CN1885674A - 总线技术用于智能网络低压配电与控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及总线技术用于智能网络低压配电与控制系统，是在现有技术低压配电与控制系统的基础上，增加远程智能观测和控制，其方案包括：Profibus主站发出对一个从站的请求，对应从站的Profibus－DP通信适配器或Profibus－DP 8I/8O模块或Profibus－DP模拟量模块接收请求，根据请求作出相应响应，Profibus主站接收动作，然后发出对另一个从站的请求。Profibus主站是根据从站的地址来发出对应从站的请求的，每一个从站都有唯一的从站地址。PC机和组态软件实时与Profibus主站交换数据。PC机和组态软件控制Profibus主站发出相应的控制或命令请求，PC机和组态软件根据主站接收的从站响应，把接收数据实时的显示在PC机显示屏幕上。PC机和组态软件通过用户可编程实现PLC系统的功能。本发明还包括控制软件。

Description

总线技术用于智能网络低压配电与控制系统
技术领域
本发明涉及智能网络低压配电与控制系统，更确切地说涉及总线技术用于智能网络低压配电与控制系统，属于总线设备控制技术领域。
背景技术
出于对电力供应质量和供电安全的关注，人们对电网控制与管理提出了很高的要求。
传统的低压配电与控制系统，开发一批可通信智能化低压电器产品，在此基础上嵌入现场总线及相关高新技术，研究系统集成的软件和硬件设备，是一套适合我国电力系统的采用总线技术的智能配电与控制系统。
典型的3S-Net智能网络配电与控制系统通信结构分为3层，分别为设备层、现场控制层和管理层。
设备层：底层设备层采用DeviceNet、Profibus、Modbus等总线，接入的设备有框架断路器、塑壳断路器、电量表、I/O模块、无功补偿控制器等。
现场控制层(主站层)：采用标准DeviceNet(Profibus、Modbus)总线协议以DeviceNet(Profibus、Modbus)现场总线实现系统控制器与底层设备之间的通信。
通信电缆采用标准总线电缆，具有较长的通讯距离及较强的抗干扰能力，适于工业现场。
现场管理层：采用标准TCP/IP工业以太网协议实现系统控制器上级管理器之间的通信(通信速率为100MB)
总线设备的低压配电与控制系统，其系统网络方框图，它包括1.PC机和组态软件，2.Profibus主站，3.Profibus-DP通信适配器，4.Profibus-DP 8I/8O模块和5.Profibus-DP模拟量模块。
现有技术有一定的局限性，需要新的智能化系统来代替。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于总线技术用于智能网络低压配电与控制系统，该系统由主站发出相应的控制或命令请求，.PC机和组态软件根据主站接收到的从站的响应，把接收数据显示在PC机显示屏幕上，PC机和组态软件可以通过用户可编程界面实现PLC系统的功能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：在现有的低压配电与控制系统的基础上，增加远程智能观测和控制功能，并且可以由组态软件实现小型PLC系统的功能。其方案是：
包括Profibus主站、从站.Profibus-DP通信适配器或.Profibus-DP 8I/8O模块.Profibus-DP模块，增加了远程智能观测和控制功能电路，并有PLC系统。
整个系统运行是Profibus主站发出对一个从站的请求，对应从站的.Profibus-DP通信适配器或Profibus-DP 8I/8O模块或Profibus-DP模拟量模块接收请求，根据请求作出相应响应，然后发出动作，Profibus主站接收响应应答，然后发出对另一个从站的请求。Profibus主站是根据从站的地址来发出对应从站的请求的，每一个从站都有唯一的从站地址。Profibus主站每一次只发出对一个从站的请求，所以只会有一个对应的从站接收请求，做出响应。
本发明的有益效果：由于对现有技术的基础上增加对现有技术的远程智能监测和控制功能，并且可以由和组态软件实现小型PLC系统的功能，一对传输线，N台仪表，双向传输多个信号，整个系统可靠性、互换性、互操作作性均大为提高，具有一定经济效果和社会效益。
以下结合附图及一个实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1为现有技术的总线技术的低压配电系统网络方框图；
图2为本发明的总线技术用于智能网络低压配电与控制系统网络方框图；
图3为本发明的总线技术用于智能网络低压配电与控制系统网络示意图；
图4(图4-1、图4-2)为本发明的总线技术用于智能网络低压配电与控制系统原理图；
图5为本发明的总线技术用于智能网络低压配电与控制系统流程概要示意图；
