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基于PROFIBUS總線的電能監(jiān)控管理系統(tǒng)

來源:江蘇安科瑞電器制造有限公司   2011年11月22日 22:14  
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現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)之一。在2006年, PROFIBUS成為中國(guó)*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。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40%。PROFIBUS近20年中的安裝節(jié)點(diǎn)數(shù)已超過2800萬,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),*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?;赑ROFIBUS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。
                 
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,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。
 
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
 
 
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。
產(chǎn)品分類
產(chǎn)品名稱
型號(hào)
外形規(guī)格
基本功能
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。
可編程數(shù)顯智能表
PZ96-E4/CP
96方形
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。
網(wǎng)絡(luò)多功能電力儀表
ACR220EL/CP
96方形
網(wǎng)絡(luò)多功能電力儀表
ACR320E/CP
42 方形
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。
ACR諧波儀表
ACR330ELH/CP
42 方形
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)行過程中出現(xiàn)的起動(dòng)超時(shí)、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(jìn)行保護(hù)。
配電線路過負(fù)荷監(jiān)控裝置
ACM3+CP
分體式
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(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。
 
報(bào)價(jià)方案
5.1硬件
單位:元(RMB)

名稱
型號(hào)
單位
面價(jià)
工作站主機(jī)
DELL工作站主機(jī) i5 /1G/160G+鍵鼠
臺(tái)
6500
顯示器
DELL 19寸寬屏液晶顯示器
臺(tái)
1500
系統(tǒng)軟件
Microsoft Windows XP SP3
1250
打印機(jī)
HP P1007激光打印機(jī)
臺(tái)
1550
以太網(wǎng)交換機(jī)
H3C 3C16470
臺(tái)
1750
UPS電源
SANTACK C1KS/1KVA    待機(jī)30分鐘 塔式
臺(tái)
3000
串口服務(wù)器
MOXA NPORT5610-8     RS232接口×8
臺(tái)
7300
Korenix JetPort5604i RS485接口×4帶隔離
7800
串口服務(wù)器附件
連接線RJ45TODB9MADAPTER(公)
50
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
3470
協(xié)議轉(zhuǎn)換隔離器
泓格 I-7520R
550
開關(guān)電源
華力 KDYA-DG75-24
350
通訊機(jī)柜
K2200 規(guī)格:2200(高)×600(寬)×600(進(jìn)深)
2850
K1200 規(guī)格:1200(高)×600(寬)×600(進(jìn)深)
2000
K500 規(guī)格: 600(高)×500(寬)×200(進(jìn)深)
1000

5.2軟件
單位:元(RMB)

名稱
型號(hào)
單位
面價(jià)
備注
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
3
設(shè)備數(shù)量1~10
4
設(shè)備數(shù)量10~20
6
設(shè)備數(shù)量21~40
8
設(shè)備數(shù)量41~80
10萬以上
設(shè)備數(shù)量80以上
雙機(jī)版
 
 
單機(jī)價(jià)格×1.5
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)
每+1用戶
3000
 
Web發(fā)布
每+1用戶(總用戶數(shù)≤5)
5000
 

5.3儀表
單位:元(RMB)
分類
產(chǎn)品
單位
型號(hào)
面價(jià)(元)
測(cè)控儀表
          
     臺(tái)                             PZ80-E4/CP
3280
 臺(tái)                              PZ96-E4/CP
3280
臺(tái)                      ACR220E/CP
4280
 
臺(tái)                    ACR220EL/CP
4880
 
臺(tái)                    ACR320E/CP
4280
 
臺(tái)                        ACR230ELH/CP
5860
臺(tái)                   ACR330ELH/CP
5860
保護(hù)裝置
臺(tái)                 ARD2F+CP
根據(jù)不同額定電流
臺(tái)              ACM3+CP
2800
附加模塊另算
 
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*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PROFIBUS Nutzerorganisation e.V.委托試驗(yàn),并合格。產(chǎn)品在宿遷自來水廠、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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