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1、引言
随着能源的日益紧张，国家颁布了很多有关节能减排的法律法规，各行各业都采取了相应的节能措施，各制造行业的工厂企业也采用了电能管理及电力监控系统，对节能效果进行考核。基于PROFIBUS现场总线的电能管理与电力监控系统，可有效降低工矿企业的能源消耗，实现节能、节电，经济运行。
PROFIBUS网络是工业自动化系统中应用最多的一种现场总线，因此，很多工厂、企业希望能将电能管理及电力监控系统也集成到Profibus-DP自动化网络中。安科瑞致力于智能配电系统自动化设备研发、制造，自主研发一系列带有PROFIBUS-DP通讯接口电能管理与电力监控仪表产品，PROFIBUS主站可以直接对各个电力仪表进行数据采集、远程控制等，传输速率高，具有很好的实用性和可行性。
2、系统构成
基于PROFIBUS电能管理与电力监控系统可分为三层:现场设备层、PLC数据处理层以及运行监控层。典型的系统构架图，如下图所示。
基于PROFIBUS电能管理与电力监控系统架构图
2.1 现场控制层
现场控制层由现场智能设备、现场智能仪表、远程I/O 和网络设备构成。在现场设备层，通过PROFIBUS总线，集成具有通信功能的智能线路保护设备、电机驱动控制设备以及ET200S数据采集与控制装置等。如西门子的软起动器、变频器，安科瑞的ACR系列多功能网络仪表、ACR系列谐波仪表及ARD系列智能电动机保护器等。
2.2 PLC数据处理层
PLC数据处理层位于现场设备层和运行监控中心层之间，主要完成上下层之间的网络连接转换和信息的处理交换。通过PROFIBUS现场总线，把采集的数据传送到PLC数据处理层，对数据作规范化预处理，处理的数据与时标相对应，并可在数据缓冲区中储存一周。PLC获取和处理的数据有选择性地上传到控制中心，以便于集中监视现场工况信息；同时，下达来自于控制中心的遥控和遥调信息给现场设备层的各类智能设备及仪表。通过组态编程，PLC能够自动控制现场设备层的智能设备。
2.3 运行监控层
运行监控层由高速工业以太网以及连接在总线上的担任监控任务的工作站或显示操作站、工程师站、PLC/DCS 控制器组成。监控中心软件由Acrel-3000电力监控组态软件开发出友好的人机界面。配电实时工况信息以曲线、表格以及参数化处理后的数据进行显示，也可显示整个系统的数据。系统对重要的信息进行存盘归档，同时，提供灵活丰富的报表功能，用户可以依据实际需求灵活自定义报表。
基于PROFIBUS协议测量与控制装置、功能—览表
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产品名称 |
产品型号 |
基本功能 |
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可编程数显智能表 |
PZ80-E4/CP |
测量有功能电能（EPI/EPE）、无功电能（EQL/EQC）、有功功率、无功功率、功率因数、以及三相电压、三相电流、频率。面框尺寸：80mm*80mm 开孔尺寸：76mm*76mm |
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可编程数显智能表 |
PZ96-E4/CP |
测量有功能电能（EPI/EPE）、无功电能（EQL/EQC）、有功功率、无功功率、功率因数、以及三相电压、三相电流、频率。面框尺寸：96mm*96mm 开孔尺寸：88mm*88mm |
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网络多功能电力仪表 |
ACR220E/CP |
集成全部电力参数的测量（如单相或三相的电流、电压、有功、无功、视在功率、频率、功率因数），以及全面的电能计量和考核管理，同时具有遥信、遥控功能。面框尺寸：96mm*96mm 开孔尺寸：88mm*88mm |
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网络多功能电力仪表 |
ACR220EL/CP |
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网络多功能电力仪表 |
ACR320E/CP |
集成全部电力参数的测量（如单相或三相的电流、电压、有功、无功、视在功率、频率、功率因数），以及全面的电能计量和考核管理，同时具有遥信、遥控功能。面框尺寸：120mm*120mm 开孔尺寸：108mm*108mm |
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ACR谐波仪表 |
ACR230ELH/CP |
三相交流电量测量、复费率电能计量、四象限电能计量、谐波分析、电网质量分析、遥信、遥控、电网波形实时跟踪显示及SOE事件记录等功能。面框尺寸：96mm*96mm 开孔尺寸：88mm*88mm |
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ACR谐波仪表 |
ACR330ELH/CP |
三相交流电量测量、复费率电能计量、四象限电能计量、谐波分析、电网质量分析、遥信、遥控、电网波形实时跟踪显示及SOE事件记录等功能。面框尺寸：120mm*120mm 开孔尺寸：108mm*108mm |
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马达保护器 |
ARD2F+CP |
对电动机运行过程中出现的起动超时、过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、阻塞、外部故障等多种情况进行保护。 |
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配电线路过负荷监控装置 |
ACM3+CP |
适用于突然断电比过负荷造成的损失更大的配电线路，其过负载保护应作用于信号而不应作用于切断电路的场合。并具有三相电流、电压、功率、漏电、频率等电参数测量功能。 |
3、系统功能
基于PROFIBUS电能管理与电力监控系统，上位机软件采用Acrel-3000电力监控组态软件。通过该软件进行组态，可以在上位机界面上实现对所有电参量的实时显示，如电流、电压、有功功率、无功功率、电能等。
Acrel-3000可以实现主要电力参数的实时运行曲线、历史趋势曲线等的绘制
另外，Acrel-3000还具有强大的报警功能、查询功能、打印功能等。
通过Acrel-3000界面，还可以实现对PROFIBUS各从站的网络参数采集和显示，如总线参数、从站状态、主站模式、看门狗、组态信息以及从站诊断数据等。对系统的检修和维护也起到非常方便的指导作用。
4、结束语
该系统采用西门子PLC作为一类主站，并安装了CP5611通信板卡的工控机作为二类主站。调试结果表明：上位机主站能够按时间间隔0.5s轮流对各个电力监控仪表进行采集数据，运行通信情况良好。根据系统提供的组网方法，不仅能将工业自动化控制系统与电能管理电力监控系统集成为一体，而且整个网络具有现场总线系统的智能化管理，具有很高的先进性，还可以节约硬件成本。
参考文献
[1] 上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2010.08版
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