图6为本发明的总线技术用于智能网络低压配电与控制系统数据流原理图。
具体实施方式
参照图1，这是现有技术的一个典型低压配电系统。它有两路电源输入，主电源和备用电源。主电源供电时，备用电源被切断。当主电源断电时，会使用备用电源为系统继续供电。
上述功能是由电量监测仪，万能式断路器和双电源自动转换开关来实现的。电量监测仪观测输入电源的各项电量参数。万能式断路器切断或接通电源回路。双电源自动转换开关判断是否断电自动在主电源和备用电源之间切换。双电源自动转换开关也可以手动操作。
如图1所示，在主电源回路连接有若干塑壳断路器和电动机、塑壳断路器实现对电动机的电源通断功能切换。在双电源自动转换开关输出回路连接有塑壳断路器，软启动器，马达保护器和电动机。塑壳断路器实现电源的通断功能切换。软启动器实现电源的软启动。马达保护器监测电动机的运行状态，能自动切换电动机的各种运行方式，保护电动机不受到大电流损害。
以上是对现有技术的方案的描述。
参照图2，这是本发明的总线技术用于智能网络低压配电与控制系统网络方框图。它包括11PC机和组态软件，12Profibus主站，21Profibus-DP通信适配器，19Profibus-DP 8I/8O模块和20Profibus-DP模拟量模块。
其中21Profibus-DP通信适配器、19Profibus-DP 8I/8O模块、20Profibus-DP模拟量模块是上海电器科学研究所(集团)有限公司自行研制的。
上述系统实现的功能是在图1所示的现有技术的基础上，增加了远程智能监测和控制功能，并且可以由组态软件实现小型PLC系统的功能。
上述功能是由电量监测仪、万能式断路器和双电源自动转换开关来实现的。电量监测仪监测输入电源的各项电量参数。万能式断路器切断或接通电源回路。双电源自动转换开关判断是否断电自动在主电源和备用电源之间切换。双电源自动转换开关也可以手动操作。
在主电源回路连接有若干塑壳断路器和电动机。塑壳断路器实现对电动机的电源通断功能切换。
在双电源自动转换开关输出回路连接有塑壳断路器，软启动马达保护器和电动机。塑壳断路器实现电源的通断功能切换。软启动器实现电源的软启动。马达保护器监测电动机的运行状态，能自动切换电动机的各种运行方式，保护电动器不受到大电流损害。
图2所示的Profibus-DP系统运行的基本原理是：当12Profibus主站发出对一个从站的请求，对应从站的21Profibus-DP通信适配器或19Profibus-DP 8I/8O模块或20Profibus-DP模拟量模块接收请求，根据这一请求作出相应响应，然后发出动作，12Profibus主站接收应答，然后发出对另一个从站的请求。Profibus主站是根据从站的地址来发出对应从站的请求的，每一个从站都有唯一的从站地址。Profibus主站每一次只发出对一个从站的请求，所以只会有一个对应的从站接收请求，发出响应。
11PC机和组态软件实时与12.Profibus主站交换数据。11PC机和组态软件控制12Profibus主站发出相应的控制或命令请求，11PC机和组态软件根据主站接收的从站响应，把接收数据实时的显示在PC机显示屏幕上。
11PC机和组态软件可以通过用户可编程界面实现小型PLC系统的功能。
就一个具体的操作过程解释图2所示的Profibus-DP系统实际应用。
在11PC机和组态软件的输出设备上显示主电源供电。14万能式断路器显示开关闭合。17双电源自动转换开关显示输出由主电源供电。其余设备皆处于断开状态。用户欲使15塑壳断路器的开关闭合。用户先操作11PC机和组态王的输入设备，使15塑壳断路器的状态改变为闭合。11PC机和组态王把要求15塑壳断路器的状态改变为闭合的命令通过数据交换传递给12Profibus主站。12Profibus主站通过请求把命令传递给和5塑壳断路器连接的那一个21Profibus-DP通信适配器。21Profibus-DP通信适配器接收到12Profibus主站的请求，控制所连接的15.塑壳断路器，使之开关状态从断开转为闭合。然后21Profibus-DP通信适配器把命令完成通过响应传递给12.Profibus主站，12Profibus主站接收后把响应传递给11PC机和组态软件，11PC机和组态王在输出设备显示1」5塑壳断路器的状态改变为闭合。
参照图3，这是本发明的总线技术用于智能网络低压配电与控制系统应用于控制系统示意图。
如图所示，Profibus主站，系统主站由工控机组成，主站通过总线到通信适配器再到各类被控电器，被控电器包括万能式断路器、智能塑壳断路器、软起动器、变频风机控制柜等等，通过以太网与厂区管理系统相连。
参照图4(图4-1、图4-2)，这是本发明的总线技术用于智能网络低压配电与控制系统原理图。
如图所示，这是为某工程设计的综合管理楼的控制系统。上面为主接线单线图下接各被控电器。
参照图5，这是本发明的总线技术用于智能网络低压配电与控制系统流程概要示意图；
