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基于PROFIBUS总线系统的电能检测系统

摘要：
本文介绍利用PROFIBUS总线系统来采集用电设备的电能，设计了利用S7-300为主站，RS485通讯设备和S7-200为从站的PROFIBUS-DP总线网络。在此基础上可以挂接带有RS485通讯接口的电能表，同时利用S7-200的高速计数器来采集电能，并且可以在S7-200上挂接EM231模块来采集电能，然后通过软件的编写便能实现电能的采集，最后在实验平台上进行调试，结果表明该系统运行良好，能够正确的采集各个用电设备的电能，实现该设计的目的。

1 概述
1.1 本毕业设计的内容
    我的毕业设计的题目是基于PROFIBUS总线系统的电能检测系统，在该毕业设计中主要用到PROFIBUS-DP总线网络、RS485通讯和S7-200。
    PROFIBUS是一种有广泛应用范围的、开放的数据通信系统，适合于快速、时间要求严格的应用和复杂的通信任务，特别适用于工厂自动化和过程自动化领域。PROFIBUS是工业控制领域中的主流现场总线标准，2000年成为IEC61158国际现场总线标准之一。在2006年, PROFIBUS成为中国第一个工业通讯领域现场总线技术国家标准：GB/T20240-2006。PROFIBUS-DP是一种经过优化的高速通信连接，是专门为自动控制和设备级分散I/O之间的通信设计的，可用于分布式控制系统的高速数据传输，其传输速率高达12Mbps。
另外就是RS485通讯，由于技术的发展，现在市场上已有带有RS485通讯接口的电能表，同时也有DP接口，这样便能通过总线系统非常方便的读取电能，实现对电能的实时监测。
再者就是目前在大多数地方仍然使用的还是传统式的电能表，这就需要通过S7-200来读取这些电能表的数值，通过总线来进行传输。
所以本毕业设计中用到的主要器件有：S7-300、S7-200、RS485通讯设备、EM277、EM231、电能变送器、电压变送器、电流变送器、PS307电源和带有RS485通讯接口的电能表。
当时选择这个题目的原因是因为它是时下研究的热点，随着能源的日渐紧张，目前国家推行节约型社会，特别是能源更要节约。之前在一些工厂企业中，只知道总用电量，但是并不清楚各个设备的用电情况，这样要想节电便非常的不容易，现在各制造企业采用了电能管理及电力监控系统对节能效果进行考核，其目的就是要清楚的了解各个设备的用电情况，这样便能从源头上进行节电，避免之前的盲目节电。另外就是基于PROFIBUS总线系统的应用也是目前的一大研究热点，所以我认为这个毕业设计很有意义。
再者就是为什么使用总线来进行数据的传输，这主要是因为在目前的各个领域中，总线应用非常的广泛，在工业控制、电力控制、交通领域、汽车制造、楼宇自动化、烟草行业、工程机械、石油化工、冶金采矿等领域都很常见。其原因是因为现场总线的优点很多，其主要优势有：12M 的通信速率和可靠的通信质量，以及实时性、可靠性、易扩展和易维护性等，适用多种通信介质，灵活的拓扑结构，支持线型、树型、环型结构及冗余的通信模型，强大的通信功能，支持基于总线的驱动技术和符合IEC61508 的总线安全通信技术，先进的网络规模等。所以把电能管理及电力监控系统也集成在PROFIBUS-DP中是当前的一个趋势。
1.2 本设计完成的主要任务
本毕业设计主要分为硬件部分和软件部分，其中硬件部分需要我来完成的就是组建一个PROFIBUS-DP网络，由于现场中的用电设备非常的多，在毕业设计中不可能都进行模拟，所以我就主要选择几个具有代表性的电能表来组建该网络。经过查资料和老师指导，我这个PROFIBUS-DP网络以S7-300为主站，下面挂接RS485通讯设备和S7-200。同时在S7-200上挂接EM231模块，S7-300采用PS307电源进行供电，这样总线网络便组建起来了。
通过RS485通讯设备可以与带有RS485通讯口的电能表进行连接，这样便能够非常方便及时的读取电能表里面的数值；同时通过S7-200里面的高速计数器可以读取电能变送器的电能值，通过EM231来采集电压与电流，这样便能算出直流用电设备的用电量。所以从以上的描述中，可以得知我这个毕业设计包含了当前最先进的电能表，同时也可以连接传统的脉冲式的电能变送器，并且还能够采集直流用电设备的用电量，因此很具有代表性，非常有意义。
另外该毕业设计的另一个难点就是软件部分，编程方面主要包括对S7-200和S7-300进行编程。在S7-200程序中主要有利用高速计数器来采集电量，在该设计中我设计用到四个高数计数器来采集四路的脉冲信号；再者就是使用EM231模拟量模块来采集直流电压电流然后在程序中进行计算算出直流设备的用电量。在S7-300的程序中主要包括与S7-200进行数据交换，同时包括RS485通讯这一部分。
最后将软件部分和硬件部分组合在一起，便是一个典型的PROFIBUS-DP网络，基于PROFIBUS现场总线信息化电能管理系统可有效降低工矿企业、基建和商业大楼的能源消耗，实现节能、节电，经济运行。同时可以利用实验室的优越条件进行调试，便可以知道该系统的运行情况，以便达到毕业设计的目的。