某医院病房新建工程中的应用 安科瑞鲍静君

      摘 要:介绍一种在10/0.4KV配电系统中,加装智能电力仪表和变配电监控系统,对于主要回路的电压、电流、频率、功率因数、有功电能等电参量和开关信号进行实时采集;经组网远传至后台,从而实现对低压配电系统的电力状态实时监控和能耗监测。

      关键词:变配电监控系统;Acrel-3000 型;RS485通讯;能耗监测

      0 概述

      上海某医院病房楼是一幢医用建筑,建筑面积约为2万平方米。根据配电系统管理和能耗监测的要求,需要对楼内的高压进线、低压配出线和各楼层内配电箱进行电力监控,以保证用电的安全、。

      Acrel-3000型低压智能配电系统,利用现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的*新发展,对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网,通过计算机和通讯网络,将分散的现场设备连接为一个有机的整体,实现远程监控和集中管理。

      1 配电监控系统构成

      本系统采用分层分布式计算机网络结构即现场设备层、网络通讯层和站控管理层如图1所示。

    图1 系统拓扑结构

      现场设备主要的设备为:多功能网络电力仪表、开关量、模拟量采集模块和智能断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内,这些装置均采用RS485通讯接口,通过现场MODBUS总线组网通讯,实现数据现场采集。

      网络通讯层主要为:通讯服务器,其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集,同时远传至站控层,完成现场层和站控层之间的数据交互。

      站控管理层:设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上,集中采集显示现场设备运行状况,以人机交互的形式显示给用户,同时用户可以通过系统软件发送指令至现场设备,实现远程遥控功能。

           以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议,RS485采用屏蔽线传输,一般都采用二根连线,接线简单方便;通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据,数据*高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗噪声干扰能力增强,总线上允许连接多达32个设备,*大传输距离为1.2km。

           2 监控系统的主要功能

      电力监控计算机通过现场设备和通信系统提供的传输通道,完成对各回路电力参数的数据采集,信息经分析、处理,以报表等多种形式供值班员参考,使值班员能够便捷的掌握供电系统的运行状况,包括相关设备的运行状况。

      2.1 运行信息与保护信息采集

      系统采集来自智能测控单元装置送来的参数,所有信息低压主进、母联和出线的遥测信号。包括每个回路的电压、电流、有功功率 、无功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能和各种告警信息等。

      2.2 人机操作界面

    系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。可按照配电所显示配电系统设备状态及相应实时运行参数。

    系统软件提供功能齐全的图形编辑软件,用户可以根据实际情况和以往习惯自行定各种图元图形及设备在各种状态下的显示方式。

    包括如下功能特征:

    全图形方式编辑的图形画面具有多种显示特性,用户可以非常直观、方便地编辑、定位、查看有关信息和内容。

    提供画面管理工具,可联想相关调用、重要画面快速调用、画面文件索引选择、事故自动调用画面。

    提供多种数值显示手段,数值可用棒图显示、曲线显示,并可根据数值状态和系统状态由用户根据需要和习惯自行定义闪烁、变色及置上特殊符号以便区分包括遥测在内的各种数据的正常、越上限、越下限等情况。

    屏幕显示:中文液晶显示,可选择图形颜色、闪烁、动画等手段充分表示工况图及操作画面、配电系统实用参数表格、各类操作票及报表、事故及故障报警显示、测控及保护单元运行工况显示等电力运行状况;画面显示响应时间1s。见图2。

    图2 配电系统图

      2.3 统计分析、报表、打印

      时、日、月、年用电量统计;用户自定义报表格式和计算方法;所有报表的定时打印、召唤打印、和事件记录打印;数据库实时和历史记录保留2年以上;对各电气设备和系统运行参数进行汇总统计,并根据用户要求生成各类报表,包括:分时、日、月、季度和年度报表;见图3。

    图3 电参量汇总表

      各设备参数和*值统计报表;全系统运行统计报表等对于事件记录、报警和数据报表,可设置为定时和根据需要的召唤打印。

      能源统计报表及打印,对能源消耗进行汇总统计,并根据用户要求生成各类报表,包括:分时、日、月、季度和年度报表;能耗统计报表,日、月、年的有功/无功电能的统计,并按用户常规格式输出电能报表,实现人工抄表到自动报表,可设置为定时和根据需要的召唤打印,见图4。

    图4 电能报表

      2.4 历史记录与趋势分析

      系统收集各监测控制与管理装置的实时数据并存储在一个开放式数据库中予以保存,系统可保存长时段(多年)的历史记录。系统可以标准和设定文件格式随时调用和打印上述历史数据。

      根据历史数据记录可进行各参数的年度、月度和日变化和实时数据趋势分析,进行分类和综合比较分析,为业务流程优化和设备设施使用优化提供依据,见图5。

     

    图5 电流趋势曲线图

      2.5 系统安全

      本系统软件设置多达几百种密码分区和密级设置,为系统管理员、工程师、值长、一般值班操作人员等提供分级密码,并对所有操作自动进行带时标事件记录,可建立良好的反事故措施,见图6。

     

    图6 用户权限管理

      2.6 故障分析与设备维护管理

      系统依据带时标的事件记录和波形记录可进行故障和事件的成因分析;另外,系统统计开关等设备的状态参数和累积寿命参数,可据此提出设备维护预告;见图7。

      

    图7 事件记录

      2.7 保护信息管理

      管理保护定值和保护动作信息,提供有关查询。

      2.8 其他功能

      其它日常管理,如运行记录及交接班记录管理,设备运行状态、缺陷、维修记录管理、规章制度等。管理功能满足用户要求,适用、方便、资源共享。各种文档能存储、检索、编辑、显示、打印。

      2.9 系统自诊断功能

      本系统软件能在线诊断各软件和硬件的运行工况,当发现异常及故障时能及时显示和打印报警信息,并在运行工况图上用不同颜色区分显示。

      由于本系统设备有冗余配置,当系统发生软、硬件故障时,能自动切换到备用系统设备上运行。3 结束语

      随着社会的快速发展,用户对供配电自动化和智能化的要求越来越高,实现配电室的无人职守已经成为未来配电自动化发展的一个方向;ACREL-3000型变配电监控系统是解决供配电高质量运行的良好方案,运行表明,系统可靠、安全、稳定,并降低了设备运行成本,提高配电自动化质量。

      文章来源于:《上海仪器仪表》2010年3期。

      参考文献:

      【1】任致程、周中编着 电力电测数字仪表原理与应用指南,中国电力出版社 2007.4

     





    预付费电能管理系统-无锡电能管理系统-电能集抄系统-厂矿电能管理系统

    你可能感兴趣的产品