基于RS485總線和以太網(wǎng)的電力自動抄表系統(tǒng)

2.1多功能電表
　　采用PDM800AC/AV數(shù)字式智能變送器，測量多達(dá)50種電量的瞬時值及最大值、最小值、平均值，電流/電壓的測量精度為0.2％，其他電量為0.5％；可進(jìn)行雙向電能計(jì)量、0～31次諧波及相位測量；各種電量(電能除外)可編程越限報(bào)警/繼電器延時輸出；帶標(biāo)準(zhǔn)RS-485通訊接口，采用ModBus/RTU協(xié)議通訊。
　　該電表功能較多，精度較高，主要完成高壓10kV配電間、低壓配電間進(jìn)線的電量數(shù)據(jù)采集，如電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能、諧波等。由于本系統(tǒng)是為現(xiàn)有的配電間改造設(shè)計(jì)的，為便于施工，選擇了不帶顯示的多功能表；對于新建的配電間，可選擇帶顯示的多功能電表。
2.2多功能電表模塊
　　采用EDA9033E智能三相電參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊，對低壓配電間的三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率等30種電量進(jìn)行測量；電流/電壓的測量精度為0.2％，其他電量為0.5％；可進(jìn)行雙向電能計(jì)量；帶標(biāo)準(zhǔn)RS?485通訊接口，采用ModBus/RTU協(xié)議通訊。
2.3RS485與以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換器
　　采用I-7188E5接口轉(zhuǎn)換器，它有5個RS485接口、一個10M的RJ45以太網(wǎng)接口，用于RS485與以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換。用虛擬串口方式，將I-7188E5的串口映射成PC 的標(biāo)準(zhǔn)串口(如：COM3～COM7等)；一臺基于Windows系統(tǒng)的PC 最多可以管理256個串口設(shè)備。這樣，數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)可通過以太網(wǎng)，用普通的串口通訊方式采集多功能電表的電量數(shù)據(jù)。這種方式同樣可用于連接其他帶RS485接口的設(shè)備，其通用性、擴(kuò)展性、實(shí)時性都較好。在本系統(tǒng)中，每個配電間都配備了一臺I-7188E5接口轉(zhuǎn)換器，并與以太網(wǎng)交換機(jī)和光纖收發(fā)器安裝在同一機(jī)柜中。
2.4通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)采用分層、分布式結(jié)構(gòu)，主網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)，現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)采用RS485總線，中間通過RS485與以太網(wǎng)接口轉(zhuǎn)換器完成高速數(shù)據(jù)交換；組網(wǎng)極為靈活，適應(yīng)各種規(guī)模的變配電系統(tǒng)。多臺多功能電表分成幾組，每組的RS485通訊線連接在一起，然后接至安裝在配電間的I-7188E5接口轉(zhuǎn)換器。
　　因多功能電表安裝在配電間現(xiàn)場，且通訊速率較高(9600bps)，為提高系統(tǒng)的抗干擾性，通訊電纜選擇帶屏蔽的雙絞線，并將屏蔽層接地。由于數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)與安裝在各配電間的多功能電表距離較遠(yuǎn)，同時為了提高抗干擾性，采用光纖以太網(wǎng)絡(luò)連接，使系統(tǒng)的可靠性、通用性、可維護(hù)性、擴(kuò)展性都較好。
2.5數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)服務(wù)器
　　數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)采用普通P4級的工控機(jī)，256M或以上內(nèi)存容量，硬盤160G或以上。數(shù)據(jù)服務(wù)器采用DELL PowerEdge SC1420, Intel至強(qiáng)2.8GHz CPU,1GB ECC內(nèi)存,3個73GB SCSI硬盤構(gòu)成RAID5陣列。?

　　自動抄表系統(tǒng)軟件采用組態(tài)軟件開發(fā)。它們在監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境中，能以靈活多樣的組態(tài)方式(而不是編程方式)提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法；其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，并能同時支持各種硬件廠家的計(jì)算機(jī)和I/O產(chǎn)品，與高可靠的工控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進(jìn)行系統(tǒng)集成。
　　北京亞控自動化軟件有限公司開發(fā)的“組態(tài)王”軟件，采用多任務(wù)、多線程，確保實(shí)時性；硬件驅(qū)動程序采用COM技術(shù)，速度快；支持各種常用電力通信規(guī)約，為用戶提供了大量的電力專用控件、電力圖庫、電力通信規(guī)約驅(qū)動等，以實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控特有的數(shù)據(jù)庫顯示、負(fù)荷曲線、開關(guān)控制、漫游、縮放等需求。我們選擇了“組態(tài)王”來開發(fā)自動抄表系統(tǒng)軟件，操作平臺采用Windows2000。在設(shè)置多功能電表等設(shè)備時，首先設(shè)置通訊參數(shù)，如波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位，并與I-7188E5接口轉(zhuǎn)換器虛擬串口及“組態(tài)王”軟件中的設(shè)置參數(shù)相同；然后設(shè)置各臺多功能電表和多功能電表模塊的地址，同一條RS485線路上的設(shè)備地址不能相同；最后設(shè)置電壓變比PT和電流變比CT值。由于MODBUS/RTU協(xié)議的通用性，對于多功能電表，在“組態(tài)王”軟件中選用PLC/莫迪康/MODBUS(RTU)設(shè)備即可。多功能電表在使用說明書中提供一個MDOBUS/RTU寄存器地址表，如：地址0000存放A相電壓數(shù)據(jù)。對于讀取多功能電表的數(shù)據(jù)，MODBUS功能碼為3，對照表1可知“組態(tài)王”中相應(yīng)的寄存器為4。
　　值得注意的是，標(biāo)準(zhǔn)MODBUS/RTU協(xié)議中，MDOBUS/RTU寄存器地址是從0000開始的，如上述的0000，而“組態(tài)王”提供的MODBUS/RTU驅(qū)動中，定義的寄存器地址則都是從1開始的，所以“組態(tài)王”要讀取設(shè)備中的某一MODBUS地址時，除了寄存器要與相應(yīng)的功能碼對應(yīng)之外，還要在設(shè)備寄存器地址基礎(chǔ)上加1；對MDOBUS/RTU寄存器地址0000，0256,在“組態(tài)王”中需要用40001和40257對應(yīng)。
　　由于本系統(tǒng)中有約200臺電表，每個電表最少有30個參數(shù)，變量很多，容易出錯。為此，采用了“組態(tài)王”中的結(jié)構(gòu)變量方式，每一種電表定義為一個結(jié)構(gòu)變量(模板)，結(jié)構(gòu)變量下可包含多個成員(IO整型類型)，每個成員即對應(yīng)一個電表參數(shù)。

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