基于PROFIBUS總線系統(tǒng)的電能檢測(cè)系統(tǒng)

摘要：
本文介紹利用PROFIBUS總線系統(tǒng)來采集用電設(shè)備的電能，設(shè)計(jì)了利用S7-300為主站，RS485通訊設(shè)備和S7-200為從站的PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上可以掛接帶有RS485通訊接口的電能表，同時(shí)利用S7-200的高速計(jì)數(shù)器來采集電能，并且可以在S7-200上掛接EM231模塊來采集電能，然后通過軟件的編寫便能實(shí)現(xiàn)電能的采集，最后在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行調(diào)試，結(jié)果表明該系統(tǒng)運(yùn)行良好，能夠正確的采集各個(gè)用電設(shè)備的電能，實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)的目的。

1 概述
1.1 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容
    我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是基于PROFIBUS總線系統(tǒng)的電能檢測(cè)系統(tǒng)，在該畢業(yè)設(shè)計(jì)中主要用到PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)、RS485通訊和S7-200。
    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)場總線標(biāo)準(zhǔn)，2000年成為IEC61158國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一。在2006年, PROFIBUS成為中國第一個(gè)工業(yè)通訊領(lǐng)域現(xiàn)場總線技術(shù)國家標(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。
另外就是RS485通訊，由于技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在市場上已有帶有RS485通訊接口的電能表，同時(shí)也有DP接口，這樣便能通過總線系統(tǒng)非常方便的讀取電能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
再者就是目前在大多數(shù)地方仍然使用的還是傳統(tǒng)式的電能表，這就需要通過S7-200來讀取這些電能表的數(shù)值，通過總線來進(jìn)行傳輸。
所以本畢業(yè)設(shè)計(jì)中用到的主要器件有：S7-300、S7-200、RS485通訊設(shè)備、EM277、EM231、電能變送器、電壓變送器、電流變送器、PS307電源和帶有RS485通訊接口的電能表。
當(dāng)時(shí)選擇這個(gè)題目的原因是因?yàn)樗菚r(shí)下研究的熱點(diǎn)，隨著能源的日漸緊張，目前國家推行節(jié)約型社會(huì)，特別是能源更要節(jié)約。之前在一些工廠企業(yè)中，只知道總用電量，但是并不清楚各個(gè)設(shè)備的用電情況，這樣要想節(jié)電便非常的不容易，現(xiàn)在各制造企業(yè)采用了電能管理及電力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行考核，其目的就是要清楚的了解各個(gè)設(shè)備的用電情況，這樣便能從源頭上進(jìn)行節(jié)電，避免之前的盲目節(jié)電。另外就是基于PROFIBUS總線系統(tǒng)的應(yīng)用也是目前的一大研究熱點(diǎn)，所以我認(rèn)為這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)很有意義。
再者就是為什么使用總線來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，這主要是因?yàn)樵谀壳暗母鱾€(gè)領(lǐng)域中，總線應(yīng)用非常的廣泛，在工業(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)域都很常見。其原因是因?yàn)楝F(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)很多，其主要優(yōu)勢(shì)有：12M 的通信速率和可靠的通信質(zhì)量，以及實(shí)時(shí)性、可靠性、易擴(kuò)展和易維護(hù)性等，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。所以把電能管理及電力監(jiān)控系統(tǒng)也集成在PROFIBUS-DP中是當(dāng)前的一個(gè)趨勢(shì)。
1.2 本設(shè)計(jì)完成的主要任務(wù)
本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要分為硬件部分和軟件部分，其中硬件部分需要我來完成的就是組建一個(gè)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，由于現(xiàn)場中的用電設(shè)備非常的多，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中不可能都進(jìn)行模擬，所以我就主要選擇幾個(gè)具有代表性的電能表來組建該網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過查資料和老師指導(dǎo)，我這個(gè)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)以S7-300為主站，下面掛接RS485通訊設(shè)備和S7-200。同時(shí)在S7-200上掛接EM231模塊，S7-300采用PS307電源進(jìn)行供電，這樣總線網(wǎng)絡(luò)便組建起來了。
通過RS485通訊設(shè)備可以與帶有RS485通訊口的電能表進(jìn)行連接，這樣便能夠非常方便及時(shí)的讀取電能表里面的數(shù)值；同時(shí)通過S7-200里面的高速計(jì)數(shù)器可以讀取電能變送器的電能值，通過EM231來采集電壓與電流，這樣便能算出直流用電設(shè)備的用電量。所以從以上的描述中，可以得知我這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)包含了當(dāng)前最先進(jìn)的電能表，同時(shí)也可以連接傳統(tǒng)的脈沖式的電能變送器，并且還能夠采集直流用電設(shè)備的用電量，因此很具有代表性，非常有意義。
另外該畢業(yè)設(shè)計(jì)的另一個(gè)難點(diǎn)就是軟件部分，編程方面主要包括對(duì)S7-200和S7-300進(jìn)行編程。在S7-200程序中主要有利用高速計(jì)數(shù)器來采集電量，在該設(shè)計(jì)中我設(shè)計(jì)用到四個(gè)高數(shù)計(jì)數(shù)器來采集四路的脈沖信號(hào)；再者就是使用EM231模擬量模塊來采集直流電壓電流然后在程序中進(jìn)行計(jì)算算出直流設(shè)備的用電量。在S7-300的程序中主要包括與S7-200進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)包括RS485通訊這一部分。
最后將軟件部分和硬件部分組合在一起，便是一個(gè)典型的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，基于PROFIBUS現(xiàn)場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。同時(shí)可以利用實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)越條件進(jìn)行調(diào)試，便可以知道該系統(tǒng)的運(yùn)行情況，以便達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的。