一种基于profibus的智能电表数据抄读方法及系统的制作方法

文档序号:6696765阅读:481来源:国知局
专利名称:一种基于profibus的智能电表数据抄读方法及系统的制作方法
技术领域
本发明涉及一种基于PROFIBUS的智能电表数据抄读方法及系统。
背景技术
PROFIBUS起源于欧洲,目前在国内得到了快速的发展,技术已经成熟,已大量应用于各种领域。随着PROFIBUS在国内的广泛应用与技术的开放性,仪表采用PROFIBUS通信越来越为市场所需求。市场调查确认,在德国和欧洲市场中PROFIBUS占开放性工业现场总线系统的市场超过40%,截止2008年底,超过2800万个设备节点被安装。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/T 20540-2006,也是目前唯一批准的现场总线国家标准。但现在国内仪表行业在这方面的应用较少,有长足的发展空间和市场前景。
目前电表主要采用MODBUS协议和645协议通信,一般通信速率最大为38400bps,速率不高,不利于大量数据的抄读。PROFIBUS通信速率可以达到12Mbps,可显著提高电表的通信速率。为此本发明提出了基于PROFIBUS的智能电表通信模块的设计,以实现电表数据的快速抄读。在作为PROFIBUS主站的西门子PLC和主站网卡CP5611大量应用的趋势下,具有PROFIBUS通信功能的电表作为从站,连接到PLC主站中,提高了电表通信速率和实用性,可满足市场和用户的需求。PROFIBUS是唯一全集成Hl (过程)和H2 (工厂自动化)的现场总线解决方案,是国际性的、开放的、完整的、与制造商无关的现场总线标准;它经过优化的高速通信连接,是专为自动控制和设备级分散1/0之间的通信设计的,用于分布式控制系统的高速传输;它也遵循IS0/0SI模型,其通信模型由三层构成物理层、数据链路层和应用层。PROFIBUS主站周期性地读取从站的输入,并周期性地向从站发送输出数据,总线循环时间必须小于主站循环时间;此外,PR0FIBUSDP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理及复杂设备在运行中参数的确定;它在总线访问协议、本征安全性和硬件支持等方面具有突出的优点。PR0FIBUS-DP主站有一类主站和二类主站,一类主站完成总线通信控制和管理,完成周期性数据访问,包括PLC、PC、CP5611或可做一类主站的控制器;二类主站完成非周期性数据访问,如数据读写、系统配置、故障诊断等,包括操作员工工作站、编程器等;PROFIBUS从站主要进行输入、输出信号的采集与发生,包括分散式1/0,智能现场设备等。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于PROFIBUS的智能电表数据抄读方法及系统,该基于PROFIBUS的智能电表数据抄读方法及系统易于实施,数据传输快。发明的技术解决方案如下一种基于PROFIBUS的智能电表数据抄读系统,包括基于PROFIBUS通信的主站和从站,所述的主站和从站基于PROFIBUS总线通信连接;所述的从站包括智能电表和PROFIBUS模块;PR0FIBUS模块与智能电表中的微处理器单元(MCU)通信连接。所述的主站为PLC、CP5611主站网卡和PC机,主站作为PROFIBUS系统控制设备,向从站发送控制命令,并获取从站的应答。所述的智能电表为支持MODBUS协议或者645协议进行数据传输的智能电表。一种基于PROFIBUS的智能电表数据抄读方法,建立PROFIBUS地址与MODBUS地址的映射关系;如果原智能电表支持645协议,则保留原来的645协议不变。表I、表2、表3中表示的是PROFIBUS协议与MODBUS协议的地址映射关系。将电表中的MODBUS协议打包放在PROFIBUS协议帧的数据区中;·
