基于RS485總線和以太網的電力自動抄表系統
系統構成
基于RS485總線和以太網的電力自動抄表系統主要由多功能電表PDM800AC/AV、多功能電表模塊EDA9033E、RS485與以太網接口轉換器I-7188E5、以太網交換機、光纖網絡、數據采集計算機、數據服務器、系統軟件、在線式UPS、打印機等組成(圖1)。
1、多功能電表
采用PDM800AC/AV數字式智能變送器，測量多達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%;可進行雙向電能計量、0～31次諧波及相位測量;各種電量(電能除外)可編程越限報警/繼電器延時輸出;帶標準RS-485通訊接口，采用ModBus/RTU協議通訊。
該電表功能較多，精度較高，主要完成高壓10kV配電間、低壓配電間進線的電量數據采集，如電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、有功電能、無功電能、諧波等。由于本系統是為現有的配電間改造設計的，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、多功能電表模塊
采用EDA9033E智能三相電參數數據綜合采集模塊，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種電量進行測量;電流/電壓的測量精度為0.2%，其他電量為0.5%;可進行雙向電能計量;帶標準RS?485通訊接口，采用ModBus/RTU協議通訊。
3、RS485與以太網接口轉換器
采用I-7188E5接口轉換器，它有5個RS485接口、一個10M的RJ45以太網接口，用于RS485與以太網接口轉換。用虛擬串口方式，將I-7188E5的串口映射成PC 的標準串口(如：COM3～COM7等);一臺基于Windows系統的PC 最多可以管理256個串口設備。這樣，數據采集計算機可通過以太網，用普通的串口通訊方式采集多功能電表的電量數據。這種方式同樣可用于連接其他帶RS485接口的設備，其通用性、擴展性、實時性都較好。在本系統中，每個配電間都配備了一臺I-7188E5接口轉換器，并與以太網交換機和光纖收發器安裝在同一機柜中。
4、通訊網絡的設計
系統通訊網絡采用分層、分布式結構，主網絡采用以太網，現場通訊網絡采用RS485總線，中間通過RS485與以太網接口轉換器完成高速數據交換;組網極為靈活，適應各種規模的變配電系統。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接口轉換器。
因多功能電表安裝在配電間現場，且通訊速率較高(9600bps)，為提高系統的抗干擾性，通訊電纜選擇帶屏蔽的雙絞線，并將屏蔽層接地。由于數據采集計算機與安裝在各配電間的多功能電表距離較遠，同時為了提高抗干擾性，采用光纖以太網絡連接，使系統的可靠性、通用性、可維護性、擴展性都較好。
5、數據采集計算機和數據服務器
數據采集計算機采用普通P4級的工控機，256M或以上內存容量，硬盤160G或以上。數據服務器采用DELL PowerEdge SC1420, Intel至強2.8GHz CPU,1GB ECC內存,3個73GB SCSI硬盤構成RAID5陣列。自動抄表系統軟件采用組態軟件開發。它們在監控層一級的軟件平臺和開發環境中，能以靈活多樣的組態方式(而不是編程方式)提供良好的用戶開發界面和簡捷的使用方法;其預設置的各種軟件模塊可以非常容易地實現和完成監控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O產品，與高可靠的工控計算機和網絡系統結合，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進行系統集成。
北京亞控自動化軟件有限公司開發的“組態王”軟件，采用多任務、多線程，確保實時性;硬件驅動程序采用COM技術，速度快;支持各種常用電力通信規約，為用戶提供了大量的電力專用控件、電力圖庫、電力通信規約驅動等，以實現電力監控特有的數據庫顯示、負荷曲線、開關控制、漫游、縮放等需求。我們選擇了“組態王”來開發自動抄表系統軟件，操作平臺采用Windows2000。在設置多功能電表等設備時，首先設置通訊參數，如波特率、數據位、校驗位、停止位，并與I-7188E5接口轉換器虛擬串口及“組態王”軟件中的設置參數相同;然后設置各臺多功能電表和多功能電表模塊的地址，同一條RS485線路上的設備地址不能相同;最后設置電壓變比PT和電流變比CT值。由于MODBUS/RTU協議的通用性，對于多功能電表，在“組態王”軟件中選用PLC/莫迪康/MODBUS(RTU)設備即可。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相電壓數據。對于讀取多功能電表的數據，MODBUS功能碼為3，對照表1可知“組態王”中相應的寄存器為4。
值得注意的是，標準MODBUS/RTU協議中，MDOBUS/RTU寄存器地址是從0000開始的，如上述的0000，而“組態王”提供的MODBUS/RTU驅動中，定義的寄存器地址則都是從1開始的，所以“組態王”要讀取設備中的某一MODBUS地址時，除了寄存器要與相應的功能碼對應之外，還要在設備寄存器地址基礎上加1;對MDOBUS/RTU寄存器地址0000，0256,在“組態王”中需要用40001和40257對應。
由于本系統中有約200臺電表，每個電表最少有30個參數，變量很多，容易出錯。為此，采用了“組態王”中的結構變量方式，每一種電表定義為一個結構變量(模板)，結構變量下可包含多個成員(IO整型類型)，每個成員即對應一個電表參數。
(a)能顯示整廠及各配電間的單線圖。(b)能根據操作人員指令顯示高壓側、低壓側及各用電回路的瞬時電量數據、準點電量數據、日平均功率因數、月平均功率因數、日負荷率、月負荷率、小時用電量、24小時用電量、月用電量、年用電量等供電參數的數據及圖形;并可存儲、查詢、打印各種用電數據。(c)可對過壓、缺相、超負荷等用電故障實時報警。(d)能自動對全廠及各部門的用電量進行統計，并生成月報表、年報表。(e)可用WEB發布各種用電數據，供有關部門查詢，便于企業管理。
基于RS485總線和以太網的電力自動抄表系統是一種網絡化、開放式、可擴展性好的實時能源管理系統，可以推廣到水、蒸汽、煤氣、油等能源的自動抄表，以實現企業的能源綜合管理。該系統實現了電力能源的量化管理和實時監控，為科學決策、優化企業管理、合理利用能源提供了必要的條件。
