基于PROFIBUS-DP的電能管理及電力監控系統

吳先倫1　曹雪華2

1. 重慶渝經能源技術設計研究院，重慶 40020；

2.上海安科瑞電器股份有限公司，上海 201801

    摘 要：設計了基于PROFIBUS—DP的電能管理及電力監控系統，描述了該系統的結構組成和實現原理，給出了主站和串口電力儀表從站通信的實現方法，解決了主從站通信程序設計中的關鍵問題，驗證了系統的通信性能和可行性。

    0　 引言

    隨著能源的日漸緊張，國家出臺了很多有關節能減排的法律法規，各行各業都在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。

    相對于MODBUS通信而言，PRFOBUS通信存在著諸多優點，比如高通信速率（最高可達12Mbit/s）、實時性、可靠性、易擴展、易維護性等，很多工廠、企業現存的生產控制自動化網絡大都采用現場總線控制系統，PROFIBUS網絡是其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，而不是單獨進行MODBUS組網。但由于目前存在的大多數智能電力監控儀表都是基于MODBUS通信的，那么如何把現存的不帶DP接口的串口儀表設備連接到總線上組成DP網絡就成為一個亟待解決的問題。

    本文設計了基于串口通信的電力監控及多功能網絡電力儀表，給出了基于PROFIBUS-DP通信的智能電力監控及電能管理系統的解決方案。系統中采用了三種方法將基于MODBUS-RTU通信的智能電力監控儀表集成到PROFIBUS-DP網絡中。

    本文介紹的組網方法，不但硬件成本比較低、安裝方便，而且編程簡單，主站可以直接對各個電力儀表進行數據采集、遠程控制等，傳輸速率較快，有很好的實用性和可行性。

    1　 系統構成

    本系統采用安裝了CP5611通信板卡的工控機作為通信主站，S7-200 PLC CPU222、ANYBUS網關、PB-B-MODBUS總線橋分別作為PROFIBUS-DP網絡的三個從站，每個從站又與電力監控儀表組成一個子網，如圖1所示。系統中同時也可以連接其他的PROFIBUS-DP從站設備。

圖1　系統結構示意圖

    CPU 222 PLC通過EM277 DP模塊接入到PROFIBUS-DP網絡，作為PROFIBUS-DP網絡的從站，同時CPU222 PLC又作為一個主站與電力監控儀表組成一個子網，電力監控儀表作為子網的從站，主從站之間采用自由口通信方式。

    同樣，對于PB-B-MODBUS總線橋來說，作為PROFIBUS-DP網絡從站的同時，又作為MODBUS子網的主站與電力監控儀表組成MODBUS網絡。ANYBUS網關工作原理與PB-B-MODBUS總線橋的工作原理相似，它在該系統中同樣既做PROFIBUS-DP網絡從站，又作為MODBUS子網的主站與我公司電力監控儀表組成MODBUS網絡。

    1.1 PLC自由口通信子網

    PLC作為PROFIBUS網絡的一個從站，其自身功能非常強大，不但可以通過主站對連接到從站PLC I/O點上的各種I/O量進行采集和控制，而且PLC本身就可以構成一個子網，比如MPI網絡，自由口通信網絡等。而且可以擴展以太網接口模塊將整個網絡接入以太網，擴展AS-I接口模塊，將系統接入ASI-I網絡等。對于工業控制場合，該網絡應用范圍是非常廣泛的。

    PLC作為自由口通信網絡的主站，通過對PLC進行自由口通信編程，實現PLC與電力監控儀表間的MODBUS通信。利用西門子公司提供的庫函數MBUS_CTRL和MBUS_MSG可以簡單方便地實現MODBUS通信，如圖2、圖3所示。

圖2　自由口通信程序圖網絡1

圖3　自由口通信程序圖網絡2

    該系統中PLC模式為1時進行自由口通信，模式為0時進行PPI協議，波特率為9600，奇偶校驗為無校驗，儀表讀取地址為40038，讀取6個數據單元。