如图所示，其步骤是：<主站初始化文件>到<读取初始化文件>，<设备类型文件>，取得主站卡信息后，到<主站卡信息结构>，根据主站卡信息初始化主站硬件，<打开主卡并上线>；读取初始化文件到从站列表，<设备类型结构>，到类型实例化，<从站设备结构>，分别到<初始化缓存空间>，<初始化从站设备>；初始化缓存空间到<缓存结构>，分别到<写设备>，<读写缓存>；读写缓存再回到<缓存结构>；读设备再回到<缓存结构>。
参照图6，这是本发明的总线技术用于智能网络低压配电与控制系统数据流示意图。
如图所示，其步骤是：<Profibus-DP网络>通过硬件到主站卡，到<主站卡缓存>，通过主站卡到PC内存到<设备1>、<设备2>、<设备3>.....，按设备字节偏移位偏移到<组态软件>。
综上所述：
1、本发明采用多台上位机、工控机和备用机可随时切换，多台PC机通过以太网连接；为保护系统的实时性采用UDP协议，主机一旦崩溃，备用机自动切换接替工作，确保系统可靠运行。
2、本发明可兼容DEVICENET、MODBUS、Profibus等多种现场总线，实现高、中压设备与低压系统的”软连接”。
3、采用先进的、开放式现场总线通信协议，既提高了低压电器产品自身的性能和价值，又极大提高了配电与控制系统的性能和运行可靠性。
4、良好的互操作性和互换性，系统可用于国内外低压电器主要制造商生产的智能化可通信低压电器。
虽然本发明已参照上述的实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员，应当认识到以上的实施例仅是用来说明本发明，应理解其中可作各种变化和修改而在广义上没有脱离本发明，所以并非作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述的实施例的变化、变形都将落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (7)

1、总线技术用于智能网络低压配电与控制系统，分别为设备层、控制层和管理层，其特征在于：在现有低压配电与控制系统的基础上增加了远程智能观测和控制环节，并且由和组态软件实现小型PLC系统；
所述的低压配电与控制系统包括(12)Profibus主站、从站(21)Profibus-DP通信适配器或(19.)Profibus-DP 8I/8O模块或(20)Profibus-DP模拟量模块；(12)Profibus主站发出对一个从站的请求，对应从站(21)Profibus-DP通信适配器或(19).Profibus-DP 8I/8O模块或(20)Profibus-DP模拟量模块接收请求，根据请求做出相应响应，然后发出动作，(12)Profibus主站接收响应，然后发出对另一个从站的请求；Profibus主站是根据从站的地址来发出对应从站的请求的，每一个从站都有唯一的从站地址；Profibus主站每一次只发出对一个从站的请求，所以只会有一个对应的从站接收请求，发出响应；
PC机和组态软件通过用户可编程界面实现小型PCL系统的功能。
2、如权利要求1所述的智能网络低压配电与控制系统，其特征在于：所述的配电系统，采用多台上位机、工控机和备用机可随时切换，多台PC机通过以太网连接；为保护系统的实时性采用UDP协议，主机一旦崩溃，备用机自动切换接替工作，确保系统可靠运行。
3、如权利要求1所述的智能网络低压配电与控制系统，其特征在于：所述的可编程序控制，采用CPLD可编程序通过逻辑编程。
4、如权利要求1所述的智能网络低压配电与控制系统，其特征在于：所述的兼容多种现场总线协议，它们是DEVICENET、MODBUS、Profibus多种现场总线协议。
5、如权利要求1所述的智能网络低压配电与控制系统，其特征在于：所述的可编程界面，采用CPLD(复杂可编程逻辑器件)，CPLD通过逻辑编程，很容易达到预定的要求。
6、如权利要求1所述的智能网络低压配电与控制系统，其特征在于：所述的流程程序概要，其步骤是：<主站初始化文件>到<读取初始化文件>，<设备类型文件>，取得主站卡信息后，到<主站卡信息结构>，根据主站卡信息初始化主站硬件，<打开主卡并上线>；读取初始化文件到从站列表，<设备类型结构>，到类型实例化，<从站设备结构>，分别到<初始化缓存空间>，<初始化从站设备>；初始化缓存空间到<缓存结构>，分别到<写设备>，<读写缓存>；读写缓存再回到<缓存结构>；读设备再回到<缓存结构>。
7、如权利要求1所述的智能网络低压配电与控制系统，其特征在于：所述的I/O数据流，其步骤是：<Profibus-DP网络>通过硬件到主站卡，到<主站卡缓存>，通过主站卡到PC内存到<设备1>、<设备2>、<设备3>.....，按设备字节偏移位偏移到<组态软件>。
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