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，是專門為自動(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的用戶組織PI市場(chǎng)調(diào)查，在德國(guó)和歐洲市場(chǎng)中PROFIBUS占開放性工業(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)行存盤歸檔，同時(shí)，提供靈活豐富的報(bào)表功能，用戶可以依據(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)化開關(guān)設(shè)備的性能和用電負(fù)荷。
2.4.4系統(tǒng)為開放式和模塊化結(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。
Acrel-3000還可以實(shí)現(xiàn)主要電力參數(shù)的實(shí)時(shí)運(yùn)行曲線、歷史趨勢(shì)曲線等繪制，如圖3所示。另外，Acrel-3000還具有強(qiáng)大的報(bào)警功能、報(bào)表功能、查詢功能、打印功能等。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)可以將歷史記錄保留3年以上。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，比如：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(duì)于系統(tǒng)的檢修和維護(hù)也起到非常方便的指導(dǎo)作用。
圖2 Acrel-3000電力監(jiān)控/電能計(jì)量管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集監(jiān)控界面
圖3 Acrel-3000實(shí)時(shí)曲線界面
4 帶PROFIBUS-DP協(xié)議的電力儀表
大量應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)控制層的電力儀表分兩類，即測(cè)控儀表和保護(hù)儀表，具體型號(hào)、功能見下表。
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產(chǎn)品分類 |
產(chǎn)品名稱 |
型號(hào) |
外形規(guī)格 |
基本功能 |
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測(cè)控儀表 |
可編程數(shù)顯智能表 |
PZ80-E4/CP |
80 方形 |
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。 |
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可編程數(shù)顯智能表 |
PZ96-E4/CP |
96方形 |
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網(wǎng)絡(luò)多功能電力儀表 |
ACR220E/CP |
96方形 |
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。 |
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網(wǎng)絡(luò)多功能電力儀表 |
ACR220EL/CP |
96方形 |
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網(wǎng)絡(luò)多功能電力儀表 |
ACR320E/CP |
42 方形 |
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ACR諧波儀表 |
ACR230ELH/CP |
96 方形 |
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。 |
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ACR諧波儀表 |
ACR330ELH/CP |
42 方形 |
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保護(hù)裝置 |
馬達(dá)保護(hù)器 |
ARD2F+CP |
分體式 |
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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配電線路過(guò)負(fù)荷監(jiān)控裝置 |
ACM3+CP |
分體式 |
適用于突然斷電比過(guò)負(fù)荷造成的損失更大的配電線路，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。 |
5 報(bào)價(jià)方案
5.1硬件
單位：元(RMB)
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名稱 |
型號(hào) |
單位 |
面價(jià) |
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工作站主機(jī) |
DELL工作站主機(jī) i5 /1G/160G+鍵鼠 |
臺(tái) |
6500 |
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顯示器 |
DELL 19寸寬屏液晶顯示器 |
臺(tái) |
1500 |
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系統(tǒng)軟件 |
Microsoft Windows XP SP3 |
套 |
1250 |
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打印機(jī) |
HP P1007激光打印機(jī) |
臺(tái) |
1550 |
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以太網(wǎng)交換機(jī) |
H3C 3C16470 |
臺(tái) |
1750 |
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UPS電源 |
SANTACK C1KS/1KVA 待機(jī)30分鐘 塔式 |
臺(tái) |
3000 |
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串口服務(wù)器 |
MOXA NPORT5610-8 RS232接口×8 |
臺(tái) |
7300 |
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Korenix JetPort5604i RS485接口×4帶隔離 |
只 |
7800 |
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串口服務(wù)器附件 |
連接線RJ45TODB9MADAPTER（公） |
根 |
50 |
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通訊前置機(jī) |
MOXA DA660-8-Lx (8端口) |
臺(tái) |
10500 |
|
Korenix JetBox 3300 (2端口) |
臺(tái) |
5400 |
|
擴(kuò)展卡 |
MOXA CP134U-I |
塊 |
3470 |
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協(xié)議轉(zhuǎn)換隔離器 |
泓格 I-7520R |
套 |
550 |
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開關(guān)電源 |
華力 KDYA-DG75-24 |
只 |
350 |
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通訊機(jī)柜 |
K2200 規(guī)格：2200(高)×600(寬)×600(進(jìn)深) |
套 |
2850 |
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K1200 規(guī)格：1200(高)×600(寬)×600(進(jìn)深) |
套 |
2000 |
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K500 規(guī)格： 600(高)×500(寬)×200(進(jìn)深) |
套 |
1000 |
5.2軟件
單位：元(RMB)
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名稱 |
型號(hào) |
單位 |
面價(jià) |
備注 |
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Acrel-3000監(jiān)控組態(tài)軟件V6.0 |
系統(tǒng)組態(tài)軟件
圖形組態(tài)軟件
電能管理軟件
數(shù)據(jù)庫(kù)軟件 |
套 |
3萬(wàn) |
設(shè)備數(shù)量1～10 |
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4萬(wàn) |
設(shè)備數(shù)量10～20 |
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6萬(wàn) |
設(shè)備數(shù)量21～40 |
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8萬(wàn) |
設(shè)備數(shù)量41～80 |
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10萬(wàn)以上 |
設(shè)備數(shù)量80以上 |
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雙機(jī)版 |
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套 |
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單機(jī)價(jià)格×1.5 |
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數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā) |
每+1用戶 |
套 |
3000 |
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Web發(fā)布 |
每+1用戶(總用戶數(shù)≤5) |
套 |
5000 |
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5.3儀表
單位：元(RMB)
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分類 |
產(chǎn)品 |
單位 |
型號(hào) |
面價(jià)（元） |
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測(cè)控儀表 |
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臺(tái) |
PZ80-E4/CP |
3280 |
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臺(tái) |
PZ96-E4/CP |
3280 |
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臺(tái) |
ACR220E/CP |
4280 |
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臺(tái) |
ACR220EL/CP |
4880 |
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臺(tái) |
ACR320E/CP |
4280 |
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臺(tái) |
ACR230ELH/CP |
5860 |
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臺(tái) |
ACR330ELH/CP |
5860 |
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保護(hù)裝置 |
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臺(tái) |
ARD2F+CP |
根據(jù)不同額定電流 |
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ACM3+CP |
2800
附加模塊另算 |
6 結(jié)束語(yǔ)
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)總線系統(tǒng)的智能化管理，具有很高的先進(jìn)性，還可以節(jié)約大量的硬件成本。基于PROFIBUS-DP總線的電力儀表，已2010年7月通過(guò)PROFIBUS Nutzerorganisation e.V.委托試驗(yàn)，并合格。產(chǎn)品在浦東圖書館、大慶機(jī)場(chǎng)、羅涇礦碼頭等項(xiàng)目中運(yùn)行，取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
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