组网时,在组态配置中将输入区和输出区配置为5字节的全部输入输出,第一字节为命令字,第二、三字节为寄存器地址数据,最后两字节为读取的寄存器的值。例如一帧PROFIBUS 数据68 05 05 68 8A 9F 08 03 00 6C 00 044B 16其中03 00 6C 00 04为PROFIBUS数据区,03为命令字,006CH为寄存器地址,0004H为寄存器的值。智能电表数据抄读的过程如下主站向从站发送数据请求命令;从站的PROFIBUS模块收到数据请求命令后,将数据请求命令解析为MODBUS命令并发给智能电表;智能电表根据所述的MODBUS命令获取一帧电表数据以MODBUS格式发送给PROFIBUS 模块;PROFIBUS模块将MODBUS格式的电表数据打包放入PROFIBUS数据区并上传,(上传的数据为打包好的PROFIBUS数据,打包好后会自动上传)作为对主站的响应,完成一次数据抄读过程。有益效果本发明的基于PROFIBUS的智能电表数据抄读方法及系统,主要特点在于三相智能电表PROFIBUS通信模块的设计,可将原来以MODBUS协议或者645协议传输的电表数据转换成PROFIBUS协议高速传输,从而使电表具有PROFIBUS通信功能,能在以PLC或者CP5611网卡为主站的组态网络中利用PROFIBUS总线快速抄读数据。该抄读方法设计新颖,能使用户在PROFIBUS主站中(PLC或者CP5611网卡)做很少配置且可自由选择配置内容的情况下,通过PROFIBUS总线快速有效地读取到电表的信息。本发明有别于其它的PROFIBUS从站,在对原来以MODBUS协议通信的电表没有进行很大改动基础上,使三相智能电表具有PROFIBUS通信功能,具有很好的实用性。(I)建立PROFIBUS 了地址与MODBUS地址的映射关系,数据变量配置方便;(2)五字节的输入输出配置,将MODBUS协议打包放在PROFIBUS协议的数据区,协议解析方便;(3)主站配置中方便灵活,数据内容丰富,不仅可以选择具有大量数据的模块,也可以根据起始地址和数据长度在三个模块中自由选择任意的一个或多个(输入输出字节数不大于244字节)需要配置的数据变量,这对于用户来说相当的方便且实用,实时性也好;(4)组态一个模块时包含很多数据,使得STEP 7组态简单,操作方便,且通信速率可以达到12Mbps,实现快速抄读。可见本发明提出的智能电表快速数据抄读方法比传统MODBUS通信的智能电表抄读速率要快很多,且实用性强、实时性好,方法构思新颖,操作方便,能够广泛应用于工业自动化、工业通讯、过程控制、交通电力等领域。


图I为本发明的PROFIBUS系统原理框图;图2为PROFIBUS从站原理框图; 图3为PROFIBUS模块原理框图;图4为本发明中PROFIBUS模块执行数据抄读时的总体流程图。
具体实施例方式以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明实施例I :如图I所示,CP5611/PLC作为系统PROFIBUS主站,嵌入有PROFIBUS模块的电表作为PROFIBUS从站,主站和从站之间采用主-从方式通信。一个主站可以有126个从站。图I中输入输出均是相对于PROFIBUS主站而言,PROFIBUS主站向PROFIBUS从站发送数据请求命令,作为PROFIBUS主站的输出数据;PR0FIBUS从站收到数据请求命令后,解析命令内容,根据命令内容,从电表中获取电表参数,作为PROFIBUS输入数据,传输给主站。PROFIBUS主站与三相智能电表中的PROFIBUS模块由DP总线相连。如图2,PROFIBUS从站采用了高精度的采样计量,高速的MCU进行数据处理,带有丰富的液晶显示屏,非易失存储器。具有三路电压、电流采样输入接口 ;一路PROFIBUS通信接口,一路电量脉冲输出接口 ;开关量输入、输出(数字信号接口)。如图3,在PROFIBUS模块原理框图中,PROFIBUS网络中主站的数据通过PROFIBUS总线连接器,在光耦隔离下传送至SPC3协议芯片,SOC芯片通过总线对协议芯片的操作,转换成串口信号,经过光耦隔离通过TXD/RXD串口输出给电表CPU处理。