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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(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)，對節(jié)能效果進行考核。基于PROFIBUS現(xiàn)場總線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，實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)電，經(jīng)濟運行。
PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)自動化系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種現(xiàn)場總線，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自動化網(wǎng)絡(luò)中。安科瑞致力于智能配電系統(tǒng)自動化設(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主站可以直接對各個電力儀表進行數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等，傳輸速率高，具有很好的實用性和可行性。
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)場設(shè)備層、PLC數(shù)據(jù)處理層以及運行監(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)場控制層
現(xiàn)場控制層由現(xiàn)場智能設(shè)備、現(xiàn)場智能儀表、遠(yuǎn)程I/O 和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。在現(xiàn)場設(shè)備層，通過PROFIBUS總線，集成具有通信功能的智能線路保護設(shè)備、電機驅(qū)動控制設(shè)備以及ET200S數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)處理層
PLC數(shù)據(jù)處理層位于現(xiàn)場設(shè)備層和運行監(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PROFIBUS現(xiàn)場總線，把采集的數(shù)據(jù)傳送到PLC數(shù)據(jù)處理層，對數(shù)據(jù)作規(guī)范化預(yù)處理，處理的數(shù)據(jù)與時標(biāo)相對應(yīng)，并可在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中儲存一周。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)場工況信息；同時，下達(dá)來自于控制中心的遙控和遙調(diào)信息給現(xiàn)場設(shè)備層的各類智能設(shè)備及儀表。通過組態(tài)編程，PLC能夠自動控制現(xiàn)場設(shè)備層的智能設(shè)備。
2.3 運行監(jiān)控層
運行監(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Acrel-3000電力監(jiān)控組態(tài)軟件開發(fā)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(shù)化處理后的數(shù)據(jù)進行顯示，也可顯示整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)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(jù)實際需求靈活自定義報表。
基于PROFIBUS協(xié)議測量與控制裝置、功能—覽表
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產(chǎn)品名稱 |
產(chǎn)品型號 |
基本功能 |
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可編程數(shù)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(shù)、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(shù)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(shù)、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(wǎng)絡(luò)多功能電力儀表 |
ACR220E/CP |
集成全部電力參數(shù)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(shù)），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(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(shù)），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(fù)費率電能計量、四象限電能計量、諧波分析、電網(wǎng)質(zhì)量分析、遙信、遙控、電網(wǎng)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(fù)費率電能計量、四象限電能計量、諧波分析、電網(wǎng)質(zhì)量分析、遙信、遙控、電網(wǎng)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(dá)保護器 |
ARD2F+CP |
對電動機運行過程中出現(xiàn)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(fù)荷監(jiān)控裝置 |
ACM3+CP |
適用于突然斷電比過負(fù)荷造成的損失更大的配電線路，其過負(fù)載保護應(yīng)作用于信號而不應(yīng)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(shù)測量功能。 |
3、系統(tǒng)功能
基于PROFIBUS電能管理與電力監(jiān)控系統(tǒng)，上位機軟件采用Acrel-3000電力監(jiān)控組態(tài)軟件。通過該軟件進行組態(tài)，可以在上位機界面上實現(xiàn)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(xiàn)主要電力參數(shù)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(xiàn)對PROFIBUS各從站的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)采集和顯示，如總線參數(shù)、從站狀態(tài)、主站模式、看門狗、組態(tài)信息以及從站診斷數(shù)據(jù)等。對系統(tǒng)的檢修和維護也起到非常方便的指導(dǎo)作用。
4、結(jié)束語
該系統(tǒng)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(diào)試結(jié)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(jiān)控儀表進行采集數(shù)據(jù)，運行通信情況良好。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，而且整個網(wǎng)絡(luò)具有現(xiàn)場總線系統(tǒng)的智能化管理，具有很高的先進性，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.2010.08版
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