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1、引言
隨著能源的日益緊張，國(guó)家頒布了很多有關(guān)節(jié)能減排的法律法規(guī)，各行各業(yè)都采取了相應(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(duì)節(jié)能效果進(jìn)行考核。基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的電能管理與電力監(jiān)控系統(tǒng)，可有效降低工礦企業(yè)的能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)電，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，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。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通訊接口電能管理與電力監(jiān)控儀表產(chǎn)品，PROFIBUS主站可以直接對(duì)各個(gè)電力儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等，傳輸速率高，具有很好的實(shí)用性和可行性。
2、系統(tǒng)構(gòu)成
基于PROFIBUS電能管理與電力監(jiān)控系統(tǒng)可分為三層: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。典型的系統(tǒng)構(gòu)架圖，如下圖所示。
基于PROFIBUS電能管理與電力監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)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(xiàn)，集成具有通信功能的智能線(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)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Acrel-3000電力監(jiān)控組態(tài)軟件開(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(xiàn)、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。
基于PROFIBUS協(xié)議測(cè)量與控制裝置、功能—覽表
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產(chǎn)品名稱(chēng) |
產(chǎn)品型號(hào) |
基本功能 |
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可編程數(shù)顯智能表 |
PZ80-E4/CP |
測(cè)量有功能電能（EPI/EPE）、無(wú)功電能（EQL/EQC）、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、以及三相電壓、三相電流、頻率。面框尺寸：80mm*80mm 開(kāi)孔尺寸：76mm*76mm |
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可編程數(shù)顯智能表 |
PZ96-E4/CP |
測(cè)量有功能電能（EPI/EPE）、無(wú)功電能（EQL/EQC）、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、以及三相電壓、三相電流、頻率。面框尺寸：96mm*96mm 開(kāi)孔尺寸：88mm*88mm |
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網(wǎng)絡(luò)多功能電力儀表 |
ACR220E/CP |
集成全部電力參數(shù)的測(cè)量（如單相或三相的電流、電壓、有功、無(wú)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。面框尺寸：96mm*96mm 開(kāi)孔尺寸：88mm*88mm |
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網(wǎng)絡(luò)多功能電力儀表 |
ACR220EL/CP |
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網(wǎng)絡(luò)多功能電力儀表 |
ACR320E/CP |
集成全部電力參數(shù)的測(cè)量（如單相或三相的電流、電壓、有功、無(wú)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。面框尺寸：120mm*120mm 開(kāi)孔尺寸：108mm*108mm |
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ACR諧波儀表 |
ACR230ELH/CP |
三相交流電量測(cè)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。面框尺寸：96mm*96mm 開(kāi)孔尺寸：88mm*88mm |
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ACR諧波儀表 |
ACR330ELH/CP |
三相交流電量測(cè)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。面框尺寸：120mm*120mm 開(kāi)孔尺寸：108mm*108mm |
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馬達(dá)保護(hù)器 |
ARD2F+CP |
對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的起動(dòng)超時(shí)、過(guò)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)。 |
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配電線(xiàn)路過(guò)負(fù)荷監(jiān)控裝置 |
ACM3+CP |
適用于突然斷電比過(guò)負(fù)荷造成的損失更大的配電線(xiàn)路，其過(guò)負(fù)載保護(hù)應(yīng)作用于信號(hào)而不應(yīng)作用于切斷電路的場(chǎng)合。并具有三相電流、電壓、功率、漏電、頻率等電參數(shù)測(cè)量功能。 |
3、系統(tǒng)功能
基于PROFIBUS電能管理與電力監(jiān)控系統(tǒng)，上位機(jī)軟件采用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)對(duì)所有電參量的實(shí)時(shí)顯示，如電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、電能等。
Acrel-3000可以實(shí)現(xiàn)主要電力參數(shù)的實(shí)時(shí)運(yùn)行曲線(xiàn)、歷史趨勢(shì)曲線(xiàn)等的繪制
另外，Acrel-3000還具有強(qiáng)大的報(bào)警功能、查詢(xún)功能、打印功能等。
通過(guò)Acrel-3000界面，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)PROFIBUS各從站的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)采集和顯示，如總線(xiàn)參數(shù)、從站狀態(tài)、主站模式、看門(mén)狗、組態(tài)信息以及從站診斷數(shù)據(jù)等。對(duì)系統(tǒng)的檢修和維護(hù)也起到非常方便的指導(dǎo)作用。
4、結(jié)束語(yǔ)
該系統(tǒng)采用西門(mén)子PLC作為一類(lèi)主站，并安裝了CP5611通信板卡的工控機(jī)作為二類(lèi)主站。調(diào)試結(jié)果表明：上位機(jī)主站能夠按時(shí)間間隔0.5s輪流對(duì)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。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(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的智能化管理，具有很高的先進(jìn)性，還可以節(jié)約硬件成本。
參考文獻(xiàn)
[1] 上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊(cè).2010.08版
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