电表CPU处理数据后,生成的新的数据经过TXD/RXD串口,在光耦隔离下传给SOC芯片,SOC芯片收到数据后对SPC3协议芯片的操作,转换成PR0FIBUS-DP协议的数据格式,然后经过光耦到PROFIBUS总线连接器传输给PROFIBUS网络中的主站。图3中PR0FIBUS-DP网络上的数据收发,需采用光耦隔离保护,RAM作为PROFIBUS的数据缓冲区,PROFIBUS主站接收、发送和转换的数据都存储在RAM中。PROFIBUS模块电路中光耦采用10M的6N137,协议芯片采用SPC3,用于PROFIBUS的485接口芯片采用SN75176,SOC芯片采用瑞萨的R8C/L38B。一种基于PROFIBUS的智能电表数据抄读方法,包括以下主要实现过程(I)根据设计要求定义PROFIBUS应用层协议,将PROFIBUS缓冲字节地址与仪表MODBUS字节地址映射。根据三相智能电表的数据类型,将通信数据分为瞬时量、电能量、参数写三个模块。瞬时量和电能量模块作为数据输入,参数写模块作为数据输出,如表I、表2、表3所示。
表I为瞬时量模块,主要包括三相智能电表的常用数据,如电压、电流、功率、功率因素、频率、电压电流比;表2为电能量模块,电能量是一些常用电能数据,包括分相和总正向、反向有功电能、分相和总正向、反向无功电能、四象限电能,还加一个开关量状态;表3为参数写模块,参数写中可以写入继电器的开关状态,电压电流变比,此外还设置一个写标识,当写标识为I时,写才有效。表I瞬时量模块
权利要求
1.一种基于PROFIBUS的智能电表数据抄读系统,其特征在于,包括基于PROFIBUS通信的主站和从站,所述的主站和从站基于PR0FIBUS总线通信连接;所述的从站包括智能电表和PROFIBUS模块;PR0FIBUS模块与智能电表中的微处理器单元(MCU)通信连接。
2.根据权利要求I所述的基于PROFIBUS的智能电表数据抄读系统,其特征在于,所述的主站为PLC、CP5611主站网卡和PC机,主站作为PROFIBUS系统控制设备,向从站发送控制命令,并获取从站的应答。
3.根据权利要求2所述的基于PROFIBUS的智能电表数据抄读系统,其特征在于,所述的智能电表为支持MODBUS协议或者645协议进行数据传输的智能电表。
4.一种基于权利要求3所述的基于PROFIBUS的智能电表数据抄读系统的智能电表数据抄读方法,其特征在于, 建立PROFIBUS地址与MODBUS地址的映射关系; 将电表中的MODBUS协议打包放在PROFIBUS协议帧的数据区中; 组网时,在组态配置中将输入区和输出区配置为5字节的全部输入输出,第一字节为命令字,第二、三字节为寄存器地址数据,最后两字节为读取的寄存器的值。
5.根据权利要求4所述的基于PROFIBUS的智能电表数据抄读方法,其特征在于,智能电表数据抄读的过程如下 主站向从站发送数据请求命令; 从站的PROFIBUS模块收到数据请求命令后,将数据请求命令解析为MODBUS命令并发给智能电表; 智能电表根据所述的MODBUS命令获取一帧电表数据以MODBUS格式发送给PROFIBUS模块; PROFIBUS模块将MODBUS格式的电表数据打包放入PROFIBUS数据区并上传,作为对主站的响应,完成一次数据抄读过程。
全文摘要
本发明公开了一种基于PROFIBUS的智能电表数据抄读方法及系统,所述的系统包括基于PROFIBUS通信的主站和从站,所述的主站和从站基于PROFIBUS总线通信连接;所述的从站包括智能电表和PROFIBUS模块;PROFIBUS模块与智能电表中的微处理器单元(MCU)通信连接。该基于PROFIBUS的智能电表数据抄读方法及系统易于实施,数据传输快。
文档编号G08C19/00GK102722975SQ201210209859
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者何杰, 张志生, 张 杰, 张林山, 曹一家, 曹敏, 曹时伟, 朱青, 李友光, 罗学礼, 罗杰, 黄小庆 申请人:云南电网公司, 湖南大学
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