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1、引言
隨著能源的日益緊張，國家頒布了很多有關節能減排的法律法規，各行各業都采取了相應的節能措施，各制造行業的工廠企業也采用了電能管理及電力監控系統，對節能效果進行考核。基于PROFIBUS現場總線的電能管理與電力監控系統，可有效降低工礦企業的能源消耗，實現節能、節電，經濟運行。
PROFIBUS網絡是工業自動化系統中應用最多的一種現場總線，因此，很多工廠、企業希望能將電能管理及電力監控系統也集成到Profibus-DP自動化網絡中。安科瑞致力于智能配電系統自動化設備研發、制造，自主研發一系列帶有PROFIBUS-DP通訊接口電能管理與電力監控儀表產品，PROFIBUS主站可以直接對各個電力儀表進行數據采集、遠程控制等，傳輸速率高，具有很好的實用性和可行性。
2、系統構成
基于PROFIBUS電能管理與電力監控系統可分為三層:現場設備層、PLC數據處理層以及運行監控層。典型的系統構架圖，如下圖所示。
基于PROFIBUS電能管理與電力監控系統架構圖
2.1 現場控制層
現場控制層由現場智能設備、現場智能儀表、遠程I/O 和網絡設備構成。在現場設備層，通過PROFIBUS總線，集成具有通信功能的智能線路保護設備、電機驅動控制設備以及ET200S數據采集與控制裝置等。如西門子的軟起動器、變頻器，安科瑞的ACR系列多功能網絡儀表、ACR系列諧波儀表及ARD系列智能電動機保護器等。
2.2 PLC數據處理層
PLC數據處理層位于現場設備層和運行監控中心層之間，主要完成上下層之間的網絡連接轉換和信息的處理交換。通過PROFIBUS現場總線，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工況信息；同時，下達來自于控制中心的遙控和遙調信息給現場設備層的各類智能設備及儀表。通過組態編程，PLC能夠自動控制現場設備層的智能設備。
2.3 運行監控層
運行監控層由高速工業以太網以及連接在總線上的擔任監控任務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Acrel-3000電力監控組態軟件開發出友好的人機界面。配電實時工況信息以曲線、表格以及參數化處理后的數據進行顯示，也可顯示整個系統的數據。系統對重要的信息進行存盤歸檔，同時，提供靈活豐富的報表功能，用戶可以依據實際需求靈活自定義報表。
基于PROFIBUS協議測量與控制裝置、功能—覽表
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產品名稱 |
產品型號 |
基本功能 |
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可編程數顯智能表 |
PZ80-E4/CP |
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、以及三相電壓、三相電流、頻率。面框尺寸：80mm*80mm 開孔尺寸：76mm*76mm |
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可編程數顯智能表 |
PZ96-E4/CP |
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、以及三相電壓、三相電流、頻率。面框尺寸：96mm*96mm 開孔尺寸：88mm*88mm |
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網絡多功能電力儀表 |
ACR220E/CP |
集成全部電力參數的測量（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），以及全面的電能計量和考核管理，同時具有遙信、遙控功能。面框尺寸：96mm*96mm 開孔尺寸：88mm*88mm |
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網絡多功能電力儀表 |
ACR220EL/CP |
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網絡多功能電力儀表 |
ACR320E/CP |
集成全部電力參數的測量（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），以及全面的電能計量和考核管理，同時具有遙信、遙控功能。面框尺寸：120mm*120mm 開孔尺寸：108mm*108mm |
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ACR諧波儀表 |
ACR230ELH/CP |
三相交流電量測量、復費率電能計量、四象限電能計量、諧波分析、電網質量分析、遙信、遙控、電網波形實時跟蹤顯示及SOE事件記錄等功能。面框尺寸：96mm*96mm 開孔尺寸：88mm*88mm |
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ACR諧波儀表 |
ACR330ELH/CP |
三相交流電量測量、復費率電能計量、四象限電能計量、諧波分析、電網質量分析、遙信、遙控、電網波形實時跟蹤顯示及SOE事件記錄等功能。面框尺寸：120mm*120mm 開孔尺寸：108mm*108mm |
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馬達保護器 |
ARD2F+CP |
對電動機運行過程中出現的起動超時、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行保護。 |
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配電線路過負荷監控裝置 |
ACM3+CP |
適用于突然斷電比過負荷造成的損失更大的配電線路，其過負載保護應作用于信號而不應作用于切斷電路的場合。并具有三相電流、電壓、功率、漏電、頻率等電參數測量功能。 |
3、系統功能
基于PROFIBUS電能管理與電力監控系統，上位機軟件采用Acrel-3000電力監控組態軟件。通過該軟件進行組態，可以在上位機界面上實現對所有電參量的實時顯示，如電流、電壓、有功功率、無功功率、電能等。
Acrel-3000可以實現主要電力參數的實時運行曲線、歷史趨勢曲線等的繪制
另外，Acrel-3000還具有強大的報警功能、查詢功能、打印功能等。
通過Acrel-3000界面，還可以實現對PROFIBUS各從站的網絡參數采集和顯示，如總線參數、從站狀態、主站模式、看門狗、組態信息以及從站診斷數據等。對系統的檢修和維護也起到非常方便的指導作用。
4、結束語
該系統采用西門子PLC作為一類主站，并安裝了CP5611通信板卡的工控機作為二類主站。調試結果表明：上位機主站能夠按時間間隔0.5s輪流對各個電力監控儀表進行采集數據，運行通信情況良好。根據系統提供的組網方法，不僅能將工業自動化控制系統與電能管理電力監控系統集成為一體，而且整個網絡具有現場總線系統的智能化管理，具有很高的先進性，還可以節約硬件成本。
參考文獻
[1] 上海安科瑞電氣股份有限公司產品手冊.2010.08版
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